Academic literature on the topic 'Sols – Biodégradation'

Quadricyclane (tetracyclo[3.2.02,7.04,6]heptane) is a strained, saturated cyclic hydrocarbon and a potential environmental contaminant because of uses in solar energy and optical memory storage devices and as a recently proposed additive to jet fuel. Quadricyclane is very unstable in both soil and water, and in the environment it exists as abiotic transformation products, tricyclo[2.2.1.02,6]heptan-3-ol and bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2-ol. In soils, tricyclo[2.2.1.02,6]heptan-3-ol is microbially transformed to a C7H8O intermediate which we postulate to be tricyclo[2.2.1.02,6]heptan-3-one. This compound is subsequently biodegraded over several months. Elevated respiration rates in soils amended with tricyclo[2.2.1.02,6]heptan-3-ol provide evidence that it is mineralized to CO2, while bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2-ol concentrations in soil microcosms remained unchanged over a period of 8 months.Key words: quadricyclane, biotransformation, biodégradation, tricyclo[2.2.1.02,6]heptan-3-ol, bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2-ol.

Afin de preciser le devenir dans le sol de carbone organique (graisses) issu d'une industrie agro-alimentaire, une modelisation a ete realisee en suivant dans trois echantillons de sols, les voies de transformation de la tristearine. Nous avons ensuite etudie les lipides de parcelles ayant recu des epandages. Une rapide production d'acide stearique temoigne de l'hydrolyse enzymatique rapide de la tristearine ajoutee. La production en l'etat de trois esters de l'acide stearique (methylique, ethylique et propylique) conduit a l'hypothese de formation directe de ceux-ci par coupure des liaisons carbone-carbone ou carbone-oxygene de la tristearine. Les acides gras liberes sont manifestement des intermediaires dans les processus de biodegradation. L'etude des macromolecules lipidiques a ete realisee par pyrolyse. L'incorporation de l'acide stearique (et l'acide palmitique qui en derive) issu de la biodegradation de la tristearine, confirme le piegeage des lipides simples par les lipides complexes. L'etude de terrain met en evidence l'augmentation des concentrations en lipides acides et complexes des sols epandus, ainsi qu'une diminution de celles-ci apres arret des epandages. L'acide palmitique et l'acide stearique issus de l'hydrolyse des graisses sont ici encore des intermediaires dans les processus de biooxydation. L'etude des lipides macromoleculaires de ces echantillons confirme l'incorporation de composes issus de l'effluent dans les fractions lipidiques, et la reversibilite de celle-ci apres arret des epandages. L'etude de la stabilite structurale des sols montre une rapide amelioration de celle-ci apres quelques mois d'epandages. Ceci est particulierement interessant car les sols utilises sont fragiles et peu structures. Cette etude a permis de determiner les principaux mecanismes d'evolution des graisses dans les sols, et confirme la necessite d'etudier les fractions complexes pour l'etablissement du bilan d'un compose xenobiotique.

L’évaluation de l’impact environnemental de coupes pétrolières complexes constitue un enjeu primordial. Pour ce faire, il est en effet nécessaire de disposer d'informations sur les évolutions à la fois cinétiques et compositionnelles de ces coupes hydrocarbonées dans l’environnement. Cette étude a eu pour objet d'étudier l’influence des principaux facteurs limitants "pressentis" sur la vitesse de dégradation d'un produit pétrolier en phase au sein d'un milieu poreux insaturé en eau, par des microflores issues de sols pollués par des hydrocarbures pétroliers. Une procédure expérimentale a été développée en utilisant des membranes céramiques microporeuses, permettant de contrôler la saturation/désaturation respective de l'eau et de l'huile dans le milieu poreux. Dans ces conditions trois phases eau/huile/air occupent le volume poral, avec, pour chacune de ces phases, une répartition homogène sur toute la hauteur de milieu poreux. On peut, dans une certaine limite, régler pour chaque phase, son pourcentage moyen d'occupation du volume poral. Cette procédure a été validée en étudiant la cinétique de dégradation de l'hexadécane apporté en faible quantité dans une phase HMN non biodégradable. La cinétique de dégradation a été suivie en respirométrie, permettant à la fois la mesure et la fourniture d'oxygène. Deux principaux facteurs physico-chimiques limitants "pressentis", c'est-à-dire la granulométrie, et la saturation à l'eau ont été évalués avec une phase hydrocarbure simulée, d'abord par de l'hexadécane en phase pure, puis par deux coupes pétrolières, un gazole et un gazole déaromatisé, également en phase pure. L'azote, introduit par le biais de la phase eau, a été utilisé pour régler la quantité de biomasse dans ce milieu poreux et a permis d'obtenir des informations sur les facteurs physico-chimiques qui étaient limitants et de les hiérarchiser en fonction des conditions de milieux poreux expérimentés. Des données chiffrées sur des potentialités de transferts d'oxygène et d'hydrocarbures, (hexadécane en particulier) dans ces milieux poreux insaturés ont pu être obtenues. Avec des coupes hydrocarbures complexes (gazole et gazole déaromatisé), la dégradation des composés récalcitrants et en particulier des composés saturés peu solubles intervient également comme facteur limitant
Biological processes are expected to play an important role in the degradation of petroleum hydrocarbons in contaminated soils. However, factors influencing the kinetics of biodegradation are still not well known, especially in the unsaturated zone. To address these biodegradation questions in the unsaturated zone an innovative experimental set up based on a physical column model was developed. This experimental set up appeared to be an excellent tool for elaboration of a structured porous medium, with well defined porous network and adjusted water/oil saturations. Homogeneous repartition of both liquid phases (i. E. , aqueous and non aqueous) in the soil pores, which also contain air, was achieved using ceramic membranes placed at the bottom of the soil column. Reproducible interfaces (and connectivity) are developed between gas, and both non mobile water and NAPL phases, depending on the above-defined characteristics of the porous media and on the partial saturations of these three phases (NAPL, water and gas). A respirometric apparatus was coupled to the column. Such experimental set up have been validated with hexadecane in dilution in an HMN phase. This approach allowed detailed information concerning n-hexadecane biodegradation, in aerobic condition, through the profile of the oxygen consumption rate. We have taken benefit of this technique, varying experimental conditions, to determine the main parameters influencing the biodegradation kinetics and compositional evolution of hydrocarbons, under steady state unsaturated conditions and with respect to aerobic metabolism. Impacts of the nitrogen quantity and of three different grain sizes have been examined. Biodegradation of petroleum cut, as diesel cut and middle distillate without aromatic fraction, were also studied

Le phénanthrène, polluant organique de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliqu. Es, est présent dans tous les compartiments de l'environnement (air, eau et sol). L'objectif de la thèse est de préciser et comprendre les principaux processus et facteurs qui régulent son devenir dans les sols agricoles. Les travaux ont été réalisés à l'échelle du laboratoire en conditions contrôlées et à l'échelle du terrain en conditions climatiques réelles. Les résultats obtenus montrent que le phénanthrène constitue un micropolluant fortement adsorbé sur les terres agricoles étudiées. Cette adsorption apparaît alors proportionnelle à la teneur en matière organique des sols et à sa nature. Nous avons également démontré que les propriétés physiques du sol (texture, structure, porosité et hydrodynamique), ont un effet non négligeable dans le transport par lessivage du phénanthrène et de ses résidus. Toutefois, ce rôle est fortement influencé par les processus d'adsorption et de dégradation. La biodégradation du phénanthrène est liée à la capacité des microorganismes dégradants à transformer le phénanthrène par co-métabolisme et dépend de la présence de substrats carbonés pouvant être utilisés comme co-substrats. En effet, une stimulation de la biodégradation du phénanthrène a été obtenue par l'addition aux sols d'un co-substrat de type "exsudat racinaire synthétique". La biodégradation par co-métabolisme, par la nature polaire des résidus auxquels elle donne naissance, semble jouer un rôle clé sur le processus de diffusion de ceux-ci dans l'eau immobile (eau mésoporale et microporale). La diffusion des résidus du phénanthrène à l'intérieur des agrégats pourrait être une première étape dans leur stabilisation
Phenanthren, a polycyclic aromatic hydrocarbon is an organic pollutant, present in ail the compartments of the environment (air, water and soil). The aim of this thesis is to identify the main processes and factors which control its fa te in controlled laboratory conditions and under natural climatic conditions. The results showed that phenanthren is strongly adsorbed on the agricultural soils studied. Its adsorption seems proportional to the organic matter content and type. This study also shows that soil physical properties (texture, structure, porosity and hydrodynamics) play a considerable role in leaching of phenanthren residues. But this role is strongly influenced adsorption and biodegradation processes. Biodegradation is related to the capacity of micro-organisms to transform phenanthren by co-metabolism. Therefore, the biodegradation of phenanthren depends on the presence of carbon substrates used as co-substrates. This has been shown by stimulation biodegradation through the addition of a "synthetic root exudates" to the soil. The biodegradation by co-metabolism seems to play a key role in diffusion of phenanthrene residues of in immobile water (mesoporale water, microporale water) since polar residues appear. The diffusion phenanthren residues within the intra-aggregate could be a first step to their stabilisation

Les pesticides constituent une source de pollution des eaux souterraines et de surface. Les quantites pouvant arriver a la nappe dependent de leur adsorption et degradation dans la zone non-saturee du sol. C'est dans ce contexte que nous avons realise la premiere partie de ce travail qui consistait a etudier la variation verticale de la capacite de degradation dans la zone non-saturee et les relations avec les proprietes du sol et de sa microflore totale. Nous avons caracterise le comportement de la microflore vis a vis de l'atrazine et du 2,4-d dans un profil de sol de 2,4 m. Nous avons montre que : - la degradation de ces herbicides est fonction du gradient de nutriment et de biomasse microbienne dans le profil, - la presence d'une zone d'accumulation d'argile influe egalement sur la degradation du 2,4-d. Nous avons pu egalement mettre en evidence la presence de plusieurs populations degradant le glucose dans l'horizon de surface, une simplification de la microflore et une adaptation aux conditions oligotrophes. Pour le 2,4-d, au contraire, une seule population ne semblant pas montrer d'adaptation a l'oligotrophie a pu etre detectee. La variabilite horizontale de la capacite de degradation a fait l'objet de la seconde partie, elle peut en effet etre a l'origine de la presence de zones de contamination. Nous avons mis au point une methodologie nous permettant d'apprecier la variabilite spatiale par le biais de la mesure de la mineralisation des produits, la modelisation des courbes de mineralisation et l'utilisation des parametres pour l'etude statistique et geostatistique. Nous avons montre que : - l'adaptation de la microflore a la degradation acceleree de l'atrazine est liee a un taux d'argile plus eleve et que la microflore adaptee migre dans le profil, - la degradation du 2,4-d est positivement correlee avec le taux d'azote et que l'horizon de surface semble avoir un effet ecran sur les horizons sous-jacents. La methodologie utilisee ouvre certaines perspectives pour la prise en compte de la variabilite de la degradation a l'echelle de la parcelle cultivee en vue de l'introduire dans des modeles de transfert et de degradation des molecules phytosanitaires.

Le 2,4-D est un herbicide dont la dégradation dans le sol est de nature biologique. Une approche cinétique a permis de préciser le rôle de la microflore du sol dans sa dégradation. Après avoir mis au point des techniques analytiques destinées au dosage de la quantité résiduelle de 2,4-D, à la mesure de l'incorporation du carbone xénobiotique par la population dégradante ainsi qu'à celle de son activité potentielle de minéralisation, il a été montré que: 1) tous les atomes de carbone de la molécule ne participent pas également à la synthèse de protoplasme; 2) il est possible de mesurer le gain carbone correspondant par une technique de fumigation-incubation associée à l'utilisation de produit marque au c14 sur le cycle aromatique; 3) la mesure combinée de l'incorporation biologique du carbone et celle des activités potentielles a révélé l'existence de trois populations microbiennes intervenant successivement dans la dégradation du 2,4-D dans le sol. Un modèle mathématique tenant compte de ces différents résultats est proposé pour décrire la dégradation du 2,4-D dans le sol

Le devenir de l'herbicide rimsulfuron dans une rendzine et un sol alluvial a été étudié à partir d'incubations de sols et d'expériences en "batch". L'apport de rimsulfuron, à 4-5 fois les doses recommandées au champ, n'a pas modifié l'activité microbienne des sols, mesurée par la respiration. La minéralisation du rimsulfuron n'a été observée qu'en présence d'une microflore active et était très faible : respectivement 2 et 0,75 % de la radioactivité apportée au sol alluvial et à la rendzine. La plus faible minéralisation du rimsulfuron obtenue avec la rendzine pourrait résulter de la présence de quantités élevées de matière organique qui (i) constituerait une source de carbone alternative pour la microflore et (ii) fixerait des résidus du rimsulfuron, diminuant ainsi leur biodisponibilité. En effet, les études d'adsorption du rimsulfuron montraient non seulement que la surface spécifique influençait l'adsorption, mais que la vitesse d'adsorption semblait augmenter avec la teneur en argiles et la capacité d'adsorption augmentait avec la teneur en matière organique. De plus, des résidus non-extractibles (RNE) de rimsulfuron étaient plus concentrés dans les fractions granulométriques ayant les plus fortes teneurs en matière organique et une part de ces RNE était extractible avec les composés organiques alcalino-solubles. Cependant, 65 à 80 % des résidus du rimsulfuron étaient encore extractibles, même après 3 à 7 mois d'incubation. Cette mobilité potentielle des résidus du rimsulfuron était confirmée par les valeurs des Kd obtenues lors des expériences d'adsorption. Ainsi, des résidus du rimsulfuron peuvent persister dans le sol et être disponibles pour migrer vers les eaux souterraines ou être absorbés par les plantes. Les processus influençant le devenir du rimsulfuron dans les sols sont similaires à ceux qui affectent l'évolution des matières organiques naturelles, mais l'importance relative de ceux-ci et leur durée diffèrent
The fate of rimsulfuron, a sulfonylurea herbicide, was studied in a rendzina and an alluvial soil, through (i) laboratory soil incubations and (fi) batch experiments to de termine the capacity and the dynamics of rimsulfuron adsorption. The application of rimsulfuron, at 4-5 times the recommended field doses, did not modify the soil microbial activity, measured by the soil respiration. The mineralization of rimsulfuron occured only in the presence of an active microflora and was very low: 2 and 0. 75 % of the applied radioactivity for the alluvial soil and the rendzina soil, respectively. The lower rimsulfuron mineralization observed in the rendzina could be explained by high amounts of organic matter that (i) constituted an alternative source of organic carbon for the microflora, and (ii) might increase the adsorption of rimsulfuron residues, thus reducing their availability for mineralization processes. Lndeed, adsorption studies showed not only that the specific surface area influenced the rimsulfuron adsorption, but also that higher clay contents seemed to enhance the adsorption dynamics and that organic matter seemed to increase the adsorption capacity. Besides, non extractable residues (NER) of rimsulfuron were more concentrated in the grain-size fractions having the higher organic matter contents and a non negligible proportion of these NER has been co-extracted with alcalino-soluble organic compounds. However, 65 to 80 % of rimsulfuron residues were still extractable, even after 3 to 7 months. This potential mobility of rimsulfuron residues was confirmed by the Kd values obtained from the adsorption experiments, ranging from 0. 12 to 1. 7. Thus rimsulfuron residues can accumulate in soil and be available for migration or for absorption by plants. The processes influencing the behavior of rimsulfuron in soil are similar to those affecting the evolution of natural organic matter but the relative importance of these processes and their kinetics are different

La matrice du sol, par l'intermédiaire de sa texture et de sa structure, est à l'origine d'une hétérogénéité spatiale de la matière organique et des microorganismes. Elle peut favoriser ou non la biodégradation en contrôlant d'une part l'accessibilité et la disponibilité des molécules carbonées pour les microorganismes et d'autre part les conditions environnementales locales (disponibilité en O2, H2O…). Toutefois, ces phénomènes sont mal connus, ce qui limite particulièrement la prévision de la dynamique des composés organiques dans les sols. La difficulté majeure vient de l'hétérogénéité des caractéristiques du sol à l'échelle des agrégats et tout particulièrement celle de l'activité des microorganismes dégradants à cette échelle, et de la grande diversité des paramètres impliqués (nature des matières organiques, texture, porosité…). L'objectif de ces travaux était donc d'étudier la variabilité spatiale de la minéralisation par les microorganismes dans la matrice solide du sol. Trois substrats carbonés ont été choisis, le 2,4-D, la leucine et la lysine, différents par la taille de leur microflore dégradante et leur propriété d'adsorption sur le sol. La minéralisation de ces substrats est d'autant plus hétérogène spatialement que l'échelle est fine (échelle millimétrique à décamétrique) et varie également en fonction des propriétés des substrats. Les coefficients de variation maximum de la minéralisation du 2,4-D entre agrégats individuels (échelle millimétrique) varient entre 40 et 70% (entre 10 et 30% pour les acides aminés) selon la classe de taille d'agrégats considérée (2-3. 15, 3. 15-5 ou 5-7 mm) alors qu'ils ne sont plus que de 20 à 30% à l'échelle métrique et de 15% à l'échelle décamétrique. En outre, à l'échelle millimétrique, l'hétérogénéité spatiale de la minéralisation s'explique par une distribution hétérogène des microorganismes dégradants et du C disponible et s'organise sous forme de hot spots centimétriques. Enfin, la localisation initiale du substrat peut affecter la minéralisation lorsque ce dernier est concentré sur un faible nombre d'agrégats (les différences maximales entre un apport du substrat le plus concentré et un apport du substrat homogène étant de 6. 5% du 14C apporté dans le cas du 2,4-D et de 10% du 14C apporté pour les acides aminés), probablement à cause d'un rapport substrat / microorganismes plus élevé localement plutôt qu'à des problèmes d'accessibilité du substrat pour les microorganismes

La degradation de l'insecticide carbamate carbofuran a ete etudiee dans des conditions controlees de laboratoire. 59 echantillons de sol d'origines geographiques differentes, provenant de parcelles agronomiques ayant ou non un historique de traitement avec l'insecticide ont ete caracterises du point de vue physico-chimique et microbiologique. 2 criteres d'appreciation de l'activite biologique ont ete retenus: le suivi de la cinetique de mineralisation du #1#4c(2)-carbofuran et la taille de la microflore degradante. Les resultats montrent que la perte d'efficacite du carbofuran est liee a la presence de populations microbiennes de l'ordre de 10#3 a 10#4 microorganismes. G##1 sol capables d'utiliser le carbofuran comme seule source de carbone et d'azote. Mais il n'y a pas de relation simple entre la taille de la population degradante, l'historique de traitement et le type pedologique. 28 souches bacteriennes aptes a degrader le carbofuran ont ete isolees a partir de 16 sols et appartiennent a des genres differents. Leurs caracteristiques metaboliques determinees par les tests api20ne ont permis de les regrouper en 5 classes. Les souches appartenant aux classes 2 et 3 ne sont pas capables d'utiliser la methylamine, produit d'hydrolyse du carbofuran. Un a 4 plasmides ont ete visualises dans 17 des 28 souches. L'hybridation des profils plasmidiques avec la sonde plasmidique portant le gene de l'hydrolase (tomasek et karns, 1989) a montre une homologie avec des plasmides de poids moleculaires differents des souches appartenant a la classe 1. Le controle du phenomene de biodegradation acceleree du carbofuran a ete etudie. Le diagnostic des sols a probleme peut etre realise soit en estimant la taille de la microflore degradante soit avec des indices cinetiques de degradation. En terme de prevision du phenomene, il n'est pas etabli qu'une population microbienne degradante puisse se developper dans tous les sols apres plusieurs applications de carbofuran toutefois elle peut y etre introduite. L'aptitude des sols a degrader le carbofuran persiste pendant plusieurs annees. La vitesse de degradation du carbofuran peut etre diminuee apres divers apports azotes, voire en presence d'autres produits phytosanitaires