Thèse doct.-ing.--Aix-Marseille II, 1978. / 1980 d'après la déclaration de dépôt légal. Notes bibliogr.

Thèse doct.-ing.--Sciences pétrolières--Rueil-Malmaison--École nationale supérieure du pétrole et des moteurs, 1983.

Th. doct.-ing.--Sci. pétrolières--Paris 6, 1988. / 1988 d'après la déclaration de dépôt légal. Bibliogr. p. 142-145 et 206-207.

Bien que les travaux portant sur la biodégradation des hydrocarbures soient bien documentés, très peu d’études ont toutefois été effectuées dans les milieux de vie extrême. A ce jour, la plupart des études portant sur le devenir des hydrocarbures et le rôle joué par les micro-organismes hydrocarbonoclastes dans leur biodégradation ont été conduites dans des milieux presentant principalement des conditions physico-chimiques standards (e.g. pression hydrostatique de 0,1 MPa, salinité comprise entre 0 et 39 g L-1). Or, une partie importante des hydrocarbures déversés dans l’environnement peut aussi contaminer les milieux océaniques profonds (pression hydrostatique supérieure à 10 MPa) ainsi que les milieux hypersalés côtiers (salinité supérieure à 150 g L-1). Par ailleurs, le traitement des rejets hypersalins contaminés par les hydrocarbures qui sont générés par les exploitations pétrolières posent des problèmes sérieux et couteux. Ce travail de recherche porte sur l’étude de l’activité hydrocarbonoclaste de procaryotes présents dans des milieux extrêmes (hyperbares et hypersalés) pour d’une part, comprendre les processus naturels de biodégradation dans ces écosystèmes et d’autre part permettre le développement futur de techniques de réhabilitation spécifiques. Dans ce but, des expérimentations en laboratoire ont été réalisées. Une mise au point de méthodes d’incubation sous pression hydrostatique nous a permis d’obtenir des informations métaboliques et physiologiques importantes sur une souche bactérienne piézotolérante hydrocarbonoclaste (Marinobacter hydrocarbonoclasticus #5) lorsqu’elle se développe sous pression hydrostatique (35 MPa) sur hexadécane comme seule source de carbone et d’énergie. Cela confirme la capacité de certaines bactéries à dégrader les hydrocarbures en conditions hyperbares. Les résultats obtenus soulignent par ailleurs l’importance de la synthèse de cires dans le fonctionnement énergétique des souches hydrocarbonoclastes et soulèvent de nombreuses questions quant à l’augmentation du degré d’insaturation des acides gras cellulaires à pression hydrostatique élevée. D’une manière intéressante, nos résultats montrent aussi que les micro-organismes qui jouent potentiellement un rôle important dans la biodégradation des hydrocarbures dans les milieux océaniques profonds méditerranéens appartiennent aux mêmes genres que ceux isolés des milieux côtiers, notamment Alcanivorax. Notons également que dans les conditions de culture utilisées certaines souches isolées dégradent préférentiellement le n-hexadecane (e.g. Alcanivorax venustensis, Rhodobacter) ou l’heptadecane (e.g. Marinobacter sp.). De même, les archées halophiles extrêmes hydorcarbonoclastes que nous avons isolées appartiennent aux deux genres ubiquistes des environnements hypersalés que sont Haloarcula et Haloferax. En fonction des souches, les archées halophiles isolées montrent un taux important de dégradation de 32 à 95% (0.5 g L-1) du n-heptadécane après 30 jours d’incubation à 40°C dans les milieux sursalés synthétiques (225 g L-1 NaCl). Certaines souches comme Haloferax sp. MSNC 14 sont capables de dégrader à la fois des n-alcanes et un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP), le phénanthrène. Les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse constituent une contribution à l’amélioration de nos connaissances sur le devenir des hydrocarbures dans les milieux océaniques profonds et les milieux hypersalins, jusqu’alors peu étudiés. Au regard de ces résultats, il apparaît indispensable de poursuivre l’étude des milieux extrêmes et de la biodiversité microbienne unique qu’ils abritent. Mots clés : hydrocarbures, biodégradation, souches hydrocarbonoclastes, milieux extrêmes, pression hydrostatique, salinité. / Limited information is available on the ability of prokaryotes living in the extreme environments to degrade hydrocarbon. To date, most studies on hydrocarbon biodegradation were conducted on microorganisms isolated from environments with so-called “standards” physicochemical properties (e.g. hydrostatic pressure 0,1 MPa and salinity between 0 and 39 g L-1), despite the evident occurrence of hydrocarbons in extreme environments. An important part of hydrocarbon spilled in the environment could contaminate the deep-sea (hydrostatic pressure higher than 10 MPa) as well as hypersalin (salinity higher than 300 g L-1) coastal areas. Moreover, hydorcarbon-contaminated hypersaline waste water produced during oil exploitation require the improvement of the remediation treatments. The present work deals with the hydrocarbon-degrading activity of prokaryotes living in these extreme environments. In order to deepen our knowledge on the hydrocarbon-degrading microorganisms potential role and also to contribute to the development of specific rehabilitation techniques in these type of environments, various experiments were carried out. A bacterial cultivation method under hydrostatic pressure was developped, through which we obtained important metabolical and physiological informations on a hydrocarbon-degrading piezotolerant bacterium (Marinobacter hydrocarbonoclasticus #5) grown using hexadecane as sole source of carbon and energy. Results confirm the capacity of certain bacteria to degrade the hydrocarbon under hyperbaric (35 MPa) conditions. They also highlight the importance of wax production in energetical functionning and raise numerous questions regarding the increase, under elevated hydrostatic pressure, of unsaturated fatty-acid degree that constitute the wax. Interestingly, our results indicated that the same groups of bacteria, in particular those belong to Alcanivorax, were potentially involved in hydrocarbon biodegradation in deep-sea environments as in coastal waters. Moreover, with the cultivation condition used, isolated strains preferred to degrade either n-hexadecane (e.g. Alcanivorax venustensis, Rhodobacter) or n-heptadecane (e.g. Marinobacter sp.). Similar result was obtained from experiments carried out with archaea isolated from a shallow crystallizer pond sample, in that these microorganisms belong to two ubiquistes genus (Haloarcula and Haloferax) in hypersalin environments. Depending on the strain, extremely halophilic archaea isolated degraded 32 to 95% (0.5 g L-1) of n-heptadecane after 30 days of incubation at 40°C in 225 g L-1 NaCl artificial medium. One of the strains (MSNC 14) was also able to degrade phenanthrene. This study provides useful informations on hydrocarbon biodegradation by microorganisms in deep-sea and hypersalin environments, which remains yet to be fully explored. Further studies seems thus indispensable to elucidate the physico-chemical and biological properties involved in these processes, as well as works on the particular microbial biodiversity living in this type of environment. Keywords: alkanes, biodegradation, hydrocarbon-degrading strains, extreme environments, hydrostatic pressure, salinity

Dans l’optique de réhabiliter les eaux souterraines d’un site contaminé par des hydrocarbures incluant le benzène, le toluène et le xylène (BTX), une méthode efficace qui est souvent utilisée afin de stimuler la biodégradation des BTX est l’injection de persulfate de sodium (Na2S2O8). Cette oxydation chimique in situ (ISCO) permet d’éliminer l’essentiel de la masse contaminée, par réaction avec le persulfate (S2O8 2-). Le reste de la masse est ensuite éliminée par augmentation de la biorestauration (EBR), puisque le BTX restant réagit avec le sulfate produit de la réaction d’oxydation chimique. Cette méthode de traitement séquentiel a notamment été utilisée lors d’un essai-terrain à Borden, en Ontario, dans le cadre d’un projet RDC-CRSNG entre 2010-2015. Sur le terrain, la méthode de suivi habituelle de l’efficacité d’une technique de réhabilitation est la mesure des concentrations. Toutefois, la diminution des concentrations peut être attribuée à plusieurs effets tels que la complexité d’une zone source (phase libre), l’écoulement transitoire de l’eau souterraine, les hétérogénéités du milieu poreux ainsi que la dispersion hydrodynamique. La séparation des processus responsables de la diminution de masse n’est pas facile à évaluer sur le terrain. Pour analyser les changements de zones oxydo-réductrices, l’analyse isotopique δ13C et δ2H – méthode précise pour situer les réactions – peut être utilisée. Afin de mieux comprendre le comportement des signatures sous conditions variables, et d’identifier les limitations de l’approche, la méthodologie doit être testée en conditions de contrôle. À Borden, ce fractionnement isotopique n’avait pas encore été simulé. Les simulations numériques à l’aide du modèle BIONAPL/3D sont réalisées afin de reproduire l’essai-terrain de Borden, l’objectif étant de mieux comprendre le cheminement de dégradation des hydrocarbures en eau souterraine. Les compositions isotopiques permettent de conclure quant aux différents processus responsables de la dégradation des BTX. Toutefois, ces compositions ne permettent pas de quantifier la masse dégradée. / An emerging strategy for the remediation of contaminated sites is the integration of different treatment technologies. One example of a synergistic sequential treatment system is to use persulfate, a strong chemical oxidant (ChemOx), to target the bulk of the contaminant mass in the high concentration zones and then allow the produced sulfate to enhance biodegradation of the remaining mass. The design and subsequent performance of this combined remedy depends on the development of an enhanced bio-remediation (EBR) zone from the initial ChemOx zone. To provide insight into the development of these two dynamic mass removal zones, the isotopic fractionation signatures of representative petroleum hydrocarbons were simulated using the BIONAPL/3D model, which includes groundwater flow and multi–component reactive transport. This model was used to simulate a pilot-scale experiment conducted at the Canadian Forces Base Borden where persulfate was injected into a controlled-release plume of dissolved BTX components (benzene, toluene and xylene). Isotopic signatures of δ13C and δ2H were used to identify redox reactions, and to provide insight into hydrocarbon degradation pathways including aerobic biodegradation, chemical oxidation by persulfate, and anaerobic biodegradation by microbial sulfate reduction. Isotopic fractionation of C and H was included by associating the fractionation factors with the maximum substrate utilization rates. Simulated isotopic signatures agree reasonably well with the observed isotope ratios, showing increasing shifts of δ13C and δ2H over time in the remaining dissolved BTX. Spatially distinct redox zones, which are also affected by advection and dispersion, were identifiable from the simulated isotope ratios. The simulation results show that mass loss was dominated by chemical oxidation followed by sulfate EBR. The modelling tool and approach will be useful for application at other sites to support the design of persulfate/EBR sequential treatment systems, and to investigate the role of engineering controls on system behavior.

Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) sont des composés organiques présents dans de nombreux sols contaminés par les émissions d’activités anthropiques (voies routières, usines à gaz de ville, aciérie…). La présence d’animaux sur ces sols de prairies est une voie d’entrée majoritaire des polluants qui, du fait de leur propriété lipophile, vont s’accumuler dans la chaîne alimentaire. Dans ce travail, les concentrations en HAP dans des sols situés aux abords de sources émettrices ont été relevées. Afin de prédire les effets d’une exposition de ruminants laitiers à des prairies polluées sur la qualité du lait, du sol contaminé par 4 HAP (fluorène, pyrène, phénanthrène et benzo[a]pyrène) été administré quotidiennement à des vaches laitières via des fistules ruminales. Aucune augmentation de la concentration en molécules mères n’a été notée dans le lait. En revanche, 2% des composés sont apparus sous leur forme de métabolite monohydroxylé (2-OH fluorène, 3-OH phénanthrène et 1-OH pyrène) suite à cette exposition. Le dosage de composés parents dans les fèces montre par ailleurs que moins de 5% sont directement éliminés par cette voie. Combiné à l’apparition de métabolites dans le lait, ces résultats témoignent de l’absorption et de la biotransformation de ces composés parents. Pour préciser ces données, la réalisation d’un modèle in vitro simulant le rumen d’une vache laitière a permis d’évaluer l’extractibilité du sol de 2 HAP marqués au 14C (phénanthrène et benzo[a]pyrène). Moins de 10% de la radioactivité a été mesurée dans le liquide ruminal attestant d’un potentiel d’extraction limité. Les HAP semblent extraits du sol dans le tractus digestif ; des essais complémentaires seraient cependant nécessaires afin de déterminer plus précisément l’extractibilité de chaque compartiment du système gastrointestinal / Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) are persistent organic molecules emitted by anthropogenic activities. The soil contamination resulting from the deposit and accumulation of the PAH is the main way of exposition for grazing cows and thus for the whole food chain. In this work, the contamination levels of PAH in soil from pastures located in the vicinity of emission sources was specified. It leads to an experimentation aiming in the study of the transfer of the PAH and their main monohydroxylated metabolite to milk following a chronic exposure to soil contaminated with fluorene, pyrene, phenanthrene and benzo[a]pyrene. The results showed that 2 % of the PAH associated with soil and brought via a rumen canula were transferred to milk under the 2-OH fluorene, 3-OH phenanthrene and 1-OH pyrene monohydroxylated. Moreover, less than 5 % of the given parent compound was measured in the faeces during the exposition period. This result and the increased monohydroxylated metabolite concentration in milk suggest the absorption and biotransformation of the PAH. An in vitro experimentation using two radio labelled compounds (phenanthrene and benzo[a]pyrene) was conducted in order to know where the main PAH extractability from the soil occurred in the ruminant gastrointestinal tract. The results obtained from the developed model suggest that less then 10 % of the radioactivity was removed in the rumen. Other studies are required in order to determine where the main extractability in the body occurs

Thèse de doctorat : CHIMIE : Metz : 1999. / 1999METZ015S. 105 ref.

Thèse de doctorat : Génie des procédés : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Thèse de doctorat : Génie des procédés : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences de la vie : Toxicologie de l'environnement : Metz : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques.