Qu'est-ce que la biorestauration? Types de biorestauration Scientifiquement, comment fonctionne la biorestauration? Biotechnologie et biorestauration Domaines actuels de recherche en biorestauration Biorestauration et ressources naturelles Développement durable et biorestauration Bibliographie

Qu'est-ce que la biorestauration?

La biorestauration consiste à utiliser des organismes vivants pour nettoyer les sols et les eaux contaminés. Malgré cette définition plutôt large, la biorestauration repose en général sur l'activation du processus microbien naturel et l'utilisation de micro-organismes. Le terme biorestauration regroupe deux mots : bio, diminutif de biologie et restauration, qui signifie remise en état. La phytoremédiation, l'utilisation de végétaux pour nettoyer l'environnement, est également considérée comme un genre de biorestauration. Elle fait l'objet d'une page distincte sur ce site.

Je veux en savoir plus sur la phytoremédiation.

Types de biorestauration

Les principaux types de biorestauration sont les suivants:

• Biostimulation -- Ajout de substances nutritives et d´oxygène, sous forme liquide ou gazeuse, aux eaux usées ou aux sols contaminés pour favoriser la croissance et le développement de bactéries déjà présentes dans le milieu. La disparition des contaminants est contrôlée afin de garantir l´efficacité des mesures correctives.
  
  
• Bioaugmentation -- Ajout de micro-organismes aptes à nettoyer un polluant particulier aux eaux ou aux sols contaminés. La bioaugmentation est généralement utilisée avec succès sur des polluants retirés de leur site d´origine, comme par exemple dans des installations municipales de traitement des eaux usées. Jusqu'à présent, cette méthode n'a pas eu beaucoup de succès dans les sites pollués, en raison de la difficulté de contrôler les conditions du site pour optimiser la croissance des micro-organismes introduits. Comme les scientifiques n'ont pas encore compris tous les mécanismes que comporte la biorestauration, les organismes introduits dans un environnement étranger ont parfois de la difficulté à survivre.
  
  
• Biorestauration intrinsèque -- Aussi connue sous le nom d´atténuation naturelle, ce type de biorestauration se produit naturellement dans les sols et les eaux contaminés. Cette biorestauration naturelle est le travail de micro-organismes que l'on retrouve dans les sites contaminés par des produits pétroliers, tels que les anciennes stations d'essence dont les réservoirs souterrains fuyaient. Les chercheurs tentent de déterminer si la biorestauration intrinsèque se produit dans des zones contaminées par d'autres types de produits chimiques. L'application de cette technique exige un contrôle étroit de la dégradation des polluants afin de veiller à la protection de l'environnement et de la santé humaine.

Chacun des trois types de biorestauration peut être utilisé sur le site contaminé (in situ) ou sur des produits contaminés prélevés sur le site et transportés ailleurs (ex situ). Dans le cas de sols, de sédiments et de boues pollués, la technique peut nécessiter la préparation de la terre afin que les micro-organismes soient bien pourvus en substances nutritives et en oxygène.

Scientifiquement, comment fonctionne la biorestauration?

La biorestauration repose sur les processus biologiques naturels des micro-organismes, dont le métabolisme.

Métabolisme microbien

Le métabolisme est l'ensemble de toutes les réactions chimiques qui se produisent dans une cellule ou un organisme. Tous les processus de la vie sont basés sur une série complexe de réactions chimiques. Le processus métabolique se divise en deux phases : l´anabolisme, qui élabore des structures moléculaires complexes à partir de molécules plus simples, et le catabolisme, qui dégrade les molécules complexes en molécules plus simples. Les produits chimiques des sites pollués peuvent être dégradés par l'un ou l'autre de ces processus, ou les deux.

Anabolisme – la construction

Dans le cas de l'anabolisme, les produits chimiques absorbés par le micro-organisme sont utilisés pour bâtir diverses parties de la cellule. Le carbone et l'azote sont les produits chimiques de base des protéines, des sucres et des acides nucléiques qui composent les cellules microbiennes. Les micro-organismes puisent le carbone et l'azote du sol, de l'eau et de l'air qui les entourent. Pour absorber les substances nutritives et les transformer en éléments de cellules, les micro-organismes ont besoin d'énergie. C'est là que le catabolisme entre en jeu.

Catabolisme – la dégradation

Le catabolisme permet aux micro-organismes de puiser de l'énergie dans les produits chimiques disponibles dans l'environnement. Bien que la plupart des micro-organismes soient exposés à la lumière et aux sources chimiques d'énergie, ils comptent généralement sur les produits chimiques pour se doter d'énergie. Lorsque les produits chimiques se dégradent, ils libèrent de l'énergie, que les micro-organismes utilisent pour effectuer des fonctions cellulaires telles que celles de l'anabolisme.

Rôle de l'anabolisme et du catabolisme en biorestauration

Les produits chimiques présents dans les sites contaminés prennent part aux processus d'anabolisme et de catabolisme. Par exemple, les hydrocarbures (qui sont des dérivés du carbone) présents sur les sites renfermant des produits pétroliers peuvent être absorbés par les micro-organismes, qui les utilisent comme éléments cellulaires de base. Les micro-organismes ont besoin de certains autres produits chimiques, notamment les composés chimiques associés au phosphore, au potassium, au calcium et au sodium. Les micro-organismes ont également besoin d´infimes quantités de certains autres éléments chimiques, y compris le chrome, le cobalt, le cuivre et le fer, disponibles en abondance dans les sites contaminés.

La saviez-vous?

La plupart des micro-organismes ne sont pas pathogènes.

Les micro-organismes sont la source d'au moins la moitié de l'oxygène que nous respirons.

Les microbes sont responsables de la chimie de la vie et influencent le climat mondial.

(Source : Microbial Genomics Gateway)

Biotechnologie et biorestauration

La nature est dotée de mécanismes d'autorenouvellement. Le rôle de la biotechnologie dans la biorestauration consiste à appliquer efficacement ces mécanismes existants pour nettoyer la pollution de l'environnement. Actuellement, on étudie divers micro-organismes pour savoir s'ils peuvent nettoyer les différents produits chimiques que l'on retrouve dans les sites industriels contaminés. Les scientifiques envisagent également de modifier génétiquement certains micro-organismes afin d'augmenter la capacité de ceux-ci à métaboliser certains produits chimiques particuliers, tels que les hydrocarbures, dans les sites contaminés.

Domaines actuels de recherche en biorestauration

Il faut poursuivre les recherches afin de mieux comprendre les processus microbiens complexes qui se produisent au cours de la biorestauration, particulièrement dans le cas de la biorestauration des métaux. En outre, les chercheurs essaient de comprendre pourquoi certains micro-organismes sont plus aptes à dégrader un type de produits chimiques que d´autres.

L´amélioration des stratégies de biorestauration in situ est également à l'étude. Le traitement in situ est idéal, car il est économique et affecte peu l'environnement. Actuellement, le traitement in situ pose des problèmes parce que le contrôle des conditions naturelles externes (sol dense, températures froides, etc.) est difficile. Des méthodes pour améliorer l´apport de substances nutritives ou de micro-organismes in situ et ex situ sont en cours de développement.

Biorestauration et ressources naturelles

La biorestauration est très souvent utilisée par des industries de ressources naturelles telles que l'industrie forestière, les mines et l'énergie. Voici quelques exemples :

• Biorestauration des eaux usées de l'industrie pétrolière et gazière -- L'industrie pétrolière utilise des bactéries pour nettoyer la pollution créée par les déversements et les fuites souterraines et pour nettoyer les déchets occasionnés par la production pétrolière.
  
  Les eaux usées renfermant des hydrocarbures dissous constituent la majeure partie des déchets rejetés par l'industrie pétrolière et gazière. Certains composants des hydrocarbures sont très toxiques et ne se dégradent pas naturellement. On traite parfois ces eaux usées dans des lagunes de biorestauration, des bassins fermés renfermant des bactéries de décomposition de produits pétroliers, avant de les rejeter dans l'environnement. Cependant, ce processus est très long.
  
  Pour restaurer les eaux usées plus rapidement et efficacement, des chercheurs de la Saskatchewan ont inventé un réacteur qui fonctionne à l´aide de bactéries de décomposition de produits pétroliers. Le réacteur, qui utilise des bactéries de la famille des Pseudomonas, consiste en une structure tubulaire renfermant un film bactérien qui filtre les eaux usées.
  
  
• Biorestauration des sédiments contaminés -- Les déchets organiques provenant des eaux usées et des usines de pâtes et papiers, ainsi que les produits chimiques utilisés par diverses industries – sidérurgique, pétrolière et autres – ont contaminé les sédiments de nombreux ports, lacs, rivières et canaux du monde. En plus d´affecter la qualité de l'eau et la vie aquatique, certains de ces contaminants se combinent aux composés naturellement présents dans l'eau pour libérer des gaz malodorants et toxiques.
  
  La façon la plus courante de s'attaquer à la contamination sédimentaire consiste à retirer les sédiments à l'aide d'une drague montée sur un chaland et à les acheminer vers un centre d'entreposage à long terme ou une installation de traitement. Malheureusement, le transport et l'élimination sont coûteux. Le dragage, qui perturbe l'habitat, ne peut être considéré comme une solution à long terme.

Développement durable et biorestauration

La biorestauration utilise les ressources disponibles dans la nature pour nettoyer la contamination. L'emploi de procédés biologiques, comme dans le cas de la biorestauration, comporte habituellement des coûts relativement faibles par rapport au coût des processus chimiques de dépollution employés dans divers sites. En outre, ce processus perturbe moins l'environnement. Cependant, comme c'est un processus naturel, il prend beaucoup de temps.

Bibliographie

(En anglais seulement)

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A Citizen's Guide to bioremediation. The Citizen's Guide Series, United States Environmental Protection Agency. 16 décembre 2001 www.epa.gov/swertio1/download/citizens/bioremediation.pdf

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Primer on Microbial Genomics, Fun Facts. Microbial Genomics Gateway. 4 janvier 2002 www.microbialgenome.org/primer/facts.html

Guide to Biotechnology: Environment. Biotechnology Industry Organization. 6 décembre 2001 www.bio.org/er/environment.asp

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Biogeochemical Processes: The Foundation for In Situ Bioremediation. United States Department of Energy, Office of Science. 16 janvier 2002 www.er.doe.gov/production/ober/nabir/institu.html

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Concepts and Technologies for Bioremediation in Confined Disposal Facilities. Dredging Operations and Environmental Research (DOER), US Army Corps of Engineers. 1er mai 2002 www.wes.army.mil/el/dots/doer/pdf/doerc11.pdf