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Céline Baguelin | ENOVEO |Ressources Microbiennes / Dioxines et Furannes | Intersol Mars 2014

Céline BAGUELIN, Sandra ENTRESANGLES, Cédric MALANDAIN,

Jean-Michel MONIER et Olivier SIBOURG

Implication des Ressources Microbiennes

dans le devenir des dioxines et furannes

7 place Antonin Poncet

Lyon, France

www.enoveo.com

04.27.11.85.44

1


• Management des Ressources Microbiennes

• Développement et applications de technologies innovantes

fournissant des solutions adaptées à diverses problématiques

environnementales (biostimulation, atténuation naturelle …)

• Réalisation de pilotes de biodégradation en laboratoires

• Réalisation de test d’oxydation chimique (Permanganate,

persulfate, Fenton etc ...)

• Conseil et expertise chimique, microbiologique et éco-

toxicologique appliqués à l’environnement.

www.enoveo.com

Société de conseil et d’expertise en

Bio-ingénierie Environnementale

2


Société créée en mai 2008, Lyon, France

Implantations à l’étranger

Etats-Unis (Enoveo US, Berkeley)

Inde (Enoveo India, Bhubaneswar)

Lauréat du Trophée INNOV’R : Biocapteur Microbien NODE

Agréée par le Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche (CIR)

ASSOCIES

M. David (Biologie Moléculaire)

J.M. Monier (Microbio. Environnementale)

O. Sibourg (Chimie), CEO

T.M. Vogel (Bio-Ingénierie, Bioprocédés)

SALARIES

C. Baguelin (Chargée d’affaires)

S. Entresangles (Chargée d’affaires)

C. Malandain (Chargé d’affaires sénior)

J.M. Monier (Chargé d’affaires sénior)

O. Sibourg (Commercial - Gérant)

3


Expertise sur le devenir d’un mélange de dioxines et

furannes dans l’environnement

→ Contexte du site : Site industriel dont le sol est pollué par un mélange de Dioxines

→Objectif du client : Le client souhaite savoir si les congénères identifiés sur site

peuvent être issus d’une altération d’un mélange de Dioxines, quelque soit l’origine

de la fabrication de ces composés.

→ Réalisation ENOVEO :

1. Etude bibliographique sur le devenir des Dioxines dans l’environnement

1.1 Définition

1.2 Dégradation

2. Simulation des voies de dégradation impliquant les congénères identifiés sur site

2.1 Caractérisation chimique

2.2 Origines possibles des congénères identifiés sur site

3. Conclusions et Perspectives

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Céline Baguelin | ENOVEO |Ressources Microbiennes / Dioxines et Furannes | Intersol Mars 2014 5

- Hydrocarbures aromatiques polycycliques chlorés

- 2 familles : (75) PolyChloroDibenzoDioxines (PCDD)

(135) PolyChloroDibenzoFurannes (PCDF)

- POPs : toxicité avérée pour la santé humaine

persistance élevée dans l’environnement

bio-accumulation

transportables sur de longues distances

OCDD/F OctaChloroDibenzoDioxines/Furannes

HpCDD/F HeptaChloroDibenzoDioxines/Furannes

HxCDD/F HexaChloroDibenzoDioxines/Furannes

PeCDD/F PentaChloroDibenzoDioxines/Furannes

TCDD TetraChloroDibenzoDioxines/Furannes

TrCDD/F TriChloroDibenzoDioxines/Furannes

DCDD/F DiChloroDibenzoDioxines/Furannes

MCDD/F MonoChloroDibenzoDioxines/Furannes

Dioxines TEF Furannes TEF

2,3,7,8-TCDD 1 2,3,7,8-TCDF 0,1

1,2,3,7,8-PeCDD 1 1,2,3,7,8-PeCDF 0,05

1,2,3,4,7,8-HxCDD 0,1 2,3,4,7,8-PeCDF 0,5

1,2,3,6,7,8-HxCDD 0,1 1,2,3,4,7,8-HxCDF 0,1

1,2,3,7,8,9-HxCDD 0,1 1,2,3,6,7,8-HxCDF 0,1

1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0,01 1,2,3,7,8,9-HxCDF 0,1

OCDD 0,001 2,3,4,6,7,8-HxCDF 0,1

1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0,01

1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0,01

OCDF 0,0001

- 17 congénères � Facteur d’Equivalence de Toxicité (TEF)

� Classiquement recherchés dans l’environnement

1.1 Les DIOXINES - Définition


1.1 Les DIOXINES - Impact et Toxicité

� Risque pour la santé publique lié à l’exposition aux Dioxines présentes dans

l’environnement est avéré, d’où l’attention particulière qui doit être portée à la

remédiation des sites contaminés.

Voies d’exposition humaine aux Dioxines

(Kulkarni, 2008)

�Sol et eau sont des compartiments importants

Origines anthropiques :

- sous-produits des industries du papier et de la métallurgie ou

encore de la production de solvants chlorés

- rejetées par les incinérateurs de déchets ménagers ou autres,

au sein desquels s’opèrent des combustions incomplètes.

Origines naturelles :

- éruptions volcaniques

- feux de forêts


1.2 Les DIOXINES – Devenir / Dégradation

�Dégradation lente et difficile dans l’environnement

• Stabilité chimique et thermique dues à la structure de la molécules (plane).

• Faible bioaccessibilité (interactions fortes avec la matière organique).

�Contenu en dioxines des sols, résultat de :

accumulation des différents congénères qui se sont déposés,

du transfert à un autre compartiment (air, eau) et

de l’activité de décomposition biotique ou abiotique.

AEROBIE

≤ 4 atomes de chlore

ANAEROBIE

2 ≤ Cl ≤ 8

- Biotique -

PHOTODEGRADATION

≥ 5 atomes de chlores

- Abiotique -

�Néanmoins, voies de dégradation mises en évidence depuis une trentaine d’années


1.2 Biotransformation aérobie

� A quelques rares exceptions, pas de mise en évidence pour > 4 atomes de chlore

Dioxygenases angulaires (Carbone impliqué dans la liaison éther + Carbone adjacent)

Dioxygenation en position latérales

Monoogygénation (Carbone engagé dans la liaison éther)

� Métabolites de dégradation n’appartiennent plus à la famille des Dioxines


1.2 Biotransformation anaérobie

� Importance considérable sur le plan environnemental car permet la

dégradation biotique de congénères fortement substitués : 2 ≤ Cl ≤ 8

Dechloration réductives successives selon 4 mécanismes :

- Départ simultané des atomes de chlore en position latérale et longitudinale ( ) - Départ des atomes de chlore conduisant à la production des congénères les plus favorables sur

le plan thermodynamique ( ) - Départ d’un atome de chlore uniquement s’il est situé immédiatement entre deux autres atomes

de chlore ( ) - Départ exclusivement des atomes de chlore en position latérale ( )

etc…


1.2 Photodégradation

- Phénomène très largement majoritaire dans les sols de surface (limité à la

profondeur de pénétration des rayons ultraviolets).

- Ne permet pas d’obtenir de congénères substitués par moins de 4 atomes de

chlore.

- De façon majoritaire, le mécanisme mis en évidence correspond à la rupture

initial d’une liaison C-Cl.

voies principales

voies secondaires


� Pour 77 des 80 points de prélèvements analysés (17 congénères) :

� +++ Congénères fortement substitués : OCDD et dans de moindres proportions HpCDD.

� Furannes fortement chlorés << Dioxines portant le même nombre d’atomes de chlore.

La plupart des échantillons sont relativement similaires et présentent la signature des dioxines

non-dégradées donc comme celles issues de l’incinération.

Mais quelles peuvent être les raisons des profils différents pour une minorité d’échantillons ?

� Exploitation plus poussées des données fournies par le client : méthode statistique

multivariée, permettant une représentation des données maximisant les différences pouvant

exister entre les échantillons (Analyse en Composantes Principales - ACP).

� Comparaison des différents points de prélèvements en fonction de l’abondance relative des

différents congénères.

2.1 Caractérisation chimique du site

- Informations communiquées par le client -


x1

x2

x3 x4

x5 x6

x7 x8 x9 x10

x11

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x13 x14

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x20 x21

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x33

x34 x35 x36 x37

x38

x39

x40 x41 x42 x43

x44

x45 x46 x47

x48 x49

x50

x51

x52

x53 x54 x55

x56

x57

x58 x59 x60 x61 x62

x63 x64 x65

x66

x67 x68 x69

x70 x71 x72

x73 x74 x75 x76

x77

x78

x79

X2.3.7.8.TeCDD

X1.2.3.7.8.PeCDD

X1.2.3.4.7.8.HeCDD

X1.2.3.6.7.8.HexCDD

X1.2.3.7.8.9.HexCDD

X1.2.3.4.6.7.8.HeptCDD

OCDD

X2.3.7.8.TeCDF

X1.2.3.7.8.PeCDF X2.3.4.7.8.PeCDF

X1.2.3.4.7.8.HexCDF

X1.2.3.6.7.8.HexCDF X2.3.4.6.7.8.HexCDF

X1.2.3.7.8.9.HexCDF

X1.2.3.4.6.7.8.HeptCDF X1.2.3.4.7.8.9.HeptCDF OCDF

x50, x71 et x73 : concentrations non nulles pour les différents congénères de furannes.

X79 : large majorité de 1,2,3,4,6,7,8-HpCDD et absence d’OCDD ainsi que de tout les congénères

de furannes.

Hypothèse : Echantillons issus de zones plus anoxiques et donc plus propices à la dégradation

anaérobie ?

2.1 Caractérisation chimique


Présentation d’un schéma synthétique des

voies de dégradation dans lesquelles les

congénères présents en quantités

significatives sur site peuvent potentiellement

être engagés.

-> le 2,3,7,8 TCCD peut être fait par les deux

mécanismes (photolyse et biodégradation).

2.2 Origines possibles de la pollution


� La dégradation des PCCD/Fs est largement influencée par le nombre d’atomes de

chlore substituant la molécule :

- congénères fortement chlorés (> 4 atomes de chlore) :

Phototolyse et Dehalogenation reductive uniquement.

- congénères moins chlorés :

propriétés physicochimiques modifiées,

mécanismes de dégradation dans des zones en condition aérobie,

plus largement identifiés.

� La littérature fait état de l’existence de composés dont les métabolites sont des

dioxines et furannes fortement chlorés -> alimentation des pollutions constatées.

-> la caractérisation de biomarqueurs microbiens de ces métabolismes pourrait dans

un futur proche permettre

-- de confirmer ou infirmer les hypothèses sur les origines / devenir des dioxines dans

l’environnement et notamment dans l’eau et le sol.

-- la mise en œuvre de stratégie de dépollution par voie microbienne.

3. Conclusions et Perspectives


Hydrocarbures (fractions légères, moyennes, fractions lourdes)

Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques – HAP

Composés Aromatiques Polycycliques (Nitro-HAP)

PolyChloroBiphénlys – PCB

Additif pétroliers (MTBE – ETBE)

Solvants chlorés (chloroéthylènes, chloroéthanes,

chlorométhanes)

Composés Aromatiques Volatils – ( B, T, E, X)

Chlorobenzènes

Nitrobenzènes

Aniline ,ChloroAnilines, TFMA et dérivés

Explosifs (RDX, HMX, TNT, Pentrite …)

Lindane et ses isomères

Acide Mono-ChloroAcétique (AMCA)

Phénol et dérivés du Phénol

Créosote

Phtalates

Glycol

Dioxines – Furannes

Chrome

Manganèse

Chlorate

Perchlorate

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