Sujet :
BIOMIM’HUMIQUE : Une approche biomimétique éco-durable pour la remédiation raisonnée de sites pollués
Contexte :
Le projet BIOMIM’HUMIQUE propose d’associer les propriétés naturellement chélatantes des substances humiques (SH) extraites de compostes issus de déchets (favorisant ainsi les préceptes d’une économie circulaire) à celles de catalyseurs biomimétiques afin de développer une nouvelle voie, écoresponsable et durable de remédiation de sols et d’effluents contaminés. Les SH sont des associations supramoléculaires de petites molécules hétérogènes aux propriétés amphiphiles, qui s’organisent en domaines pseudo-micellaires dans des solutions aqueuses). Lorsque les composés organiques récalcitrants hydrophobes adsorbés sur les surfaces des particules solides du sol entrent en contact avec des solutions humiques, ils se répartissent de préférence dans les domaines hydrophobes humiques, étant ainsi éliminés du sol. Parallèlement, les groupes fonctionnels acides des substances humiques peuvent complexer les métaux lourds présents dans le sol et ainsi les extraire. Par ailleurs, l’utilisation combinée de substances humiques et de catalyseurs biomimétiques augmente de manière significative le rendement d’extraction de certains polluants. En effet, l’efficacité de ces lavages des sols par les substances humiques est similaire à celle obtenue par l’utilisation de tensioactifs synthétiques. Cependant, l’utilisation de ces derniers présente le grave inconvénient de détruire la microflore du sol, condamnant ainsi le sol à être évacué vers un site d’élimination. Inversement, l’utilisation de solutions humiques d’une part n’abîme pas le biote du sol, et d’autre part favorise une atténuation naturelle supplémentaire des contaminants organiques restants par l’ajout de carbone métaboliquement assimilable par les sols. Outre l’efficacité, la rapidité et l’éco-durabilité, un autre avantage du lavage humique des sols est qu’il peut être mis en oeuvre directement sur site et que les sols, après traitement, conservent leurs propriétés physiques, chimiques et biologiques et peuvent donc être replacés dans leur emplacement d’origine.
Objectif :
Différents types de compostes seront caractérisés d’un point de vue géochimique en utilisant une méthodologie de type « huméomique », à l’aide de la résonnance magnétique nucléaire (RMN) du carbone (13C) et du proton (1H) en 1 et 2 dimensions ainsi que de la spectrométrie de masse à haute résolution (ESI et APPI-Orbitrap-MS) et de la chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (GC-QTOF MS), afin de déterminer la nature moléculaire des substances humiques extraites des différents composts. Le lavage des sols contaminés se fera en deux étapes. La première consiste en un lavage des radionucléides et/ou des polluants organiques avec les SH. La deuxième étape consistera en une copolymérisation catalytique des contaminants résiduels dans les superstructures humiques. Cette deuxième étape fera donc intervenir un catalyseur biomimétique. Le catalyseur biomimétique choisi est une porphyrine métallique soluble dans l’eau synthétique qui pourra être utilisée soit avec un oxydant (H2O2) ou sous irradiation solaire. Nous pensons plus particulièrement aborder l’utilisation de porphyrine de fer solubles qui agissent comme catalyseurs du couplage covalent de certains polluants organiques du sol avec les fragments phénoliques des substances humiques exogènes compte-tenu de la nature particulière des polluants d’intérêt (composés organonitrés et leurs produits de dégradation biotiques et abiotiques). L’efficacité des lavages de sols contaminés sera tout d’abord déterminée à l’échelle du laboratoire, sur les polluants d’intérêt pour les applications du CEA (radionucléides et composés organonitrés), en utilisant un panel de sols pollués aux caractéristiques et aux niveaux de pollution variés. Par ailleurs, les effluents liquides contenant les polluants seront également caractérisés par RMN et SMHR afin de mieux comprendre la nature des complexes formés entre les molécules chélatantes issues des composts et les polluants organiques et inorganiques pour, in fine, élaborer une stratégie d’épuration des effluents sur colonne échangeuse d’ions.
Contact :
BRIDOUX Maxime
CEA/DAM Ile-de-France – Bruyères-le-Châtel, 91297 Arpajon
Tél. : 01.69.26.40.40. – maxime.bridoux@cea.fr