Caractérisation microbiologique d'un sol présentant des capacités de biodégradabilité du polluant PCB.
Acronyme : BioGonePOP Explore
Programme : Projets de Recherche, Développement ou Innovation (RDI)
Mots-clés : Sols / Agriculture / Forêt
Contexte : Depuis l’ère industrielle, les activités humaines ont introduit de nombreux Polluants Organiques Persistants (POPs) dans l’environnement : PFAS, PCB, Pesticides Chlorés et HAP. Ces composés ont des propriétés communes car ils sont stables dans l’environnement, mobiles, bioaccumulables et toxiques pour la santé humaine et les écosystèmes. Parmi les POPs, les polychlorobiphényles (PCB) sont un groupe de molécules produit par l’homme contenant théoriquement 209 congénères. Les PCBs ont été produits et commercialisés à l’échelle mondiale entre les années 1930 et 1980 pour diverses activités industrielles (équipements électriques, fluides hydrauliques, lubrifiants, etc.). Les PCBs ont contaminé l’environnement pendant leur production, leur utilisation et leur stockage et l’étendue de cette contamination à l’échelle mondiale est encore inconnue. Sur le plan sanitaire, l’exposition répétée à ces molécules, même à faible dose, entraine des effets néfastes sur la santé humaine, tels que des troubles du système hépatique, endocrinien, neurologique et le développement de nombreux cancers. En 2016, l’Agence Internationale de la Recherche pour le Cancer (IARC) classe les 209 congénères des PCB en molécules cancérigènes de classe 1 (IARC, 2016). A ce jour, aucune réglementation propose des seuils sanitaires en PCB dans les différents milieux du sol. En France, le nombre de nouveaux sites recensés impactés en PCB est en constante augmentation depuis les années 2000 et représente un enjeu sanitaire majeur pour les décideurs publics. Actuellement, on dénombre 643 sites impactés en PCB, majoritairement concentrés dans la région Rhône-Alpes, l’Île-de-France, les Hauts-de-France et le Grand Est. A ce jour, les techniques couramment utilisées par les acteurs de la filière Site et Sol Pollué (SSP) pour traiter les PCBs sont coûteuses et ont un fort impact environnemental. Par conséquent, la recherche et le développement de techniques alternatives représentent un enjeu important pour les propriétaires de site et les acteurs de la filière SSP. De nouvelles voies de traitements des PCB ont été explorées dans les années 2010 par le biais d’un projet porté par le pôle AXELERA. Un groupement d’entreprises a exploré diverses approches intéressantes mais, à notre il semble qu' aucune de ces techniques n’aurait été mise en œuvre à l’échelle d’un site. Le projet BioGonePOP s’inscrit dans cette démarche et est accompagné par le pôle AXELERA. Sa labellisation est en cours.
Description : Les Polluants Organiques Persistants ( POP ) sont des composés ubiquitaires, mobiles, stables dans l’environnement, bioaccumulables et toxiques pour la santé humaine et les écosystèmes. Parmi, les POPs, les polychlorobiphényles ( PCB ) sont un groupe de molécules synthétisées par l’homme et ont été commercialisées à l’échelle mondiale. Interdit en Europe depuis les années 80, leur utilisation pour diverses activités industrielles a conduit à une contamination majeure de l’environnement, dont le compartiment sol. A ce jour, les techniques couramment utilisées par les acteurs de la filière Site et Sol Pollué (SSP) pour traiter les PCBs sont (i) l’excavation et la gestion hors site des matériaux impactés (incinération ou enfouissement) et (ii) l’encapsulation sur site. Gone Environnement dispose d’un site pilote référence impacté en PCB sur lequel une diminution de 80% des concentrations en PCB dans le sol a été observée en seulement deux ans. Nos premières analyses chimiques suggèrent que cette atténuation naturelle serait liée à l’activité et à la diversité des communautés microbiennes du sol . A notre connaissance, une telle diminution n’a encore jamais été observée dans un sol à l’échelle d’un site et la compréhension des processus sous-jacents représenterait une étape importante pour le développement de technique alternative de remédiation des PCB. Dans ce contexte, l’objectif du projet de recherche et de développement BioGonePOP Explore est de comprendre les mécanismes microbiens impliqués dans l’atténuation naturelle des concentrations en PCB observées sur le site. Les sols impactés en PCB seront analysés par le couplage (i) de méthodes moléculaires pour caractériser les communautés microbiennes (qPCR, métagénomique ciblé et non ciblé) et (ii) d'analyses chimiques pour suivre l’évolution des PCBs et leurs produits de dégradation. Le livrable sera un bilan statistique des analyses chimiques et microbiologiques effectués sur l’ensemble de la banque d’échantillons accumulés sur une période de 1 an pour intégrer la variabilité saisonnière. D’un point de vue scientifique, les résultats de ce projet apporteront de nouvelles connaissances sur la diversité et la capacité des micro-organismes du sol à dégrader les PCBs. D’un point de vue opérationnel, les résultats générés permettront à Gone Environnement, de tester et développer, dans un second temps, des essais de traitabilité des PCBs à destination des gestionnaires de site et des acteurs de la filière SSP (bureau d’étude, centre de tri, etc.) par le biais d'un autre projet: BioGonePOP Remediation
Objectifs et résultats attendus : Malgré les nombreuses connaissances scientifiques acquises depuis ces 20 dernières années, il reste de nombreuses inconnues sur la diversité et l’activité microbienne impliquées dans la dégradation des PCBs in situ ainsi que des sous-produits de dégradation et leurs risques associés. Aussi, le manque d’expérimentations à grande échelle ne permet pas encore de proposer de solution de bioremédiation efficace auprès des acteurs de la filière SSP. Aujourd’hui, le site dont dispose Gone Environnement offre un accès privilégié pour la réalisation d’expérimentations en conditions réelles de terrain et l’analyse des communautés microbiennes indigènes. De plus, l’accès aux nouvelles technologies de séquençage haut débit (NGS) et l’acquisition, en interne, des compétences analytiques pour traiter les données générées permettra d’avoir une vision holistique des acteurs et des processus microbiens clés nécessaires pour le développement de solutions de bioremédiation. L’objectif du projet BioGonePOP Explore est de caractériser les espèces microbiennes (bactéries et champignons) et les voies métaboliques associées à la dégradation des PCBs au sein de l'alvéole de confinement. Les approches moléculaires envisagées dans ce projet sont : ★ La quantification des gènes fonctionnels associés à la dégradation aérobie et anaérobie des PCB par PCR quantitative . Cette technique nous permettra de rapidement identifier les processus microbiens majoritaires impliqués dans la diminution des concentrations en PCB sur le site (voie aérobie et/ou anaérobie). ★ L’approche de métagénomique non ciblée ou « shotgun » sera utilisée pour inventorier l’ensemble des gènes impliqués dans la dégradation des PCB et donnera une caractérisation fonctionnelle et taxonomique des communautés microbiennes présentes sur le site. Cette technique permettra notamment de décrire précisément les voies métaboliques utilisées par les communautés microbiennes. ★ L’approche de métagénomique ciblée ou metabarcoding viendra compléter l’approche « shotgun » et permettra de réaliser un inventaire plus exhaustif des espèces présentes au sein de la communauté microbienne. La diversité des communautés de bactéries et de champignons se fera par l’analyse du gène codant l’ARNr 16S et l’ITS (Internal Transcribed Spacer), respectivement. Avant toute communication, les résultats de l'étude seront présentés à l'ADEME et un rapport compilant les analyses statistiques des données chimiques et microbiologiques sera partagé avec l'ADEME. D’un point de vue scientifique, les résultats issus de ces travaux tels que l’identification d’espèces microbiennes (bactéries et champignons) et de gènes fonctionnels impliqués dans la dégradation des PCB permettront à Gone Environnement de valoriser cette étude sous la forme d’un article scientifique. De plus, l'identification et la caractérisation des voies métaboliques dans ce projet permettront d’orienter des essais en mésocosmes en vue de préparer le deuxième axe de recherche :BioGonePOP Remediation. Enfin, le projet BioGonePOP Explore s’inscrit dans la volonté de Gone Environnement de développer son axe R&D et de proposer des nouvelles méthodologies pour traiter les POPs à destination des acteurs de la filière SSP (bureau d’étude, centre de tri, etc.).
Bénéficiaire : GONE ENVIRONNEMENT
Localisation : Bourg-en-Bresse, Auvergne-Rhône-Alpes, FRANCE
Début : 01/10/2024 — Durée : 6 mois
Budget total : 29999.54 € — Aide ADEME : 20630 €
Statut : Suivi du projet