Assemblages microbiens impliqués dans la phytoremédiation pour le biotraitement de déchets de forage pétrolier en zone aride

Microbial assembling involved in phytoremediation for the biotreatment of oil drilling waste in arid zones

• Auteur / Autrice : Samia Haddadi
• Direction : Robert Duran, Christine Cagnon
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physio biologie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 04/12/2024
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Bernet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robert Duran, Philippe Cuny, Thierry Berthe, Christine Cagnon, Cristiana Cravo laureau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Cuny, Thierry Berthe

Mots clés

Mots clés libres

Dégradation des hydrocarbures

Résistance aux métaux(loïdes)

Communautés microbiennes

Métabarcoding

Hydrocarbon degradation

Metal(lois)s resistance

Microbial community

Microbial diversity

Microbial communities

Metabarcoding

Résumé

Certaines régions arides sont connues pour leurs importantes activités de forage pour la production pétrolière et gazière. Au cours du procédé de forage pétrolier des quantités importantes de déchets complexes constitués de roches, de fluides de forage, d’hydrocarbures et de métaux(loïdes), appelés cuttings de forage, sont produites. Les composants toxiques contenus dans ces déchets peuvent être responsables de pollutions aquatiques et terrestres. Le traitement de ces déchets de forage est le plus souvent réalisé grâce à des méthodes physico-chimiques qui présentent un coût élevé et peuvent avoir un impact sur l’environnement. L’utilisation de techniques biologiques pour traiter les déchets de forage est une alternative prometteuse, moins couteuse et plus écologique. L'objectif de la thèse est de proposer un traitement biologique de dépollution des cuttings de forage dans les zones arides. Pour cela, une étude a été réalisée en mésocosmes, en présence de plante ou non. Helianthus aannus, plante connue pour son efficacité dans les procédés de bioremediation, et Lygeum spartum, endémique du sud algérien connue pour sa résistance aux conditions de stress hydrique et osmotique, ont été testées. Les plantes ont amélioré l'élimination des hydrocarbures, atteignant plus de 85% en 120 jours. Elles ont également permis la diminution de la fraction biodisponible des métaux(loïdes). Des assemblages microbiens spécifiques aux plantes ont été mis en évidence. Ils sont caractérisés par la présence de taxons « spécialistes » potentiellement impliqués dans la dégradation de fractions distinctes d'hydrocarbures. A partir de ces mésocosmes, nous avons obtenu quatre consortiums microbiens, se développant à 40°C, résistants aux métaux(loïdes) et dégradant les hydrocarbures. Ils présentent différentes compositions microbiennes avec la capacité de dégrader de 15 à 35 % des hydrocarbures pétroliers totaux en 15 jours. Chaque consortium génère différents profils de fractions d'hydrocarbures lors de la dégradation des hydrocarbures, suggérant des capacités de dégradation différentes. Des genres bactériens montrant des corrélations différentes avec les fractions d'hydrocarbures caractérisent chacun des consortiums, ce qui expliquerait les capacités de dégradation différentes. Ainsi cette thèse ouvre des perspectives permettant de mettre en œuvre des stratégies de phytoremédiation, avec une utilisation des consortiums dans une approche de bioaugmentation, pour le traitement des déchets de forage pétrolier multi-contaminés dans les zones arides. Mots clés : dégradation des hydrocarbures, résistance aux métaux(loïdes), communautés microbiennes, métabarcoding

Some arid regions are known for their extensive drilling activities for oil and gas production. During the drilling oil process, large quantities of complex waste consisting of rocks, drilling fluids, hydrocarbons and metals, known as drilling cuttings, are produced. The harmful of components contained in this waste can be responsible for aquatic and terrestrial pollution. Drilling waste is usually treated using physical-chemical methods, which are expensive and can have an impact on the environment. The use of biological techniques to treat drilling waste is a promising, less costly and more environmentally friendly, alternative. The objective of this thesis is to propose a biological treatment for the decontamination of drilling cuttings in arid zones. To achieve this, a study was carried out in mesocosms, with or without the presence of plants. Helianthus aannus, a plant known for its bioremediation effectiveness, and Lygeum spartum, an endemic of southern Algeria known for its resistance to conditions of hydric and osmotic stress, were tested. The plants improved hydrocarbon elimination, reaching over 85% in 120 days. They also reduced the bioavailable fraction of metal(oid)s. Microbial assemblages specific to plants were identified. They are characterised by the presence of ‘specialist’ taxa potentially involved in the degradation of distinct hydrocarbon fractions. From these mesocosms, four microbial consortia, growing at 40°C, resistant to metal(loid)s and degrading hydrocarbons were obtained. They have different microbial compositions with the capacity to degrade from 15 to 35% of total petroleum hydrocarbons in 15 days. Each consortium generates different hydrocarbon fraction profiles during hydrocarbon degradation, suggesting different degradation capacities. Bacterial genera showing different correlations with hydrocarbon fractions characterise each consortium, which could explain the different degradation capacities. This work opens up prospects for implementing phytoremediation strategies in bioaugmentation approaches using consortia to treat multi-contaminated oil drilling wastes in arid regions. Key words: Hydrocarbon degradation, metal(lois)s resistance, microbial communities, metabarcoding