Approches isotopiques pour étudier le transfert réactif des alkylbenzènes dans les environnements souterrains touchés par des déversements pétroliers

Isotopic approaches to investigating reactive transfer of alkylbenzenes in subsurface environments impacted by oil spills

• Auteur / Autrice : Mohamed Boukaroum
• Direction : Patrick HöHENER
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement : Chimie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 15/12/2025
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCE - Laboratoire Chimie Environnement
• Jury : Président / Présidente : Gwenael Imfeld
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick HöHENER, Violaine Ponsin, Illa Tea, Nicolas Fatin-rouge
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Violaine Ponsin, Illa Tea

Mots clés

Mots clés libres

Pétrole

Hydrocarbures

Isotopes

Remédiation

Biotique

Abiotique

Crude oil

Hydrocarbons

Isotopes

Remediation

Biotic

Abiotic

Résumé

En raison de leur usage massif, les hydrocarbures figurent parmi les contaminants les plus fréquemment détectés dans les sols et les eaux souterraines. Bien qu’il soit évidemment préférable d’éviter toute pollution de la ressource en eau, les déversements accidentels demeurent inévitables, les hydrocarbures constituant encore aujourd’hui des piliers de nos sociétés. Pour limiter les impacts et éliminer autant que possible les hydrocarbures présents dans le sous-sol, diverses méthodes de remédiation ont été développées. Toutefois, leur efficacité repose sur une connaissance préalable du devenir des contaminants. Or, les approches classiques de suivi hydrogéochimique, basées uniquement sur les mesures de concentrations, se révèlent souvent insuffisantes en raison de leur manque de spécificité vis-à-vis des processus en jeu. À l’inverse, les méthodes isotopiques ont déjà largement démontré leur pertinence et sont désormais couramment employées pour l’étude du transfert réactif des hydrocarbures. L’objectif principal de ce travail est d’appliquer l’analyse isotopique multi-élémentaire spécifique au composé (ME-CSIA) afin d’étudier les transferts réactifs d’hydrocarbures au cours de processus de remédiation in situ. Les hydrocarbures aromatiques ont été retenus comme objets d’étude, puisqu’ils représentent l’une des fractions dominantes du pétrole brut. Dans un premier temps, un état des lieux sur la contamination des sols et des eaux souterraines est proposé, accompagné d’une présentation des différentes techniques de remédiation et de diagnostic, ainsi que des principes fondamentaux de l’analyse isotopique spécifique au composé. Les processus de remédiation biotiques et abiotiques sont ensuite examinés à travers deux grandes études. La première, conduite en microcosmes, porte sur l’évolution des rapports isotopiques lors de la biodégradation anaérobie des isomères du triméthylbenzène (TMB). La seconde s’intéresse aux processus abiotiques et explore le devenir des hydrocarbures monoaromatiques lors d’une remédiation par extraction des vapeurs du sol (SVE).

Due to their widespread use, hydrocarbons are among the most frequently detected contaminants in soil and groundwater. Although it is obviously preferable to avoid any pollution of water resources, accidental spills remain inevitable, as hydrocarbons are still a cornerstone of our societies today. To limit the impact and eliminate hydrocarbons present in the subsoil as much as possible, various remediation methods have been developed. However, their effectiveness depends on prior knowledge of the fate of the contaminants. Conventional hydrogeochemical monitoring approaches, based solely on concentration measurements, often prove insufficient due to their lack of specificity with regard to the processes involved. Conversely, isotopic methods have already amply demonstrated their relevance and are now commonly used to study the reactive transfer of hydrocarbons. The main objective of this work is to apply compound-specific multi-element isotopic analysis (ME-CSIA) to study reactive transfers of hydrocarbons during in situ remediation processes. Aromatic hydrocarbons were chosen as the subject of study, as they represent one of the dominant fractions of crude oil. First, an overview of soil and groundwater contamination is provided, along with a presentation of the various remediation and diagnostic techniques, as well as the fundamental principles of compound-specific isotopic analysis. Biotic and abiotic remediation processes are then examined through two major studies. The first, conducted in microcosms, focuses on the evolution of isotopic ratios during the anaerobic biodegradation of trimethylbenzene (TMB) isomers. The second focuses on abiotic processes and explores the fate of monoaromatic hydrocarbons during soil vapor extraction (SVE) remediation.