La relation biodécontamination-détoxication sur des matrices relatives aux sols a été évaluée
par le biais de biotests écotoxicologiques. En partant de l'hypothèse selon laquelle la
biodégradation ou la bioélimination de contaminants s'accompagne d'une réduction
concomitante de la toxicité globale, un système expérimental simple de colonnes sol/liquide
de biodégradation de composés dérivés de la créosote a été étudié. Par ailleurs, un système
expérimental de simulation d'épandage de boue après "biolixiviation" des métaux lourds, et
un système à grande échelle de biodégradation ex situ d'hydrocarbures aliphatiques
contaminant un sol ont été ensuite étudiés avec une batterie complète de biotests.
La première étape de ce projet a été de constituer la batterie de biotests permettant l'évaluation
des systèmes sol/liquide. Cette batterie comportait les biotests suivants: Microtox® en phase
solide (Photobacterium phosphoreum; 20 min), germination de graine d'orge (Hordeum
vulgare; 5 j), croissance de la tige d'orge (Hordeum vulgare; 14 j), germination de graine de
laitue (Lactuca sativa; 5 j), mortalité du ver de terre (Eisenia foetida, 14 j), Microtox®
(Photobacterium phosphoreum; 15 min), élongation radiculaire (Lactuca sativa; 48 h),
croissance phytoplanctonique (Selenastrum capricornutum, 96 h), mortalité de daphnie
(Daphnia magna, 48 h) et SOS Chromotest ± S9 (Escherichia coli). Finalement des outils
de gestion des données écotoxicologiques ont été proposés. D'un point de vue pratique,
l'intérêt d'utiliser des biotests en contact direct avec le sol a été mis en évidence, et les
conséquences des manipulations d'échantillons sur la mesure de la toxicité ont été évaluées.
L'évolution de la toxicité dans un modèle de biodégradation de composés dérivés de la
créosote en solutions mixtes a été étudiée avec le test Microtox®. Les composés solubilisés
en solution aqueuse ont été injectés dans des colonnes de sol et dégradés par la flore
microbienne indigène du sol. Après passage au travers des colonnes, la toxicité de chaque
solution, exprimée en inhibition de la bioluminescence, a été réduite très significativement
jusqu'à des valeurs proches de la limite de détection du test. Cette détoxication s'est
accompagnée d'une réduction simultanée des composés les plus toxiques (phénanthrène et p-crésol) dans les solutions, ce qui a permis de vérifier l'hypothèse de travail.
Le procédé de décontamination des boues d'épuration, la biolixiviation des métaux lourds, a
été évalué à l'aide d'une batterie de biotests. Dans le but de simuler l'épandage agricole, des
boues d'épuration traitées (c. à d. biolixiviées) ou non-traitées ont été mélangées avec un sol
non-contaminé utilisé comme témoin négatif aux taux de 1 à 100 g/L de sol. Des élutriats de
boue ont également été préparés. La biolixiviation a réduit les effets toxiques associés aux
boues pour la plupart des biotests, bien que des effets étaient encore mesurables, même après
traitement, aux fortes concentrations en boue ou en élutriat. Pour la germination, la boue
biolixiviée était moins toxique (C150 orge: 53 g/L; laitue: 13.6 g/L) que la boue non-traitée
(72; 16.8 g/L). La boue biolixiviée a stimulé la croissance de l'orge aux taux supérieurs à
56 g/L, alors que la boue non-traitée l'a inhibée à 100 g/L. Les vers ont survécu jusqu'à
56 g/L dans la boue biolixiviée, comparé à 32 g/L dans celle non-traitée. Les valeurs de
CI50 du Microtox® était de4.0 % v/v et 8.4 % v/v pour les élutriats de boues non-traitée
et biolixiviée respectivement. Aucun effet génotoxique (SOS Chromotest) n'a été détecté
dans les élutriats, et aucune différence significative n'a été observée entre les boues avec le
test d'élongation radiculaire de la laitue. Le seul biotest où a été observée une augmentation
des effets avec le traitement de biolixiviation est celui de la mortalité des daphnies. Dans ce
cas, une différence significative n'a été observée qu'à la seule concentration de 5.6 % v/v
en élutriat. Cependant, la non-égalité des variances a rendu les résultats des tests
d'élongation radiculaire de la laitue et de mortalité des daphnies particulièrement difficiles à
interpréter. En conclusion, le traitement de biolixiviation a donc été accompagné d'une
réduction de la toxicité. Des expériences complémentaires de bioaccumulation des métaux
dans les vers et les tiges d'orge ont permis de mettre en évidence que la biodisponibilité du
Cu, du Zn et du Mn a été réduite par le traitement de biolixiviation, indice que la réduction de
la toxicité était en partie due à la réduction dans la biodisponibilité des métaux.
Des essais complémentaires avec le Microtox® ont permis de mettre en évidence que les
manipulations des élutriats, c. à d. l'irradiation gamma et la congélation de 3 mois à -20°C,
avaient un effet sur la mesure des effets toxiques. Cependant, aucune interaction entre le
traitement des boues et les manipulations n'a été significative, ce qui indique qu'il est
possible de comparer les traitements après manipulation des échantillons.
La batterie de biotests a également été utilisée pour évaluer un procédé de traitement de sol
contaminé avec des hydrocarbures aliphatiques (12 à 24 carbones). Ce traitement ex situ de
1500 m³ de sol issu d'une raffinerie de pétrole a duré 9 mois. Malgré une concentration
initiale en huiles et graisses de 2000 mg/kg, aucun effet toxique ou génotoxique n'était
significatif dans le sol ou son élutriat avant traitement. Pendant le traitement, qui a diminué
les concentrations en huiles et graisses à 800 mg/kg, des effets significatifs ont été détectés
par les tests de germination de graine d'orge (MT (toxicité maximale) = 28 %, NOEC =
56 % v/v), de mortalité du ver de terre (MT = 100 %, NOEC = 56 % v/v) et de mortalité
des daphnies (MT = 40%, NOEC = 18 % v/v). De plus, une augmentation évidente de la
génotoxicité a été observée avec le SOS Chromotest dont les valeur de FICV sont passées de
1. 7 (- S9) et 1.0 (+S9) avant traitement à 2.5 (- S9) et à 1.9 (+ S9) après 9 mois de
traitement. Les résultats Microtox® en phase solide n'ont pas été considérés car ce test était
très sensible aux sols non-contaminés.
Quatre sols non-contaminés, échantillonnés dans différentes zones spécifiques (urbaines,
agricoles, forestières) où aucune contamination ponctuelle n'a été enregistrée, ont été testés
avec la même batterie. L'élutriat du sol non-contaminé agricole a induit la mortalité des
daphnies (MT = 40%, NOEC = 32 % v/v). De plus, les élutriats de trois sols testés avec le
SOS Chromotest en absence de S9, et d'un sol en présence de S9, ont montré une activité
génotoxique (FICV entre 1.5 et 1.7). Des effets inhérents aux sols sont donc mesurables par
certains biotests
Dans le but d'évaluer le biotraitement du sol contaminé aux hydrocarbures et de comparer les
effets inhérents des sols non-contaminés à la toxicité mesurée sur les sols traités, deux outils
de gestion des résultats écotoxicologiques ont été proposés. L'Indice écotoxicologique pour
les sols (ESI) intègre en une valeur globale les résultats d'une batterie de biotests. La valeur
de l'indice (S) qui en résulte permet la comparaison de différents échantillons. Le Niveau
écotoxicologique acceptable pour les sols (NEAS) est établi à partir des résultats obtenus
avec les sols non-contaminés et permet de différencier de la toxicité globale d'un sol, l'effet
inhérent à tous les sols même non-contaminés. Sa valeur numérique correspond à la
moyenne de toutes les valeurs S obtenues avec chaque sol non-contaminé. Ainsi, les
échantillons récoltés avant (S = 0) et après le début du traitement (S = 0.48) présentaient
une toxicité globale comparable à la toxicité inhérente des sols non-contaminés
(NEAS = 0.10). Cependant les valeurs des échantillons prélevés après 5 mois (S = 1.21)
et à la fin du procédé de traitement (S = 1.10) ont montré une toxicité augmentée (un ordre
de grandeur en échelle logarithmique), et suggèrent que le procédé a été stoppé avant la
complète détoxication. Il faut toutefois tenir compte de la complexicité inhérente à ces
opérations et à l'hétérogénéité des sols.
L'évaluation écotoxicologique a donc prouvé qu'elle pouvait être un outil fiable pour
connaître l'efficacité de détoxication d'un procédé biotechnologique, mais il est important de
rester conscient de ses limites. Principalement, l'évaluation écotoxicologique, telle
qu'appliquée actuellement, ne peut fournir de relation de causalité entre l'élimination des
contaminants et celle des effets toxiques. Ainsi, la réduction des effets toxiques ne peut être
directement expliquée par la diminution des métaux dans les boues. De même, la cause de
l'apparition d'effets toxiques au cours du traitement du sol ne peut être déterminée par
l'évaluation écotoxicologique. Il s'agit d'une méthode de détection globale des effets
toxiques, qui peuvent être dus à la contamination initiale, aux agents de la biodégradation,
aux métabolites, ou aux changements survenus dans la biodisponibilité des contaminants.
Dans la perspective d'appliquer l'approche écotoxicologique à l'évaluation des systèmes
sols/liquides et des procédés de traitement, ces travaux constituent des résultats importants
