Résumés des thèses 2003

Une Évaluation de Procédés de Biorestauration d'Hydrocarbure dans l'Arctique Canadien

par : SLt David Paul Francis

Directeurs : Dr. Kenneth Reimer et Dr. John Poland

Résumé

Les hydrocarbures renversés sont actuellement le contaminant chimique le plus répandu dans les sols arctiques. La nature éloignée et austère des installations arctiques a créé une impulsion pour l'élaboration des méthodes robustes et rentables de remédiation. Les systèmes de traitement biopile et le procédé d'épandage ont été deux méthodes prometteuses de traitements potentiels qui réduisent des concentrations en hydrocarbure de sol par une combinaison de la volatilisation et la biodégradation. Le centre de cette thèse devait déterminer les contributions relatives des processus physiques et biologiques à la dégradation d'hydrocarbure. Deux biopiles aérées et chauffées ont été construites au site radar du Sytème d'Alerte du Nord, à Cape Dyer, Nunavut. L'efficacité de ces biopiles a été comparée, pendant un an, au système “bio-venting” à Savitok Point, qui fonctionne depuis l'été de 2000. Des microcosmes de laboratoire ont été employés pour étudier l'étendue de la biodégradation et la volatilisation des flaques fraîches et exposées à 7ºC et 20ºC dans des conditions de sol optimaux.

Des changements de la concentration totale de TPH ont été employés pour évaluer l'efficacité globale des traitements sur le terrain. Les rapports des alcanes au chaînes droites heptadecanes, et octadecanes au alkanes embranchées pristanes, et phytanes ont été employés pour déterminer la présence de biodégradation aux deux emplacements. L'épuisement préférentiel des alcanes à chaînes droites est indicatif de la biodégradation des hydrocarbures. L'efficacité de la biodégradation dans les microcosmes de laboratoire a été surveillée en utilisant une combinaison de l'enlèvement d'hydrocarbure, de la minéralisation de dodecane 14C, de l'épuisement préférentiel des alcanes à chaînes droites, et des changements de la population microbienne. Les deux applications de champ ont démontré une capacité de diminuer la concentration totale des hydrocarbures dans le sol; mais, des pertes dans les biopiles de Cape Dyer ont été limitées à la couche extérieure de sol. On n'a observé aucun épuisement préférentiel d'alcane dans les traitements de Cape Dyer ou de Savitok Point, suggérant que les pertes volatiles étaient dominantes dans les deux systèmes. Cependant, ce résultat n'est pas conclusif, puisque les concentrations de pristane et de phytane dans les carburants utilisés étaient basses, ce qui a comme conséquence de faiblir la précision en calculant les divers rapports.

Les expériences de laboratoire ont indiqué que la stimulation des microbes indigènes au Cape Dyer par l'addition de nutriments étaient minimales. Tous les traitements, indépendant de leur activité biologique ou l'âge de la flaque, ont démontré une capacité d'abaisser les concentrations d'hydrocarbure, avec les microcosmes biologiquement morts qui ont été laissés à l'air produisant des niveaux d'enlèvement d'hydrocarbure égaux aux plus efficaces traitements vivants. Les taux relatifs d'enlèvement totale d'hydrocarbure ne correspondent pas aux taux de minéralisation de dodecane, suggérant que soin doive être pris en interprétant les résultats de cette méthode en évaluant le potentiel de bio-traitabilité d'un sol.

En général, les résultats de cette thèse suggèrent que la contribution relative de la volatilisation dans les procédés d'épandage de surface et les biopiles soient beaucoup plus grandes que celle de la biodégradation. Il semble donc que l'aération efficace pour encourager la volatilisation est la méthode la plus prometteuse pour l'enlèvement rapide et efficace de la contamination d'hydrocarbure des sols excavés.