Les biphényles polychlorés, ou PCB, une classe de produits chimiques industriels résistants au feu, ont été largement utilisés dans les transformateurs électriques, les huiles, les peintures et même les matériaux de construction tout au long du 20e siècle. Cependant, une fois que les scientifiques ont appris que les PCB s'accumulaient dans l'environnement et ont posé un risque de cancer pour l'homme, une nouvelle production de PCB a été interdite à la fin des années 1970, bien que les PCB dits hérités restent utilisés.
Malheureusement, l'interdiction n'est pas la même que celle, c'est là que les scientifiques comme moi entrent. Les PCB restent dans l'environnement à ce jour, car ils sont considérés comme une classe de « produits chimiques pour toujours » qui s'attachent aux particules du sol et des sédiments qui se déposent au fond des corps d'eau. Ils ne se décomposent pas facilement une fois dans l'environnement car ils sont inertes et ne se lient ou ne réagissent généralement pas avec d'autres molécules et produits chimiques.
Certains sédiments peuvent libérer des PCB dans l'eau et l'air. En conséquence, ils se sont propagés dans le monde entier, même à l'Arctique et au fond de l'océan, à des milliers de kilomètres de toute source connue.
Les PCB en suspension dans l'air affectent particulièrement les personnes vivant près des sites contaminés. Les méthodes de nettoyage actuelles impliquent soit de transférer des sédiments contaminés dans une décharge de déchets chimiques, soit de l'incinérer, ce qui est coûteux et pourrait libérer involontairement plus de PCB dans l'air.
Je suis un doctorat. candidat en génie civil et environnemental à l'Université de l'Iowa. Mes recherches cherchent à empêcher les PCB de pénétrer dans l'air en utilisant des bactéries pour décomposer les PCB directement sur des sites contaminés, sans retirer et éliminer les sédiments.
Présentation des bactéries dans l'environnement
Je travaille avec une espèce de bactéries appelée Paraburkholderia xenovorans LB400, ou LB400 pour faire court. Découverte pour la première fois en 1985 dans une décharge de déchets chimiques de New York, LB400 est depuis devenu l'une des bactéries aérobies aérobies, ou à consommation d'oxygène les plus connues, capables de travailler dans les sédiments d'eau douce et d'eau salée. LB400 peut effectivement décomposer les PCB plus légers qui sont plus susceptibles de se retrouver dans les airs et de constituer une menace pour les communautés voisines.
LB400 dégrade les PCB en ajoutant des atomes d'oxygène d'un côté d'une molécule de PCB. Cela entraîne finalement la division des PCB en deux et la production de composés appelés chlorobenzoates, ainsi que d'autres acides organiques. D'autres bactéries peuvent dégrader ces composés ou les transformer en dioxyde de carbone. Mes collègues et moi prévoyons de les mesurer dans nos travaux futurs pour garantir que ces sous-produits ne constituent pas une menace pour LB400 et d'autres formes de vie.
Cependant, LB400 ne peut pas survivre très longtemps dans la plupart des environnements pollués par PCB, il ne peut donc pas encore nettoyer ces produits chimiques à plus grande échelle. Par exemple, dans certains endroits avec des niveaux de contamination historiquement élevés, comme le port de New Bedford, Massachusetts, de forts courants peuvent laver les bactéries en mer dès leur introduction. De plus, la modification des niveaux d'oxygène à marée élevée et basse et à la salinité dans le port peut leur faire du mal.
Où le biochar arrive
Parce qu'il est difficile d'introduire des bactéries en soi dans l'environnement, je travaille sur un mécanisme de livraison qui implique d'attacher les bactéries à la surface du biochar.
Le biochar est un matériau charbon fabriqué à partir de matériaux de chauffage des plantes à des températures très élevées dans des conditions à faible teneur en oxygène dans un processus appelé pyrolyse.
Combiné avec des bactéries, le biochar pourrait devenir un coup de poing efficace pour garder les PCB hors de notre air. Le biochar fournit un habitat sûr pour les bactéries, et il peut attirer les PCB des sédiments par adsorption, mettant les PCB en contact avec les bactéries à la surface, ce qui décompose les PCB.
Mes collègues et moi devons encore comprendre les détails de l'ajout du biochar enduit de bactéries dans l'environnement. À l'heure actuelle, l'idée est que le biochar s'enfoncera vers le bas où se trouvent les sédiments. Mais si le biochar ne voyage pas seul à l'endroit où nous en avons besoin, nous devrons peut-être examiner d'autres méthodes de livraison, telles que l'injecter directement dans les sédiments.
De plus, mon groupe de recherche a testé différents types de matériaux de biochar et a constaté que le biochar à base de grains de maïs fonctionnait mieux avec les bactéries. Pour l'année de marché 2025-2026, les États-Unis devraient produire plus de 400 millions de tonnes de maïs, ce qui en fait une ressource stable et abondante pour cette recherche.
Avant que les agences fédérales, étatiques ou villes puissent utiliser cette méthode de nettoyage PCB à grande échelle, je dois résoudre deux problèmes importants. Tout d'abord, je dois déterminer la quantité correcte de biochar à utiliser. Trop peu n'aurait pas d'effet significatif car il n'y aurait pas assez de biochar pour attirer les PCB et pas assez de bactéries pour les décomposer. Mais trop serait trop cher et peu pratique.
De plus, mes collègues et moi travaillons pour protéger davantage les bactéries attachées au biochar en l'entourant avec un matériau de «sol-gel» protecteur, que nous travaillons à des brevets. En raison de sa porosité élevée et de sa taille de pores idéaux, ce gel permet aux polluants tels que les PCB tout en empêchant les toxines qui pourraient constituer une menace pour LB400. Le sol-gel aide également à empêcher de forts courants de détacher les bactéries.
Ce sol-gel pourrait prolonger davantage la durée de vie utile des bactéries, ce qui rendra le traitement plus rentable et pratique pour les communautés touchées par les PCB en suspension dans l'air.
Bien que nos méthodes n'aient pas encore été utilisées à grande échelle, mon groupe de recherche et moi travaillons actuellement sur le test de cette hypothèse en laboratoire. En cas de succès, nous pourrions alors commencer à mener des essais sur le terrain et travailler à la mise à l'échelle de cette méthode d'utilisation sur des sites contaminés par les PCB à l'échelle nationale.
Mon équipe de recherche espère que les forces combinées des bactéries et du biochar de maïs peuvent potentiellement donner un jour à donner aux communautés la liberté de s'épanouir dans un monde sans PCB.
