Cours Envi Hudro

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche

Scientifique
Université H’Hamed Bougara Boumerdes
Faculté des Hydrocarbures et de Chimie
Master II
Pétrochimie & Raffinage
Cours
Techniques environnementales
appliquées à l’industrie des
Hydrocarbures
Sommaire
Chapitre I : Chapitre I : Les hydrocarbures
I.1. Définition ............................................................................................................................. 1

I.2. Les hydrocarbures aromatiques cycliques ........................................................................... 1
I.3. Toxicité des hydrocarbures ................................................................................................. 2
1.4. Liste des principaux produits contenant des hydrocarbures................................................ 3
I.5. Principales causes de pollution associées à l'usage des hydrocarbures fossiles ................. 3
I.5.1. Les conséquences de l’emploi des combustibles fossiles ............................................... 3
I.5.2. Causes des pollutions maritimes par les hydrocarbures ................................................... 4
I.6.Composition du pétrole ........................................................................................................ 4
I.7.Toxicité du pétrole brut ........................................................................................................ 4
I.8. Ce qui arrive au pétrole déversé dans le milieu marin......................................................... 6
I.9. Le HAP Dans l’organisme ................................................................................................... 8
Chapitre II : Voies d’élimination des HAPs
II.1. Introduction ....................................................................................................................... 9

II.2. Voies Biologiques............................................................................................................... 9
II.2.1. Biodégradation aérobie des HAPs .................................................................................. 9
II.2.1.1. Voies biologiques bactériennes ................................................................................... 9
II.2.1.2. Voies biologiques fongiques ..................................................................................... 11
II.2.2. Biodégradation anaérobie des HAPs ............................................................................ 12
II.3. Voies physicochimiques ................................................................................................... 13
II.3.1. Méthode Fenton ............................................................................................................. 14
II.3.2. Voies physiques ............................................................................................................. 15
II.3.2.1. Ultrasons .................................................................................................................... 15
II.3.2.2. L’ozonation ................................................................................................................ 17
II.4. Couplage de procédés biologiques et physicochimiques ................................................. 20
II.5. Phyto-remédiation ........................................................................................................... 20
Chapitre III : Raffinage du pétrole
III.1. Introduction .................................................................................................................... 31

III.2. Processus de raffinage .................................................................................................... 31
III.3. Émissions atmosphériques des raffineries de pétrole ..................................................... 31
Travaux Pratique
Série N°1 ................................................................................................................................. 34

Série N°2 ................................................................................................................................. 44
Série N°3 ................................................................................................................................. 53
Cours Tech Env Indus Hydro Chapitre I
Chapitre I : Les hydrocarbures
I.1. Définition
Composé contenant essentiellement du carbone et de l’hydrogène « Hydrocarbures » désigne

le pétrole sous toutes ses formes (pétrole brut, le fuel-oil, les résidus d’hydrocarbures et les
produits raffinés, « condensats », huiles minérales, gasoils et essences…) répartis en famille
et rassemblant plusieurs centaines de composants en mélange.
5 familles d’hydrocarbures :
 Les hydrocarbures aliphatiques (CH4, C3H8, C2H6…) ;
 Les hydrocarbures alicycliques (cycloalcanes, cycloalcènes, terpènes C10H16 …) ;
 Les hydrocarbures aromatiques simples (benzène, alkyl benzène..) ;
 Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (naphtalène, acénaphtylène…) ;
 Les hydrocarbures aromatiques soufrés (thiophènes).
I.2. Les hydrocarbures aromatiques cycliques
Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont des composés organiques

constitués de plusieurs cycles aromatiques (2 à 10) non substitués et condensés.
Naphtalène
Acénaphtylène Antracène
Pyrène
Pyrène
Benzo(g,h,i)pérylène
1
I.3. Toxicité des hydrocarbures
Les risques professionnels présentés par les hydrocarbures, utilisés de façon massive dans
tous les secteurs, sont de deux ordres :
Le risque pour les gaz et les liquides volatils d’asphyxie et d’incendie ou d’explosion, car la
plupart des hydrocarbures sont inflammables. La toxicité (par inhalation, ingestion, contact
cutané), qui est variable selon les produits, parfois élevée, avec risque cancérogène.
En toxicologie, on distingue trois types d’hydrocarbures :
 Les hydrocarbures aliphatiques ;
 Les hydrocarbures alicycliques ;
 Les hydrocarbures aromatiques simples, les hydrocarbures aromatiques polycycliques
(HAP) et hydrocarbures aromatiques soufrés.
Hydrocarbures aliphatiques
 Asphyxiants,
 Attaque du système nerveux central,
 de la peau et des poumons.
2
Hydrocarbures aromatiques
 Coma convulsif
 Leucémies
 Cancers cutanés
 Cancers pulmonaires
 Cancers de la vessie
Nombreux effets néfastes sur la santé
1.4. Liste des principaux produits contenant des hydrocarbures

 La plupart des huiles (huile pour moteur, huile de raffinage, huile pour l’industrie
alimentaire, huile pour transmissions, huile minérale, huile de rinçage, huile pour
machine à papier…),
 Liquide de refroidissement,
 Graisse,
 Fluide pour le travail des métaux,
 Solvants,
 Lubrifiants pour glissières, lubrifiant pour câbles métalliques…
I.5. Principales causes de pollution associées à l'usage des hydrocarbures fossiles

I.5.1. Les conséquences de l’emploi des combustibles fossiles
Activité Cause de pollution Milieu pollué Nature des polluants
Fuite de puits "off-

Extraction Océan Pétrole brut
shore"
Atmosphère
Rejets d'effluents Eaux Divers composés organiques,
Raffinage
gazeux et liquides continentales mercaptans, SO2
mers
Combustions SO2, oxydes d'azote,
Utilisation Atmosphère
incomplètes hydrocarbures
3
I.5.2. Causes des pollutions maritimes par les hydrocarbures
77% environ de la charge de pollution atteignant les océans sont imputables à des sources
terrestres (44% provenant des eaux de ruissellement et des décharges directes terrestres ; 33%
provenant de l'atmosphère).
Le ruissellement correspond au lessivage des taches d’huile et d’essence que l’on trouve sur
les routes, par les eaux de pluie.
Quels sont les causes des pollutions maritimes par les

hydrocarbures?
ruisselement
atmosphère
10% 1%
12%
44% transport maritime
33%
décharges en mer
I.6.Composition du pétrole
Les produits pétroliers sont des mélanges complexes dont la composition est variable en
fonction de l’origine du brut, des procédés de raffinage et des procédés d’approvisionnement.
Brut mélange de milliers de molécules organiques gazeuses, liquides et solides
Hydrocarbures de 4 à 26-30 Carbones: composent 75% de la masse du pétrole

oxygène, soufre, azote, métaux, dont le Cuivre, le fer, le nickel, et le
Autres
vanadium
I.7.Toxicité du pétrole brut
Le pétrole brut contient:

 Des aromatiques très toxiques, tels le benzène, le toluène et le xylène,
 Des composés acides (carboxyliques) et les phénols,
 Des composés soufrés (thiols, thiophènes, sulfides),
Les HAP (benz(a)pyrène, phénanthrène, …).
Les composés les plus légers et donc les plus volatils de chaque classe sont les plus toxiques.
4
La couche de pétrole peut varier de1 µm à plusieurs mm selon sa nature, la température de

l’eau et de la surface disponible pour l’étalement.
Phase d’étalement
L’étalement et l’épaisseur de la nappe ne sont pas uniformes (advection due aux courants et
aux vagues).
L’étalement et l’épaisseur de la nappe ne sont pas uniformes (advection due aux courants et
aux vagues).
Inertie de la nappe
Vents et vagues brisent les nappes en petites tâches puis diffusion par les tourbillons
Petites tâches jusqu’à 10 m sous la surface.
Effets toxiques résultent de multiples facteurs.
L'exploitation pétrolière s'installe en Méditerranée :
5
I.8. Ce qui arrive au pétrole déversé dans le milieu marin

 L’Evaporation
• Processus par lequel des molécules de poids moléculaire moyen et avec un point
d’ébullition bas se volatilisent dans l’atmosphère 50 % du pétrole
• Favorisée par vents et fortes vagues selon les propriétés intrinsèques du pétrole, la
luminosité et la température de l’eau et de l’air
• Durée relativement courte
• (de quelques heures à 2 jours)
 L’oxydation photochimique
Composés plus lourds, peu solubles dans l’eau de mer, peuvent le devenir si contact avec O2
en présence de lumière (longueur d'onde entre 200-550 nm)
Réaction en chaîne auto catalytique impliquant des radicaux libres.
Formation de cétones, aldéhydes, composés OH et acides carboxyliques le résidu devient plus
visqueux
 La dissolution
Processus particulier aux composés de faible poids moléculaire ; Composés solubles ingérés
par les organismes marins.
Elle dépend de:
- composition du pétrole.
- sa viscosité.
- conditions physico-chimiques du milieu (salinité, température, vents, vagues,
turbulence).
- la matière organique dissoute (MOD).
6
La MOD favorise la dissolution grâce aux acides humiques, formant un état semi colloïdal ou
micellaire.
 L’émulsification
Deux types d’émulsion sont possibles lorsque le pétrole est déversé en eau de mer :
 L’huile dans eau : attaques microbiennes.
 Eau dans huile : élargissement de la nappe formation de masses visqueuses.
 La sédimentation
Incorporation de particules par des microorganismes et des invertébrés.
Les argiles en zones côtières et estuaires réagissent avec le pétrole pour former rapidement un
floculat de colloïdes qui sédimente facilement.
Le pétrole transite également via son ingestion par le zooplancton et sédimente par les pelotes
fécales, qui sont alors dégradées par les microbes.
 La dégradation microbienne
Importante en milieux riches, peu profonds ou à température élevée (milieu subtropical et
tropical). Dépend de la composition du pétrole.
 Les dispersants chimiques
Influencent la biodégradation du pétrole.
Augmentent sa biodégradation par l’émulsification du pétrole.
Très toxiques pour les populations bactériennes.
Si le pétrole est dans le sédiment, les bactéries ont moins de succès pour le dégrader
enfouissement.
 Conditions anoxiques possibles.
 Bioturbation.
 Récupération
Stockage
Traitement :
 Thermique (incinération et vaporisation)
 Physico-chimique (obtenir différentes phases)
 Stabilisation à la chaux (transformation du produit
 Et éventuel recyclage)
 Bio traitement (cinétique plus rapide pour
 La dégradation microbienne)
Mais dans tous les cas cela engendre une nouvelle pollution plus ou moins prononcée
7
I.9. Le HAP Dans l’organisme
L’induction du cancer chez les mammifères par les HAPs passe par la participation d’un
groupe d’enzymes capables de transformer les composés xénobiotiques en produits solubles
dans l’eau
Ces enzymes sont des mono oxygénases qui appartiennent au groupe cytochrome P450
Cyt P450
+
O O
_
(+)-7,8 Oxide (-)-7,8_Oxide
Benzo(a)pyrène
epoxide hydrolase
Cyt P450
+
HO HO
HO HO
epoxide hydrolase (-)-7,8_Dihydrodiol
(+)-7,8_Dihydrodiol
Schéma d’activation métabolique du Benzo[a]pyrène chez les mammifères (Sutherland et al.,

1995).
8
Cours Tech Env Indus Hydro Chapitre II
Chapitre II : Voies d’élimination des HAPs
II.1. Introduction
Les HAPs sont des composés relativement réfractaires à la dégradation biologique.

Les recherches sur la dégradation des HAPs ont permis l’isolement de nombreuses espèces de
bactéries, de champignons et d’algues capables de dégrader les HAPs de petit poids
moléculaire (2 à 3 cycles benzéniques).
Naphtalène
Acénaphtylène
Antracène
II.2. Voies Biologiques

II.2.1. Biodégradation aérobie des HAPs
II.2.1.1. Voies biologiques bactériennes
La plupart des expériences ont été réalisées avec des cultures pures issues d’enrichissement à
partir de sols, de sédiments ou d’eaux naturelles. Les principales souches bactériennes isolées
et les produits de dégradation des HAPs sont listés sur le tableau .
9
Le naphtalène est l’un des HAPs les plus simples et les plus facilement biodégradables.
Les voies de dégradation pour les HAPs avec trois cycles, comme l’acénaphthylène, le
fluorène, l’anthracène et le phénanthrène suivent le même modèle avec action des
dioxygénases pour former des dihydrodiols.
L’anthracène est métabolisé par Pseudomonas aeruginosa selon le même schéma (figure C2).
Le fluoranthène, le pyrène, le benzo[a]anthracène, le chrysène, le benzo[a]pyrène ont été

moins étudiées, relativement peu de données existent sur les bactéries qui sont capables de les
10
dégrader (Juhasz and Naidu, 2000), divers auteurs ont démontré que leurs voies métaboliques
ressemblent à celles du naphtalène avec incorporation initiale d’une molécule de dioxygène
par une dioxygénase suivie d’une dégradation en chaîne des cycles benzéniques.
Le pyrène est ainsi catabolisé par Mycobacterium spp. pour produire du CO2 (figure C3).
(Heitkamp et al., 1988 ; Boldrin et al., 1993).
Le benzo[a]pyrène est métabolisé avec difficulté, dû à sa faible solubilité dans l’eau, sa forte
énergie de résonance et sa toxicité (Cerniglia, 1992 ; Wild and Jones, 1993).
Kelley et al. (1993) ont montré que la dégradation du benzo[a]pyrène par Mycobacterium sp,
en mélange avec six autres HAPs est insuffisante. S. paucimobilis peut toutefois dégrader les
HAPs de cinq cycles comme le dibenzo[a,h]anthracène et le benzo[b]fluoranthène avec des
rendements respectifs de 7,5% à 33%.
II.2.1.2. Voies biologiques fongiques
Certains champignons (Cunninghamella elegans, Penicillium sp, Aspergillus sp) produisent

des cytochromes P450 monooxygénases qui leur permettent de transformer un certain nombre
de molécules y compris les HAPs.
11
Dégradation des HAPs en milieu naturel. Les principales espèces (Phanerochaete

chrysosporium, Trametes versicolor, Pleurotus ostreatus et Bjerkandera sp.) excrètent les
lignines peroxydases dans le milieu, lequelles créent une double liaison entre un atome
Une autre famille de champignons, dit de la pourriture blanche participent à la de carbone du
cycle benzénique et un atome d’oxygène, formant une quinone (Boyle et al., 1998 ;
Harayama, 1997 ; Kotterman et al., 1998 ; Mercier, 1998 ; Rama-Mercier, 1998
II.2.2. Biodégradation anaérobie des HAPs
Biodégradation des HAPs par voie anaérobie est moins étudiée. Longtemps considérée
comme irréalisable, les récents résultats montrent qu’il y a un potentiel réel des flores
anaérobies à dégrader ces composés. Mihelcic et Luthy, (1988) ont mis en évidence la
dégradation du naphtalène et de l’acénaphthène, sous conditions dénitrifiantes en aquifères et
14 14
sols pollués. La minéralisation a été confirmée par la production de CO2 à partir de C-
naphtalène : près de 90% des HAPs peuvent être minéralisés en CO2, mais aucune donnée
n’existe sur les intermédiaires (Holliger et Zehnder, 1996). Les études de Chang et al. (2001)
mettent en évidence le potentiel de dégradation anaérobie du phénanthrène par des bactéries
sulfato-réductrices dans des sédiments. Les premiers résultats sur les métabolites de la
12
dégradation du naphtalène furent publiés en 1997 (Zhang et Young, 1997). Les auteurs ont
travaillé sur la biodégradation du naphtalène et du phénanthrène sous condition sulfato-
réductrices.
II.3. Voies physicochimiques
Les procédés biologiques pour l’élimination (aérobie ou anaérobie). des HAPs (dégradation
métabolique par quelques espèces de microorganismes) ont montré leurs limites. Les
meilleurs résultats de dégradation sont obtenus pour les HAPs les plus petits, quelle que soit
la voie
Il faut envisager l’application de nouvelles technologies pour la dégradation des HAPs.
Les procédés physicochimiques (réactif de Fenton, ultrasons, ozone, UV) représentent une
bonne alternative en raison de leur possibilité de générer des radicaux hydroxyles OH˙ qui
présentent un fort pouvoir oxydant. Mais leur limite réside aussi dans la potentielle production
d’intermédiaires toxiques.
13
II.3.1. Méthode Fenton
La méthode de Fenton ou l’oxydation au peroxyde d’hydrogène catalysée par le fer ferreux

peut être utilisée pour la dégradation des HAPs
Ce réactif permet la formation en milieu aqueux de radicaux hydroxyles (équation 1)
Les radicaux hydroxyles formés oxydent les composés organiques soit par l’élimination
d’hydrogène (équation 2) ou par l’addition d’hydroxyles (équation 3).
Les conditions expérimentales sont très importantes : la valeur du pH doit être autour de 3
pour éviter la précipitation de fer, et le rapport des concentrations H2O2/Fe(II), doit être
optimisé pour éviter la consommation des radicaux OH˙ par les réactions suivantes (selon les
équations 4 et 5) :
Paramètres influençant la dégradation des HAPs

Concentrations en peroxyde d’hydrogène
Tous ces travaux mentionnent des conditions d’oxydation fortes avec des concentrations en
peroxyde d’hydrogène pouvant atteindre 15 M (Watts et al., 2002).
Les molécules de benzo[a]pyrène adsorbées sur les sols peuvent être minéralisées sans
désorption préalable.
Influence du pH
Généralement, la réaction doit être contrôlée à un pH de 2-3 pour éviter la précipitation de
sels (Kuo, 1992). Nam et al. (2001) montrent de meilleurs résultats à pH acide (2-3) qu’à un
pH proche de la neutralité.
Conclusion
14
La dégradation des HAPs par la méthode de Fenton semble efficace en solution mais
nécessite de plus fortes concentrations de réactifs lorsque les HAPs sont adsorbés sur des sols,
des sédiments ou des boues. On peut noter de plus fortes réactivités pour les HAPs de faible
masse moléculaire et ne comprenant pas de cycles à 5 carbones. Il faut en outre souligner la
forte réactivité du benzo[a]pyrène.
II.3.2. Voies physiques

II.3.2.1. Ultrasons
Les ultrasons peuvent être utilisés pour la dégradation des HAPs en solution.
Les solvants utilisés sont l’éthanol (Park et al., 2000), le benzène (Park et al., 2000),
l’acétonitrile (Psillakis et al., 2003, 2004).
La sonication favorise la formation de bulles de cavitation dans le liquide (Gonze, 2000).
Ces bulles grossissent, vibrent et finissent par imploser violemment lorsqu'elles atteignent une
taille critique
Influence de la température
Little et al. (2002) ont montré que, dans la dégradation de phénanthrène, la température joue
un rôle important.
N’était quasiment pas dégradé à 20°C après 4 heures de sonication à 30 kHz, son taux de
dégradation a atteint 52% à 30°C et 88% à 40°C
Durée de la sonication
Le taux d’élimination des HAPs augmente avec la durée de sonication, les cinétiques étant du
premier ordre par rapport à la concentration en HAPs (Psillakis et al., 2003 ; Laughrey et al.,
2001 ; Taylor et al., 1999 ; Park et al., 2000).
Effet de la masse moléculaire des HAPs
Les HAPs de faible masse moléculaire sont plus facilement dégradés par les ultrasons que les
composés de hauts poids moléculaires (Park et al., 2000 ; Psillakis et al , 2003). Selon
Psillakis et al. (2003) uniquement les HAPs les plus petits (naphtalène, acénaphthylène,
acénaphthène, fluorène, phénanthrène, anthracène, fluoranthène et pyrène) sont dégradés en
15
120-180 min sous les conditions de sonication : 80kHz, 130 W/L de densité de puissance,
concentration initiale 30μg/L.
Conclusion
Quelques travaux relativement récents ont montré la capacité des ultrasons à dégrader les
HAPs en solutions. Toutefois ces procédés nécessitent de très longues durées de sonication, ce
qui implique de fortes consommations énergétiques. Ils sont en outre limités pour les HAPs de
hauts poids moléculaires et lorsque le milieu contient d’autres composés organiques dissous.
la première, se trouve dans la bulle de cavitation (phase gazeuse), siège de fortes températures
(3000 à 5000K) et pression (500 à 10000 atm, Taylor et al., 1999).
Dans cette région s’effectue la décomposition thermique de l’eau, avec production d’atomes
d’hydrogène et de radicaux hydroxyles
Les réactions de pyrolyse des polluants peuvent également se produire
• la deuxième est l’interface gaz-liquide localisée autour de la bulle de cavitation. Cette
région contient une concentration significative de radicaux hydroxyles.
• la troisième est la solution, où se trouve la plus faible réactivité.
La plupart des auteurs attribuent la dégradation des HAPs aux mécanismes radicalaires (
Wheat et Tumeo, 1997; Park et al., 2000; Laughrey et al., 2001 ; Taylor et al., 1999 ; Psillakis
et al., 2004)
aux mécanismes thermiques pour les HAPs semi-volatils pouvant pénétrer dans les bulles de
cavitation (Psillakis et al., 2004).
L’initialisation des réactions radicalaires se fait par la sonolyse de l’eau (Chitra et al.,2004).
Les réactions de propagation s’écrivent :
Les réactions de terminaison sont :
16
Paramètres influençant la dégradation des HAPs

Fréquence des ultrasons
Alors que la plupart des études sont menées à faibles fréquences (20 ou 30 kHz, Wheat et
Tumeo, 1997; Park et al., 2000 ; Laughrey et al., 2001 ; Taylor et al., 1999 ; Little et al.,
2002),
Psillalakis et al. (2004) soulignent l’amélioration de la dégradation des HAPs avec
l’augmentation de la fréquence des ultrasons de 24 à 80 kHz.
Concentration des radicaux hydroxyles
Park et al. (2000) ont montré l’effet positif, sur la dégradation d’ HAPs (1- methylnaphtalène,
anthracène, phénanthrène, pyrène, 1,1,2-benzopérylène et coronène) de l’augmentation de la
concentration des radicaux hydroxyles.
Influence du pH
Park et al. (2000) ont montré que la dégradation du méthylnaphtalène est supérieure à pH = 2
(75%) que sous des conditions basiques (pH=12, 50% de dégradation).
II.3.2.2. L’ozonation
L’ozone est un oxydant puissant, instable en milieu aqueux. C’est un composé allotropique
(plusieurs formes de résonance), à forte réactivité, possédant les propriétés d’un dipôle.
17
18
En résumé, il faut retenir l’ouverture des cycles aromatiques ainsi que la production de sous-
produits avec des groupements aldéhydes et carboxyliques plus solubles dans l’eau (Zeng et
al., 2002).
La photodégradation (Rivas et al., 2000; Lehto et al., 2003 ; Guieysse et al., 2004) ou
photocatalyse (catalysée par TiO2, Wen et al., 2002 ; Krauss et Wilcke, 2002)
procédés combinés UV/H2O2 (An et Carraway, 2002), UV/O3 (Rivas et al., 2000) ont été
appliqués à la dégradation des HAPs en solutions.
Ces procédés sont des techniques d’oxydation faisant intervenir les radicaux hydroxyles. La
solution ou effluent traité doit être en fine couche et présenter une forte transmittance des
rayons UV (donc une faible turbidité),
Finalement, citons les radiations gamma qui ont été efficaces pour le traitement des HAPs
dans boues résiduaires (El-Seoud et al., 2004).
19
II.4. Couplage de procédés biologiques et physicochimiques
II.5. Phyto-remédiation
Une « technologie verte » pour la dépollution

 Problème technologique : Mise au point de méthodes de dépollution efficaces et
économiquement viables
 Problématique scientifique : Comportement des végétaux confrontés à des composés
toxiques
Définition
Phytoremédiation = Utilisation de végétaux et de leurs microorganismes associés pour la

dépollution de l’environnement. Dégradation et séquestration des polluants organiques et
inorganiques.
20
Domaine Application
 Phytoremédiation de l’eau
 Phytoremediation des sols
 phytoextraction
1994 : premier brevet (Phytotech Inc)
Procédé d’extraction des ions métalliques du sol basé sur la croissance de plantes cultivées de
la famille des Brassicacées sur des sols contaminés par des métaux.
Absorption racinaire
Exportation foliaire  récolte
2000 : Premier guide de la phytoremédiation publié par l’agence nationale de l’environnement
des USA
Programme COST 837 en Europe
Champs d’application
Préventif
Végétalisation de décharges
Traitement des effluents industriels et de stations d’épuration
Zones tampons
Curatif
Accidents industriels
Friches industrielles
Activités minières
Pétrochimie et Agrochimie
Sols agricoles
Site militaires
21
Végétalisation de décharges
Stations d’épuration
Typologie des techniques

Polluants inorganiques et organiques
Phytoextraction
Phytovolatilisation
Phytostabilisation
Rhizofiltration
Phytoextraction
Transfert des polluants vers les parties aériennes:
Niveau de bioaccumulation ?
Niveau de translocation ?
Récolte
Confinement ou recyclage
22
Phytostabilisation
Prévention :
Infiltrations
Flux horizontaux
Érosion
Conversion en formes moins biodisponibles
Précipitation
Adsorption racinaire
Rhizofiltration
Extraction des polluants en milieu aqueux : Effluents industriels
Phytoextraction Phytovolatilisation Phytostabilisation
Rhizofiltration
Filtration de l’arsenic par des fougères
23
Coût : adapté pour des faibles volumes fortement contaminés
Typologie des techniques

Dégradation des polluants organiques
Phytodégradation
Rhizostimulation ou Phytostimulation
Dégradation des composés organiques

Phytodégradation
Dégradation des composés par le métabolisme de la plante
Composés moyennement hydrophobes:

• TNT et TCE
Phytostimulation
Stimulation de la flore du sol capable de dégrader les composés organiques
Composés très hydrophobes :
• PCBs (Polychlorinated Biphényls)
• HAP (Hydrocarbures aromatiques polycycliques)
Plante = végétal + microorganismes associés

10-20% des photosynthétats  exsudats racinaires
Densité microbienne augmentée de plusieurs ordres de grandeur à 1mm
24
Éventuellement en association avec de la remédiation classique
Choix des espèces utilisées en phytoremédiation

Critères :
 Adaptation au milieu
 Biomasse et vitesse de croissance
 Tolérance aux polluants
 Capacités d’accumulation ou de dégradation des polluants
Espèces classiques en zones humides
Espèces classiques pour la dépollution des sols ou des eaux souterraines
25
Les plantes hyperaccumulatrices
Alyssum bertolonii (> 1 % Nickel)

Phytoextraction continue
Un exemple de chélatant : l’EDTA
Principaux polluants concernés

Polluants inorganiques :
Macroéléments
Métaux lourds et ETM
Radionucléides
26
Pollutions par des macroéléments
Polluants organiques
Métaux lourds et éléments traces métalliques (ETM)
Comment définir les métaux lourds ?
Masse volumique > 5 g / cm-3
Plomb
Polluant métallique le plus courant
Ex: site de Metaleurop à Noyelles Godault : 500 ppm sur 500 ha
Faiblement biodisponible  utilisation nécessaire de chélatants
27
Radionucléides
238
U, 137Cs, 90Sr..
Essais de rhizofiltration de 137Cs et 90Sr à Tchernobyl
Cooney, C.M., 1996, Sunflowers Remove Radionuclides from Water in Ongoing

Phytoremediation Field Tests, Environmental Science and Technology, 30 (5), pp.194A.
Composés organiques
Hydrocarbures dont HAP
Organochlorés
Solvants : TCE
Insecticides : DDT
PCB (pyralènes), PCDD (dioxines), PCDF (furanes)
Explosifs
TNT, RDX
Herbicides
28
Atrazine
Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)
Phytodégradation par des peupliers
Approches transgéniques
Augmentation de la tolérance au cadmium
Surexpression de la -ECS chez Brassica juncea
29
30
Cours Tech Env Indus Hydro Chapitre III
Chapitre III : Raffinage du pétrole
III.1. Introduction
Le raffinage du pétrole est la séparation physique, thermique et chimique du pétrole brut en

composantes majeures de distillation
La raffinerie de pétrole est l'installation où se déroule ce processus, plus de 2 500 produits
différents.
Carburants (comme l'essence automobile, le carburant diesel, le carburant aviation, le mazout
léger et lourd) produits hors combustibles (comme les huiles et les graisses lubrifiantes,
l'asphalte) matières premières pour l'industrie chimique.
III.2. Processus de raffinage
Le raffinage des combustibles fossiles comprend plusieurs étapes:

La distillation et le déshuilage;
La transformation ou valorisation;
La désulfuration ou adoucissement;
et parfois l'ajout d'additifs pour améliorer le rendement du carburant.
III.3. Émissions atmosphériques des raffineries de pétrole
Le processus de raffinage du pétrole entraîne le rejet de plusieurs polluants atmosphériques,

dont
Les oxydes de soufre,
Les oxydes d'azote,
Les composés organiques volatils,
Les particules,
Le monoxyde de carbone
le benzène, de même que de nombreux gaz à effet de serre (GES).
31
Sommaire des émissions des raffineries
Pourcentage du total des émissions de source industrielle,

2005
Dioxyde de soufre 3,9%
Oxydes d'azote 3,9%
Composés organiques 2,1%

volatils
Total des particules en 1,3%

suspension
PM10 2,5%
PM2,5 3,1%
Monoxyde de carbone 1,3%
BenzèneNote de bas de page b 18,7%
32
33
Cours Tech Env Indus Hydro TD série N°1
Les produits pétroliers

Composition des produits pétroliers tableau 1 : Vrai ou faut ?
Problème N° 1 : Le Benzène :
Benzène est un liquide incolore très volatil. C’est un intermédiaire de synthèse important et un
excellent solvant des graisses, particulièrement apprécié des professionnels pour cette raison.
Il est obtenu par distillation de la houille et du pétrole. Il appartient à la famille des solvants
aromatiques. Il s’agit d’une substance cancérigène.
 L’industrie chimique, comme produit de départ de nombreuses synthèses (synthèse du phénol,
du styrène, de l’aniline, du nitrobenzène, du cyclohexane) qui sont eux-mêmes des
intermédiaires utilisés pour la Le fabrication de matières plastiques, colorants, textiles…
La parfumerie ou la distillation du bois, comme extracteur et pour la recherche d’arômes
(odeur de pin, de pain grillé, de fraise…).
Le C6H6 est une molécule classée par L’IARC comme cancérigène.
En présence de milieu biologique actif, Le benzène évolue suivant le schéma :
34
OH
OH
OH
Hydrogénase OH
Benzene
Benzene dihydrodiol
Catéchol
Acetylcystéine
HN O
O Fe / OH O
S
O
H
Benzène oépine Aldehyde trans muconique
Benzène oxyde
Réarragement Aldéhyde déshydrogénase
OH OH OH O
O
H
HO OH
OH
Phénol Cathécol Acide trans muconique
Hydroquinone
NAD(P)H Myolopéroxydase
O OH
O HO OH O
Hydrobenzoquinone Trihydroxybenzène 1,2 Benzohydroquinone
1) Donnez une esquisse appropriée de l’environnement, justifiez votre réponse.

2) Les différents compartiments de l’environnement sont ils biologiquement
actifs, Justifiez votre réponse.
3) Identifiez les produits par groupement fonctionnel
4) Le milieu biologique est catalyseur ou bien un réactif, Justifiez votre réponse.
5) Posez votre formalisme pollution H
6) Définir une démarche pour l’expertise
 Organisme de référence
 Méthode de prélèvement et d’analyse
Problème N° 2
De manière générale, l’action des micro-organismes sur les hydrocarbures et autres produits
pétroliers est limitée par les facteurs essentiels :
 La faible solubilité dans l'eau : Vrai ou faut
 Les effets toxiques des hydrocarbures sur les cellules vivantes : Vrai ou faut
 Les bactéries exposées au stress des produits pétroliers présentent des altérations dans
leur structure membranaire dues au caractère lipophile des hydrocarbures: Vrai ou faut
 la salinité du milieu apparait comme l’élément le plus important qui influence le

processus de biodégradation : Vrai ou faut
 la biodégradation dans un milieu marin est réduite par une augmentation de la salinité
qui influe de façon négative sur la croissance bactérienne et la diversité des espèces :
Vrai ou faut
35
 dans une étude sur la biodégradation du phénanthrène, ont démontré qu’une salinité
élevée (35 ‰) inhibe la croissance bactérienne et diminue fortement la biodégradation
de ce polluant : Vrai ou faut
 La plus forte dégradation naturelle est observée au niveau des côtes rocheuses, des
plages de sable et de graviers exposées à l’air libre, au rayonnement solaire, aux
tempêtes et à l’action des vagues : Vrai ou faut
 Cette forte activité est également observée au niveau des secteurs avoisinants
caractérisés par des sédiments grossiers, les flux rapides des eaux et une bonne
saturation en oxygène.
 Au contraire, les zones marécageuses des côtes et les cours d’eau caractérisés par des
vitesses lentes de circulation des eaux, l’accumulation de sédiments vaseux, une teneur
en matières organiques élevée et un déficit en oxygène présentent les plus faibles taux
de dégradation naturelle de la pollution par les hydrocarbures :
 l'humidité du sol, le pH et la température, est nécessaire à la biodégradation des HAP

(Hydrocarbures aromatiques poly insaturés) :
La biodégradation va dépendre d'un approvisionnement adéquat en eau dans le sol. L'eau

est nécessaire non seulement pour répondre aux exigences physiologiques des micro-
organismes, mais aussi pour le transport des nutriments et des sous-produits métaboliques
et l'apport de l'oxygène dans le sol.
 La biodégradation est généralement plus rapide lorsqu'elle se déroule à des valeurs de

pH neutre :
Certaines études ont d'ailleurs démontré que la minéralisation de certains polluants est
plus lente dans les eaux souterraines et dans certains lacs où le pH est plus acide (pH 4,87)
 La température peut influencer soit directement, soit indirectement la biodégradation :
C’est un facteur important dans la croissance et l'activité des micro-organismes. Elle

favorise l'augmentation du niveau des réactions métaboliques.
En appliquant différentes températures (17 °C, 27 °C et 37 °C), le taux d'abattement des
hydrocarbures est maximum à 27 °C pour tous les polluants testés
S'il est bien établi que la température est un facteur important dans la croissance et l'activité
des micro-organismes dans le processus de biodégradation des polluants organiques, certaines
études ont démontré une inhibition presque complète de la biodégradation à 5 °C.
 Les hydrocarbures impactent négativement la chaine alimentaire jusqu'à l'homme :

Comment est il ce procédé ?
 les micro-organismes indigènes pour le traitement des hydrocarbures de préférence :
 Importation des souches de microorganismes pour le traitement indésirable :
 Les hydrocarbures pétroliers figurent parmi les principaux polluants rencontrés dans
les écosystèmes.
36
 Les hydrocarbures pétroliers Ce sont des produits (pétrole brut, pétrole raffiné,
kérosène, essences, fuel, lubrifiants, huiles à moteurs) regroupés sous le nom
d'hydrocarbures :
 Les hydrocarbures comprennent principalement des hydrocarbures aliphatiques dont la
caractéristique est la présence de chaines linéaires ou ramifiées :
 Les produits pétroliers comprennent aussi parfois en proportion significative des
hydrocarbures aliphatiques cycliques (cyclanes), des hydrocarbures aromatiques
monocycliques (benzène, toluène, xylène, etc.) et des hydrocarbures aromatiques
polycycliques (anthracène, fluorène, naphtalène, pyrène, benzo(a)pyrène, etc.).
 De manière générale, le comportement d’un produit pétrolier dans l’eau dépend du
rapport de sa densité avec celle de l’eau :
 Les produits pétroliers non persistants sont moins denses que l’eau :
La flottaison : Ce qui les amène à flotter sur l’eau. Leur dégradation rapide est due
au fait de leur exposition aux conditions météorologiques. Les hydrocarbures
persistants plus denses sont submergés par l’eau et le processus de dégradation est
plus lent
 Lorsqu’une émulsion se produit, le processus devient plus complexe du fait des

propriétés physiques qui changent :
 Les HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques) sont des composés ubiquistes,
fréquemment retrouvés dans l'environnement notamment, issus de la combustion de la
matière organique :
 Les sources diffuses d’HAP :
Feux de forêts :
Éruptions volcaniques :
 Les propriétés toxicologiques sont très différentes selon les HAP :


 Trois HAP dont la toxicité est élevée sont classés par le Centre international de
recherche contre le cancer comme cancérigènes probables pour l’homme : il s'agit du
benzo(a)pyrène, du benzo(a)anthracène et du dibenzo(a,h)anthracène :
 Trois autres sont classés comme cancérigènes possibles pour l’homme :

benzo(b)fluoranthène, benzo(k)fluoranthène, indéno(c,d)pyrène.
37
Techniques de traitement des sols pollués par les hydrocarbures
 En fonction de la persistance du polluant, très souvent due à une cinétique d'évolution

très lente des mécanismes de dispersion ou de dégradation :
 Certaines techniques sont plus appropriées que d'autres. On distingue des procédés
physico-chimiques et biologiques :
 Pour le traitement des sites pollués, il existe quatre grandes familles de traitement :
 Les traitements in situ :
Le sol est laissé sur place,

Le polluant étant soit extrait et traité en surface,
Soit dégradé dans le sol
Ou encore fixé dans le sol
 les traitements hors site
On procède à l’excavation et à l’évacuation des terres ou des eaux polluées vers un

centre de traitement adapté (incinérateur, centre d’enfouissement technique, centre de
traitement des terres polluées, etc.)
 La bioremédiation est l'utilisation d’organismes vivants, en particulier via les procédés

microbiens, pour dégrader les polluants organiques :
 Les micro-organismes sont depuis très longtemps utilisés dans le processus de

transformation et de traitement des déchets
 l'épuration des eaux usées municipales est basée sur l'exploitation des micro-
organismes à travers les systèmes contrôlés comme les stations d'épuration.
 Tous ces systèmes d'épuration des eaux usées (boues activées, biomasse fixée ou lit
bactérien, etc.) dépendent de l'activité métabolique des micro-organismes :
 La bio - remédiation peut se résumer comme un procédé qui encourage les processus
naturels de biodégradation visant à réduire ou éliminer les polluants :
38
 La phytoremédiation est une technique in situ de bioremédiation des sites contaminés.

 Son principe est de mettre à profit les propriétés des plantes et les micro-organismes
associés pour dépolluer des milieux (sols, eaux, etc.) contaminés par divers polluants
(organiques et inorganiques).
 Utilise les capacités des plantes à extraire, transformer ou accumuler les éléments
toxiques :
 Elle est particulièrement adaptée au traitement de larges superficies contaminées par

des niveaux faibles de polluants :
 le procédé est dépendant de la croissance végétale, de la tolérance de la plante aux

polluants et de sa capacité de bioaccumulation :
 Deux mécanismes d’action des plantes peuvent être appliqués pour dépolluer les
hydrocarbures : la phytotransformation et la rhizodégradation.
 La phytotransformation
 réduit la toxicité du polluant ou la rend non toxique ; elle transforme les

molécules organiques complexes en composés plus simples :
 Elle absorbe et dégrade le polluant
 La rhizodégradation : augmente l'activité microbienne du sol et permet la

dégradation du polluant par les bactéries de la rhizosphère
 les plantes dépendent de l'association avec leurs micro-organismes spécifiques en plus

des facteurs tels que la disponibilité d’accepteurs d’électrons, le pH du milieu, la
température, la salinité, la disponibilité des nutriments (azote et phosphore) et la
nature du polluant, sa concentration dans le milieu et son accessibilité :
Par définition, la rhizosphère est l'ensemble des microrégions du sol en contact avec les
racines des plantes supérieures
Mécanisme de dégradation des hydrocarbures par les bactéries
Dégradation des alcanes. De nombreuses bactéries ayant la capacité de dégrader les alcanes,
Cette dégradation commence par l'oxydation du groupe méthyle terminal. L'alcool formé est
ensuite déshydrogéné via l'aldéhyde en l'acide carboxylique correspondant.
39
OH
O O
OH
H3C
CH3 R
R R
Métabolisme des acides gras
Dégradation des alcanes
Les HAP sont généralement biodégradables dans les sols. Les molécules les plus légères
peuvent être rapidement dégradées si le milieu est suffisamment aérobie.
Dégradation des HAP

Dégradation du fluorène. L'étude de la dégradation des HAP propose plusieurs voies de
dégradation de ces polluants par les bactéries
Fluorène
OH
OH
HO
OH
Hydroxyfluorène
O O
OH
O
OH
Fluorène Acide phtalique
Voies proposées de dégradation du fluvène dans les sédiments enrichis par un consortium
bactérien
Dégradation du phénanthrène. La dégradation du phénanthrène aboutit à l'acide phtalique en
passant par une ou plusieurs réactions. Il apparait également de nouveaux métabolites comme
l'acide benzoïque, le 2-benzoyl méthyle ester et le trihydroxyphénanthrène. Le phénanthrène
peut être transformé par un consortium en mono-hydroxyle phénanthrène par la mono-
40
oxygénase. La présence de trois groupes hydroxyles pourrait être due à des réactions
enzymatiques par des systèmes combinés mono- et dioxygénase.
Voies proposées de dégradation du phénanthrène

dans les sédiments enrichis par un consortium bactérien.
Phénanthrène TrihydrodiolPhénantrène
(OH) 3
H3C OH
H3C
(OH) 2 O
HO
DihydroxyPhénantrène
OH
O
OH
HO OH
DihydrodiolPhénantrène
Acide Benzoïque
OH
O
9,10 DihydroxyPhénantrène O O
H3C
Acide benzoïque 2 Benzyol
9 DihydroxyPhénantrène
Dégradation du phénanthrène
Dégradation du pyrène. La dégradation du pyrène par un consortium bactérien composé

de Rhodococcus sp., Acinetobacter sp. etPseudomonas sp., fait apparaitre de nouveaux
métabolites comme le lactone et le 4-hydroxyphénanthrène. Cette dégradation se passe en une
ou plusieurs réactions
41
HO
HO
OH
H
OH
Pyrène Cis 4,5 Dihydroxy pérène
Cis 4,5 Dihydroxy diol pérène
O OH OH
4 hydroxy phénanthrène
Lactone
Dégradation du pyrène.
Plusieurs études ont été menées à travers le monde visant à réduire ou à éliminer les
hydrocarbures contenus dans les sols de mangroves. Les procédés de traitements biologiques
sont les plus répandus du fait de la qualité du polluant à éliminer et des conditions
particulières propres à ces zones.
l'intérêt de la biodégradation réside dans le fait qu'elle ne nécessite ni excavation, ni transport

des terres, ce qui rend sa mise en œuvre bien moins couteuse, si on la compare aux techniques
les plus répandues que sont les traitements thermiques et physico-chimiques.
Ainsi, des résultats satisfaisants ont été obtenus dans plusieurs sites concernant l'élimination
d'une large gamme d'hydrocarbures. Cependant, de nombreux composés ramifiés avec
plusieurs atomes de carbone ne sont pas facilement métabolisés
La dégradation des hydrocarbures par les bactéries a été largement étudiée et de nombreuses
souches microbiennes aptes à dégrader ces composés ont été isolées. On peut
citer Pseudomonas, Vibrio, Achromonas, ainsi que des genres abondants dans les sols tels
que Actinomyces,Corynebacterium, Mycobacterium et Nocardia
L'expérience réalisée a montré que les genres Marinobacter et Pseudomonas étaient capables
de dégrader le fluoranthène et le pyrène, le genre Alcanivorax était capable de dégrader
l'octane, le genre Microbulbifer le fluoranthène et le naphtalène, et le genre Sphingomonas le
pristane.
Expérience qui met en évidence deux modèles de biodégradation : la phytoremédiation
assistée avec des espèces de Rhizophora mangle et la bioremédiation seule afin de comparer
le modèle le plus efficace dans la dégradation des hydrocarbures présents dans les sédiments.
Après 90 jours, les résultats obtenus présentaient un taux d'abattement du polluant de 87 %
pour la phytoremédiation assistée et de 70 % pour la bioremédiation. Le dénombrement de
la microflore totale a permis de constater une augmentation du nombre de bactéries passé de
42
2 x 105 à 2 x 107 CFU·g-1 au-delà de 30 jours où il y avait la présence des palétuviers. Au

niveau de la bioremédiation, on a noté une légère augmentation de la microflore totale (de
2 x 105 à 1,8 x 106 CFU·g-1),
ce qui démontre que la présence des plantes et les exsudats racinaires qui sont sécrétés au
niveau de la rhizosphère offrent à la microflore des conditions favorables pour sa croissance
et stimulent la dégradation du polluant
La phytoremédiation assistée dans les sédiments de mangroves contaminés pourrait être
un moyen efficace d'élimination ou de dégradation des hydrocarbures pétroliers.
Ont a aussi montré que la croissance des plantes exposées au polluant est plus importante
(46,3 cm de longueur) que celle des plantes cultivées dans les sédiments témoins (34,4 cm de
longueur), ce qui suggère que les plantes et les bactéries en association développeraient contre
le polluant des mécanismes pour leur survie.
La rhizosphère joue un rôle efficace dans la dégradation des HAP dans les sols contaminés
des mangroves. Lu et al. (2011) ont mené une expérience en serre pour évaluer le taux de
dégradation du phénanthrène (10 mg·kg-1) et du pyrène (10 mg·kg-1) dans la rhizosphère
Le système a été mis en place en utilisant des rhizoboxes laminaires divisés en huit
compartiments séparés à différentes distances de la surface des racines. Après 60 jours de
croissance des plantes, ils ont observé les taux d'abattement de 47,7 et 37,6 % respectivement
pour le phénanthrène et pour le pyrène.
L'intense activité microbienne qui se déroule au niveau de la rhizosphère a considérablement
amélioré le taux de dégradation des contaminants. Il a été observé une plus grande
dégradation à 3 mm de la zone des racines où 56,8 % de phénanthrène et 47,7 % de pyrène
étaient dégradés.
Facteurs accélérant la biodégradation
pétroliers est limitée par deux facteurs essentiels : la faible solubilité dans l'eau et les effets
toxiques des hydrocarbures sur les cellules vivantes. Ainsi, les bactéries exposées au stress
des produits pétroliers présentent des altérations dans leur structure membranaire, dues au
caractère lipophile des hydrocarbures (Pelmont, 2005).
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Cours Tech Env Indus Hydro TD Série N°2
Problème N° 1
Le C6H6 est obtenu par distillation de la houille et du pétrole. Il appartient à la famille des
solvants aromatiques. Il s’agit d’une substance cancérigène.
En présence de milieu biologique actif, Le benzène évolue suivant le schéma :
 Donnez une esquisse appropriée de l’environnement, justifiez votre réponse.
 Les différents compartiments de l’environnement sont ils biologiquement
actifs, Justifiez votre réponse.
 Identifiez les produits par groupement fonctionnel
 Le milieu biologique est catalyseur ou bien un réactif, Justifiez votre réponse.
 Posez votre formalisme pollution H
 Définir une démarche pour l’expertise
• Organisme de référence
• Méthode de prélèvement et d’analyse
Problème N° 2
pétroliers est limitée par les facteurs essentiels :
• La faible solubilité dans l'eau : Vrai ou faut
44
• Les effets toxiques des hydrocarbures sur les cellules vivantes : Vrai ou faut
• Les bactéries exposées au stress des produits pétroliers présentent des altérations dans
leur structure membranaire dues au caractère lipophile des hydrocarbures: Vrai ou faut
• la salinité du milieu apparait comme l’élément le plus important qui influence le
processus de biodégradation : Vrai ou faut
• la biodégradation dans un milieu marin est réduite par une augmentation de la salinité
qui influe de façon négative sur la croissance bactérienne et la diversité des espèces :
Vrai ou faut
• dans une étude sur la biodégradation du phénanthrène, ont démontré qu’une salinité
élevée (35 ‰) inhibe la croissance bactérienne et diminue fortement la biodégradation
de ce polluant : Vrai ou faut
• La plus forte dégradation naturelle est observée au niveau des côtes rocheuses, des
plages de sable et de graviers exposées à l’air libre, au rayonnement solaire, aux
tempêtes et à l’action des vagues : Vrai ou faut
• La température peut influencer soit directement, soit indirectement la biodégradation :
C’est un facteur important dans la croissance et l'activité des micro-organismes. Elle
favorise l'augmentation du niveau des réactions métaboliques.
• Cette forte activité est également observée au niveau des secteurs avoisinants
caractérisés par des sédiments grossiers, les flux rapides des eaux et une bonne
saturation en oxygène:
Au contraire, les zones marécageuses des côtes et les cours d’eau caractérisés par des vitesses
lentes de circulation des eaux, l’accumulation de sédiments vaseux, une teneur en matières
organiques élevée et un déficit en oxygène présentent les plus faibles taux de dégradation
naturelle de la pollution par les hydrocarbures :
• l'humidité du sol, le pH et la température, est nécessaire à la biodégradation des HAP
• l'humidité du sol, le pH et la température, est nécessaire à la biodégradation des HAP
• La biodégradation va dépendre d'un approvisionnement adéquat en eau dans le sol.
L'eau est nécessaire non seulement pour répondre aux exigences physiologiques des
micro-organismes, mais aussi pour le transport des nutriments et des sous-produits
métaboliques et l'apport de l'oxygène dans le sol.
• La biodégradation est généralement plus rapide lorsqu'elle se déroule à des valeurs de
pH neutre :
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• Certaines études ont d'ailleurs démontré que la minéralisation de certains polluants

est plus lente dans les eaux souterraines et dans certains lacs où le pH est plus acide
(pH 4,87)
En appliquant différentes températures (17 °C, 27 °C et 37 °C), le taux d'abattement des
hydrocarbures est maximum à 27 °C pour tous les polluants testés
• Les hydrocarbures impactent négativement la chaine alimentaire jusqu'à l'homme :
Comment est il ce procédé ?
• les micro-organismes indigènes pour le traitement des hydrocarbures de préférence :
• Importation des souches de microorganismes pour le traitement indésirable :
• Les hydrocarbures pétroliers figurent parmi les principaux polluants rencontrés dans
les écosystèmes.
• Les hydrocarbures pétroliers Ce sont des produits (pétrole brut, pétrole raffiné,
kérosène, essences, fuel, lubrifiants, huiles à moteurs) regroupés sous le nom
d'hydrocarbures :
• Les hydrocarbures comprennent principalement des hydrocarbures aliphatiques dont la
caractéristique est la présence de chaines linéaires ou ramifiées :
• Les produits pétroliers comprennent aussi parfois en proportion significative des
hydrocarbures aliphatiques cycliques (cyclanes), des hydrocarbures aromatiques
monocycliques (benzène, toluène, xylène, etc.) et des hydrocarbures aromatiques
polycycliques (anthracène, fluorène, naphtalène, pyrène, benzo(a)pyrène, etc.).
• De manière générale, le comportement d’un produit pétrolier dans l’eau dépend du
rapport de sa densité avec celle de l’eau :
• Les produits pétroliers non persistants sont moins denses que l’eau :
La flottaison : Ce qui les amène à flotter sur l’eau. Leur dégradation rapide est due au fait
de leur exposition aux conditions météorologiques. Les hydrocarbures persistants plus
denses sont submergés par l’eau et le processus de dégradation est plus lent
• Lorsqu’une émulsion se produit, le processus devient plus complexe du fait des
propriétés physiques qui changent :
• Les HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques) sont des composés ubiquistes,
fréquemment retrouvés dans l'environnement notamment, issus de la combustion de la
matière organique :
• Les sources diffuses d’HAP :
Feux de forêts :
Éruptions volcaniques :
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• Les propriétés toxicologiques sont très différentes selon les HAP :

• Trois HAP dont la toxicité est élevée sont classés par le Centre international de
recherche contre le cancer comme cancérigènes probables pour l’homme : il s'agit du
benzo(a)pyrène, du benzo(a)anthracène et du dibenzo(a,h)anthracène :
• Trois autres sont classés comme cancérigènes possibles pour l’homme :

benzo(b)fluoranthène, benzo(k)fluoranthène, indéno(c,d)pyrène.
Techniques de traitement des sols pollués par les hydrocarbures

• En fonction de la persistance du polluant, très souvent due à une cinétique d'évolution
très lente des mécanismes de dispersion ou de dégradation :
• Certaines techniques sont plus appropriées que d'autres. On distingue des procédés
physico-chimiques et biologiques :
• Pour le traitement des sites pollués, il existe quatre grandes familles de traitement :
• Les traitements in situ :
Le sol est laissé sur place,

Le polluant étant soit extrait et traité en surface,
Soit dégradé dans le sol
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Ou encore fixé dans le sol

• les traitements hors site
On procède à l’excavation et à l’évacuation des terres ou des eaux polluées vers un centre de
traitement adapté (incinérateur, centre d’enfouissement technique, centre de traitement des
terres polluées, etc.)
La bioremédiation est l'utilisation d’organismes vivants, en particulier via les procédés
microbiens, pour dégrader les polluants organiques
• Les micro-organismes sont depuis très longtemps utilisés dans le processus de
transformation et de traitement des déchets
• l'épuration des eaux usées municipales est basée sur l'exploitation des micro-
organismes à travers les systèmes contrôlés comme les stations d'épuration.
• Tous ces systèmes d'épuration des eaux usées (boues activées, biomasse fixée ou lit
bactérien, etc.) dépendent de l'activité métabolique des micro-organismes :
• La bio - remédiation peut se résumer comme un procédé qui encourage les processus
naturels de biodégradation visant à réduire ou éliminer les polluants :
• La phytoremédiation est une technique in situ de bioremédiation des sites contaminés.
• La phytoremédiation est une technique in situ de bioremédiation des sites contaminés

• Son principe est de mettre à profit les propriétés des plantes et les micro-organismes
associés pour dépolluer des milieux (sols, eaux, etc.) contaminés par divers polluants
(organiques et inorganiques).
• Utilise les capacités des plantes à extraire, transformer ou accumuler les éléments
toxiques :
• Elle est particulièrement adaptée au traitement de larges superficies contaminées par
des niveaux faibles de polluants :
• le procédé est dépendant de la croissance végétale, de la tolérance de la plante aux
polluants et de sa capacité de bioaccumulation :
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• Deux mécanismes d’action des plantes peuvent être appliqués pour dépolluer les
hydrocarbures : la phytotransformation et la rhizodégradation.
• La phytotransformation
• réduit la toxicité du polluant ou la rend non toxique ; elle transforme les molécules
organiques complexes en composés plus simples :
• Elle absorbe et dégrade le polluant:
• La rhizodégradation : augmente l'activité microbienne du sol et permet la dégradation
du polluant par les bactéries de la rhizosphère
Par définition, la rhizosphère est l'ensemble des microrégions du sol en contact avec les
racines des plantes supérieures
Mécanisme de dégradation des hydrocarbures par les bactéries

Dégradation des alcanes. De nombreuses bactéries ayant la capacité de dégrader les alcanes,
Cette dégradation commence par l'oxydation du groupe méthyle terminal. L'alcool formé est
ensuite déshydrogéné via l'aldéhyde en l'acide carboxylique correspondant.
Dégradation des HAP

Dégradation du fluorène. L'étude de la dégradation des HAP propose plusieurs voies de
dégradation de ces polluants par les bactéries
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Voies proposées de dégradation du dans les sédiments enrichis par un consortium

bactérien.
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Dégradation du phénanthrène
Dégradation du pyrène. La dégradation du pyrène par un consortium bactérien composé

de Rhodococcus sp., Acinetobacter sp. etPseudomonas sp., fait apparaitre de nouveaux
métabolites comme le lactone et le 4-hydroxyphénanthrène. Cette dégradation se passe en une
ou plusieurs réactions
51
Expérience qui met en évidence deux modèles de biodégradation : la phytoremédiation

assistée avec des espèces de Rhizophora mangle et la bioremédiation seule afin de comparer
le modèle le plus efficace dans la dégradation des hydrocarbures présents dans les sédiments.
Après 90 jours, les résultats obtenus présentaient un taux d'abattement du polluant de 87 %
pour la phytoremédiation assistée et de 70 % pour la bioremédiation.
pétroliers est limitée par deux facteurs essentiels : la faible solubilité dans l'eau et les effets
toxiques des hydrocarbures sur les cellules vivantes. Ainsi, les bactéries exposées au stress
des produits pétroliers présentent des altérations dans leur structure membranaire, dues au
caractère lipophile des hydrocarbures
• les plantes dépendent de l'association avec leurs micro-organismes spécifiques en plus
des facteurs tels que la disponibilité d’accepteurs d’électrons, le pH du milieu, la
température, la salinité, la disponibilité des nutriments (azote et phosphore) et la
nature du polluant, sa concentration dans le milieu et son accessibilité :
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Les opérations et les procédés de raffinage de base
Schéma des procédés de raffinage
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Le prétraitement du pétrole brut
1) Le dessalage
Le pétrole brut contient souvent de l’eau, des sels inorganiques, des solides en suspension et
des traces de métaux solubles dans l’eau. La première étape du raffinage consiste à éliminer
ces contaminants par dessalage (déshydratation) pour réduire la corrosion, le colmatage et
l’encrassement des installations et empêcher l’empoisonnement des catalyseurs dans les
unités de production. Le dessalage chimique, la séparation électrostatique et la filtration sont
trois méthodes typiques de dessalage du pétrole brut. Dans le dessalage chimique, on ajoute
de l’eau et des agents tensio-actifs (désémulsifiants) au pétrole brut, on chauffe pour
dissoudre ou fixer à l’eau les sels et les autres impuretés, puis on conserve ce mélange dans un
bac pour que la phase aqueuse décante. Dans le dessalage électrostatique, on applique des
charges électrostatiques de tension élevée pour concentrer les gouttelettes en suspension dans
la partie inférieure du bac de décantation. On ajoute des agents tensio-actifs uniquement
lorsque le pétrole brut renferme beaucoup de solides en suspension. Un troisième procédé,
moins courant, consiste à filtrer le pétrole brut chaud sur de la terre traitée. Dans les
dessalages chimique et électrostatique, on chauffe la matière première brute jusqu’à une
température comprise entre 66 °C et 177 °C, pour réduire la viscosité et la tension
superficielle et faciliter ainsi le mélange et la séparation de l’eau; la température est limitée
par la pression de vapeur du pétrole brut. Ces deux méthodes de dessalage sont réalisées en
continu. Une base ou un acide sont parfois ajoutés pour ajuster le pH de l’eau de lavage; on
peut aussi ajouter de l’ammoniac pour réduire la corrosion. Les eaux usées et les contaminants
qu’elles contiennent sont repris à la partie inférieure du bac de décantation et acheminés vers
l’unité d’épuration des eaux usées. Le pétrole brut dessalé est récupéré en continu à la partie
supérieure du bac de décantation et envoyé à une tour de distillation atmosphérique.
1) Enumérez les différents contaminants dans le brut.

2) Quels types de problèmes induisent dans le procédé de traitement.
3) Enumérez le nombre de méthodes dans cette première étape de dessalage.
4) Conception et réalisation de l’unité de traitement en approche ciblée. Justifiez la
proposition
Les eaux usées contiendront diverses quantités de chlorures, de sulfures, de bicarbonates,
d’ammoniac, d’hydrocarbures, de phénols et de solides en suspension. Si l’on procède à la filtration sur
de la terre à diatomées, il faut limiter ou contrôler les expositions, car ce milieu de filtration peut
contenir de très fines particules de silice qui sont dangereuses pour les voies respiratoires.
54
La distillation atmosphérique La distillation sous vide

La distillation atmosphérique et la distillation sous vide sont des procédés en circuit fermé, les
risques d’exposition sont minimes. Lors du traitement de bruts acides (riches en soufre), il y a
un risque d’exposition au sulfure d’hydrogène dans l’échangeur et le four de préchauffage,
dans la zone de détente et dans le circuit de tête de la tour, dans le four et la tour de distillation
sous vide et dans l’échangeur des résidus de distillation. Les pétroles bruts et les produits de
distillation contiennent tous des composés aromatiques à point d’ébullition élevée, y compris
des HAP qui sont cancérogènes. L’exposition de courte durée à des vapeurs de naphta
présentes en concentrations élevées peut provoquer des maux de tête, des nausées et des
étourdissements, tandis que l’exposition de longue durée peut entraîner une perte de
connaissance. Les naphtas aromatiques contenant du benzène, il est capital de limiter
l’exposition à ces substances. Les produits de tête peuvent contenir des quantités importantes
d’hexane normal, substance qui peut agir sur le système nerveux. Il peut aussi y avoir du
chlorure d’hydrogène dans l’échangeur de préchauffage, dans les zones supérieures des
colonnes et dans le circuit de tête. Enfin, les eaux usées peuvent présenter des concentrations
élevées de sulfites solubles dans l’eau et contenir d’autres composés hydrosolubles tels que
l’ammoniac, des chlorures, des phénols et des mercaptans, selon le brut traité et les produits
chimiques utilisés pour le traitement.
La distillation atmosphérique La distillation sous vide
1) Enumérez les différents contaminants.

2) Le nettoyage est accomplit par injection de décapant spéciaux. Proposez une approche
de dépollution et de traitement des résidus sans risque pour l’environnement. Justifiez
votre réponse.
55
3) Procédé de craquage catalytique
Tous les procédés de craquage catalytique comportent trois fonctions de base:

 réaction — la charge réagit avec le catalyseur et est fragmentée en différents
hydrocarbures;
 régénération — le catalyseur est réactivé par combustion du coke;
 fractionnement — les produits de craquage sont séparés en diverses fractions.
Environnement et santé
La présence d’hydrocarbures liquides dans le catalyseur ou dans l’air de combustion chauffé
peut provoquer des réactions exothermiques. Dans certains procédés, il faut s’assurer que les
poussières de catalyseur n’atteignent pas des concentrations explosives durant le
rechargement ou l’élimination. Il peut y avoir des feux de sulfure de fer durant le
déchargement du catalyseur recouvert de coke. Comme le sulfure de fer s’enflamme
spontanément à l’air, il faut l’asperger d’eau pour empêcher qu’il ne provoque l’inflammation
des vapeurs. On peut refroidir le catalyseur recouvert de coke jusqu’à une température
inférieure à 49 °C avant de l’introduire dans le réacteur; on peut aussi le placer d’abord dans
des conteneurs inertés à l’azote et le refroidir avant de le manipuler.
Il y a des risques d’exposition à des liquides ou à des vapeurs d’hydrocarbures extrêmement
chauds lors du prélèvement d’échantillons dans les circuits ou en cas de fuite ou de rejet.
Durant le rejet de produits ou de vapeurs, on peut être exposé à des HAP cancérogènes, à du
naphta aromatique contenant du benzène, à des gaz acides (gaz combustibles produits par des
procédés tels que le craquage catalytique et l’hydrotraitement, qui contiennent du sulfure
d’hydrogène et du dioxyde de carbone), à du sulfure d’hydrogène ou à du dioxyde de carbone.
Il peut y avoir formation accidentelle de nickel-carbonyle très toxique dans les procédés de
craquage utilisant des catalyseurs au nickel, d’où le risque d’expositions dangereuses.

proposition.
56
3) L’hydrocraquage
L’hydrocraquage est un procédé en deux étapes combinant le craquage catalytique et

l’hydrogénation, procédé au cours duquel les produits souhaités sont obtenus par craquage de
fractions distillées en présence d’hydrogène et de catalyseurs spéciaux. L’hydrocraquage
présente, par rapport au craquage catalytique, l’avantage de permettre de traiter sans
désulfuration préalable des charges riches en soufre. Dans ce procédé, la charge de substances
aromatiques lourdes est convertie en produits plus légers sous de très fortes pressions et à des
températures assez élevées. Lorsque la charge renferme beaucoup de substances
paraffiniques, l’hydrogène empêche la formation de HAP, réduit la formation de goudron et
évite l’accumulation de coke sur le catalyseur. L’hydrocraquage produit des quantités
relativement importantes d’isobutane, soumis ensuite à l’alkylation, et produit en outre une
isomérisation qui permet de régler le point d’écoulement et le point de fumée, deux
paramètres importants dans les carburéacteurs de haute qualité.
Comme il s’agit d’un procédé en circuit fermé, les risques d’exposition pour le personnel sont
minimes en temps normal. Il y a surtout un risque d’exposition à du naphta aliphatique
contenant du benzène, à des HAP cancérogènes, à des émissions de gaz et de vapeurs
d’hydrocarbures, à des gaz riches en hydrogène et à du sulfure d’hydrogène, en cas de fuites
dans les circuits haute pression. Il peut aussi y avoir des rejets de grandes quantités de
monoxyde de carbone durant la régénération et le changement du catalyseur. Le strippage à la
vapeur et la régénération du catalyseur produisent des résidus qui contiennent des eaux acides
et de l’ammoniac. Il convient d’observer des méthodes de travail axées sur la sécurité et
d’utiliser un équipement de protection individuelle approprié pour manipuler le catalyseur
épuisé. Dans certains procédés, on devrait veiller à ce que les poussières de catalyseur
n’atteignent pas des concentrations explosives durant le rechargement. On devrait également
prendre des précautions spéciales durant le déchargement du catalyseur recouvert de coke
pour prévenir les incendies provoqués par le sulfure de fer. Enfin, il faut refroidir le catalyseur
recouvert de coke jusqu’à une température inférieure à 49 °C avant de l’éliminer, ou bien le
mettre dans des conteneurs inertés à l’azote jusqu’à ce qu’il soit refroidi.

proposition.
57
4) Les procédés de combinaison
Deux procédés de combinaison, la polymérisation et l’alkylation , permettent de lier de petites

molécules pauvres en hydrogène, appelées oléfines, obtenues lors du craquage thermique et
du craquage catalytique, pour produire de meilleures essences de base.
L’acide sulfurique et l’acide fluorhydrique sont des produits chimiques dangereux, et il faut
prendre des précautions lors de leur livraison et de leur déchargement. La concentration de
l’acide sulfurique devrait être maintenue entre 85 et 95% pour assurer la bonne marche du
procédé et limiter la corrosion. Pour empêcher la corrosion par l’acide fluorhydrique, il faut,
dans l’unité de traitement, maintenir la concentration de l’acide au-dessus de 65% et la teneur
en humidité au-dessous de 4%. Il se produit une certaine corrosion et un encrassement des
unités d’alkylation à l’acide sulfurique en raison de la décomposition des esters sulfuriques ou
de l’addition d’une substance caustique comme neutralisant. On peut éliminer ces esters en
procédant à un traitement avec de l’acide neuf et à un lavage à l’eau chaude.
La perte de l’eau de refroidissement nécessaire au maintien des températures lors du procédé
peut provoquer des perturbations. Pour empêcher la contamination de l’eau, il faut maintenir
la pression du côté eau de refroidissement et vapeur des échangeurs au-dessous de la pression
minimale du côté acide. On peut relier les évents à des épurateurs garnis de carbonate de
sodium, pour neutraliser le fluorure d’hydrogène ou les vapeurs d’acide fluorhydrique avant
leur rejet. On peut prévoir des cuvettes de retenue, un système de drainage et des mesures
d’isolement permettant de confiner l’unité de traitement, pour que les effluents puissent être
neutralisés avant d’être rejetés dans le réseau d’égouts.

proposition.
58
Les procédés de craquage catalytique et environnement
Définition
Le craquage catalytique permet d’obtenir des molécules plus simples par fragmentation
d’hydrocarbures complexes, d’améliorer ainsi la qualité et d’augmenter la quantité de produits
légers plus intéressants et de diminuer la quantité de résidus.
Des hydrocarbures lourds sont exposés, dans des conditions de température élevée et de basse
pression, à des catalyseurs qui initient les réactions chimiques. Au cours de ce processus, il y
a réarrangement de la structure moléculaire, ce qui transforme les charges d’hydrocarbures
lourds en fractions plus légères, par exemple kérosène, essence, gaz de pétrole liquéfiés, fioul
domestique et charges pétrochimiques (voir figures 78.9 et 78.10). On choisit le catalyseur de
façon à obtenir à la fois la réactivité la plus élevée possible et la meilleure résistance à
l’attrition. Les catalyseurs utilisés dans les unités de craquage des raffineries sont
normalement des matières solides poreuses (zéolite, hydrosilicate d’aluminium, argile de
bentonite traitée, terre à foulon, bauxite et silico-aluminates) se présentant sous forme de
poudres, de billes, de pastilles ou de granules façonnés appelés extrudites.
Considérations de sécurité et de santé
59

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République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche

Chapitre I : Chapitre I : Les hydrocarbures

I.1. Définition ............................................................................................................................. 1

Chapitre II : Voies d’élimination des HAPs

II.1. Introduction ....................................................................................................................... 9

Chapitre III : Raffinage du pétrole

III.1. Introduction .................................................................................................................... 31

Série N°1 ................................................................................................................................. 34

Chapitre I : Les hydrocarbures

Composé contenant essentiellement du carbone et de l’hydrogène « Hydrocarbures » désigne

I.2. Les hydrocarbures aromatiques cycliques

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont des composés organiques

I.3. Toxicité des hydrocarbures

1.4. Liste des principaux produits contenant des hydrocarbures

I.5. Principales causes de pollution associées à l'usage des hydrocarbures fossiles

Activité Cause de pollution Milieu pollué Nature des polluants

Fuite de puits "off-

I.5.2. Causes des pollutions maritimes par les hydrocarbures

Quels sont les causes des pollutions maritimes par les

Brut mélange de milliers de molécules organiques gazeuses, liquides et solides

Hydrocarbures de 4 à 26-30 Carbones: composent 75% de la masse du pétrole

I.7.Toxicité du pétrole brut

Le pétrole brut contient:

La couche de pétrole peut varier de1 µm à plusieurs mm selon sa nature, la température de

L'exploitation pétrolière s'installe en Méditerranée :

I.8. Ce qui arrive au pétrole déversé dans le milieu marin

I.9. Le HAP Dans l’organisme

Schéma d’activation métabolique du Benzo[a]pyrène chez les mammifères (Sutherland et al.,

Chapitre II : Voies d’élimination des HAPs

Les HAPs sont des composés relativement réfractaires à la dégradation biologique.

II.2. Voies Biologiques

Le fluoranthène, le pyrène, le benzo[a]anthracène, le chrysène, le benzo[a]pyrène ont été

II.2.1.2. Voies biologiques fongiques

Certains champignons (Cunninghamella elegans, Penicillium sp, Aspergillus sp) produisent

Dégradation des HAPs en milieu naturel. Les principales espèces (Phanerochaete

II.2.2. Biodégradation anaérobie des HAPs

II.3. Voies physicochimiques

II.3.1. Méthode Fenton

La méthode de Fenton ou l’oxydation au peroxyde d’hydrogène catalysée par le fer ferreux

Paramètres influençant la dégradation des HAPs

II.3.2. Voies physiques

Les réactions de propagation s’écrivent :

Les réactions de terminaison sont :

Paramètres influençant la dégradation des HAPs

II.4. Couplage de procédés biologiques et physicochimiques

Une « technologie verte » pour la dépollution

Phytoremédiation = Utilisation de végétaux et de leurs microorganismes associés pour la

Typologie des techniques

Phytoextraction Phytovolatilisation Phytostabilisation

Filtration de l’arsenic par des fougères

Coût : adapté pour des faibles volumes fortement contaminés

Typologie des techniques

Dégradation des composés organiques

Composés moyennement hydrophobes:

Plante = végétal + microorganismes associés

Éventuellement en association avec de la remédiation classique

Choix des espèces utilisées en phytoremédiation