12.5.1 Biodégradation
Parce que les composants du biodiesel sont plus facilement biodégradables que les combustibles fossiles, ils peuvent être dégradés rapidement dans les environnements aquatiques (Zhang et al., 1998). En général, bien que la relation directe entre le degré d’insaturation des esters d’acides gras et la dégradation du biodiesel ne soit pas encore claire, un degré élevé d’insaturation rend le biodiesel chimiquement moins stable, de sorte que l’oxydation et la dégradation subséquente sont plus favorables (DeMello et al., 2007). Le taux de biodégradation des esters d’acides gras avec différents nombres de carbone n’a pas non plus de règles cohérentes (Miller et Mudge, 1997 ; DeMello et al., 2007), et certains chercheurs ont signalé que l’eau contaminée par le biodiesel s’est dégradée de manière substantielle en 2 jours (Prince et al., 2008).
Pour le biodiesel et les mélanges de diesel, les taux de biodégradation des esters d’acides gras et des hydrocarbures diesel ont été comparés, et la contribution du biodiesel à la biodégradation du diesel a également été comparée. Diverses conclusions ont été suggérées. Certains chercheurs ont constaté que la présence de biodiesel n’accélère pas la biodégradation des hydrocarbures (DeMello et al., 2007 ; Owsianiak et al., 2009 ; Corseuil et al., 2011). Par exemple, la dégradation du benzène et du toluène en conditions anoxiques et hypoxiques a été entravée par la présence de biodiesel (Corseuil et al., 2011). Les auteurs ont déduit que la viscosité relativement élevée du biodiesel limitait le potentiel de migration des hydrocarbures cibles, ce qui entraînait leur processus d’atténuation naturelle relativement lent. DeMello et al. (2007) ont également constaté que les EMAG étaient dégradés à peu près au même rythme que les n-alcanes, et plus rapidement que les autres composants d’hydrocarbures avec des microcosmes d’eau de mer aérobies ; les résidus extraits de ces différents microcosmes étaient indétectables en quelques semaines dans l’eau. Certains chercheurs (Prince et al., 2008) ont constaté que la dégradation des EMAG et de l’hydrocarbure diesel dans le B20 était extrêmement rapide, et que les demi-vies de biodégradation des EMAG dans les mélanges B20 étaient du même ordre que celles des alcanes. La biodégradation des fractions d’hydrocarbures aliphatiques et aromatiques dans des microcosmes de sable saturé dopés avec des mélanges diesel/biodiesel a récemment été évaluée (Lisiecki et al., 2014). Il a été constaté que les étendues de biodégradation des hydrocarbures aliphatiques et aromatiques n’étaient pas influencées par l’ajout de biodiesel, quelle que soit la concentration de biodiesel. Par conséquent, les auteurs ont déclaré que le mélange avec le biodiesel n’avait pas d’impact sur la biodégradation à long terme des fractions spécifiques du diesel.
Cependant, certains chercheurs ont rapporté la biodégradation facilitée des hydrocarbures lorsque les EMAG étaient présents, ce qui indique que le biodiesel affecte la biodégradation par la voie de la transformation cométabolique des hydrocarbures (Zhang et al., 1998 ; Mudge et Pereira, 1999 ; Pasqualino et al., 2006). La contribution du biodiesel à la biodégradation du diesel suggère que la présence de biodiesel pourrait faciliter la biodégradation de certains hydrocarbures pétroliers en raison de la promotion de la croissance microbienne (Miller et Mudge, 1997 ; Mudge et Pereira, 1999), et aussi de la solubilité accrue des hydrocarbures de goudron de houille et de leur biodisponibilité (émulsion) (Taylor et Jones, 2001), surtout lorsque la teneur en biodiesel est plus élevée (Pasqualino et al., 2006). La conclusion est que la transformation cométabolique des hydrocarbures peut être responsable de l’amélioration de la biodégradation globale du mélange en présence de biodiesel. Sur la base de ce phénomène, le biodiesel a été utilisé comme solvant biologique pour l’assainissement de sites contaminés par du pétrole brut (Taylor et Jones, 2001 ; Fernádez-Álvarez et al., 2007). Par exemple, le biodiesel pourrait être utilisé pour le nettoyage des rivages contaminés par des résidus de pétrole brut après le naufrage du pétrolier Prestige, non seulement en dissolvant les résidus de pétrole des roches, mais aussi en favorisant la biodégradation de certains hydrocarbures résiduels. Récemment, un système simulé a été employé pour étudier l’effet et le mécanisme du biodiesel sur l’élimination du pétrole des rivages (Xia et al., 2015). Ils ont constaté que l’application de biodiesel sur des galets contaminés par du pétrole brut était efficace pour détacher le pétrole résiduel des galets, en l’absence de dégradateurs d’hydrocarbures. Le réapprovisionnement en biodiesel ou en nutriments a augmenté la quantité de dégradateurs de pétrole et l’activité microbienne dans l’eau de mer et a diminué la demi-vie de la biodégradation du pétrole.
Pour comprendre la biodégradabilité des mélanges biodiesel/diesel dans les climats froids, l’effet de la température sur la dégradation du diesel de chauffage, du biodiesel de poisson pur et des mélanges de biodiesel par les micro-organismes naturels dans le sable contaminé de l’intérieur de l’Alaska a été étudié (Horel et Schiewer, 2011). Il a été constaté que le biodiesel et ses mélanges présentaient une biodégradabilité plus élevée que le diesel pur ; les taux de biodégradation augmentaient avec la température et le pourcentage de biodiesel ; et la phase de latence était plus courte à 20°C qu’à 5°C. Récemment, les mêmes chercheurs (Horel et Schiewer, 2014) ont également étudié l’influence des inocula avec une exposition préalable aux hydrocarbures sur les taux de biodégradation du diesel, du diesel synthétique et du biodiesel de poisson dans le sol. Ils ont constaté que les différents inocula n’avaient pas d’effet prononcé sur les constantes de vitesse de la phase de latence ou exponentielle. Le principal avantage de fournir un inoculum spécifique était de raccourcir la phase de latence. Cependant, l’effet de l’inoculum est devenu mineur après le pic de respiration quotidienne. En conclusion, les communautés microbiennes indigènes étaient capables de dégrader les contaminants dans le sol, et l’ajout d’un inoculum spécifique n’était pas nécessaire. La biodégradabilité du biodiesel et de ses mélanges avec le diesel dans le sol a été examinée par des microorganismes indigènes dans des expériences de microcosme forêt-sol (Silva et al., 2012). Dans cette étude, il a été observé que le biodiesel était plus biodégradable que le diesel dans un sol contaminé. Le niveau plus élevé de biodiesel dans les mélanges a favorisé la dégradation biologique du diesel. Le B20 et le B100 ont été particulièrement bien dégradés par les microbes du sol ; le B50, cependant, bien que mieux dégradé que le diesel pur, était inférieur aux deux autres mélanges. Bien qu’il soit dégradé, le biodiesel pur a eu un effet négatif sur la diversité de la communauté microbienne, tant en ce qui concerne le nombre d’hétérotrophes que le nombre de bandes. De même, le consortium bactérien sélectionné, ainsi que les macronutriments ajoutés au système, se sont avérés efficaces pour accélérer la biodégradation du biodiesel pur dans un oxisol, et la présence de biodiesel a augmenté la biodégradation du pétrodiésel (Meyer et al., 2014).