Modélisation des effets isotopiques mesurés par RMN quantitative au cours du suivi de la contamination d’un sol par un polluant issu de carburants – ISOTO-POL

Des méthodologies innovantes semblent être nécessaires pour mieux détecter l'origine de polluants, et pour la compréhension des processus physiques impliqués dans leur évolution dans le milieu. En outre, il est indispensable de vérifier si le traitement conduit à une minéralisation complète (efficacité du nettoyage). Un outil fondamental pouvant être utilisé dans la gestion d'une pollution : confinement, propagation et possibilités de biorémédiation est proposé dans le projet ISOTO-POL. En illustration de ce principe, les éthers utilisés pour augmenter l’indice d'octane de l'essence sont donnés comme exemples.
La détection fréquente des éthers, utilisés dans l'essence (MTBE, ETBE, TAME), dans les zones aquifères est une préoccupation majeure. Les isotopes stables ont été utilisés avec succès pour démontrer la biodégradation naturelle ou améliorée des hydrocarbures pétroliers et additifs dans le sol et les eaux souterraines. Jusqu'à présent, seul le fractionnement isotopique global en 2H et 13C a été exploité, en utilisant la teneur en isotope mesurée par spectrométrie de masse isotopique (irm-MS). Mais cela conduit une perte d'information importante concernant le site de la molécule concerné par la transformation. En revanche, la spectrométrie RMN offre la capacité de mesurer, site par site les rapports 2H/1H et 13C/12C, donnant accès à de nouvelles informations.
Une nouvelle approche est apportée par ISOTO-POL en associant la méthodologie RMN isotopique avec la construction d’un modèle pour fournir un moyen unique permettant la détection et le traçage détaillé d'un polluant donné. Pour développer l'outil nécessaire, trois capacités apportées par les partenaires sont présentes: mesure du rapport isotopique par RMN, la modélisation de la dégradation abiotique éthers; modélisation transformation biotique des éthers. Le travail a été divisé en quatre tâches principales: (1) Mesure de l'abondance des isotopes site-spécifiques 13C et 2H par RMN quantitative et quelle est l’influence des techniques de purification, des méthodes de fabrication et des précurseurs sur ces valeurs; (2) Influence du fractionnement 13C sur l’abondance isotopique site-spécifique des éthers et leurs produits suite aux transformations physiques (diffusion en phase gazeuse, la volatilisation, …) et aux procédés de transformation chimique (hydrolyse acide, l'oxydation chimique, …), (3) Évaluation de l'abondance des isotopes site-spécifiques de 13C et /ou 2H dans les produits de la dégradation microbienne des éthers; (4) Conception d'un modèle de transport réactif qui est capable de prédire les changements isotopiques dans les éthers le long d'un panache de contamination de l'essence dans les eaux souterraines ou dans le sol.
Les résultats novateurs devraient être les suivants: (i) obtention d’une base de données de la composition isotopique site-spécifique des éthers à partir de différents procédés de fabrication; (ii) la compréhension fondamentale des processus qui entrainent un fractionnement: biodégradation, l'hydrolyse, sorption, volatilisation; (iii) création d’une base de données sur les facteurs de fractionnement isotopique; (iv) la contribution substantielle à l'évaluation, la compréhension et la modélisation des effets isotopiques non-covalents; (v) le transport réactif et le modèle capable de prédire l’évolution des rapports isotopiques en fonction du temps, l'espace, et les processus agissant sur le polluant.