Récupération assistée du pétrole à l’aide d’une combinaison de biosurfactants

Les biosurfactants sont les molécules tensio-actives amphipathiques produites par des micro-organismes qui ont la capacité de réduire la surface et la tension interfaciale entre deux phases¹. Un biosurfactant typique contient une partie hydrophile qui est généralement composée d’une fraction sucrée ou d’une chaîne peptidique ou d’un acide aminé hydrophile et une partie hydrophobe composée d’une chaîne d’acides gras saturés ou insaturés². En raison de leur nature amphipathique, les biosurfactants s’assemblent à l’interface entre les deux phases et réduisent la tension interfaciale à la frontière, ce qui facilite la dispersion d’une phase dans l’autre ^1,3. Divers types de biosurfactants qui ont été rapportés jusqu’à présent comprennent les glycolipides dans lesquels les glucides sont liés à des acides aliphatiques ou hydroxy-aliphatiques à longue chaîne via des liaisons ester (par exemple, les rhamnolipides, les tréhalolipides et les sophorolipides), les lipopeptides dans lesquels les lipides sont attachés à des chaînes polypeptidiques (par exemple, la surfactine et la lichénysine) et les biosurfactants polymères qui sont généralement composés de complexes polysaccharide-protéine (par exemple, émulsan, liposan, alasan et lipomannane)⁴. D’autres types de biosurfactants produits par les micro-organismes comprennent les acides gras, les phospholipides, les lipides neutres et les biosurfactants particulaires⁵. La classe de biosurfactants la plus étudiée est celle des glycolipides et parmi eux la plupart des études ont été rapportées sur les rhamnolipides⁶. Les rhamnolipides contiennent une ou deux molécules de rhamnose (qui forment la partie hydrophile) liées à une ou deux molécules d’acide gras à longue chaîne (généralement de l’acide hydroxy-décanoïque). Les rhamnolipides sont des glycolipides primaires rapportés en premier chez Pseudomonas aeruginosa⁷.

Les biosurfactants ont gagné en attention par rapport à leurs homologues chimiques en raison de diverses propriétés uniques et distinctives qu’ils offrent⁸. Il s’agit notamment d’une plus grande spécificité, d’une toxicité plus faible, d’une plus grande diversité, d’une plus grande facilité de préparation, d’une biodégradabilité plus élevée, d’une meilleure moussage, d’une compatibilité environnementale et d’une activité dans des conditions extrêmes⁹. La diversité structurelle des biosurfactants (figure S1) est un autre avantage qui leur donne un avantage sur leurs homologues chimiques¹⁰. Ils sont généralement plus efficaces et efficients à des concentrations plus faibles, car leur concentration micellaire critique (CMC) est généralement plusieurs fois inférieure à celle des tensioactifs chimiques¹¹. Ils ont été signalés comme étant très thermostables (jusqu’à 100 °C) et peuvent tolérer un pH plus élevé (jusqu’à 9) et des concentrations élevées de sel (jusqu’à 50 g/L)¹² , offrant ainsi plusieurs avantages dans les processus industriels, qui nécessitent une exposition à des conditions extrêmes¹³. La biodégradabilité et la toxicité plus faible les rendent adaptés à des applications environnementales telles que la bioremédiation. En raison des avantages qu’ils offrent, ils ont reçu une attention accrue dans diverses industries comme l’industrie alimentaire, agricole, détergente, cosmétique et pétrolière¹¹. Les biosurfactants ont également attiré beaucoup d’attention dans l’assainissement des hydrocarbures pour l’élimination des contaminants pétroliers et des polluants toxiques¹⁴.

Nous rapportons ici la production, la caractérisation et l’application de biosurfactants produits par Rhodococcus sp. IITD102, Lysinibacillus sp. IITD104 et Paenibacillus sp. IITD108. Les étapes du criblage, de la caractérisation et de l’application d’une combinaison de biosurfactants pour la récupération assistée du pétrole sont décrites à la figure 1.

Figure 1 : Méthode de récupération assistée de l’huile à l’aide d’une combinaison de biosurfactants. Le flux de travail par étapes est affiché. Les travaux se sont déroulés en quatre étapes. Tout d’abord, les souches microbiennes ont été cultivées et examinées pour la production de biosurfactant par divers essais, notamment le test d’effondrement des gouttes, le test d’étalement d’huile, le test d’indice d’émulsion et la mesure de la tension superficielle. Ensuite, les biosurfactants ont été extraits du bouillon sans cellules et leur nature a été identifiée à l’aide de la chromatographie sur couche mince et ils ont été identifiés à l’aide de LCMS, RMN et FT-IR. Dans l’étape suivante, les biosurfactants extraits ont été mélangés ensemble et le potentiel du mélange résultant pour une récupération assistée du pétrole a été déterminé à l’aide de la technique de la colonne de sable. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Le criblage de ces souches microbiennes pour produire des biosurfactants a été effectué par effondrement de gouttes, propagation d’huile, dosage de l’indice d’émulsion et détermination de la réduction de la tension superficielle du milieu sans cellules due à la croissance des microbes. Les biosurfactants ont été extraits, caractérisés et identifiés chimiquement par LCMS, ^{RMN 1}H et FT-IR. Enfin, un mélange de biosurfactants produits par ces microbes a été préparé et a été utilisé pour récupérer l’huile résiduelle dans une colonne de sable simulée.

La présente étude illustre seulement les méthodes impliquées dans le criblage, l’identification, la caractérisation structurelle et l’application de la combinaison de biosurfactants sur l’amélioration de la récupération de l’huile résiduelle. Il ne fournit pas de caractérisation fonctionnelle détaillée des biosurfactants produits par les souches microbiennes^15,16. Diverses expériences telles que la détermination critique des micelles, l’analyse thermogravimétrique, la mouillabilité de surface et la biodégradabilité sont effectuées pour une caractérisation fonctionnelle détaillée de tout biosurfactant. Mais comme cet article est un document sur les méthodes, l’accent est mis sur le criblage, l’identification, la caractérisation structurelle et l’application de la combinaison de biosurfactants pour améliorer la récupération de l’huile résiduelle; ces expériences n’ont pas été incluses dans cette étude.