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La presente invention concerne un nouve~u type cle
microemulsion, à savoir la microemulsion thermodynamiquement
stable d'une solution aqueuse de matieres nutri-tives, dort
la phase externe est constituee par un milieu hydrophobe.
Ell comprend un procéde de production d'une telle micro-
émulsion et des applications de celle-ci dans des domaines
d'utili~ation de microorganismes, notamment a la culture
des microorganismes dans un milleu hydrophobe.
Des opérations industrielles, mettant en oeuvre des
cultures de divers microorganismes, surtout bactéries et
champignons, sont très courarltes a l'heure actuelle. Nombreuses
industries alimentaires, fabrications de médicaments, épurations,
etc. sont basées sur de telles opérations. Le plus souvent,
le travail comporte deux temps: d'abord a lieu ~a culture
du microorganisme concerné, dans un milieu nutritif approprié,
jusqu'à la croissance d'une population suffisamment nombreuse;
dans la seconde etape, cette population est mise au contact
des matières que l'on ~eut soumettre ~ l'action des micro-
organismes. Les opérations en cuve ne comportent pas de
difficultes speciales ~ ce point de vue, la culture préalable,
c'est-à-dire la multiplication, étant effectuée - selon les
cas - dans une enceinte séparée ou dans la même cuve o~ a
lieu la seconde phase opératoire. Par contre t lorsque les
opérations sont réalisees dans la nature, sur des grandes
surfaces de sol ou d'eau, comme c'est par exemple le cas dans
l'elimination de nappes d'hydrocarbures par degradation micro-
biologique en mer, sur des plages, sur des cours d'eau ou des
lacs, la multip:Lication prealable des microorganismes utiles
présente des difficultés. On doit, en effet, fournir a la
culture des matières nutritives, c'est-à-dire des sources de
C, N et P, ainsi que des oli~oéiéments, pour assurer la crois-
sance des organismes en question; or les sources classiques,
~P
telles qu'hydrates de carbone, nitrates ou sels ammo~iaca~
et phosphates sont solu~les dans l'eau, ils ne peuvent donc
pas demeurer dans la couche superficielle de l'étendue a
traiter, o~ doit avoir lieu une ~orte croissance des micro-
organismes utiles; ces substances dif~usent dans l'eau ou
le sol sous-jacent et sont ainsl soustraites a la culture.
Pour y remedier, on a appliqué, jusqu'~ present,
differentes methodes. Une d'entre elles consiste a enrober
de paraffine des grains de compose azote et de phosphate
solides, pour les offrir sous cette forme aux microoryanisme~,
comme indique dans le hrevet US 1 959 127. Dans une variante,
selon le brevet US 3 883 397, l'enrobage lipophile est un sel
d'acide gras, à la place de la paraffine. Mais ces methodes
ne permettent pas aux microorganismes d'avoir rapidement a
leur disposition la nourriture voulue; la matière grasse
d'enrobage est difficile à percer, c'est-a-dire a dégrader,
en l'absence d'azote et de phosphore e~térieurs. Aussi
l'action des bactéries ou des champignons est-elle lente
et demande des semaines ou des mois. Une autre solution
proposee consiste a utiliser, en tant que sources de N et P,
des composes insolubles dans l'eau, mais solubles dans les
hydrocarbures, notamment des phospho-amino-lipides, comme
decrit dans la publication française n 2 172 796 de brevet;
mais les composes azotes solubles dans l'huile ont en general
une assez ~aible teneur en azote, et dans ces conditions, la
degradation biologique des hydrocarbures du petrole, en mer,
demande 2 à 3 mois. On a également indiqué, dans la publication
fransaise n 2 230 ~01, 1'emploi d'amides, de sels organiques
d'ammonium et de phospho-amino-lip~des en solution dans un
solvant petrolier, la solution:etant-mise en emulsion dans
l'eau; l'emulsion obte~ue est puI~erisee sur une nappe dlhydro-
carbure flottant sur l'eau, en ~ue de la biodegradation de
--2--
1 156~74
la nappe. Cet-te méthode exi.ge cles fortes proportions d'émul
sion aqueuse et le résultat n'est acquis qu'après plusieurs
semaines.
La présente invention réalise une solution nowvelle
de l'apport de substances nu-tritives, solubles dans l'eau,
à une couche organique hydrophobe. Que cette couche - qui
peut être hydrocarbonnée - Elotte sur l'eau ou qu'elle se
trouve sur le sol ou sur un support en matériau de construc-
tion, les substances nu-tritives, apportées selon l':Lnventi.on,
restent principalement dans la couche hydrophobe et permettent
la multiplication rapide des microorganismes, si des germes
de ceux-ci s'y trouvent.
Le nouveau procéde suivant l'invention consiste a
créer une microémulsion du type eau-dans-huile, dont la phase
interne est une solution aqueuse de matières nutri-tives et la
phase externe un liquide non miscible à l'eau, et à ajouter
cette microémulsion à la couche hydrophobe qu'il s'agit de
dégrader; la microémulsion peu-t renfermer les germes des
microorganismes appropriés si le milieu à traiter n'en
contient pas, ou n'en contient pas suffisamment.
En particulier, la présente invention propose une
composition liquide nutritive, destinée a être ajoutée à un
milieu hydrophobe en vue de la culture de microorganismes
dans ce milieu, caraçtérisée en ce qu'elle est constituee
par une microémulsion dont la phase interne est formée par
une solution aqueuse renfermant des composes assimilables
de l'azote et du phosphore, tandis que la phase externe est
un liquide organique lipomiscible, non miscible a l'eau mais
miscible avec le milieu hydrophobe.
Selon un autre aspect, la présente invention propose
un procédé de culture de microorganismes dans un milieu hydro-
phobe, avec l'ernploi de susbtances nutritives en solu-tion
.,
~ - - 3
1 1 56~7~
aqueuse, caractérise en ce que ce-tte solu-tion est mi.croemul-
sionnée dans un liquide non miscible à l'eau, mais miscible
avec le milieu hydrophobe, et en ce que la microemulsiQn,
ainsi formee, est introdui-te dans ledit milieu contenant des
germes des microorganismes à cultiver et en ce que la solu-tion
aqueuse forme la phase interne de la microémulsion et ledit
liquide non miscible à l'eau ma:is miscible avec le milieu 1.
hydrophobe forme la phase externe de la microemulsion.
Bien entendu , comme connu dans l'art, la microemul-
sion contient au moins un agent tensioactif et un co-agent,
qui ont servi à sa prépara-tion.
Ainsi, contrairement à la technique anterieure, les
substances nutritives ne sont utilisées ni a l'état solide,
ni en solution dans U71 sol.vant non miscible a l'eau, ni en
macroémulsion aqueuse, mais sous la forme d'une solution
aqueuse microémulsionnée dans un liquide miscible avec la
couche hydrophobe a biodegrader, c'est-à dire sous la forme
de micelles micro-dispersees, dites inversées, dont le diam~tre
est compris entre 80 et 600 Angstr~ms et particuli~rement
entre 100 et 200 Angstr~ms . Cette forme inattendue con_uit .
1~5~7~
~ ce resultat remar~uable que la bio~é~radation peu~ être
realisée en quelques jours, au lieu des semaines ou mois que
demandent les procédés connus.
~ n tant que source d'azote on peut employer, dans
les microémulsions suivant l'inventlon, les di~férents
composés, solubles dans l'eau, assimilables par les mlcro-
organismes. Ce sont par exemple les nitrate, sul~ate ou/et
phosphate d'ammonium, l'urée, des protélnes, peptones, etc.
L'urée étant llengrais le plu8 riche en azote et tr~s soluble
dans l'eau, elle est particulièrement appropriee, puisqu'elle
permet d'avoir des solutions aqueuses fortement concentrées.
On peut employer, par exemple, des solutions d'urée a 10 a 60~
en poids, c'est-à-dire 11 à 150 parties d'uree pour 100 parties
d'eau.
La phosphore peut etre apporte à la solution de
même sous une de ses ~ormes habituelles, phosphates ou
phosphites alcalins ou d'ammonium. Sui~ant une forme d'exe-
cution particulierement de l'invention, le phosphore est pris
sous la forme d'un compose tensioactif, tel que par exemple
un phosphate d'alkyle superieur ou une lecithine: on a ainsi
la source de phosphore et l'agent tensioactif de la micro-
emulsion dans la même molecule.
Dans de nombreuses operations industrielles com-
portant la culture de microorganismes, il est necessaire que
le pH du milieu soit ajuste a la valeur la plus favorable à
la croissance bacterienne; en general ce p~l doit être voisin
de la neutralité, et l'on peut ajouter soit de l'acide
phosphorique, source de phosphore, si le milieu doit être
acidifie, ou bien de l'ammoniaque, source d'azote, si le
milieu doit ~tre neutralisé par lme base.
Dans :Le cas de la de~radation bacterienne des hy-
drocarbures par les microor~anismes cités ci-dessous, les
~15657~
besoins en phosphore sont beaucoup moindres qu'en azote;
exprimé en poids, le rapport P/~ peut var:Ler entre 0,0~ et
0,2, de preference entre OJO5 et 0,15; au point de vue
de la croissance, les rapports P/N les plus favorables sont
aussi proches que possible de 0,05.
Lors~ue le li~uide non rniscible a lleau, de pré-
ference lipomiscible, formant la phase externe de la micro-
emulsion, ou bien la couche hydrophobe a degrader, est utili-
sable par les microorganismes en tant que source de carbone,
il n'est plus necessaire d'ajouter d'autras composes carbones,
assimilables, à la microemulsion. Par contre, si la phase
externe de celle-ci et la couche à de~reder sont diEficile-
ment attaquées par les microorganismes - du moins au début -
il y a inter~-t à inclure dans la solution nutritive une
source de carbone ~acile à utiliser, par exemple des hydrates
de carbone solubles, permettant ainsl le demarrage rapide de
la multiplication des microorganismes.
Comme dans toutes les cultures, des oligoelements
sont necessaires en particulier des sels de Fe, Mg, K, etc.,
il y a donc lieu d'en ajouter une tres petite dose a la
solution nutritive, a la manière connue en soi.
Il va de soi que, pour obtenir une microemulsion
suivant l'invention, on doit utiliser un compose tensio-
actif capable d'en produire une. Le choix du compose idoine,
à la portee de l'homme de l'art, peut etre fait parmi les
nombreux groupes de tensioactifs non toxiques pour les micro-
organismes en presence. Ainsi peut-on employer par exemple
des sulfates d'alcools gras, des sulfosuccinates, des
estersoxyethylenes de sorbitan~ des alcools, acides ou huiles
oxyethylenes, esters de saccharose, amino-acides, ~-amido
amino-acides, taurines, sarcosines, poly~lycols, phosphates
d'alkyles lourds, etc. Cette enumération n'a rien de
1156~7~
limitatif, bien d'autres tensioacti~s pouvant être utilisés,
en partlculler ceux quI ont des propri~tes di persantes
vis-à-vis des hydrocarbures.
De préférence, la balance hydrophile-lipophile des
a~ents émulsifiants employés est comprise entre 10 et 17,
ou mieux entre 11 et 15.
Lorsqu'il s'agit d'opérations menées dehors,
l'agent tensioactif lui-meme dolt etre biodégradable, afin
d'éviter des nuisances dans la nature.
Comme pour les tensioactifs, le choix est également
vaste en ce qui concerne le co-tensioactl~ nécessaire a la
formation de la microémulsion. De tels co-agents sont
connus dans l'art, il n'y a donc pas lieu d'en citer beaucoup
ici; on notera seulement, ~ titre d'indication non limitative,
qu'il est possible d'employer des composés azotés, tels que
carbamates, amides ou sels d'amines. La viscosité de la
microémulsion peut être considérablement abaissée par l'ad-
jonction d'un alcool, en particulier en C6 ~ C12, d'un éther
ou d'un ester de polyol, notamment de glycol; cela acilite
beaucoup les manipulations.
Puisque la phase externe de la microémulsion doit
etre miscible avec ~e liquide hydrophobe à biodégrader, elle
est forcément choisie selon la nature de ce liquide. Dans
le cas pratique le plus important, où ce dernier est constitué
par des hydrocarbures du pétrole, la phase externe, lipomis-
cible, peut être constituée par exemple par des hydrocarbures
aliphatiques, aromatiques ou naphténiques, ou par des huiles
dites minerales, c'est-~-dire des mélanges de tels hydro-
carbures. Ce type de phase externe est difficilement attaquée
par des bacteries, tant que celles-ci n'ont pas suhi l'adap-
tation sufisante. Il est donc préférable d'utiliser des
huiles vé~étales ou animales qui peuvent servir de source
7 ~
de carbone, parce qu'elles so~t utilisables par les micro-
organismes; ces huiles, ou de preEerence leurs acides gras
correspondants, permettent un developpement rapide des micro-
organismes necessaires ~ la degradation de la couche
hydrophobe, notammenk du petrole brut.
Le rapport ponderal entre le liqulde lipomiscible,
c'est-à-dire la phase externe de la microemulsion, et la
solution aqueuse ~ emulsionner, doit en général être supérieur
~ 0,2; ce rapport est choisi de fa~on à ce que la solutlon
aqueuse se trouve en phase interne. Le choix das tensioactiEs
et des co~tens:Loactifs est ef~ectue selon la nature du
liquide lipomiscible et suivant la concentration des sels
dissous dans la phase aqueuse; on se base pour cela sur les
concepts de formuIation des microémulsions, connus en soi.
Le procédé de l'invention est applicable a un grand
nombre de microorganismes et en particulier a ceux qui per-
mettent de degrader des hydrocarbures; ainsi peut-on appliquer
l'invention à l'utilisation des bacteries telles que Pseudomonas,
Acinetobacter, Flavobacterium, Artrobacter, Corynebactérium,
etc. Les microorganismes peuvent egalement être des
champignons.
Bien que l'invention soit très intéressante pour
les differentes operations de biodegradation effectuees
dehors, elle peut e~alement rendre des services dans diverses
fabrications en cuve, chaque fois qu'une couche hydrophobé
d'une substance est mise en jeu dans le procede. Ainsi, par
exemple, s'applique-t-el~e avec avantage a la fabrication
de proteines ~ partir d'hydrocarbures par degradation de
ces derniers, ~ l'aide de bacteries et/ou de champignons.
-30 Dans tous les cas, la remarquable dispersion des substances
nutritives, aqueuses, au sein de la phase hydrophobe, obtenue
grace à l'invention, conduit ~ une multiplication plus rapide
--7--
, .
1~5~S74
des microorgan:lsmes; il en resulte un ~ain de temps appré-
ciable dans les op~rations.
Parmi les applications au yrand air, sur des sur-
faces d'eau ou de sol, la plus importante est la de~radation
des hydrocarbures repandus accldentellement; pour la raison
exposee plus haut~ c'est-a-dire du fait que les substances
nutritives solubles restent dans la couche traitee au lieu
d'être entra~nees par l'eau, l'lnvention presente une grande
valeur pour la lutte contre la maree noire. Cependant,
le même principe s'applique a des operatlons telles que
nettoyage des chaussees, bassins, sols, cuves, etc., des
depots hydrocarbones qui peuvent les souiller. D'autres
applications comprennent l'epanda~e d'engrais sur des cul-
tures agricoles.
I.es microorganismes sont generalement presents dans
le milieu a traiter; il est cependant necessaire parfois
d'effectuer un ensemencement, lorsque la population initiale
est jugee trop faible, ou bien si le milieu ne contient pas
les bacteries appropriées.
Dans une forme particuliere d'execution de la
presente invention, on utilise l'uree comme substance nu-
tritive azotee; on a constate que ce compose joue en meme
temps le rôle de co-tensioactif, on nlest donc plus oblige
d'ajouterun autre co-tensioactif. D'autre part, comme le
phosphore peut avanta~eusement etre apporte par des esters
alkyliques de l'acide phosphorique, qui jouissent des pro-
prietes tensioactives, la composition de la solution nutritive
est simplifiee par le fait qu'il est possible d'employer l'uree
et l'ester phosphorique, sans autre adjuvant. Il est cependant
recommandable d'ajouter des liquides permettant d'abaisser
la viscosite de la microemulsion; on a cite plus haut quelques
exemples de tels adju~ants; dans une forme d'execution
--8--
~1~657~
particulière de l'invention, :Ie butyléther d'éthylène glycol
a donné d'excellents résultats.
~ e li.quide lipomisclble, convenan-t fort bien
pour la phase externe de la microémulsion, suivant l'in-
vention, peut etre constitué par un ou plusieurs esters d'acide
gras, tels que les acides lauriques, myristique~ palmitique,
arachidique, oléique, stéarique, caprique, caproïque, capr~f-
lique, etc.; les glycérides de te:Ls acides constituent des
produits industriels tras accessibles, puisque ce sont des
huiles végétales et animales. Ainsi peut-on employer, par
exemple, les huiles telles qu'huile d'arachide, de baleine,
de colza, de lin, de m~ïs, de ricin, de sésame, de suif, etc.
Des acides gras eux-mêmes conviennent particulièrement bien,
pris éventuellement en mélanges appropriés, pour rester
liquides aux températures ambiantes; sont ainsi utiles des
acides gras, en particulier ceux en C6 à C18, comme, par
exemple, caprolque, oenanthylique, caprylique, lauri~ue,
palmitique, oléique, linoléique ou stearique. A celles des
matières grasses, qui ne sont pas liquides aux temperatures
ordinaires, il est pratique d'ajouter des hydrocarbures,
comme par exemple du petrole ou du gasoil, à raison d'environ
5 à 50%. Des alcools gras, c'est-à-dire en C6 à C24 convien-
nent egalement.
Dans un cas particulier, ou la solution aqueuse
contient de l'urée et des phosphates de lauryle ou/et d!oléyle
commercialisés par exemple par la Soci.éte ~oechst sous le
nom Hos*aphal~ , la teneur préférée en azote de l'ensemble
: de la microémulsion est d'environ 4 a 10% en poids ou mieux
de 5 à 8%. Le rapport pondéral de l'azote sur le liquide
lipomiscible est généralement de 0,1 à 0,4 et surtout de
0,15 à 0,35.
D'une fa~on générale, les microémulsions pré~érées,
.~ ~ * Marque de commerce g
1~5657~1
sui~ant l'invention, se composent en poids de 10 ~ 30~ d'eau,
10~ d'azote assimllable, sous la forme de composes azo-tes,
5 à 35% d'un phosphate d'alkyle en C10 à C18 ou d'un phosphate
d'alkyl-phénol ethoxyle, 0 ~ 20% d'un alkyl-ether d'alkylene
~lycol, et 20 à 50% d'un ester, acide ou/et alcool gras.
Ces composes ~ras peuvent ~tre additionnes d'hydrocarbures
liquides, tels que petrole ou ses derives, par exemple a
raison de 5 a 70%.
Une variante de l'inv;ention apporte un perfection~
nement qui permet d'obtenir une action plus rapide des micro-
organismes; elle rend possible la dégradation des hydrocar-
bures en un temps plus court, en attelant à ce travail un
nombre plus grand de microbes. On a constaté, en effet,
que - même avec la meilleure substance nutritive qu'est
l'uree - une partie des micro-organismes, présents normalement
dans l'eau de mer, et capables de dégrader les hydrocarbures,
ne se développent pas et, par conséquent, ne participent pas
à la degradation voulue. Suivant la presente variante, cette
fraction de micro-organismes, restes inactifs~>, peut être
amenee a se developper et à participer a la degradation des
hydrocarbure.s, si la matiere nutritive, azotee, est accompagnée
d'une ou de plusieurs matieres azotées de composition chimique
nettement différente de la prem~ere. Des résultats partlcu-
lièrement favorables sont obtenus, lorsque la première matiare
nutritive étant l'uree, la seconde est constituee par un ou
plusieurs acides amines.
Il s'en suit qu'une microémulsion suivant l'in-
vention, destinée au traitement microbiologique d'une matière
hydrocarbonee, renferme de préference une solution aqueuse
d'au moins deux composés azotés nettement differents au point
de vue chimique. Ainsi, par exemple, si la première substance
nutritive est un sel tel que sulfate, phosphate ou nitrate
--10--
~ 15657~
cl'ammonium, la seconde est constituée pa~ une amine, un
amide, une pro-teine, un amino-acide, ou a1ure composé non
ammonique.
Lorsque la solution nutritive comprend l'urée,
le second composé azote est par exemple du sul~ate, phos-
phate ou nitrate d'ammonium ou un amino-llpide, et tout
particulièrement un amino-acide. Les proportions relatives
des deux sortes de matières azotees peuvent varier lar~ement,
selon la nautre de la flore microbienne du milieu Oa le pro-
cede de l'invention est applique. Le plus sowvent :La propor-
tion efficace de l'uree, exprimee en azote, est d'environ 50
à 99% de l'azote total, c'est-à-dire que celle de l'azote
d'aminoacide represente 50 à l~. Dans certains milieux
aqueux, il peuk su~fire d'environ 1 à 10~ d'azote sous cette
seconde forme, pour l'obtention d'excellents resultats.
Les amino-acides, avanta~eusement utilisables suivant
la presente invention, peuvent etre choisis parmi tous ceux
que l'on trouve dans la nature, et parmi des acides amines
synthetiques. A titre d'exemples non limitatifs, on peut
employer les ~lycine, alanine, serine, cysteine, valinel
glutamine, leucine, lysine, ar~inine, proline, tyrosine,
acides aspartique et ~lutamiqué, etc. Pour des raisons
economiques, il y a intere~t à utiliser des matières issues
de produits naturels, qui contiennent generalement des series
de plusieurs amino-acides; c'est le cas, par exemple, des
vinasses de betteraves, des extraits provenant de la maceration
de diverses plantes, notamment de la rafle du mais, de l'extrait
de levure, des produits d'h~vdrolyse de proteines, des sous-
produits de laiterie, etc.
L'invention condult a cette constatation imprevue
que~ si une matière nutritive, azotée, seule donne de bons
resultats, et s'il en est de même avec une autre matière
1 ~6~7~
azotée, seule, de nature chimique différente, la dé~radation
des hydrocarbures par les mlcro-organlsmes est encore
meilleure, lorsque les deux matieres sont utilisees conjoin-
tement, la concentration en azote assimilable, total,
étant la même.
C'es-t ainsi que les microémulsions suivan~ l'in-
vention permettent d'atteindre, par exemple, une dégradation
de plus de 80% du pétrole brut, répandu sur de l'eau de mer,
en 7 jours, lorsque la solutlon nutritive contient de l'urée
ou des acides aminés; mais le mème résultat est obtenu en
6 jours, si l'urée et les acides aminés sont présents con-
jointement dans la solution, la concentration de celle-ci en
azote total étant la même que dans les deux cas précédents.
L'invention est illustrée par la série d'exemples
non limitatifs qui suivent.
EXEMPLES l ~ 11
Pour chacun des essais, on melange un certain volume
de solution aqueuse d'urée à 50% en poids avec un volume
d'acide oléique, en présence diune certaine quantité de
tensioactifs constitués par un mélange d'esters phosphoriques
d'alcools gras de C12 a C18 commercialisés par la Société
Hoechst sous les noms de Hostaphat. Dans certains de ces
essais, on ajoute é~alement du butyl-éther d'éthylene glycol
pour abaisser la viscosité. On détermine le domaine des
te~mpératures dans lequel la microémulsion obtenue est stable.
Le tableau 1 r ~ la page suivante, indique les
compositions des microémulsions ainsi preparees, les domaines
de stabilite de ces dernieres et leur viscosité.
On peut ~oir qu'une excellente stabilité dans le
domaine de 0C à plus de 40~C peut etre obtenue suivant les
~xemples 4, 5, ~, 8, 10 et 11. En ce qui concerne la vis-
cosité, on constate que, sans adjonction de butyléther
-12-
~ 15~57~
d'éthyl~ne ~lycol, elle est kres ~orte (e.xemples 1 et 2);
par contre, cette a~jonctlon la ramene a des valeurs tres
acceptables (exemples 3 a 11).
~: ' , ' '
~ .
,: ;
'
~ ' .
-13-
~: - ~, - '
., .
1 1 5B574
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E~ I` r~r~ 1' 1 ~r ~ o ~ I ~ o
I I I o
o I o I 1~ n o o I ~ o ~
. ~ ~ I I ~ o
r~ l ~ ~ I I N ~I r-l I I ~ O
~i ~ `- I I I N
r-l ~1 ~ 0 ~7 1. 1 1 ~ I 11`) O. O I I O r~
~ ~ ~ ~ I I I I ~1
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K O ~ I I \a)a) I I O
a) ~ o ~t~ I I ~1~ I I O O
J I I OO I I O
I I N I I ~O N
r-l ~I Ql O I I ~D(d I I
I I ~~ I I rl t~
S~ ~1~1~i I I rla~ I I ~1
I I o S~
. \a)~ - \~.Y ~a)I I ~o i I .4
~ ~1 ~10 1 1
a) ~ o ~ ~~ 1- 1 ~~ I I
- xo I I ~ u~
~ s, ~ ~~ o~ I I oo I I a
r~ , I I N,~ I I o
o \a)
a~ I I o oo I I ~ o
\~ rl ~ O O O O I I
~ I I O ~\
f~ ~ ~ m ~ , 1 1 0~ ~
I I
,
115~
EXEMPLES 12 ~ 16
-
Des mlcroémulsions ont été préparees avec 33~
de phosphate de lauryle; le liquid,e lipomiscible est d'acide
oléique dont la quantité est egale à deux fois la solutlon
aqueuse d'urée et de phosphate. On a ~ait varier le pourcen-t
d'urée dans la phase aqueuse. Les résultats ci-dessous
donnent la température ma~imale ~ laquelle la microémulsion
est encore stable.
d'uré,e dans,la phase Limite supérieure de
_ aqueuse _ ~ Temperature C _
22,2 36
32
33 38
56 Pas de microemulsion
Ces résultats montrent que des microémulsions
pratiquement viables, stables jusqu'environ 36C, peuvent
être obtenues avec des concentrations en urée allant jusqu'à
50%, mais non pas au-delà.
EXEMPLES 17 à 19
Avec une solution aqueuse a 50% d'urée et l'addition
de phosphate d'oléyie renfermant 30% de mono-éthyl-éther
de l'éthylène glycol, on a préparé trois microémulsions
renfermant des proportions variables d'acide oléique. Voici
les domaines de stabilité de ces produits.
Rapport pondéral Tensioactif Domaine de
solution d'urée/ (Phosphate d'oléyle) stabilité
acide oléique C
_
0,5 25~3 0-65
0,625 ' 24,2 0-59
0,75 26 J 7 Ogel-64
Il en résulte qulau dèlà du rapport solution aqueuse/
acide oIéique d'environ 0,65, et pour une quantité flxée de
-15~
S 7 4
mono-é-thyl-éther de l'ethyl~ne gl~col de 30~, la rnicroérnulsion
est dificile ~ utiliser, puisqu'elle tend ~ se gélifier;
par contre, au-dessous de ce rapport, on constate une excel-
lente stabilité.
DEGRADATION DES HYDROC~RBURES DU PETROLE
EXEMPLE 20
Dans un fermenteur de 50 litres, on introduit
30 1 d'eau de mer s-térilisée à 120C pendant 2 heures. Sur
la surface de cette eau de mer, on repand 30 ml de pé-trole
brut de 3~ API, contenant 75% d'hydrocarbures saturés et
25% d'aromatiques. La couche de pétrole a une épaisseur
de 0,5 mm. Sur cette couche, on pulvérise 6 ml d'une des
microémulsions des exemples precédents. Le milieu est ensuite
ensemencé avec des germes provenant de l'eau de mer; ces germes
sont obtenus par culture pendan't 24 heures sur une solution
aqueuse de glucose; ils contiennent en majeure partie des
Pseudomonas.
Après cette inoculation, on effectue la numération
des germes dans des prélevements de pétrole: on trouve ainsi
2.5 x 103 ~ 4 x 104 ~ermes par ml.
On procede alors a la culture aérobie, en agitant
le contenu du fermenteur avec un agitateur tournant à 400 t/mn,
pendant que 120 litres d'air stérilisé sont soufflés, par heure,
heure; cette aération correspond sensiblement a celle qui a
lleu naturellement en mer.
Apres 48 heures, une nouvelle numération est ef-
fectuée: ses résultats sont indiqués plus bas.
Apres 7 jours, on détermine le taux de dégradation
du petrole, par extraction des hydrocarbures residuels avec
du CCl4 et mesure ~ l'infrarouge~
Voici les resultats obtenus avec les microemulsions
des exemples l, 2, 3, 10 et ll.
-16-
1 ~L5657~
Microemulsion Gerrnes au Germe~ aprè~ Taux de décJradAtion
de depart 48 he~res apr~s 7 jours
_
Ex. 1 2,5x103 2,5x10 83%
2 ~ x104 9,5x108 g0~
3 1~5x104 2,5x108 90%
4,5x10~ 2,5x108 86%
11 1,5x103 7,5x107 92
EXEMPLE 21
-
On realise un essai selon le mode operatoire
decrit dans l'exemple 20, mais on introduit dans le fermen-
teur un eau de mer non stérilisée, et le milieu n'est pas
ensemencé par des bacteries supplementaires.
Les résultats sont:
Microemulsion Germes au Germes après Taux de degradation
de ~ art 48 heures après 7 jours
n 11 2x103 5,5x107 82%
EXEMPLE 22
On réalise un essai selon le mode operatoire de
l'exemple 20, mais on remplace l~eau de mer par une eau na-
turelle, dans laquelle on rajoute les dif~erents constituantsmineraux de l'eau de mer, ainsi que 30 ppm d'oligoélements,
notamment fer, magnesium, potassium. On pulverise 6 ml de
microemulsion n 11, et on ensemence le milieu avec une
culture de bacteries.
Apres 7 jours on determine le taux de degradation
du petrole, par extraction des hydrocarbures residuels
avec du CC14 et mesure a l'infrarouge: ce taux est de 90%.
EXEMPLES 23 - 24
;
Des essais de biodegradation du petrole brut d'Arabie
sont effectues au bord de la mer, dans un bassin de 2 m
de profondeur, divise en 4 compartiments, chacun de 3 m x 3 m
de section horizontale. Les compartiments peuvent être
.
-17-
1~$6~
isolés ou reliés entre eu~, et to~s sont susceptibles de
recevoir de l'eau de mer.
Un système a pompe, hydro-éjec-teur, assure un
léger brassage de l'eau, et le renouvellement de l'air
dans le bassln.
Dans chaque compartiment on a introduit 15,6 m
d'eau de mer et 4 litres de pétrole susindiqué, soit une
couche de 0,45 mm d'épalsseur sur la surface de l'eau.
Un des compartiments servait de témoin: l'eau
e-t le pétrole, y contemls, étaièr-t brasses comme dans les
autres compartiments, mais ne recevaient aucun additif.
A la fin des essais on déterminait les pertes de petrole,
dues aux causes naturelles, pour en tenir compte dans l'evalua-
tion de la degradation provoquée par les additions suivant
l'invention.
Dans chacun des trois au~res compartiments on a
introduit 0,4 1 d'une microemulsion de solution nutritive,
composee en poids ~ de:
uree ~ 17,0
eau douce ............ 20,8
butyl glycol ......... 10,8
phosphate de
lauryle ...... ,...... 21,1
acide oleique ... 30,3
Au début des essais la micro~lore de l'eau de mer du bassin
comptait 10 germes/ml. Apres 7 jo~lrs, on determinait
les quantites de pétrole disparu dans les compartiments;
le tableau ci-après indique ces grandeurs en % de la quantité
initiale, à dew~ temperatures différentes.
- -18-
1156574
'rémOin ~ le_23 rrem. Ex.2
2C L2~C 18C 18C
de disparition due aux
causes naturelles ......... 5 5 17,5 17,5
% dQ au traitement
suivant l'invention ....... 0 _58 _ 0 _ 61,3
~ total disparu ............. 5 63 17,5 78,8
Comme on voit, meme ~ la température relativement basse de
12C, la biodegradation obtenue en 7 jours, par le traitement
de l'invention~ est remarquable, elle est obtenue, contrai-
rement a la plupart des procedés connus, sans aucun appor-t
de culture de microorganismes, avec la seule utilisation
de ceux qui existaient dans lleau de mer.
EXEMPLE 25
__
Dans un fermenteur de 50 litres, on introduit 30 1
d'eau de mer. Sur la surface de cette eau, on repand 30 ml
de pétrole brut de 34 API, contenant 75~ d'hydrocarbures
saturés et 25% dlaromatiques. Sur la couche de petrole,
ainsi formeer d'une epaisseur de 0,5 mm, on pulverise
6 ml de micro-emulsion ayant la composition ponderale
suivante:
uree ........................ 17,3%
eau ......................... 21,5
butyl-ether-ethyleneglycol 10,8
phosphate de lauryle ........ 23 r 7
acide oléique ............... 26,7
(8,07~ d'azote~ 100,0
La numération des germes dans le pétrole indique la presence
de 10 germes par ml.
On procede alors ~ la culture aerobie r en agitant
3n le contenu du fermenteur a~ec un agitateur tournant à 400 t/mn,
pendant que 120 litres dlair stérilise sont souffles, par
heure; cette aération correspond sensiblement à celle qui a
--19--
l ~S574
lleu naturellement en mer.
Apres 48 h, ulie nouvelle numeration est ef-fectuee:
elle montre la presence de 2,5 x 108 germes/ml.
Apres 7 jours, on détermine le taux de dégradation
du pétrole, par extraction des hydrocarbures residuels avec
du CC14 et mesure a l'infrarou~e: ce taux est de 83~.
EXEMPLE 26
Des operations identlques à celles de l'exemple
25 sont eEfectuees, mais dans la microemulsion une partie
de l'uree est remplacée par l'amino-acide, DL valine. La
composition pondérale de la microémulsion est:
urée ..................... 16,8%
DL valine .................. 2,0
eau ....................... 20,5
butyl-éther ethylèneglycol 10,8
phosphate de lauryle ...... 23,7
acide oléique ............. 26,2
100,0
(azote total, de l'urée et de la valine, 8,07%)
La numération des gexmes donne le nombre de 102 au début et
10 apres 48 heures. Le taux de degradation du pétrole
est de 84~ des le 6ème jour.
La comparaison avec l'exemple 25 montre que
l'adjonction d'acide aminé a permis d'atteindre 10 germes
au lieu de 2,5 x 10 avec l'urée seule, apres 48 heures;
la dégradation du même ordre (84% contre 83%) a pu être
obtenue plus rapidement, en 6 jours, alors qu'il fallait
7 jours dans le cas de l'urée seule.
EXEMPLE 27
Suivant la technique des exemples 25 et 26, une
microémulsion fut utilisée, dans laquelle une partie de
l'uree était remplacée par un extrait aqueux de rafle de
-20-
1~5~57~
maIs renfermant une série d'~cides amlnés, avec prédominance
d'alanine, d'arginlne, d'acide glutamique et de leucine; les
autres amino-acides, présents en proportions moindres,
étalent les proline, isoleucine, threonine, valine, phényl-
alanine, méthionine et cystine. La teneur en azote total,
dans cet extrait, étalt de 1%.
La microémulsion présentait la composition pondérale:
urée .~...................... 12,4
extrait de rafle de mais 18,7
bu-tyl-éther éthyieneglycol 19,2
phosphate de lauryle ........ 29,1
acide oléique ............... 20,6
L'eau de la phase aqueuse était celle de l'extrait a~ueux.
La teneur en azote total de la phase aqueuse ressortait a
6~. .
En partant de 10 germes, on en a dénombré 4 x 109
après 48 heures, et le taux de degradation du pétrole a
atteint 88~ après 6 jours.
La comparaison de ces résultats avec ceux de
l'exemple 25 prouve l`intéret de l'adjonction des acides
aminés à l'urée.
EXEMPLES 28 a 37
Dans cette série d'essais analoyues à l'exemple
27, le phosphate de lauryle est remplacé par du phosphate
d'oléyle et l'acide oléi~ue par les différents liquides
indiqués au tableau suivant, qui donne les taux de dégra-
dation du pétrole, obtenus en 6 joursO
-21-
7 ~
Exemple Liquide hydrophobe utilise Degradatlon
n _ ~
_
28 Hu~le d'arachide .... 0.................... 88
29 " de colza ............................... 82
" de suif ................................ 86
31 Mélange des acides gras ~u coprah
avec 10~ d'huile de vase:Line ............. 85
32 Acide laurique llquefie par 10~
de petrole brut ........................... 84
33 Caproate de butyle ........................ 85
34 Laurate d'éthyle .... .~................... 87
Oléate de méthyle ... .:................... 86
36 Stéarate d'amyle .......................... 88
37 Gasoil avec 10% d'huile de sésame ......... 83
Des résultats semblables sont obtenus avec un melange de
mono-, di- et tri(alkyl.tétraglycoléther)-o-phosphates d'alkyles
en C12 à C14, connus dans le commerce sous la dénomination
HOSTAPHAT KL 340 N, a la place du phosphate d'oleyle.
' , ,
-22-
