Contribution de la fraction minérale des eaux au développement et à la structure des biofilms : apport des méthodes microscopiques et spectroscopiques

par Pierre Hiernaux

Thèse de doctorat en Chimie et microbiologie de l'eau

Sous la direction de Jean-Hugues Thomassin et de Nicole Merlet.


  • Résumé

    Les parois internes des réseaux et circuits en milieu urbain ou industriel sont rapidement colonisées par des bactéries entraînant ainsi de manière récurrente une dégradation de la qualité des eaux circulantes et de problèmes de contamination bactériologique. Or, la mise au point de stratégies de désinfection efficaces nécessite une meilleure compréhension des biofilms. Les objectifs de ce travail étaient de caractériser la composition des biofilms, plus particulièrement la fraction minérale, et d'étudier les étapes principales du développement des biomasses fixées en portant une attention particulière au rôle des minéraux dès les premiers instants de la formation. Les résultats obtenus au cours de ce travail n'ont été possibles que par l'utilisation combinée de techniques spectroscopiques (spectrométrie de photoélectrons, spectroscopie infrarouge, microspectrométrie Raman) et microscopiques (microscopie confocale à balayage laser, microscopie électronique à balayage) et par l'alternance d'analyses de surface et d'analyses globales. La composition minérale des biofilms d'eau naturelle peut atteindre des proportions importantes, comme dans le biofilm du Clain où le calcium, presque en totalité sous forme de calcite représente 80% de la masse élémentaire totale. Les principaux minéraux sont la calcite, des oxydes et oxy-hydroxydes de fer, de manganèse et d'aluminium, ainsi que des silicates. La minéralisation est essentiellement due à une précipitation in situ et à une croissance au sein de la matrice organique ou en surface de l'amas (carbonates, oxydes métalliques), mais peut également dépendre de mécanismes de dépôt, particulièrement importants pour les silicates. Les minéraux sont présents dès les premiers instants de la formation du biofilm (1 heure), le plus souvent associés à la matrice organique. Les concentrations analysées dans les biofilms ne présentent pas de relation apparente avec celles détectées dans les eaux, l'incorporation des minéraux dans la matrice dépendant plutôt des conditions physico-chimiques régnant aux interfaces biofilm/solution ou encore de la présence de microorganismes. Le développement de procédures spécifiques destinées à réduire la phase minérale devrait être d'un effet bénéfique pour l'élimination des biofilms et la maîtrise des risques bactériologiques associés.

  • Titre traduit

    Contribution of mineral matter from natural waters to development and structure of biofilms : interest of a combined use of microscopic and spectroscopic methods


  • Résumé

    Bacteria in rapidly colonizing surfaces of circuits and networks in urban and industrial environments give rise to a degradation of water quality and emergence of problems due to bacterial contaminations. The development of disinfection strategies needs a better understanding of biofilms. The objective of this study is to analyse biofilm composition, especially mineral matter, to determine the main stages of biofilm development and to elucidate minerals implication during the early stages of formation. Complementary spectroscopic (X-ray Photoelectron Spectroscopy, Infrared Spectroscopy, Raman microspectrometry) and microscopic (Scanning Electron Microscopy, Confocal Laser Scanning Microscopy) techniques and use of surface or bulk analyses led to a physicochemical characterization of biofilm matrix as well as a determination of formation stages. Mineral composition of river-water biofilms reaches important amounts. In Clain river biofilm, calcium constitutes 80% of total elemental mass. Major Ca-containing mineral is calcite, and major Fe-, Mn-, and Al-containing species are oxides, oxihydroxides, or silicates. Mineralization is mainly caused by in situ precipitation, and growth within organic matrix or on bacterial aggregates (carbonates, metal oxides), but is also dependent upon deposit, especially important for silicates. Minerals are present from the early-stages of biofilm formation (1 hour), associated with an organic matrix. Mineral amounts in biofilms seem not to be related to bulk water concentrations. Incorporation of minerals into the matrix is rather the consequence of physicochemical conditions close to the biofilm/solution interface or the presence of microorganisms. So development of new strategic procedures based on a mineral matter reduction should have a beneficial effect on biofilm eradication and control of biofilm-related bacteriological risks

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xvii-247 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 307 réf.

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  • Bibliothèque : Observatoire des Sciences de l’Univers en région Centre.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : I 03-3460
  • Bibliothèque : Université de Poitiers. Service commun de la documentation. Section Sciences, Techniques et Sport.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 05/POIT/2290-B
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