Dynamique de rétention de virus par procédés membranaires : méthode de détection applicable en ligne

par Laurence Soussan

Thèse de doctorat en Génie des procédés et de l'environnement

Sous la direction de Corinne Cabassud et de Christelle Guigui.

Soutenue en 2009

à Toulouse, INSA .

mots clés

• Production d’eau potable
• Désinfection par procédés membranaires
• Dynamique de rétention en ligne
• Mime de virus
• Enzyme
• Détection électrochimique
• Membranes (technologie) -- Thèses et écrits académiques
• Séparation par membranes -- Thèses et écrits académiques
• Virus -- Thèses et écrits académiques
• Eau potable -- Épuration -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Une nouvelle méthode, basée sur l’utilisation d’un nouveau substitut de virus, a été développée pour l’étude en ligne de la dynamique de rétention de procédés membranaires. Ce nouveau traceur est un bactériophage MS2 modifié en sa surface par greffage d’enzymes. Au cours de cette étude, un protocole reproductible de synthèse de ce bactériophage modifié a été développé. La caractérisation de ce nouveau traceur a permis de déterminer son activité enzymatique moyenne et a aussi démontré les capacités de ce traceur comme mime de virus car il est représentatif biochimiquement et physiquement d’un virus. L’intérêt de ce nouveau traceur est qu’il peut être détecté/quantifié directement en solution grâce à l’activité enzymatique induite de ses enzymes. Une technique de détection ampérométrique a été choisie pour sa sensibilité, sa rapidité d’analyse qui rend possible les études en dynamique et en ligne et son application possible en eau potable. La mesure ampérométrique a été validée par comparaison à une méthode de référence spectrophotométrique. Des expériences de filtration consistant à injecter des traceurs dans l’alimentation et à suivre la présence de traceurs dans le perméat par ampérométrie ont ensuite permis de valider la méthode développée en montrant sa capacité à différencier des comportements membranaires et à caractériser des dynamiques de rétention. Cette nouvelle méthode a été utilisée pour caractériser les rétentions de membranes planes et d’un module de fibres creuses en fonction de paramètres opératoires de filtration et du matériau membranaire (MF ou UF, pression transmembranaire, état de vieillissement du matériau membranaire, présence d’un défaut calibré)

Titre traduit

Dynamics of virus retention by membrane processes : a detection method applicable inline

Résumé

A new method, based on a new virus surrogate, was developed for the inline characterization of the dynamics of retention in membrane processes. This new tracer is a modified MS2 bacteriophage modified on its surface by the grafting of enzymatic probes. In this study, a reproducible synthesis protocol of this new tracer was developed. The characterization of this new tracer allowed to determine its average enzymatic activity and showed the abilities of this tracer to be used as a virus surrogate as it is representative of viruses biochemically and physically. The interest of this new tracer lies on its direct detection/quantification in solution thanks to the induced activity of its enzymes. An amperometric detection of this tracer was chosen for its sensibility, its rapidity that makes possible inline and dynamic studies and its possible application for drinking water production. The amperometric measure was validated by comparison to a reference spectrophotometric method. Filtration experiments consisting in injecting tracers in the feed and to monitor the presence of tracers in the permeate by amperometry allowed then to validate the developed method showing its ability to differentiate membrane behaviours and to characterize retention dynamics. This new method was used to characterize the retentions of flat sheet membranes and a hollow fibre module as a function of filtration operating parameters and properties of the membrane materials (MF or UF, transmembrane pressure, membrane ageing state, presence of a calibrated defect)