Mécanismes de transfert direct en corrosion microbienne des aciers : Application à Geobacter sulfurreducens et à l'hydrogénase de Clostridium acetobutylicum

Marie Libert M.

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par L'institut National Polytechnique de Toulouse Spécialité : Génie des Procédés et de l'environnement JURY Rapporteurs : Mme Marie LIBERT M. Philippe REFAIT Examinateurs : Mme Nadine PEBERE M. Damien FERON Co-directrice de thèse : Mme Marie-Line DELIA Directeur de thèse : M. Alain BERGEL Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil, & Procédés Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique Par Maha MEHANNA Soutenue le 19 janvier 2009 Titre : Mécanismes de transfert direct en corrosion microbienne des aciers : Application à Geobacter sulfurreducens et à l'hydrogénase de Clostridium acetobutylicum

• hydrogénase de clostridium acetobutylicum


• direct electron


• mécanisme de transfert direct d'électrons


• nouvelles voies d'investigations des phénomènes de cim


• corrosion de l'acier au carbone


• clé essentielle de l'apparition


• corrosion des aciers

Sujets

• Institut national polytechnique de Toulouse
• Bertrand
• Trente et Quarante
• Etcheverry
• Libert
• Université de Toulouse

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 janvier 2009
• Nombre de lectures: 221
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par L’institut National Polytechnique de Toulouse
Spécialité : Génie des Procédés et de l’environnement


Par Maha MEHANNA

Soutenue le 19 janvier 2009

Titre : Mécanismes de transfert direct en corrosion microbienne des aciers :
Application à Geobacter sulfurreducens et à l’hydrogénase de Clostridium acetobutylicum

JURY
meRapporteurs : M Marie LIBERT
M. Philippe REFAIT
meExaminateurs : M Nadine PEBERE
M. Damien FERON
meCo-directrice de thèse : M Marie-Line DELIA
Directeur de thèse : M. Alain BERGEL



Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil, & Procédés
Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique



Remerciements


Le présent travail a été effectué au sein du Laboratoire de Génie Chimique (LGC) de
l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT) grâce au soutien financier du CNRS qui
m’a attribué une bourse et qui a financé le projet SMILE GdRE+.

Je remercie M. Joël Bertrand, directeur du LGC de m’y avoir acueillie et de m’avoir permis
de vivre une expérience enrichissante grâce à la diversité culturelle présente au LGC (plus de
trente nationalités).

J’exprime toute ma reconnaissante à mes encadrants pour l’opportunité qu’ils m’ont offerte
et la confiance qu’ils m’ont témoignée le long de mes années passées au LGC. Puissent-ils
trouver dans ces quelques lignes le signe de ma profonde gratitude et la promesse d’une
longue amitié. Tout d’abord, je remercie mon directeur de thèse Alain Bergel pour sa
disponibilité, son altruisme démesuré, ses idées innovantes, sa bonne humeur et sa générosité,
c’est grâce à lui que j’ai pu participer à neufs congrès dont cinq internationaux, deux
européens et deux français. Je remercie également ma co-directrice de thèse Marie-Line
Délia pour sa délicatesse, sa gentillesse, sa finesse, son attention, son soucis du détail, c’est
grâce à elle que je suis venue en France. Je remercie Régine Basséguy, pour avoir suivi de
très près mon travail, pour tout le temps qu’elle m’a consacré, pour m’avoir aidée à
comprendre les Rp, pour la fourme, les fraises et les bouquets de menthe pour le taboulé,
c’est grâce à elle que j’ai découvert qu’un professeur pouvait garder une âme d’enfant. Le
dévouement de trois encadrants ayant chacun des compétences dans des domaines très
différents m’a grandement facilité la tâche me permettant ainsi de mener à bien ce travail de
thèse pluridisciplinaire et a transformé en plaisirs mes devoirs.

Je remercie Mme Marie Libert et M. Philippe Refait qui ont accepté d’évaluer mon travail de
thèse et d’en être les rapporteurs. Merci également à Mme Nadine Pébère et Monsieur
Damien Féron qui ont accepté de participer à l’examen de mon travail avec une mention
spéciale à M. Féron pour ses conseils avisés tout le long de ma thèse. J’ai particulièrement
apprécié l’intérêt que tous les membres du jury de ma soutenance ont porté à la lecture
attentive de mon travail et l’enthousiasme qu’ils ont exprimé devant mes résultats.

Je remercie également tous les membres du département BioSym qui ont contribué à rendre
agréable mes années au LGC et notamment Luc Etcheverry pour sa précieuse aide technique,
son enthousiasme, sa disponibilité et je lui souhaite le meilleur dans ses projets futurs.

Je voudrais remercier Jocelyne Barale et Claudine Lorenzon pour leur aide administrative,
Marie-Line De Solan pour son travail en microscopie électronique et Bernard Galy pour
m’avoir emmenée récupérer les échantillons d’enzyme.

Je ne saurais oublier tous les doctorants et post-doctorants que j’ai côtoyé durant mes années
au LGC et qui ont participé, de près ou de loin, à rendre enchanteur mon séjour. Je pense
notamment à Nancy, Benjamin, Youssef, Alain, Suhuttaya, Claire, Léo, Sandrine, Liz, Luis,
Caroline, Huberson, Phong, les deux Nicolas (le musicien et le président), Félicie, Ilyes,
Amélie, Edgard, Zoé, Fahima, Natahlie, Alicia, Isariebelle, avec lesquels j’ai partagé des
moments intenses et des aventures inoubliables.

i
Je remercie aussi M. Rolf Gubner d’avoir bien voulu m’accueillir au Corrosion and Metal
research Institute de Stockholm me permettant ainsi de vivre une expérience fort
enrichissante autant sur le plan scientifique qu’humain. Mention spéciale aux professeurs et
collègues suédois : Ingemar, Namurata, les deux Martin, Karin et Dag qui ont rendu mon
aventure suédoise formidable.

Je tiens également à remercier tout particulièrement mon père scientifique et spirituel, M.
Michel Azzi pour m’avoir donné le goût des sciences, pour son soutien dans les moments
difficiles et pour ses encouragements permanents.

Je souhaite remercier ma famille en France Marie-Claude et Rafael pour leur accueil, leur
générosité et leur soutien ainsi que ma professeur de piano Mme Paule Mis pour ses conseils
sur la vie et ses prières.

Finalement, je ne saurais jamais assez remercier mes parents Aziz et Marie et mes frères
Emile et Maher auxquels je dois tout.
ii
Mécanismes de transfert direct en corrosion microbienne des aciers :
Application à Geobacter sulfurreducens et à l’hydrogénase de Clostridium acetobutylicum.
Résumé
La corrosion induite par les micro-organismes (CIM) génère des pertes économiques mondiales
chiffrées en milliards d’euros par an. Il est communément admis que les bactéries sulfato-réductrices (BSR)
jouent un rôle clé dans la CIM anaérobie des aciers. Malgré cette unanimité, les essais en laboratoire peinent à
reproduire la corrosion des aciers observées en milieu naturel; bien plus, ils n’expliquent pas quel est l’élément
qui déclenche la corrosion, puisque les BSR présentes dans de nombreux environnements naturels n’induisent
pas systématiquement de corrosion. L’objectif de ce travail est d’évaluer la pertinence dans le domaine de la
CIM de nouveaux mécanismes de transferts électroniques entre aciers et protéines ou cellules microbiennes.
La première partie de la thèse évalue l’effet d’une [Fe]-hydrogénase sur les processus de corrosion
anaérobie des aciers au carbone. L’hypothèse d’une catalyse directe de la réduction des protons par des
hydrogénases adsorbées a souvent été suggérée dans la bibliographie, elle est ici clairement démontrée.
L’hydrogénase de Clostridium acetobutylicum, qu’elle soit active, désactivée ou dénaturée accélère la corrosion
de l’acier au carbone. La présence de phosphate dans le milieu rend les interprétations plus complexes mais ne
modifie pas le mécanisme. Une nouvelle hypothèse est avancée qui donne un rôle essentiel aux centres fer-soufre
de la protéine. La catalyse de la corrosion par les hydrogénases pourrait donc être rapprochée des mécanismes
bien connus de catalyse par le sulfure de fer. Dans ce cas l’état redox des centres fer-soufre serait une clé
essentielle de l’apparition ou non de la corrosion.
La deuxième partie élucide le rôle de Geobacter sulfurreducens sur la corrosion anaérobie de trois types
de matériaux : aciers au carbone (1145), ferritique (403) et austénitiques (304L et 316L). Les résultats mettent en
évidence pour la première fois que des cellules bactériennes adhérées induisent un anoblissement du potentiel
libre des aciers et accélèrent la corrosion des aciers faiblement alliés par un mécanisme de transfert direct
d’électrons. Suivant les concentrations d’accepteurs et de donneurs d’électrons en solution, G. sulfurreducens
peut accentuer la propagation de la corrosion en catalysant directement la réduction cathodique ou, au contraire,
en absence d’accepteurs et en excès de donneurs, protéger contre la corrosion. L’apparition de la corrosion ne
peut donc être induite que par la conjonction défavorable de plusieurs paramètres.
Ces résultats obtenus en laboratoire apportent de nouvelles voies d’investigations des phénomènes de CIM qui
doivent maintenant être confrontées aux milieux naturel