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Informations
Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 304 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 1 Mo |
Extrait
AVERTISSEMENT
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FACULTE DES SCIENCES & TECHNIQUES
U.F.R. Sciences & Techniques de la Matière et des Procédés
Ecole Doctorale Energie Mécanique Matériaux
Département de Formation Doctorale Mécanique Energétique
Thèse
présentée pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy-I
en Mécanique Énergétique
par Tony PARIS
Formation et organisation de biofilms en milieu eau potable.
Influence du gradient de vitesse pariétal
Soutenue publiquement le 7 Avril 2008
Membres du jury :
Président du jury : M. Philippe SCHMITZ Professeur, INSA, Toulouse
Rapporteurs : M. Luis MELO Professeur, Université de Porto, Portugal
Mme Muriel MERCIER-BONIN CR- INRA, INSA, Toulouse
Examinateurs : M. Jean-Claude BLOCK Professeur, U.H.P., Nancy I (Co-Directeur de thèse)
M. Pierre SERVAIS Professeur, Université Libre de Bruxelles, Belgique
M. Salaheddine SKALI-LAMI MCU, Directeur de thèse, Nancy-Université, Nancy
M. Xiong WANG Professeur, Nancy-Université, Nancy
M. Sylvain FASS NanCIE, Nancy
Membres invités : Mme Florence MENARD- Centre de Recherche sur l’Eau, Veolia-
SZCZEBARA Environnement, Maisons-Laffitte
Laboratoire d’Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée
Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l’Environnement Remerciements
Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier mes directeur et co-directeur de thèse, M Salaheddine
Skali-Lami et M Jean-Claude Block pour m’avoir fait confiance tout au long de cette thèse,
pour m’avoir guidé tout en me laissant la liberté suffisante, m’avoir donné le recul nécessaire
pour ne pas, pris dans le feu de l’action, me laisser emporter par des conclusions hatives et
aussi (et surtout) pour m’avoir permis de travailler dans un cadre propice associant qualités
scientifiques et qualités humaines.
Je voudrais également remercier M Sylvain Fass pour avoir suivi mes travaux avec un
regard critique et constructif, pour avoir fait en sorte que les échanges avec les partenaires
industriels impliqués dans ce projet se passent le mieux possible ainsi que pour sa
disponibilité et son calme lorsque son aide m’a été nécessaire pour faire progresser mes
travaux.
Je remercie M Xiong Wang grâce à qui j’ai pu m’initier à l’utilisation des chambres à
écoulements, réacteurs grâce auxquels j’ai obtenu une part importante des travaux présentés
dans ce mémoire.
Il m’apparaît maintenant important de remercier tout ceux qui m’ont aidé de près ou de
loin dans la réalisation de mes travaux, que ce soit par une aide technique ou par leurs conseils
avisés : Mlle Hélène Guilloteau pour son aide dans la réalisation de mes expériences, M
Christophe Merlin pour m’avoir permis de faire fluorescer des coliformes, Manuel Dossot ou
encore Rachid Rahouadj. Je tiens à remercier ici particulièrement M Christian Mustin pour les
nombreuses heures qu’il a consacrées à la visualisation par microscopie confocale des
biofilms que je lui apportais ainsi que pour le regard critique qu’il portait à ces observations.
Par ailleurs, je voudrais remercier les partenaires industriels qui ont soutenus
financièrement mais aussi par leur implication mes travaux de recherches : l’Agence de l’Eau
Seine-Normandie, le Syndicat des Eaux d’Ile de France, le centre de recherche sur l’eau de
Veolia Environnement.
Enfin, je remercie tout ceux qui par leur présence quotidienne ou plus occasionnelle
m’ont permis de mener à son terme cette épreuve de fond que constitue la thèse : Cyril Khan
pour tous les bons moments passés au laboratoire ou en dehors, Ghania Benbelkacem qui en
me promettant des you-you pour la fin de ma thèse m’a appris la patience, Cedryck Vaquette
I Remerciements
pour son talent incomparable dans la chanson paillarde, Yonael Bernard pour m’avoir soutenu
par sa bonne humeur, ses gâteaux et ses cocktails, Cédric Cathelier qui par son dur labeur
quotidien a financé mes travaux. Un remerciement en forme d’excuse pour tous ceux qui ne
sont pas cités ici et qui pourtant ont été indispensables au succès de cette thèse
II Remerciements
III Sommaire
Sommaire
III Sommaire
IV Sommaire
Remerciements ............................................................................................................................I
Sommaire.................................................................................................................................. III
I. Introduction générale.......................................................................................................... 1
II. Contexte scientifique 7
II.1 Le transport des microorganismes vers la surface...................................................... 9
II.1.1 Equation générale du transport......................................................................... 10
II.1.2 Transport des bactéries en écoulement de Poiseuille ....................................... 11
II.1.3 Sédimentation bactérienne ............................................................................... 13
II.1.4 Diffusion brownienne et mobilité autonome.................................................... 14
II.1.5 Théorie du transport des microorganismes : application aux différentes zones
d’une conduite .................................................................................................................. 16
II.1.6 Evaluation des gradients de vitesse pariétaux rencontrés dans les réseaux de
distribution d’eau potable................................................................................................. 19
II.2 La colonisation des surfaces par les microorganismes............................................. 22
II.2.1 Formation d’un film conditionnant .................................................................. 22
II.2.2 Approches physico-chimiques de l’adhésion bactérienne................................ 23
II.2.3 Limites des approches physico-chimiques ....................................................... 25
II.2.4 Influence de la mobilité sur l’adhésion sous écoulement................................. 26
II.3 Organisation et diversité des biofilms en eau potable.............................................. 27
II.3.1 Organisation de la biomasse sur la surface ...................................................... 27
II.3.2 Diversité biologique dans les biofilms d’eau potable ...................................... 28
II.3.3 Biofilm et pertes de charge............................................................................... 30
II.3.4 Accumulation et persistance de particules modèles dans un biofilm............... 31
III. Effet du gradient de vitesse pariétal sur l’accumulation et la prédation de biofilms en
chambres d’écoulement en milieu eau potable......................................................................... 33
III.1 Effect of wall shear rate on biofilm deposition and grazing in drinking water flow
chambers............................................................................................................................... 38
III.1.1 Introduction ...................................................................................................... 39
III.1.2 Materials and Methods ..................................................................................... 41
III.1.3 Results .............................................................................................................. 45
III.1.4 Discussion ........................................................................................................ 54
III.1.5 Conclusions 58
IV. Transport de bactéries vers la paroi : un modèle de diffusion-convective................... 60
IV.1 Modelling bacterial transport and accumulation to the wall in drinking water flow 64
IV.1.1 Introduction 64
IV.1.2 The bact