LISTE DES FIGURES Etude Bibliographique Figure 1 : Comportement des pesticides dans les sols ........................................................................ 16 Figure 2 : Evolution de la capacité d’adsorption de l’atrazine sur les acides humiques (AH) (0,4 g/L) en fonction du pH, d’après Wang et al. (1991) ................................................................................... 20 Figure 3 : Exemple de mécanisme de dégradation biologique et chimique de l’atrazine, d’après Giardini et al., 1985........................................................................................................................ 26 Figure 4 : Différentes voies de dégradation de l’atrazine par ozonation selon Acero et al. (2000)...... 33 Figure 5 : Echange d’ions entre la procyanidine (tanin de l’écorce) et un ion métalique divalent (Vazquez et al. 2002)........... 41 Figure 6 : Exemple de dégradation de l’atrazine par une communauté bactérienne, selon Orstrofsky et al. (2002)........................................................................................................................................ 45 Figure 7 : Schéma du procédé de traitement imaginé par McKinlay et Kasperek (1997) .................... 46 Figure 8 : Dégradation de l’atrazine au cours du temps avec 4 additions successives d’atrazine (6 mg/l) dans le système de McKinlay et Kasperek (1999) pour les 4 macrophytes étudiés. ........... 47 Figure 9 : ...
Figure 1 : Comportement des pesticides dans les sols ........................................................................ 16 Figure 2 : Evolution de la capacité d’adsorption de l’atrazine sur les acides humiques (AH) (0,4 g/L) en fonction du pH, d’après Wang et al. (1991) ................................................................................... 20
Figure 3 : Exemple de mécanisme de dégradation biologique et chimique de l’atrazine, d’après Giardini et al., 1985........................................................................................................................ 26Figure 4 : Différentes voies de dégradation de l’atrazine par ozonation selon Acero et al. (2000) ...... 33Figure 5 : Echange d’ions entre la procyanidine (tanin de l’écorce) et un ion métalique divalent (Vazquez et al. 2002)..................................................................................................................... 41Figure 6 : Exemple de dégradation de l’atrazine par une communauté bactérienne, selon Orstrofsky et al. (2002) ........................................................................................................................................ 45Figure 7 : Schéma du procédé de traitement imaginé par McKinlay et Kasperek (1997) .................... 46Figure 8 : Dégradation de l’atrazine au cours du temps avec 4 additions successives d’atrazine (6 mg/l) dans le système de McKinlay et Kasperek (1999) pour les 4 macrophytes étudiés. ........... 47Figure 9 : Developpement idéal d’un biofilm (Melo, 1997) ................................................................... 51Figure 10 : Les différentes étapes de formation d’un biofilm (adapté de Melo, 1994) ......................... 52Figure 11 : Influence de la charge organique sur l’épaisseur du biofilm (inspiré de Characklis 1990) 58Figure 12 : Effet de la vitesse de circulation sur la formation du biofilm (inspiré de Pinheiro et al., 1988) .............................................................................................................................................. 59Figure 13 : Mécanisme de minéralisation de l’atrazine parPseudomonasADP sp.selon Martinez et al. (2001)............................................................................................................................................. 67Figure 14 : Représentation des différentes phases d’un milieu poreux................................................ 74
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Etude Expérimentale
Figure 1 : Distribution dePinus pinaster...................79en Europe et en Afrique du Nord (Ratola, 2002) ème Figure 2: Répartition des espèces forestière du Portugal (Inventaire National des forets – 3 édition, 1998) ...............................................................................................................................................79Figure 3 : Ecorce de pinPinus pinaster.................................................................................................80Figure 4 : Ecorce brute de pinPinus Pinaster.......................................................................................88Figure 5 : Formule développée de l’atrazine..........................................................................................90Figure 6 : Isothermes d’adsorption de l’atrazine sur l’écorce de pin en présence de MeOH (A) ou sans MeOH (B) ; diamètre des particules d’écorce :d<200 µm ; ratio L/S=20 ; température 20°C ; temps de contact 24h......................................................................................................................91Figure 7 : Essais de cinétique d’adsorption de l’atrazine sur l’écorce de pin en milieu dispersé ..........93Figure 8 : Différentes courbes d’élution rencontrées suite à une injection en créneau (1 à 3). C et V expriment respectivement la concentration en soluté et le volume de solution cumulé récolté en sortie de colonne ; Vo représente le volume d’eau total contenu dans la colonne, C0la est concentration entrante de soluté ....................................................................................................95Figure 9 : Schéma d’une colonne ..........................................................................................................98Figure 10 : Dispositif expérimental pour l’étude de l’adsorption en colonne .......................................101Figure 11 : Cinétique de l’adsorption de l’atrazine sur l’écorce de pin (d<200 µm) à différentes 1 concentrations initiales ; 20±..................................................................1022°C ; L/S = 20 mL.mg Figure 12 : Isothermes d’adsorption de l’atrazine sur l’écorce de pin autoclavée en poudre de différentes granulométries (d<200 µm ; 200 µm < d < 500 µm ; 500 µm< d < 2000 µm ; mélange de particules d<2000 µm) ; 20±2°C ; pH 4,5 ; Temps de contact 24h .......................................103Figure 13 : Isothermes d’adsorption de l’atrazine sur l’écorce de pin autoclavée (d<200 µm) en
suspension aqueuse tamponnée à pH 4 ou pH 7 ; rapport L/S =40 ; 23±2 °C ; temps de contact 24 h ...............................................................................................................................................105
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1 Figure 14 : Isothermes d’adsorption de l’atrazine ([atrazine]i) sur l’écorce de pin en= 2,6 à 749 µg.L poudre (d<200 µm) ; ratio L/S = 10, 100 et 1000 ; 20±2°C ; pH 45 ; temps de contact 24h.....1061 Figure 15 : : Isothermes d’adsorption de l’atrazine ([atrazine]i) sur l’écorce de pin en= 1 à 20 mg.L poudre (d<200 µm) ; ratio L/S = 10, 20 et 100 ; 20±2°C ; pH 45 ; temps de contact 24h.........106Figure 16 : Isothermes d’adsorption de l’atrazine sur l’écorce de pin (d<200 µm) et sur charbon actif (d<200 µm) ; ratio L/S=1000 ; 20±2°C ; temps de contact 24h ..................................................107Figure 17 : Comportement hydrodynamique : Transfert de KCl dans les colonne d’écorce de pin 1 stérile (droite) ou non stérile (gauche) ; Débit de colonne = 1 mL.min ; 22°C............................108Figure 18 : Suivi du COD en sortie de colonne d’écorce de pin stérile et non stérile traversée par une 1 solution d’eau déminéralisée ; débit = 1 mL.min ; 22°C ; Temps de séjour≅20 min ................109Figure 19 : Suivi du pH en sortie de colonne (10 g écorce stérile ou d’écorce non stérile) traversée par 1 une solution d’eau déminéralisée ; débit = 1 mL.min ; 22°C ; temps de séjour≅20 min ..........110Figure 20 : Suivi de la conductivité en sortie de colonne (10 g d’écorce stérile ou d’écorce non stérile) 1 traversée par une solution d’eau déminéralisée ; débit = 1 mL.min ; 22°C ; temps de séjour≅20 min ................................................................................................................................................110Figure 21 : Adsorption de l’atrazine sur écorce de pin (stérile ou non stérile) et sur charbon actif en 1 colonne (masse d’adsorbant 10g), circulation en circuit ouvert ; [atrazine]i; débit = 1=0,2 mg.L 1 mL.min ; 22°C ; temps de séjour≅20 min .................................................................................112Figure 22 : Isothermes d’adsorption de l’atrazine sur l’écorce de pin autoclavée et non autoclavée (d<200µm); ratio L/S=20 ; 20°C ; temps de contact 24h ..............................................................113Figure 23 : Utilisation du glycérol ou du glucose comme source de carbone parPseudomonas ADP sp. Suivi de la respiration dePseudomonassp. en milieu minéral (MM) en présence ADP 1 1 d’atrazine (30 mg.L ) comme source d’azote et 1g.L de glucose ou glycérol comme source de carbone ; 30°C ; agiation 150 rpm ................................................................................................119Figure 24 : Comparaison de la minéralisation de l’atrazine parPseudomonas ADP sp. inoculé à 6 environ 10 cfu/mL à partir d’une préculture ou de cellules congelées, en milieu minéral MM 1 14 1 (glucose 1g.L ; Catrazine 20 mg.L ), 20°C. ...........................................................................120Figure 25 : Flacon de DBO équipé de tête Oxitop® utilisé lors des études de respirométrie .............123
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1 Figure 26 : Croissance dePseudomonassp. en milieu minéral (MMglucosé à 1 g.L ) avec ADP 1 atrazine (30 mg.L ) additionnée au milieu à partir d’une solution mère concentrée dans le méthanol ou dissoute directement en poudre dans le milieu MM ; 30°C ; agitation 150 rpm ......125Figure 27 : Photo d’un biomètre pour l’étude de la minéralisation de l’atrazine ..................................126Figure 28 : Représentation schématique d’un biomètre utilisé dans les essais de minéralisation en « Batch » .......................................................................................................................................127Figure 29 : Influence de la température sur la croissance (A) dePseudomonasADP sp. et sa capacité à dégrader l’atrazine (B) en milieu minéral (MM), avec atrazine (environ 50 mg.L 1) comme seule 1 source d’azote et glucose (1 g.L ) comme source de carbone ; agitation orbitale (150 rpm) ; pH 7133Figure 30 : Influence du pH sur la croissance de Pseudomonas ADP sp. (A) et sa capacité à dégrader 1 l’atrazine (B) en milie minéral (MM) ; atrazine comme seule source d’azote (environ 15 mg.L ) ; 1 glucose (1g mg.L ) ; 30°C ; agitation orbitale (150 rpm)..............................................................134Figure 31 : Croissance dePseudomonasdégradation primaire de l’atrazine présente ouADP sp. et 1 non (50 mg.L ) en milieu minéral (MM) en présence ou non d’une source additionelle d’azote 1 1 (sulfate d’ammonium 1 g.L ) ; Glucose (1 g.L ) ; 30°C ; agitation orbitale 150 rpm ...................1361 Figure 32 : Minéralisation de l’atrazine (concentration initiale environ 20 mg.L ) parPseudomonas1 ADP sp. en milieu riche (LB) ou en milieu minéral (MM ; glucose 1 g.L ) contenant ou non une 1 14 source additionnelle d’azote (sulfate d’ammonium 1 g.L ) ; 30°C ; Agitation 150 rpm ; C atrazine à 1 µCi/fiole .....................................................................................................................138Figure 33 : Activité respiratoire dePseudomonasADP sp. en milieu minéral (MM) en présence de 1 1 1 ou 0,25 g.L de glucose comme source de carbone, 1 g.L de sulfate d’ammonium ; en extrait 1 aqueux d’écorce de pin (sulfate d’ammonium 1 g.L comme source d’azote) en présence ou non de sels minéraux ; 30°C ; agitation 150 rpm.................................................................................139Figure 34 : Croissance dePseudomonas ADP sp. en extrait stérile d’écorce de pin ou en milieu 1 minéral (MM) contenant ou non une source additionnelle de carbone (glucose 1g.L noté Glc) 1 et/ou une source d’azote (sulfate d’ammonium 1 g.L noté N) ; 30°C ; agitation 150 rpm..........1411 Figure 35 : Activité respiratoire (exprimée en mg de O2.L ) dePseudomonassp. en extrait ADP 1 1 1 aqueux d’écorce de pin contenant (0,25 mg.L ; 0,5 mg.L ou 1 mg.L ) ou non du glucose ; 30°C ; agitation 150 rpm. .............................................................................................................142
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Figure 36 : Croissance dePseudomonas ADP sp. et biodégradation de l’atrazine en extrait aqueux 1 d’écorce de pin stérile ou en milieu minéral MM (glucose 1 g.L ) en présence d’atrazine (50 mg.L 1 1 ) avec ou sans sulfate d’ammonium (1 g.L noté N) ; 30°C ; agitation 150 rpm.........................143Figure 37 : Minéralisation de l’atrazine parPseudomonas ADP sp en extrait aqueux d’écorce de pin 1 1 stérile ou en milieu minéral MM (glucose 0,25 g.L ) ; concentration initiale en atrazine 20 mg.L ; 22°C ; agitation lente.....................................................................................................................144Figure 38 : Croissance du consortium isolé à partir de l’écorce de pin et biodégradation de l’atrazine 6 1 en milieu LB ou en extrait aqueux d’écorce de pin inoculé avec environ 10 cfu.mL de chaque 1 isolat (CP1 à CP4) ; atrazine comme source d’azote (55 mg.L ) ; 30°C ; agitation 150 rpm ......151Figure 39 : Biodégradation de l’atrazine en milieu LB par les microorganismes isolés de l’écorce de 6 1 pin (inoculé avec environ 10 cfu.mL de CP1, CP2, CP3 ou CP4) ; atrazine comme source 1 d’azote (environ 55 mg.L ) ; 30°C ; agitation 150 rpm .................................................................152Figure 40 : Minéralisation de l’atrazine en milieu minéral (MM) contenant des particules d’écorce de 1 1 pin stériles ou non stériles (d<200 µm) à un ratio L/S=20 ; [atrazine]i=20 mg.L ou 44,2 µg.L comme seule source d’azote ; 20 ± 2 °C ; agitation lente ............................................................153Figure 41 : Croissance dePseudomonassp. en milieu minéral (MM) contenant des particules ADP 1 d’écorce de pin (ratio L/S=10), en présence d’atrazine (30 mg.L ) ; 30°C ; agitation 150 rpm. En foncé :PseudomonasADP sp. est inoculé avec l’écorce stérile ; en clair :PseudomonasADP sp. est inoculé avec l’écorce non stérile .............................................................................................154Figure 42 : Croissance dePseudomonas ADP sp. en extrait aqueux d’écorce de pin stérile ou non 1 stérile en présence d’atrazine (environ 50 mg.L ) ; 30°C ; agitation 150 rpm .............................155Figure 43 : Biodégradation de l’atrazine parPseudomonas ADP sp. en extrait aqueux stérile et non 1 stérile d’écorce de pin ; [atrazine ]i= 30 mg.L ; 30°C ; agitation 150 rpm...................................156Figure 44 : Minéralisation de l’atrazine parPseudomonas ADP sp. présente à une concentration 1 1 initiale de 20 mg.L (A) ou 44,2 µg.L (B) en milieu minéral (MM) contenant des particules d’écorce de pin stériles ou non stériles (L/S=20) ; 20 ± 2 °C ; agitation lente ..............................157Figure 45 : Utilisation des différents réplicats pour l’étude en batch du traitement combiné ..............162Figure 46 : Distribution de la radioactivité dans les essais batch – Méthodes de suivi de la radioactivité dans les différents compartiments ................................................................................................163
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Figure 47 : Lits d’écorce de pin issus des colonnes après inoculation dePseudomonas ADP sp. pendant 2 ou 6 jours ; prélèvements pour analyses au MEB .......................................................168Figure 48 : Montage expérimental : Hydrodynamique des colonnes avant et après inoculation avec PseudomonasADP sp..................................................................................................................170Figure 49 : Montage expérimental pour les essais en colonne de traitement combiné d’une solution polluée à l’atrazine après inoculation des colonnes avecPseudomonasADP sp. pendant 6 jours.172Figure 50 : Minéralisation de l’atrazine parPseudomonas ADP sp. en milieu minéral (MM Glucose 1 1,25 g.L ), en présence ou non d’écorce en poudre (d<200 µm) stérile ou non stérile (ratio L/S =20) ou en extrait aqueux stérile d’écorce de pin ; 20 ± 2°C ; Agitation lente au barreau aimenté ; 1 Concentration initiale en atrazine 44,2 µg.L . Les témoins ne reçoivent pasPseudomonas ADP sp. .................................................................................................................................................174Figure 51 : Minéralisation de l’atrazine parPseudomonassp. en milieu minéral (MM Glucose ADP 1 1,25 g.L ), en présence ou non d’écorce en poudre (d<200 µm) stérile ou non stérile (ratio L/S =20) ou en extrait aqueux stérile d’écorce de pin ; 20 ± 2°C ; Agitation lente au barreau aimenté ; 1 Concentration initiale en atrazine 20 mg.L . Les témoins ne reçoivent pasPseudomonasADP sp.174Figure 52 : Distribution de la radioactivité en solution dans les essais de minéralisation 1 ([atrazine]i=44,2µg.L ) en milieu minéral (MM) et en extrait stérile d’écorce de pin ; 20 ± 2°C ; Agitation lente au barreau aimenté ; incubation 15 jours .............................................................177
Figure 53 : Distribution de la radioactivité en solution dans les essais de minéralisation ([atrazine]i=20 1 mg.L ) en milieu minéral (MM) et en extrait stérile d’écorce de pin ; 20 ± 2°C ; Agitation lente au barreau aimenté ; incubation 15 jours ..........................................................................................178Figure 54 : Répartition de la radioactivité originaire de l’atrazine marquée dans les essais de minéralisation parPseudomonassp., en milieu minéral (MMGlucose), extrait aqueux ADP d’écorce de pin, en milieu MM contenant de l’écorce de pin (d<200 µm) stérile (E st.) ou non stérile (E non st.) après 350 h d’incubation à 20 ± 2 °C ; concentration initiale en atrazine = 44,2 1 µg.L ; agitation lente ...................................................................................................................179Figure 55 : Répartition de la radioactivité originaire de l’atrazine marquée dans les essais de minéralisation parPseudomonassp., en milieu minéral (MMGlucose), extrait aqueux ADP d’écorce de pin, en milieu MM contenant de l’écorce de pin (d<200 µm) stérile (E st.) ou non stérile (E non st.) après 350 h d’incubation à 20 ± 2 °C ; concentration initiale en atrazine = 20 1 mg.L ; agitation lente ..................................................................................................................180
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Figure 56 : Répartition de la radioactivité originaire de l’atrazine marquée dans les essais de minéralisation parPseudomonassp., après 15 jours d’incubation à 20 ± 2 °C ADP ; 1 1 [atrazine]i = 44,2 µg.L (Figure de Gauche) et [atrazine]i = 20 mg.L (Figure de Droite)............182Figure 57 : Répartition de la radioactivité originaire de l’atrazine marquée dans les essais de minéralisation parPseudomonasADP sp., en milieu MM contenant de l’écorce de pin (d<200 µm) 1 stérile (Ec st.) ou non stérile (Ec non st.) 7 mois d’incubation à 20 ± 2 °C ; [atrazine]i = 20 mg.L 182Figure 58 : Répartition de la radioactivité originaire de l’atrazine marquée dans les essais de minéralisation parPseudomonasADP sp., en milieu MM contenant de l’écorce de pin (d<200 µm) 1 stérile (Ec st.) ou non stérile (Ec non st.) 7 mois d’incubation à 20 ± 2 °C ; [atrazine]i = 44,2 µg.L 183Figure 59 : Courbe d’élution de KCl pour les colonnes d’écorce de pin stérile (gauche) ou non stérile (droite), avant (ronds) et après (carrés) circulation pendant 6 jours d’une culture de 1 PseudomonasADP sp. ; 20 ± 2°C ; débit 1,0 mL.min ; temps de contact 20 min .....................188Figure 60 : Montage expérimentale pour les essais d’adsorption en colonne composé d’une étuve climatisée à 20±2°C , d’un multianalyseur (pH, conductivité) ; de deux pompes peristaltiques et d’un collecteur de fractions ...........................................................................................................1891 Figure 61 : Courbe d’élution d’une solution d’atrazine (concentration d’entrée 0,2 mg.L ) traversant une colonne d’écorce de pin non stérilisée (à gauche) ou d’écorce stérilisée (à droite) inoculée (traitement combiné) ou non (adsorption) avecPseudomonas ADP sp. pendant les 6 jours 1 précédant le traitement. 20 ± 2°C ; débit 1 ml.min ; temps de contact 22 min..........................1901 Figure 62 : Courbes d’élution d’une solution d’atrazine (concentration d’entrée 2,34 µg.L ) traversant une colonne d’écorce de pin stérile inoculée (traitement combiné) ou non (adsorption) avec PseudomonasADP sp. pendant les 6 jours précédant le traitement. 20 ± 2°C ; débit 0,3 ml.min 1 ; temps de contact 100 min ........................................................................................................1911 Figure 63 : Courbes d’élution d’une solution d’atrazine (concentration d’entrée 0,2 mg.L ) traversant une colonne d’écorce de pin stérile inoculée (traitement combiné) ou non (adsorption) avec Pseudomonasml.minADP sp. pendant les 6 jours précédant le traitement. 20 ± 2°C ; débit 0,3 1 ; temps de contact 100 min ........................................................................................................191