Etudes pétrophysiques et cristallographiques de biominéralisations utilisées dans le traitement des pierres calcaires mises en oeuvre

Petrophysical and mineralogical studies of a biomineral treatment used for limestone bioremediation

• Auteur / Autrice : Séverine Anne
• Direction : Jean-Louis Rouet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l’atmosphère
• Date : Soutenance le 17/12/2010
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la terre d'Orléans (2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Ary Bruand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Louis Rouet, Ary Bruand, Vincent Barbin, Antonio Mauricio, Geneviève Orial, Christian David, Olivier Rozenbaum, Pascale Gautret
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Barbin, Antonio Mauricio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Perméabilité

Plâtre

Cristaux de calcite

Tuffeau

Minéralisation (biologie)

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Pierre à bâtir -- Biodégradation

Mots clés libres

Synthèse de cristaux

Milieu poreux

Crystal synthesis

Porous media

Résumé

L’eau est le principal vecteur responsable de la dégradation du patrimoine bâti. L’un des moyens utilisé, pour réduire la pénétration de l’eau dans la pierre est la bioremédiation. Il se base sur la capacité des bactéries à former des biocristaux. Ce concept a été utilisé par la société Calcite Bioconcept avec la souche Bacillus cereus. Par le passé, l’action bactérienne et, en particulier, la possibilité de créer des cristaux a été étudiée et mise en évidence en milieu aqueux, très favorable à la croissance bactérienne. L’originalité de cette thèse est de reprendre ces études en suivant le même protocole qui celui utilisé in situ et d’étudier le résultat de la bioremédiation sous différents aspects physique, chimique et biologique. Différents supports ont été adoptés, des tuffeaux (pierre calcaire pour lequel le biotraitement a été mis au point) et du plâtre. Les images MEB, sur des échantillons fracturés, montrent la formation d’un biofilm à la seule surface du matériau. Aussi des méthodes d’investigation de surface ont été menées (cathodoluminescence, DRX en incidence rasante). Cette dernière technique confirme la formation de calcite à la surface des échantillons de plâtre. Les cycles d’imbibition et des mesures de perméabilité montrent la réduction des coefficients de transport (ce qui est un effet attendu et souhaité du traitement). Cependant, l’augmentation de la vitesse d’imbibition au fur et à mesure des cyclages laisse penser que le biofilm se dégrade rapidement. Enfin, une alternative au protocole industriel, utilisé précédemment, est proposée, non plus basée sur les capacités de la membrane des bactéries à synthétiser des cristaux de calcite, mais par leurs EPS.

Degradation of historical buildings is mainly due to water intrusion that is the main vector ofpollutants. Differents types of surface treatment were proposed to avoid or limit this effect. As analternative of chemical treatment, the use of the carbonatogenesis property of some bacteria wasproposed. In the past, The bacterial production was pointed out on concrete and on limestonesamples in an aqueous environment. Moreover, the carbonate production was indirectly measuredand the experimental protocol was far from real use conditions.In this thesis, we follow the same protocol as an industrial one used in situ and study with chemical,physical as well as biological approaches the bioremediation effects on different porous samples:limestone (for which the treatment has been optimized) and plastrum.We confirm that, indeed, the bioremediation results in a thin biocoating (around 10 micrometer depth)formed on the surface of the treated samples. So, different surface analyses have been performed,on micro scale (GIXD, electronic microprobe), on macro scale (cathodoluminescence).The formershows the structural and morphological evolution of the produced carbonate coating and that indeedcalcite is produced by the treatment on model plaster samples. This substrate was chosen in order tounambiguously point out the bacterial carbonate production.The latter confirms the presence ofcalcite and the homogeneity of the coating at this scale. The reduction and durability of the biofilmhas been evaluated by imbibition cycles as well as permeability measurements.The biotreatment presents some drawbacks that could be avoided using the EPS only. Differentscrystals have been synthetized using organic mater. The influence of this organic matter on thecrystals shape and size has been studied.