Contrôle hydrodynamique de la formation des biofilms en milieu eaux usées

Hydrodynamic control of biofilm formation in wastewater system

• Auteur / Autrice : Rime El Khatib
• Direction : Bruno Lartiges, Salaheddine Skali-Lami
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 17/11/2011
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire environnement et minéralurgie
• Jury : Président / Présidente : François Humbert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Lartiges, Salaheddine Skali-Lami, François Humbert, Nicolas Bernet, Alain Liné, Sophie Ayrault, Christian Mustin, Antoine El Samrani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Bernet, Alain Liné

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Eaux usées

Écoulement laminaire

Biofilms

Mots clés libres

Couette-Poiseuille

Biofilm

Shear rate

Mass transpor

Reconstruction 3D

Couette-Poiseuille

Biofilm,

Shear rate

Mass transport

Wastewater

3D reconstruction

Résumé

Les biofilms bactériens se développent sur toute interface liquide-solide dès que les conditions sont favorables. Ils correspondent à des assemblages de microcolonies qui baignent dans une matrice extracellulaire polymérique. Parmi les facteurs contrôlant le développement des biofilms, l’hydrodynamique est un paramètre clé qui affecte la morphologie et la composition du biofilm. Nous nous intéressons plus particulièrement dans cette thèse à l'influence du gradient de vitesse pariétal sur la formation du biofilm. Pour cela, nous utilisons un réacteur Couette-Poiseuille qui permet de travailler sous écoulement laminaire stable dans différentes conditions d'écoulement. Les biofilms obtenus après circulation d'eaux usées, sont prélevés sur des coupons et visualisés par microscopie confocale à balayage laser. Différents paramètres caractérisant la morphologie du biofilm sont déterminés après reconstruction 3D de leur structure à l'aide du modeleur GOCAD. Nous montrons que le transport convectif constitue une étape essentielle dans la formation initiale du biofilm, et qu'un gradient pariétal nul permet d'inhiber le développement de celui-ci

Bacterial biofilms develop on any solid-liquid interface whenever conditions are appropriate. They correspond to microcolony assemblages embedded in an extracellular matrix. Among the factors controlling biofilm growth, hydrodynamics is a key parameter affecting both biofilm morphology and composition. In this thesis we investigate the influence of hydrodynamics, and more precisely the wall shear rate effect on biofilm development. For this purpose, a Couette-Poiseuille reactor, allowing to work under stable laminar flow with different flow velocities, was used. Biofilms grown from urban wastewater on coupon surfaces were observed with confocal scanning microscopy. A 3D modeling using GOCAD software was established, thus allowing the determination of various biofilms structural characteristics. The results show the essential role of convective mass transport in biofilm formation, actually a zero wall shear rate inhibited bacterial deposition, and hence biofilm growth