Eco-Ingénierie des biofilms électro-actifs

Eco-engineering of electroactive biofilms

• Auteur / Autrice : Jean-clément Flayac
• Direction : Nicolas Bernet, Eric Trably
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2015
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LBE - Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Génie des procédés

Mots clés

Mots clés libres

Ecologie

Ingénierie

Biofilms

Ecology

Engineering

Biofilms

Résumé

Les systèmes bio-électrochimiques (BES) tels que les piles à combustibles microbiennes (MFC) ou les électrolyseurs microbiens (MEC) font l’objet d’un intérêt croissant depuis une quinzaine d’années pour la production d’électricité et, plus récemment, d’hydrogène ou de molécules plateforme. Ces procédés mettent en oeuvre des biofilms électro-actifs, c’est-à-dire capables d’échanger des électrons avec une électrode. Le fonctionnement de ces biofilms est régi par des interactions de différents types, non seulement entre populations électro-actives mais également avec les populations fermentaires, a priori non-électroactives. La compréhension de ces interactions devrait permettre d’agir sur le fonctionnement de ces biofilms par des stratégies d’éco-ingénierie visant à ajouter des espèces clés pour en moduler/contrôler le fonctionnement. Les travaux menés au LBE sur les procédés bio-électrochimiques visent à comprendre le fonctionnement des communautés microbiennes dans les biofilms électro-actifs pour en améliorer le fonctionnement, mais également pour obtenir des résultats génériques sur la maîtrise du fonctionnement des écosystèmes microbiens. L’intérêt de ces biofilms, en particulier des biofilms anodiques qui oxydent la matière organique, est leur relative simplicité en termes de structure des communautés microbiennes, en comparaison avec celles rencontrées dans des systèmes plus complexes comme les digesteurs anaérobies ou les sols. Les objectifs de cette thèse sont de caractériser les interactions microbiennes au sein de biofilms électro-actifs pour ensuite proposer et tester des stratégies d’éco-ingénierie des communautés microbiennes visant à améliorer le fonctionnement et la stabilité de ces biofilms. Cette démarche se veut générique et a vocation à être appliquée à d’autres écosystèmes microbiens afin de stabiliser leur fonctionnement et/ou d’y implanter une fonction souhaitée (procédé de dépollution, bioremédiation des sols,…).

Bioelectrochemical (BES) systems such as microbial fuel cells (MFCs) or microbial electrolysers (MECs) have been the subject of growing interest for the last fifteen years or so in the production of electricity and, more recently, hydrogen or platform molecules. These processes use electro-active biofilms, i. e. those capable of exchanging electrons with an electrode. The functioning of these biofilms is governed by interactions of different types, not only between electro-active populations but also with fermentable populations, which are a priori non-electroactive. Understanding these interactions should make it possible to act on the functioning of these biofilms through eco-engineering strategies aimed at adding key species to modulate/control their functioning. The LBE's work on bioelectrochemical processes aims to understand the functioning of microbial communities in electro-active biofilms in order to improve their functioning, but also to obtain generic results on the control of microbial ecosystem functioning. The interest of these biofilms, particularly anodic biofilms that oxidize organic matter, is their relative simplicity in terms of the structure of microbial communities, compared to those found in more complex systems such as anaerobic digesters or soils. The objectives of this thesis are to characterize microbial interactions within electro-active biofilms and then to propose and test microbial community ecoengineering strategies to improve the functioning and stability of these biofilms. This approach is intended to be generic and is intended to be applied to other microbial ecosystems in order to stabilize their functioning and/or to implement a desired function (process of decontamination, soil bioremediation,...).