Etude in situ, par spectroscopie infrarouge en mode ATR, des premières étapes de la formation d’un biofilm de Pseudomonas fluorescens et de sa réponse aux variations de la quantité de carbone organique dissous : application à la détection précoce du changement de la qualité microbiologique d’une eau de distribution

In situ monitoring of the first steps of a Pseudomonas fluorescens biofilm formation by ATR-FTIR spectroscopy : Response of the biofilm to variations in the dissolved organic carbon level : Application to early warning changes of microbiological quality of a drinking water

• Auteur / Autrice : Anne Delille
• Direction : François Humbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie et Physico-Chimie Moléculaires
• Date : Soutenance le 15/11/2007
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : SESAMES
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l’Environnement
• Jury : Président / Présidente : Jean-Claude Block
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Block, Marie-Noëlle Bellon-Fontaine, Olivier Sire, Chantal Compère, François Humbert, Florence Ménard-Szczebara, Fabienne Quiles
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Noëlle Bellon-Fontaine, Olivier Sire

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Raman

Spectroscopie infrarouge

Biofilms

Qualité de l'eau

Eau -- Pollution par les bactéries

Eau -- Microbiologie

Mots clés libres

Pseudomonas fluorescens

Résumé

La qualité microbiologique de l’eau potable peut fortement se dégrader au cours de son transport dans les réseaux de distribution en raison notamment du détachement de bactéries présentes au sein de biofilms qui se développent inévitablement à la surface interne des canalisations. Cette étude développe une approche originale consistant à évaluer in situ et en temps réel la stabilité microbiologique d’une eau via l’empreinte spectrale infrarouge (IR) en mode réflexion totale atténuée (ATR) d’un jeune biofilm de référence constitué d’une monocouche de bactéries. Pseudomonas fluorescens a été choisie comme bactérie modèle. Ses signatures spectrales, infrarouge et Raman, ont été étudiées dans un premier temps à l’état planctonique et ce en fonction de la phase de croissance et de l’état d’hydratation. Le suivi in situ, via une cellule IR-ATR à circulation, des premières étapes de l’adhésion bactérienne, a ensuite permis de déterminer les conditions opératoires optimales de formation sur le cristal ATR du biofilm de référence. La structure de ce dernier a été caractérisée par microspectrométrie Raman et microscopie à épifluorescence. Enfin, la réponse du biofilm de référence exposé à des eaux contenant différentes quantités de carbone organique dissous (COD), facteur clé de la biostabilité d’une eau, a été analysée. Cette dernière partie montre très clairement la dynamique de croissance du biofilm et la corrélation entre les changements observés dans le profil spectral du biofilm naissant et les variations de la quantité de COD, et illustre le potentiel que pourrait présenter la méthode proposée en matière de gestion de la qualité microbiologique des eaux de distribution.

Drinking water biostability can evolve during its transport through distribution systems because of several factors. Bacterial biofilms which develop on the inner surface of pipes can detach and can consequently be a major source of contamination. This study evaluates the feasibility to assess, in real time, drinking water biostability by monitoring in situ the evolution of the Attenuated Total Reflectance – Fourier Transform InfraRed (ATR-FTIR) fingerprint of a nascent reference biofilm exposed to water under test. Pseudomonas fluorescens CIP 69.13 was chosen as the reference bacteria to form the monolayer reference biofilm. Its IR and Raman fingerprints were studied, in a first step, in planktonic state in accordance with growth phases and degree of hydration. Then, optimal experimental conditions were determined by following in situ and in real time the first steps of bacterial adhesion thanks to an ATR flow cell. Biofilm structure was characterised by Raman microspectroscopy and epifluorescence microscopy. Finally, the reference biofilm response was analysed when biofilm was exposed to different dissolved organic carbon (DOC) quantities in filtered drinking water. This parameter was chosen because its significant role in bacterial regrowth in drinking water distribution system. The last part clearly shows the dynamic response of biofilm growth and the relationship between the spectral profiles changes and DOC variations. Moreover, it illustrates the potential of the developed method to manage drinking water stability.