Optimisation des écoulements et des transferts de matière dans unmini-système de détection en continu de polluants par des bactéries bioluminescentes

Optimization of transfer phenomena occured inside detection system of pollutant using bioluminescent bacterias

• Auteur / Autrice : Mahmoud Affi
• Direction : Gérald Thouand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bacteries -- Croissance

Biocapteurs

Bioluminescence

Mots clés libres

Bactéries

Agarose

Diffusion

Résumé

La gestion et la qualité de l’eau représentent une problématique réelle en Europe. L’analyse des polluants et notamment les métaux lourds se fait essentiellement par des méthodes physico-chimiques sensibles mais coûteuses. D’autres méthodes alternatives d’analyse tels que les biocapteurs ont été développées pour leur simplicité et leur faible coût. Les travaux présentés dans cette étude se déroulent dans le cadre du développement de biocapteurs pour la mesure de polluants dans l’environnement. Le sujet de thèse intervient plus particulièrement sur le développement d’un biocapteur bactérien Lumisens III. Le système de mesure de ce dernier est composé d’une carte contenant différentes bactéries immobilisées afin d’assurer la mesure en ligne et simultanée de plusieurs polluants des eaux de l’environnement. Cette carte de mesure a été présentée comme étant une boite noire délivrant un signal de bioluminescence dépendant de plusieurs paramètres environnementaux et microbiens rendant le processus très complexe et encore actuellement faiblement expliqué. La thèse a pour objectif d’aboutir à une meilleure compréhension du phénomène de bioluminescence au sein même du biocapteur. Le travail s’est déroulé en quatre parties : -L’optimisation de la géométrie de la carte multipuits actuelle afin d’augmenter les performances du biocapteur. - L’étude des transferts au sein de la membrane d’agarose contenant les bactéries immobilisées (modélisation de la diffusion du substrat, inducteur, oxygène). - L’étude de la croissance bactérienne dans la matrice d’immobilisation ainsi que sa modélisation. - Une tentative de modélisation de la bioluminescence en milieu hétérogène. L’originalité de cette étude réside dans le couplage des méthodes numériques et les phénomènes biologiques. Ces méthodes numériques nous ont aidé à mieux comprendre le processus de détection du biocapteur. De plus, à l’heure actuelle et à notre connaissance, aucune étude n’a été réalisée en système bactérien ouvert avec un flux de matière. Cette étude pourrait également trouver une extension dans différents types de biocapteurs enzymatiques ou immunologiques.

TThe management and the quality of the water represent a real problem in Europe. The analysis of pollutants in particular heavy metals is essentially made by sensitive but expensive physico-chemical methods. Other alternative methods of analysis such as the biosensors were developed for their simplicity and their moderate cost. The studies presented in this study take place within the framework of the development of biosensors for the measurement of pollutants in the environment. This thesis is particularly devoted on the development of a bacterial biosensor Lumisens III. The measurement system of this last one consists of a card containing various immobilized bioluminescent bacteria to allow the on-line and simultaneous measurement of several water’s pollutants. This card was presented as being a black box delivering a signal of bioluminescence dependent on several environmental and microbial parameters, the process of which is very complex and even at present weakly explained. The thesis aims to a better understanding of the phenomenon of bioluminescence inside the biosensor. The studies were divided in foour parts : - The optimization of the geometry of the current multiwell card to increase the performances of the biosensor. -The study of transfers within the agarose membrane containing immobilized bacteria (modelisation of the diffusion of the substrate, the pollutant and oxygen). - The study of the bacterial growth in the immobilisation matrix as well as its modelling. - An attempt of modelisation of the bioluminescence in heterogeneous medium. The originality of this study consist on the coupling of the numerical methods and the biological phenomena. These numerical methods helped us to understand better the detection process of the biosensor. Furthermore, at the moment and in our best knowledge, no study was realized in an open bacterial system with a flux of substances. This study could also find an extension in various types of enzymatic biosensors or immunological biosensors.