Étude expérimentale du couplage entre croissance bactérienne et transport d'un polluant organique en milieu poreux

Experimental study of coupling between bacterial growth and transport of an organic pollutant in a porous medium

• Auteur / Autrice : Tiangoua Koné
• Direction : Michel A. Buès, Fabrice Golfier, Constantin Oltean
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 18/05/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire environnement géomécanique et ouvrages (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Michel Sardin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Sechet, Jean-Claude Block
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Lehmann, Philippe Thonart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mesures optiques

Transfert de masse

Matériaux poreux

Biofilms

Mots clés libres

Biofilm

Shawenella oneidensis

Milieu Poreux

Transport Conservatif

Erioglaucine

Bleu Dextran

Prise de moyenne volumique

Biofilm

Shawenella oneidensis

Porous media

Conservative Transport

Brilliant Blue FCF

Dextran Blue

Volume Averaging

Résumé

Un dispositif expérimental a été développé pour l'étude du couplage de la croissance d'un biofilm de Shewanella oneidensis MR-1 et du transport conservatif de l'Erioglaucine. La croissance du biofilm a été suivie par mesure de conductivité hydraulique et par acquisition d'images à l'aide d'une caméra digitale. La fraction volumique du biofilm a été caractérisée par des essais d'élution d'une macromolécule (i.e. : le Bleu Dextran) par analogie avec les méthodes de chromatographie d'exclusion ou de filtration sur gel. Ainsi au bout de 29 jours, un biofilm quasi-homogène sur l'ensemble de la cellule d'écoulement (0,1×0,1×0,05m3) et équivalent à 50% du volume poral a été formé. L'influence de la croissance du biofilm sur les propriétés de transport du milieu a été évaluée. Les essais de transport conservatif de l'Erioglaucine effectués pour deux vitesses d'injection et à deux stades de croissance du biofilm (17 et 29 jours) ont montré l'influence d'hétérogénéités locales sur les paramètres de transport (i.e. : la porosité, la perméabilité et la dispersion hydrodynamique). Ainsi après 17 jours de culture quand le biofilm occupe partiellement le milieu poreux (moitié inférieure) un modèle à deux équations ou double milieu permet de caractériser le transport conservatif. A contrario après 29 jours de culture où le biofilm occupe tout le milieu poreux, un comportement fickien classique caractérise le transport. Les valeurs théoriques du coefficient de dispersion longitudinale prédites par la méthode de prise de moyenne volumique ont permis de reproduire de manière satisfaisante le comportement observé expérimentalement

An experimental device was performed for the study of coupling the growth of a Shewanella oneidensis MR-1 bacterial biofilm and the non reactive transport of Brilliant Blue FCF. The biofilm growth was monitored by hydraulic conductivity measurements and by image acquisition with a digital camera. The biofilm volume fraction was estimated through tracer experiments with a macromolecular tracer (i.e., Dextran Blue) as in size-exclusion chromatography or gel filtration chromatography. Then after 29 days of bacterial culture a quasi-homogenous biofilm was grown in the whole flow cell (0,1×0,1×0,05m3) occupying about 50% of void space volume. The influence of biofilm growth on porous media transport properties was evaluated. Conservative tracer experiments with Brilliant Blue FCF run at two hydrodynamic conditions and at two growth steps of biofilm (17 and 29 days) showed the influence of local heterogeneities on transport parameters (i.e., porosity, permeability and hydrodynamic dispersion). Then at 17 days of growth when the biofilm partially covers the porous medium (bottom half of the flow cell) a two-equation model or double-layer model was suitable to characterize the conservative transport. A contrario after 29 days of growth, when the biofilm covers the whole porous medium, a classical fickian model was convenient. Numerical values of longitudinal dispersion coefficient from volume averaging well fitted experimental results