Utilisation du rayonnement UV-C comme méthode alternative aux produits chimiques dans la lutte et le contrôle de la prolifération des micro-organismes sur les matériaux du patrimoine

Use of UV-C radiation as an alternarive method to chemicals to combat the proliferation of microorganisms on heritage materials

• Auteur / Autrice : Fabien Borderie
• Direction : Lotfi Aleya, Badr Alaoui-Sosse, Faisl Bousta
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de l'environnement
• Date : Soutenance le 14/11/2014
• Etablissement(s) : Besançon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Homme, environnement, santé (Besançon ; 2000-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire chrono-environnement (Besançon) - Laboratoire Chrono-environnement( Besançon)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Gloaguen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lotfi Aleya, Badr Alaoui-Sosse, Faisl Bousta, Vincent Gloaguen, Michel Denis, Geneviève Pinçon, Stéphanie Touron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Gloaguen, Michel Denis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microalgues

Mots clés libres

Matériaux du patrimoine

Grottes touristiques

Conservation

Micro-algues verte

Champigons

Biofilms

Erardication

Méthode alternative

Rayonnement UV-C

Applications

Heritage materiels

Show caves

Conservation

Green algae

Fungi

Biofilms

Eradication

Alternative methode

UV-C radiation

Applications

Résumé

L’objectif général de cette thèse est d’étudier et d’analyser l’effet du rayonnement UV-C comme méthodealternative aux produits chimiques dans la lutte et le contrôle de la prolifération des micro-organismesphotosynthétiques dans les grottes touristiques. Dans un premier temps, l’effet des UV-C a été analysé surdifférentes souches cavernicoles de micro-algues cultivées au laboratoire. Des analyses à l’échelle moléculaire,cellulaire et à l’échelle du biofilm d’algues ont permis de mettre en évidence un ensemble de dommages causépar l’irradiation aux UV-C (diminution de la viabilité et de l’activité photosynthétique, dégradation desmembranes, décoloration des cellules par destruction des pigments chlorophylliens, fragmentation de l’ADN,diminution de la surface d’occupation des biofilms d’algues cultivés sur support solide). Ceux-ci sont soit directs(réactions de photooxydation) soit indirects (liés à un stress oxydatif important). L’ensemble de ces résultats ontservi à la sélection de différentes durées d’exposition aux UV-C (traduites en doses d’UV-C) efficaces en termesd’éradication et de décoloration des micro-algues. Ces doses d’UV-C ont dans un deuxième temps été testées enconditions réelles sur le site d’étude de la grotte des Moidons (Jura, France). Une étude préalable à ces tests a étémenée afin de comprendre les dynamiques et les facteurs favorisant l’installation et la prolifération des biofilmsde micro-organismes photosynthétiques dans la grotte. L’étude des facteurs environnementaux mesurés àl’échelle du biofilm (quantité de lumière, type de support, localisation dans la grotte) ainsi que ceux mesurés àl’échelle de la cavité (circulation horizontale et verticale des eaux, vitesse des courants d’air, temps d’allumagedes lampes et temps de présence des visiteurs) ont permis de distinguer des zones de colonisation préférentielle.Plusieurs biofilms ont ensuite été sélectionnés pour tester l’efficacité des UV-C. Selon les caractéristiques desbiofilms (intensité de colonisation) et en fonction de leur emplacement dans la grotte (variations des facteurspréalablement déterminés), nous avons pu mettre en évidence une efficacité des UV-C variable dans le temps.Avec l’appui de résultats complémentaires obtenus sur deux souches de champignons et sur plusieurs types dematières picturales, l’ensemble des données collectées au cours de la thèse souligne l’intérêt et l’applicabilité destraitements aux UV-C dans divers contextes de conservation des matériaux du patrimoine

The aim of this thesis is to study and analyze the effect of UV-C radiation as an alternative method tochemicals to combat phototrophic microorganisms’ proliferation in show caves. First, the effect of UV-C wasanalyzed on several cave-dwelling unicellular green algae sub-cultured in laboratory conditions. Analysis at themolecular, cellular and biofilm scale highlighted several damages (decrease of viability and photosyntheticactivity, membrane degradation, chlorophyll bleaching, DNA fragmentation, decrease of the biofilms’ colonizedarea…) both direct (photooxydation reaction) or indirect (oxidative stress). These results helped to selectefficient UV-C exposure times (traduced in UV-C doses) both to eradicate and bleach green micro-algae.Second, these efficient UV-C doses were used to test the efficiency of UV-C treatments on natural phototrophicbiofilms proliferating in the Moidons Cave (Jura, France). Previous study to the UV-C tests was performed tounderstand the dynamics and factors that promote algal proliferation in this cave. Factors measured at the biofilmscale (quantity of light, type of the physical support, localization in the cave…) and at the cavity scale(horizontal and vertical circulation of waters, air currents, illumination time and visitors’ presence time) allowedto distinguish several preferential areas where growth-supporting conditions were present for algal proliferation.Then, several biofilms were selected to test the efficiency of UV-C treatments. According to the characteristicsof the biofilms (colonization intensity) and their localization in the cave (variations of the factors promotingcolonization) UV-C efficiency varied over time. Supplementary results obtained on filamentous fungi andmineral pigments used for prehistoric paintings, emphasize the interest and the applicability