Mise en œuvre d’un nouveau matériau pour la désinfection des eaux de spa : approches expérimentale et mécanistique

Implementation of a new process for spa water disinfection : experimental and mechanistic approaches

• Auteur / Autrice : Marie-Anne Tartanson
• Direction : Catherine Faur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 14/11/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences des Procédés – Sciences des Aliments (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Christine Roques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Faur, Christine Roques, Christophe Gantzer, Corinne Cabassud, Laurence Soussan, Matthieu Rivallin, Cristian Chis, Jean-Michel Clerc
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Gantzer, Corinne Cabassud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antibactériens

Argent

Spas

Eau -- Épuration -- Désinfection

Mots clés libres

Désinfection

Argent

Activité bactéricide

Matériau composite

Mécanismes

Plan d'expérience

Disinfection

Silver

Bactericidal activity

Composite material

Mechanisms

Experimental design

Résumé

Ce travail de thèse a pour objectif l'étude des performances bactéricides et l'identification des mécanismes d'abattement bactérien d'un nouveau matériau Al2O3-TiO2-Ag pour la désinfection des eaux de spa. L'activité bactéricide du matériau fondée sur les propriétés antibactérienne de l'argent a été démontrée en réacteur statique puis en dynamique sur la base d'un mélange bactérien E. coli et S. epidermidis non pathogène (Gram négatif et Gram positif). Cette désinfection est favorisée à 37°C, en conditions aérobies et sans sel (CaCO3 ou CaCl2), correspondant aux conditions de mise en œuvre du spa. Elle repose sur une action couplée de la désorption d'argent et de la surface du matériau, induisant la génération de Réactive Oxygen Species (ROS) en conditions aérobies. Cette action de surface devient majoritaire en réacteur continu avec une désorption qui représente moins de 1% de l'argent total déposé. Une modification du traitement de surface du matériau améliore l'activité bactéricide et diminue la désorption d'argent (seulement 0,4 mg.L-1 en solution). L'analyse des mécanismes bactéricides a mis en évidence une action immédiate du matériau avec lyse mais aussi condensation de l'ADN, endommagement de la chaîne respiratoire et attaque oxydative des ROS représentant près de 60 % de l'abattement des bactéries.

This work aims to study the bactericidal performances of an innovative Al2O3-TiO2-Ag material for spa water disinfection and to identify the involved bactericidal mechanisms. The bactericidal activity based on silver disinfectant properties was highlighted in static and dynamic conditions with a non pathogenic bacterial mixture of E. coli and S. epidermidis (negative and positive Grams respectively). This disinfection was favored at 37°C, in aerobic conditions and without salt (CaCO3 or CaCl2). It was involved by a coupled action of desorbed and supported silver material, inducing a ROS (Reactive Oxygen Species) generation in aerobic conditions. In a dynamic reactor, a surface action mainly happened with a desorption lower than 1% of the total deposited silver. An improvement of the material surface treatment provided an better bactericidal activity coupled with a decreased desorption (only 0.4 mg.L-1 in solution). The investigation of the bactericidal mechanisms evidenced immediate material action with lysis but also DNA condensation, collapse of the respiratory chain and oxidative attack of ROS representing nearly 60% of the bacterial removal.