Biocalcification bactérienne couplée à la polarisation cathodique en milieu marin afin de consolider les ouvrages du littoral

Bacterial biocalcification in association with cathodic polarisation in the marine environment to consolidate coastal structures

• Auteur / Autrice : Julia Vincent
• Direction : Sophie Sablé, Marc Jeannin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie microbienne
• Date : Soutenance le 24/06/2022
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Littoral, Environnement et Sociétés (La Rochelle) - Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Refait
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Lors, Benjamin Erable, Karim Benzerara, Nathalie Bourgougnon, Christelle Caplat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Lors, Benjamin Erable

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anhydrase carbonique

Protection cathodique

Bioélectrochimie

Calcification

Bactéries marines

Rivage -- Protection

Mots clés libres

Bactéries marines biocalcifiantes

Dépôt calcomagnésien

Polarisation cathodique

Calcite

Uréase

Anhydrase carbonique

Bio-briques

Bio-électrochimie

Biocalcifying marine bacteria

Calcareous deposit

Cathodic polarisation

Calcite

Urease

Carbonic anhydrase

Bio-bricks

Bio-electrochemistry

Résumé

Les bactéries marines biocalcifiantes induisent la précipitation du carbonate de calcium pouvant conduire à la formation de concrétions rocheuses. Des minéraux peuvent également précipiter et former des dépôts calcomagnésiens à la surface d’un métal placé sous polarisation cathodique dans l’eau de mer. Ce dépôt minéral, qu’il résulte d’un processus biologique ou électrochimique, peut faire office de ciment entre les sédiments conduisant à des structures résistantes qui pourraient être utilisées pour lutter contre l’érosion des côtes et protéger les ouvrages du littoral. L’objectif de ces travaux de thèse a donc été d’identifier des bactéries marines biocalcifiantes et d’évaluer leur potentiel biotechnologique dans la bioprécipitation de minéraux pour la formation d’agglomérats calcomagnésiens associés ou non à la polarisation cathodique. Nous avons montré pour la première fois que le dépôt calcomagnésien, formé électrochimiquement en milieu naturel, peut être colonisé par une grande diversité de microorganismes incluant des bactéries capables d’induire la précipitation du CaCO3. Nous avons pu isoler 14 souches bactériennes biocalcifiantes appartenant aux genres Pseudoalteromonas, Virgibacillus, Pseudidiomarina, Epibacterium, Planococcus et Bhargavaea. Aucune bactérie de ces 4 derniers genres n’avait auparavant été décrite comme biocalcifiante. A l’aide d’un nouveau dispositif expérimental, 10 des 14 bactéries biocalcifiantes ont formé des agglomérats sablo-calcaires en un mois grâce à leur métabolisme (uréase, anhydrase carbonique ou autres). La mise au point d’un autre montage expérimental associant polarisation cathodique et bactéries a permis de montrer qu’une densité de courant de -670 μA.cm-2 n’influence ni leur croissance ni leur production de CaCO3. Ces bactéries présentent donc un fort potentiel pour être utilisées en association avec la polarisation cathodique pour renforcer les digues et retarder l'érosion côtière.

Biocalcifying marine bacteria induce the precipitation of calcium carbonate which can lead to the formation of rock concretions. Minerals can also precipitate and form calcareous deposits on the surface of a metal placed under cathodic polarisation in seawater. This mineral deposit, whether it results from a biological or electrochemical process, can act as a cement between the sediments leading to resistant structures that could be used to fight against coastal erosion and protect coastal structures. The objective of this work was therefore to identify biocalcifying marine bacteria and to evaluate their biotechnological potential in the bioprecipitation of minerals for the formation of calcareous agglomerates associated or not with cathodic polarisation. We showed for the first time that the calcareous deposit, formed electrochemically in a natural environment, can be colonised by a wide variety of microorganisms, including bacteria able to induce CaCO3 precipitation. We were able to isolate 14 biocalcifying bacterial strains belonging to the genera Pseudoalteromonas, Virgibacillus, Pseudidiomarina, Epibacterium, Planococcus and Bhargavaea. None bacterium of these latter 4 genera had previously been described as biocalcifying. Using a new experimental device, 10 of the 14 biocalcifying bacteria formed sand-calcareous agglomerates in one month thanks to their metabolism (urease, carbonic anhydrase or others). The development of another experimental setup associating cathodic polarisation and bacteria made it possible to show that a current density of -670 μA.cm-2 influenced neither their growth nor their production of CaCO3. These bacteria therefore have great potential to be used in combination with cathodic polarisation to strengthen dikes and delay coastal erosion.