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Caudan, Cédric. Caractérisation des substances polymériques extracellulaires de boues granulaires aérobies : propriétés chimiques et implication dans la cohésion du granule

Caudan, Cédric (2012). Caractérisation des substances polymériques extracellulaires de boues granulaires aérobies : propriétés chimiques et implication dans la cohésion du granule.

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Résumé en francais

Depuis une dizaine d'années, les procédés utilisant des boues granulaires aérobies pour le traitement des effluents ont fait l'objet de nombreuses recherches. Alors que les conditions opératoires conduisant à l'obtention d'agrégats microbiens denses ont pu être définies, peu d'éléments ont été rapportés quant aux mécanismes biologiques favorisant la formation et la stabilité des granules. Diverses études suggèrent toutefois l'implication des Substances Polymériques Extracellulaires (EPS), composés majeurs de la matrice extracellulaire, sur les propriétés physico-chimiques des granules formés (densité, cohésion). Afin de répondre à cette question, une double approche a été menée, basée d'une part sur l'analyse des propriétés chimiques des EPS extraits de granules, et d'autre part sur des mesures de cohésion réalisées après digestion enzymatique ou chimique des granules en vue d'altérer la matrice d'EPS. Un procédé d'extraction multi-méthodes incluant des traitements physiques (ultrasons) et chimiques (détergent, chélateur de cations) a été mis au point afin d'extraire les EPS de granules produits en réacteur pilote de type SBR et impliqués dans un procédé aérobie de transformation de l'azote. L'analyse des EPS extraites confirme l'intêret de ce protocole tant d'un point de vue de son efficacité (épuisement des EPS après 3 séquences) que de sa capacité à fractionner les EPS en ciblant des natures biochimiques (protéines, sucres) et/ou fonctions chimiques (hydrophobicité, caractère anionique) différentes. Ainsi, la comparaison des profils d'extraction à ceux obtenus à partir d'agrégats peu denses (flocs) souligne dans le cas des EPS de granules, la prépondérance de protéines extractibles en présence d'un chélateur de cations. Une analyse par chromatographie anionique confirme la présence de protéines fortement chargées dont le caractère anionique est plus marqué que celui des EPS extraites de boues floculantes, suggérant le rôle potentiel des intéractions électrostatiques dans la cohésion des granules. Les granules prélevés ont par la suite été soumis à divers traitements de type enzymatiques (protéases ou de glycosidases) ou chimiques (EDTA ou NaCl) avant d'être soumis à un test de cohésion (application de containtes hydrodynamiques en cuve agitée). L'analyse des transferts de matière a montré que la digestion de protéines entrainait un relarguage important de matière organique colloïdale avec libération de calcium mais sans perte significative de cohésion. En contrepartie, la digestion des a (1-4) glucanes semble fragiliser la cohésion des granules car un détachement important de macroparticules (de tailles comprises entre 315 et 2820 µm) non associé à la libération de calcium a été observé après application de la contrainte hydrodynamique. Enfin, le traitement préalable des granules par l'EDTA en tant que chélateur de cations divalents, s'est traduit par une diminution de la taille des granules, un relarguage de calcium et une solubilisation de micro-particules (taille inférieure à 315 µm) entrainant une baisse significative de leur résistance au détachement. Ces expériences de pertubation de la cohésion des granules permettent donc de mettre en évidence des mécanismes divergents pour les différents composants de la matrice extracellulaire participant à la cohésion des granules. Elles soulignent en particulier le rôle prépondérant des alpha-glucanes dans le maintien de la cohésion ainsi que celui des protéines anioniques susceptibles de participer à l'aggrégation via des interactions électrostatiques impliquant le calcium. Enfin, l'observation des granules en microscopie confocale a confirmé le rôle complémentaire de ces polymères en montrant pour chacun d'eux une organisation structurale particulière: les alpha-glucanes étant préférentiellement organisés en guangues polysaccharidiques entourant les bactéries, elles-mêmes enchassées dans un réseau protéique dense.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Girbal-Neuhauser, Elisabeth
Spérandio, Mathieu
Ecole doctorale:Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (SEVAB)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Biotechnologies Agroalimentaire et Environnementale (LBAE), EA 4565
Mots-clés libres :Substances Exopolymériques - Granules - Protéines anioniques - Polysaccharides - Cohésion
Sujets :Biotechnologies, agronomie
Déposé le :26 May 2014 14:31