Les micro-organismes

II.5.1.1. Les différents micro-organismes et leur mode de vie

Le terme micro-organismes est utilisé pour désigner l’ensemble des êtres vivants microscopiques. Ces micro-organismes peuvent être des cellules procaryotes ou eucaryotes et se distinguent par certains aspects liés à leur morphologie, structure, voie respiratoire et critères d'adaptabilité (besoin en nutriment, métabolisme..). On retrouve les archées, les bactéries, les levures, les moisissures, les algues...

Les micro-organismes existent soit sous forme planctonique libre, ce qui peut correspondre aux études menées dans les milieux liquides en laboratoire, soit sous forme de biofilm. Cette dernière organisation permet aux micro-organismes de se créer un environnement encore plus favorable en termes d’activité de l’eau, de nutriment et d’association entre différentes espèces. De plus, elles peuvent développer une forme de résistance aux conditions du milieu environnant telles que les chocs thermiques ou hydriques, la présence d’inhibiteur de croissance, de radiations lumineuses ou d’antibiotiques.

Les biofilms correspondent à des communautés complexes de micro-organismes enveloppés dans un mucus. Une fois fixés, les micro-organismes commencent à libérer des substances polymériques extracellulaires (EPS) constituées de polysaccharides, de protéines, d'cides nucléiques. Le biofilm, décrit comme des assemblages organisés de cellules microbienne associées de manière irréversible à une surface et enrobées dans une matrice de polysaccharides synthétisés par les micro-organismes permet un métabolisme plus important des micro-organismes que lorsqu’ils sont sous forme planctonique (Kirchman et Mitchell, 1982).

II.5.1.2. Influence des facteurs environnementaux sur la croissance des micro-organismes

Les facteurs de l'environnement comme l'activité de l'eau, le pH, la température, la concentration en oxygène et les nutriments ont des effets importants sur la croissance microbienne.

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Figure 68 - Effet de facteurs environnementaux sur le taux de croissance (Scott, 1953) De manière générale, au-dessus et au-dessous de la valeur optimale, la structure cellulaire et les fonctions des micro-organismes sont affectées (Figure 68).

Effet de l'activité de l'eau

Le développement des différentes espèces de micro-organismes est lié à l’activité de l’eau (aw) qui correspond à la quantité d’eau absorbée par les matériaux car les micro-organismes peuvent utiliser uniquement l'eau disponible (Scott, 1953). L'activité de l'eau traduit le degré de disponibilité de l'eau d'une solution et est définie comme le 1/100 de l'humidité relative de la solution, elle est aussi équivalente au rapport de la pression de vapeur de la solution (Psol) à celle de l'eau pure (Peau).

Une faible activité de l'eau indique que la plus grande partie de l'eau du milieu est fixée chimiquement ou structurellement à d'autres composés. Quelques valeurs de la limite inférieure de l’activité de l'eau (aw) de certains micro-organismes sont listées dans le Tableau 7.

Tableau 7 - Limite inférieure de l'activité de l’eau pour la croissance de certains micro-organismes (Scott, 1953)

Groupe de micro-organismes Exemple a_w

Bactérie Salmonella

Clostridium botulinum

0,91

Levure Torulopsis candida 0,88

Moisissure Aspergillus 0,8

Le développement des micro-organismes dans un milieu à faible a_w nécessite des efforts supplémentaires afin de pouvoir maintenir une concentration interne élevé de soluté pour retenir l'eau. Par exemple, la levure Saccharomyces rouxii se développe dans les solutions sucrées, dont les valeurs de a_w sont faibles (a_w = 0,6) (Scott, 1953).

Effet du pH

Chaque espèce se développe dans une gamme définie de pH et montre un pH optimum de croissance. En général, la plupart des champignons préfèrent un milieu généralement acide, avec un pH au environ de 4 à 6 (Rouxel et Davet, 1997). Lorsque le pH externe est très faible, la concentration en ion H⁺ est plus élevée à l'extérieur qu'à l'intérieur entrainant ainsi des

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variations du pH cytoplasmique pouvant détruire la membrane cytoplasmique ou inhiber l'activité des enzymes et des protéines de transport membranaire.

Effet de la température

La température est très importante pour les micro-organismes, car elle influe sur l'efficacité des réactions catalysées par les enzymes. En effet, chaque enzyme a une température optimale de fonctionnement. Aux faibles températures, une élévation de la température de 10°C double la vitesse de réaction catalysée par une enzyme. Puisque la vitesse de chaque réaction augmente, le métabolisme sera plus actif aux températures plus élevées et le micro-organisme se développera plus vite. A des températures suffisamment élevées, les augmentations de température diminuent la croissance et peuvent être létales car elles dénaturent les enzymes et les autres produits du métabolisme microbien, elles peuvent entraîner aussi une destruction des membranes microbiennes avec une fonte et désintégration de la bicouche lipidique.

II.5.1.3. Influence de facteurs intrinsèques au matériau sur la croissance des micro-organismes

En 1995, Guillite introduit la notion de bioréceptivité des matériaux, il considère ainsi que « Tout matériau support possède des caractéristiques qui déterminent sa bioréceptivité et qui influencent le développement biologique », il s'agit de :

- L'hygroscopie, qui détermine la capacité du matériau à capter l'humidité de l'air,

- La porosité, qui correspond au volume occupé par les pores en pourcentage du volume total du matériau. Elle détermine l'aptitude du matériau à conserver l'humidité, et également à permettre la fixation des micro-organismes. La porosité d'un matériau est liée à la capacité d'absorption capillaire et de rétention d'eau,

- L'état de surface, définit comme étant l’ensemble des irrégularités d'une surface, est un des paramètres les plus importants concernant le développement biologique, puisqu'elle influe à la fois sur la capacité d’absorption de l'eau et son temps de rétention à la surface du matériau, et sur l’adhésion et la fixation des micro-organismes sur le support,

- La composition chimique du support influe sur le type de micro-organismes et sur la cinétique d’adhésion. Ainsi, certaines espèces supportent la présence d’ions ou de pH de surface élevés, alors que ces mêmes facteurs retardent l'implantation d'autres espèces. L’implication de la composition chimique du matériau support dans l’activité biologique des micro-organismes sera mieux développée dans le prochain paragraphe.

A partir de ces données, la bioréceptivité d'un matériau évolue en même temps que les altérations qu'il subit sous l'effet de facteurs climatiques et des micro-organismes dont la présence va modifier la bioréceptivité.

Cette partie fait l’objet d’une évaluation de l'impact de la colonisation microbienne sur la durabilité des matériaux: PE, fibres naturelles et composites. L’origine de la biodétérioration des composites biosourcés est principalement liée à la présence des fibres lignocellulosiques. Ceci n'empêche pas d’examiner les conditions dans lesquelles la matrice

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PE peut éventuellement être dégradée biologiquement. Ensuite, quelques cas d’études menées sur les fibres seules et les composites biosourcés seront donnés.