Les outils analytiques de caractérisations des biofilms

I.5.3.1/ Les supports à biofilms

Il est bien connu que les biofilms peuvent se constituer sur différents types de supports inertes (verres, plastiques, pierres, sables, supports métalliques) ou vivants (végétaux, animaux). Ces supports peuvent être utilisés pour l’étude et/ou l’élaboration de biofilms comme les supports en verre (Hiernaux, 2005 ; Forêt et coll, 2006), en polypropylène (Jöbjen et coll, 2004), les supports végétaux (De Nardi, 2007 ; Gagnon et coll, 2007 ; Bourgues et Hart, 2007).

I.5.3.2/ Les outils analytiques

A ce jour de nombreux outils analytiques sont appropriés pour analyser les surfaces. En effet, le MEB et le MET sont de très bons outils pour étudier la surface d’un support sur lequel un biofilm s’est développé (Flemming et coll, 2000 ; Hiernaux, 2005 ; Miyata et coll, 2007). La microanalyse X a pour objectif de mettre en évidence tous les éléments chimiques sur une surface donnée. Cet outil analytique permet aussi de réaliser des cartographies par élément (Hansel et coll, 2001 ; Hiernaux, 2005) afin de localiser la répartition de ces derniers sur une surface.

I.5.3.2.2/ Méthodes de Dénombrements de microorganismes

Actuellement, il existe de nombreuses méthodes de dénombrements des bactéries et des algues. Parmi elles, le nombre de bactéries peut être évalué par comptage direct en microscopie optique à l’aide de cellules de Thoma (Meyer et coll, 2002), bien que la méthode soit peu précise, elle est très facile à mettre en œuvre et nécessite peu de moyen. Le dénombrement de bactéries cultivables sur milieu de culture approprié est une méthode très utilisé en microbiologie (Gauthier et coll, 1986). Des méthodes plus précises sont aussi mises en oeuvre comme le DAPI qui permet de dénombrer la population totale de bactéries (Rebillard et Torre, 1993), la technique du Bac Light permettant de différencier le nombre de bactéries viables des bactéries perméabilisées (Alleron et coll, 2008) à l’aide de sondes moléculaires induisant des fluorescences caractéristiques observables au microscope à l’épifluorescence. Les dénombrements peuvent être réalisés par la recherche d’une activité enzymatique notamment l’activité estérase uilisant la méthode du ChemChrome V6 (Alleron et coll, 2008) sans oublier la cytométrie de flux qui permet de quantifier le phytoplancton et les bactéries qui sont des méthodes précises mais on ne différencie pas les cellules vivantes des cellules mortes (Legendre et coll, 2001).

Pour quantifier les algues, la mesure de la concentration en chlorophylle a est un paramètre qui est très utilisés (Gauthier et coll, 1986 ; Parinet et coll, 2004). Le dénombrement d’algues ou de diatomées peut être éffectué par comptage direct par microscopie optique entre lame et lamelle ou par microscopie inversée (Gauthier et coll, 1986).

I.5.3.2.3/ Les outils de mesures d’épaisseurs de biofilm

Les capteurs à biofilm constitués de platine ou d’or (Figure I.8) sont des outils analytiques qui permettent de suivre la formation des biofilms élaborés à partir d’eaux naturelles, par des mesures électrochimiques. Cette méthode met en œuvre la loi de Levich

(Forêt, 2006 ; Gamby et coll, 2009). Lors de récents travaux, un modèle basé sur la conservation de masse, la diffusion et la convection permet de prédire les différents facteurs influençant l’hétérogenéité des biofilms (Rahman et coll, 2009). D’autres techniques d’analyses sont mises en œuvre comme la microscopie confocale qui permet de visualiser la structure tridimensionnelle d’un biofilm et la quantification des différents composants en milieu hydraté (Lawrence et coll, 2001 ; Hiernaux, 2005 ; Roldan et Hernandez-Mariné, 2009).

I.5.3.2.4/ Les biologs GN2

Les biologs GN2 permettent d’étudier le profil métabolique des communautés microbiennes présentent dans les eaux naturelles ou bien au sein de biofilms. Ils se présentent sous forme de microplaques composées de 96 puits contenant chacun une source carbonée et un sel de tétrazolium. Ce dernier est un indicateur qui devient coloré (rose violet) lorsqu’il se réduit. Sa réduction met en évidence l’utilisation de la source carbonée car le sel de tétrazolium est réduit par les coenzymes (NADH, H+) issus de la respiration des microorganismes (Benizri et Amiaud, 2005 ; Rusznyak et coll, 2007).

I.5.3.2.5/ Les bioréacteurs à biofilms

Plusieurs types de réacteurs à biofilms ont été développés dans le secteur des procédés appliqués à l’environnement et sont utilisés industriellement pour le traitement des eaux destinées à la consommation humaine (traitement de l’ion ammoniacal, des nitrates, des pesticides), pour le traitement des eaux de procédés, d’effluents urbains et industriels et pour la décontamination des aquifères. Ces bioprocédés fonctionnent en condition aérobie et/ou anaérobie. Il existe des systèmes dans lesquels le biofilm est statique car il adhère sur une surface fixe (lit bactérien, biofiltre) et des systèmes dans lesquels le biofilm circule car il adhère sur un support mobile (lit mobile, fluidisé, réacteur à circulation interne). Il existe également des systèmes hybrides dont une partie du biofilm est fixé sur support et une autre partie est mobile (Paul et Queinnec, 2008).

Les réacteurs à biofilms peuvent être utilisés dans le traitement des métaux lourds. En effet, des études ont été conduites en batch à l’aide de biofilms de Arthrobacter viscosus sur des granules de carbone dans le but d’éliminer le chrome dans l’eau avec une efficacité de 99,9 % en 30 jours pour des concentrations initiales à 10 mg. L-1 et de 72 % durant la même période pour des concentrations initiales de 100 mg.L-1 (Quintelas et coll, 2009). Des bioréacteurs en anaérobie avec recirculation de biomasse ont montré également une bonne efficacité dans le traitement des sulfates et du COD contenus dans des eaux usées dont les

concentrations sont respectivement de 2,73 g.L-1 et de 3,15 g.L-1. L’efficacité maximale observée dans ces conditions est de 80,9 g COD.L-1.jours-1 et de 41,8 g SO43- L-1.jours- 1

(Kosinka et Miskiewicz, 2009).

Les bioréacteurs sont des outils très utilisés pour étudier les biofilms. En effet, De nombreux auteurs ont étudié le détachement des biofilms sous l’effet d’un stress hydrodynamique (Rittman, 1982 ; Peyton, 1996 ; Ramasamy et Zhang, 2005). En 2007, Ochoa et coll, ont étudié l’érosion des biofilms développés sur des plaques de polypropylène dans des conditions aérobies. En 2005, Hiernaux a étudié la structuration des biofilms élaborés à partir d’eaux de surface au sein d’un bioréacteur à billes de verre.

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