Transcript Optimisation du quorum-quenching comme outil de

ECOLE DOCTORALE
ED 468
«Mécanique, Energétique, Génie Civil, Procédés »
Contrats Doctoraux 2014-2017
Proposition de sujet de thèse
Titre du sujet
Responsable (s)
Optimisation du quorum-quenching comme outil de contrôle du colmatage
dans les Bio-Réacteurs à Membranes (BAM) : Caractérisation des
interactions hydrodynamiques/transfert et impact sur la filtration.
Christelle GUIGUI, Nicolas DIETRICH
[email protected] , [email protected],
Laboratoire
LISBP : Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés
(EAD10 &7)
A l’heure actuelle, le colmatage des membranes reste toujours le facteur limitant des procédés membranaires
en général et des procédés membranaires appliqués au traitement de l’eau en particulier. Diverses méthodes
peuvent être mises en œuvre pour le combattre. Dans ce travail, on étudie une nouvelle stratégie de maitrise
du colmatage des Bioréacteurs à Membrane (BAM) pour le traitement avancé des eaux usées basée sur la
notion de quorum quenching. Cette approche consiste à contrôler/modifier le quorum sensing qui est un
ensemble de mécanismes régulateurs qui contrôlent l'expression coordonnée de certains gènes bactériens au
sein d'une population leur permettant d’adopter de nouveaux comportements conduisant notamment à
l'agrégation en biofilm. Ce travail de thèse à donc pour objectif comprendre comment la mise en œuvre du
quorum quenching limite le colmatage des membranes des BAM (réduction du biofilm, réduction de la
sécrétion de substances polymériques extracellulaires (EPS)…). Si les mécanismes d’inhibition
microbiologiques sont étudiés dans la bibliographie, le lien avec le procédé reste inexploré notamment entre
la mise à l’échelle du procédé et l’efficacité de l’inhibition. En effet, les interactions couplées de la physicochimie, du transfert de matière, de l’hydrodynamique et des propriétés biologiques en lien avec les
mécanismes de colmatage nécessitent d’être approfondies. Dans un premier temps, on proposera lors de ce
travail de thèse de comprendre les effets de la mise en œuvre du quorum quenching à l’échelle du procédé BAM
à différents niveaux :
- les modifications du fluide biologique (propriétés des flocs : granulométrie, potentiel Zeta, viscosité,
propriété du surnageant : nature et concentration des EPS…),
- les modifications du transfert de matière à travers la membrane de filtration (rétention, flux, nature
du colmatage).
Dans un second temps, on s’intéressera à comprendre le rôle des conditions opératoires du BAM sur
l’action du quorum quenching :
- la caractérisation de l’hydrodynamique induite par les configurations possibles du BAM mis en
œuvre et de l’impact sur la filtration (échelle locale et globale/diffusif et convectif, Particle Image
Velocimetry & Particle Tracking…),
- la caractérisation du transfert de la molécule active inhibitrice au sein du BAM en fonction des
conditions opératoires : suivi des concentrations dans le système par des mesures optiques de
concentration (Front Tracking & Concentration Tracking : LIF) et dosages chimiques.
Cette étude pourra également faire appel aux outils de modélisation numérique (COMSOL, FLUENT) et
s’appuiera sur des travaux de master déjà effectués. Ce travail fera également l’objet d’une collaboration
internationale avec l’équipe de Pr. C. H. Lee de Seoul National University. Ce sujet rentre dans le cadre d’une
action thématique transversale inter-équipes du LISBP (C.Guigui EAD7 et N. Dietrich & C. Lafforgue,
EAD10) dont l’objectif final est de clarifier les mécanismes physico-chimique et d’optimiser le quorum
quenching dans les procédés BAM.