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Soutenance de thèse en biologie marine : Marine Deschatre

"Les exopolysaccharides bactériens en interations avec les ions metalliques : application au domaine de l'environnement". Cette soutenance de thèse aura lieu le jeudi 19 juin 2014 à 14h en amphi A de l'IUEM.

Une concentration excessive en certains éléments traces métalliques (ETM) peut engendrer de sérieux problèmes de pollutions et de nombreux problèmes de santé. Le traitement des ETM dans les eaux usées par des méthodes physico-chimiques classiques présente des inconvénients majeurs dus à une forte consommation d'énergie, des coûts élevés parfois un manque de spécificité et une élimination incomplète des ions métalliques. Pour pallier à ces inconvénients, l'élimination des ETM par des procédés biotechnologiques constitue une alternative intéressante aux méthodes conventionnelles. Cette technologie est prometteuse en raison de son approche simple, efficace et respectueuse de l'environnement. En particulier, les exopolysaccharides (EPS) bactériens de haut poids moléculaire peuvent être considérés comme des biosorbants efficaces en raison de leur grande diversité de structure, de leurs propriétés rhéologiques et chimiques et de leur facilité de mise en oeuvre.

Dans ce contexte, la biosorption du cuivre Cu (II) et de l'argent Ag (I) a été étudiée par quatre EPS produits par des bactéries marines.

En premier lieu, l'analyse colorimétrique a montré que ces polymères bactériens étaient principalement composés d’oses neutres et d’acides uroniques en teneurs variables de substituants tels l’acétate et, pour l’un d’entre eux, de fortes teneurs en sulfate (> 25% ). Ces groupes fonctionnels et réactionnels peuvent servir de sites de liaison pour les cations métalliques. Des expériences de biosorption des ETM ont été effectuées en réacteur batch. Les résultats ont montré que les capacités de sorption maximales calculées selon le modèle de Langmuir étaient de 400 mg de Cu(II)/g d’EPS et de 333 mg de Ag(I)/g. Les résultats de ces expériences ont également démontré l'influence des facteurs affectant la capacité de rétention comme la concentration initiale en ETM, la concentration en EPS, le pH, le temps de contact, la température, la force ionique ou les contres ions utilisés. Des systèmes à plusieurs ETM ont aussi été réalisés afin d’observer une éventuelle compétition. De plus, une approche spectroscopique par FTIR a été menée afin de mieux comprendre les mécanismes de fixation des ETM par les EPS.

La micro-analyse couplée à la microscopie électronique à balayage (MEB) a démontré des changements morphologiques des EPS, avant et après la fixation des cations métalliques. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF ) a indiqué l’implication possible des groupes fonctionnels des EPS tels les groupements carboxyles, hydroxyles et sulfates dans les processus de biosorption des ETM. L’utilisation de l’XPS (spectrométrie photoélectronique X), du DRX (diffraction de rayons X) et du MET (microscopie électronique de transmission) a permis d’approfondir les hypothèses des mécanismes de fixation des ETM par les EPS.

Enfin, dans le but de valoriser ce travail dans un cadre biotechnologique, des expériences préliminaires de biosorption sur d’autres ETM (e.g ; Pt, Au, Al, Co, Cr, Zn) ont aussi été menées. De plus, des essais d’immobilisation des biosorbants par de l’alginate sous forme de billes ont été également réalisés. Puis, des tests de désorption du biosorbant par élution fractionnée et plusieurs cycles consécutifs de sorption/désorption ont complété ces travaux. 

Tous ces résultats ont montré que les EPS issus de bactéries marines sont très prometteurs en terme de biosorbants potentiels dans le traitement des eaux usées riches en ions métalliques.

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(C) Pascale Lherminier / Ifremer