Transport bactérien en milieux poreux : modélisation et application aux cas d’épandages d’effluents - INRAE - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2007

Transport bactérien en milieux poreux : modélisation et application aux cas d’épandages d’effluents

Résumé

The study of bacterial transport in porous media is an important stake for the protection of ground water resources against microbial contaminations. Disposal of waste water plants effluents is an important source of pathogenic bacteria in the environment whose displacement in the ground may cause health concerns. The transport of a bacterium in a porous matrix is subjected to a competition between displacement, adhesion and blocking processes. Experiences with a broad range of bacteria with variable cellular surface properties revealed that the transport and adhesion behaviour is not identical for all the strains but depended on their respective hydrophobic and electrophoretic cell characteristics. Bacterial adhesion in porous media prevents their transport but is not an irreversible phenomenon. A model of bacterial transport in porous media able to reproduce correctly the experimental observations required to take into account two types of cell detachments: slow and fast. The cells retained by weak interactions (Lifshitz-van der Waals) can be detached by hydrodynamic forces or electrostatic repulsions whose range and intensity increase when the ionic force of a solution decreases. These results showed also that bacterial transport relied heavily on electrostatic interactions. Transport conditions are enhanced by higher electrostatic repulsions between cells and solid surface. In situ observations of Escherichia coli cells moving through pores highlighted the wedging of the bacterial cells by surface roughness and at zones of contact between porous media grains. In homogeneous mediums such as sand bacterial transport is mainly controlled by electrostatic interactions. However in heterogeneous mediums such as a soil hydrodynamics and porosity are more important. In particular for unsaturated soils where filtration of cells by small pores considerably reduces bacterial transport. The study of the fate in sand and soil media of bacterial communities from waste water plant sludge showed that faecal coliforms were among the species able to be transported. The results of this study made it possible to define safety rules related to waste water plants effluents spreading practices.
L’étude du transport bactérien en milieux poreux est un enjeu important pour la protection des nappes phréatiques contre des contaminations microbiologiques. La pratique d’épandage des effluents des stations d’épuration est une source importante de bactéries pathogènes dans l’environnement dont le déplacement dans le sol constitue un risque pour la santé publique. Le transport d’une bactérie dans une matrice porale est soumis à une compétition entre processus de déplacement, d’adhésion et de blocage. Des expériences avec une large gamme de bactéries aux propriétés de surface cellulaire différentes ont révélé que le comportement de transport et d’adhésion n’est pas identique pour toutes les souches mais dépend de leurs caractéristiques hydrophobes et électrophorétiques respectives. L’adhésion des bactéries dans un milieu poreux empêche leur transport mais n’est pas un phénomène irréversible. La modélisation de transport bactérien en milieu poreux capable de reproduire les observations expérimentales a nécessité la prise en compte de deux types de détachements cellulaires : lents et rapides. Les cellules retenues par les interactions de faibles intensités (Lifshitz-van der Waals) peuvent se décrocher sous l’effet des forces hydrodynamiques ou par des répulsions électrostatiques dont la portée et l’intensité augmentent lorsque la force ionique de la solution diminue. Ces résultats ont souligné la forte dépendance du transport bactérien aux interactions électrostatiques. Les conditions de transport étant d’autant plus favorable que les répulsions électrostatiques entre cellules et surface solide sont élevées. L’observation in situ du déplacement de cellules d’Escherichia coli dans des pores a mis en évidence le coinçage des cellules bactériennes par des rugosités de surface et les zones de contacts entre grains d’un milieu poreux. Dans les milieux homogènes comme le sable le transport bactérien est principalement gouverné par les interactions électrostatiques. Cependant dans les milieux hétérogènes tel qu’un sol les caractéristiques hydrodynamiques et porales sont plus importantes. Notamment dans les sols non saturés où la filtration des bactéries par les petits pores réduit considérablement leur transport. L’étude du devenir d’une communauté bactérienne des boues de stations d’épuration dans un sable et un sol a montré que parmi les espèces capable d’être transportées se trouvaient des coliformes fécaux. Les résultats de cette étude ont permis de définir des précautions liées à l’épandage des effluents des stations d’épurations.

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Citer

Albert Jacobs. Transport bactérien en milieux poreux : modélisation et application aux cas d’épandages d’effluents. Sciences du Vivant [q-bio]. Université d'Avignon et des Pays de Vaucluse, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02823729⟩
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