Inactivation bactérienne par photocatalyse hétérogène : application

Délivré par
UNIVERSITE DE PERPIGNAN VIA DOMITIA
Préparée au sein de l’école doctorale
ED 305
Et de l’unité de recherche
PROMES – CNRS UPR 8521
Spécialité
Sciences de l’ingénieur
Présentée par
MAJDI KACEM
Soutenue le 07 - 07 - 2015 devant le jury composé de
Jeremy PRUVOST, PR, Université de Nantes
Rapporteur
Caroline ANDRIANTSIFERANA, MC, Université de Toulouse 3
Rapporteur
Anne-Marie POURCHER, DR, Irstea, Rennes
Examinateur
Serge CHIRON, DR, IRD, Montpellier
Examinateur
Vincent GOETZ, DR, CNRS, Perpignan
Directeur de thèse
Nathalie WERY, CR, INRA, Narbonne
Co-encadrant
Gael PLANTARD, MC, Université de Perpignan
Co-encadrant
Inactivation bactérienne par photocatalyse hétérogène
Application à Escherichia Coli

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RERMERCIEMENT
J’adresse mes remerciements à Mr Jeremy Pruvost, professeur à l’Université de Nantes, et
Mme Caroline Andriantsiferana, Maître de Conférences à l’Université de Toulouse 3, d’avoir
accepté d’être rapporteurs de ces travaux. Je remercie également Mme Anne Marie Pourcher,
Directrice de recherche à l’IRSTEA de Rennes, ainsi que Mr Serge Chiron, Directeur de
recherche à l’Université de Montpellier 2, de faire partie du jury de thèse.
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à Mr Vincent Goetz, directeur de recherche au
laboratoire PROMES et directeur de ma thèse, pour m’avoir fait confiance dès le stage de fin
d’étude de Master puis pour ce projet. Sa disponibilité, ses connaissances et son encadrement
en continu m’ont été indispensables afin de mener à bien ces trois années. Que Mr Gael
Plantard, Maître de conférences à l’Université de Perpignan et Mme Nathalie Wery, Chargée
de recherche au laboratoire LBE de l’INRA, soient également vivement remerciés pour leurs
soutiens, leurs encouragements ainsi que leurs encadrements exemplaires de ces travaux. Je
souhaite également remercier Mr Jean-Pierre Cambon et Mr Gilles Hernandez, autant pour
leurs qualités humaines que pour leurs aides précieuses tout au long de la thèse.
Mes remerciements se tournent aussi vers tous les amis que j’ai pû côtoyer au laboratoire
PROMES pendant ces trois années, en particulier Monica, Mr Eynard, Thomas, Mouchira,
Faissel, Mr Nou, Remi, Sulivan, Aurélie, Mirek et beaucoup d’autres qui ont partagé avec moi
cette magnifique expérience.
Enfin, une pensée particulière pour mon père, Noureddine, ma mère, Asia, ma sœur, Maroua
et ma femme, Mouna, pour leurs présences et leurs soutiens constants tout au long de mes
travaux.

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RESUME
L’étude présentée dans ce mémoire s’inscrit dans le cadre de la réutilisation des eaux usées
traitées par un procédé d’oxydation avancée (AOP), la photocatalyse hétérogène. Ce procédé,
couplant le rayonnement UV et l’utilisation d’un photocatalyseur (TiO2) au sein d’un réacteur,
est envisagé comme procédé de traitement tertiaire pour la désinfection des effluents dis
secondaires. Les expérimentations photocatalytiques ont été réalisées sur une bactérie cible,
E. coli. Elles ont été conduites en mode batch puis en mode continu. Les expérimentations en
mode batch ont été réalisées sous irradiation contrôlée puis solaire. Les données
expérimentales acquises sous irradiation contrôlée ont permis la comparaison des
performances bactéricides de différents catalyseurs. Elles ont conduit en parallèle à la
définition d’un modèle cinétique représentatif de la capacité bactéricide de chaque média. Ce
modèle tient compte de la densité de flux d’irradiation et de l’interraction bactéries/catalyseur.
Les expérimentations solaires ont permis de valider le modèle cinétique sous irradiation
solaire puis, d’étudier l’inactivation bactérienne dans un effluent réel. Par ailleurs, le potentiel
bactéricide du traitement photocatalytique en régime permanent a été évalué. Le
fonctionnement du procédé continu a été parfaitement décrit par un modèle cinétique se
basant sur la loi initialement définie en mode batch. Finalement, l’inactivation d’E. coli a été
évaluée par différentes techniques de quantification bactérienne. Cela a permis d’apporter des
informations sur l’état de viabilité des bactéries au cours du traitement photocatalytique et de
décrire le mécanisme principal d’inactivation bactérienne par voie photocatalytique, la lyse
membranaire.
Mots clés : Photocatalyse hétérogène, Désinfection solaire, Catalyseur en suspension,
Catalyseur supporté, Adhésion bactérienne, Cinétique de désinfection, Modèle cinétique.