Gratuit - Editions Aldeau

THÈSE
Présentée à
L’UNIVERSITÉ DE BRETAGNE-SUD
U.F.R Sciences et Sciences de l’ingénieur
Pour l’obtention du grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE BRETAGNE-SUD
Mention : Chimie
par
Nadia BOUTALEB
Laboratoire des Polymères, Propriétés aux Interfaces et Composites
Etude de la formation de biofilms sur les
surfaces de matériaux couramment utilisés dans
les canalisations d’eau potable
Thèse soutenue le 3 Décembre 2007, devant la commission d’examen composée de :
Dimiter HADJIEV Professeur, Université de Bretagne-Sud, France Examinateur
Hassan LATRACHE
Professeur, Université Moulay Soulayman,
Maroc
Codirecteur de thèse
Olivier SIRE
Professeur, Université de Bretagne-Sud, France Codirecteur de thèse
Maria Luisa GONZÀLEZ-
MARTIN
Professeur, Université d’Extremadura, Espagne Rapporteur
Jean LÉDION Professeur, ENSAM, Paris Rapporteur
Frédéric TRICHET Docteur. Ingénieur, SAUR OUEST Examinateur

A mes parents ;
A ma grand- mère qui restera à tout
jamais dans mon coeur

Remerciements
Je voudrais exprimer mes remerciements,
A Monsieur le Professeur Olivier SIRE.
Qui m’a donné la possibilité d’effectuer ce travail de thèse. Je le remercie vivement pour
m’avoir apporté un appui constant, pour son soutien et sa disponibilité. Nulle expression ne va
pouvoir traduire les sentiments de considération que j’éprouve envers lui.
A Monsieur le Professeur Hassan LATRACHE.
Qui m’a bien soutenu et prodigué les meilleurs conseils au cours de ces 3 ans, mes sincères
remerciements du profond du cœur.
A Monsieur le Professeur Dimiter HADJIEV.
Qui me fait l’honneur d’examiner ce travail. Mes sincères reconnaissances.
A Madame Maria Luisa GONZÀLEZ-MARTIN.
D’avoir accepté de juger ce travail, je suis très honorée qu’elle fasse partie de ce jury.
A Monsieur le Professeur Jean LÉDION.
D’avoir accepté de juger ce travail, qu’il en soit vivement remercié
A Monsieur Frédéric TRICHET.
Qui a trouvé le temps de s’intéresser à mon travail et accepté de l’examiner, qu’il veuille bien
accepter ma respectueuse reconnaissance.
Au Centre National de Recherche Scientifique et Technique du Maroc (CNRST).
Pour m’avoir accordé une bourse de recherche.
A Monsieur Nour-Eddine SABIRI.
D’avoir collaboré à la réalisation d’une partie de ce travail, j’aimerais lui témoigner ma
profonde reconnaissance.
A Véronique LE TILLY et Elodie LAHAYE.
Qui ont contribué à la réalisation de ce travail, par leur collaboration, leurs conseils et leurs
amitiés. Je suis très heureuse de trouver ici l’occasion de leur exprimer ma profonde
reconnaissance.
A Hervé GUEZENNOC, Abdelqader OUTZHOURIT et Nicolas MONTRELAY,
Christelle MARTY, Claudie EVANNO, Christine MEHRING, Véronique VELLET, et
l’équipe technique du site de Vannes.
Merci de m’avoir assisté et apporter de l’aide technique nécessaire à la réalisation de ce
travail.

A Monsieur MABROUKI, Madame ZAHIR, Monsieur ELOUALI, Monsieur
QOUIDER, Monsieur BENGOURAME, Monsieur ELGHMARI.
De leur contribution et échanges qui étaient souvent profitables, je les remercie tous.
A Bouchra MALLOUKI, Fatima HAMADI, Samira BENABDALLAH et Ismaïl
ELKHAMMARI.
Merci pour leur aide et générosité permanente en cas de besoin.
A Philipe DOUZENEL, Adélaïde LEGRAND, Benoît SERIVE, Alla SILKINA, Diane
DEFER, Patrick VINCENT, Alexandra BAZES, Jaouad ABAOUI, Zineb DROUSSI,
Abdelfattah JABRANE, Mustapha MLIJI, Noura FAHIMI, Younes JEDDAR,
Fathallah ABDELLAOUI, Hafida RACHIDI.
La réalisation de ce travail était agréable avec leur présence, conseils et collaborations, mes
remerciements et reconnaissances les plus considérables.
A Fadwa BADRANA, Rajae BIDDA, Soumaya RBIHA, Manal ECHAFII, Asmae
ALINSAFI, Dounia SGUIOIR, Zaara BARHOUMI, Fatima Zahra ROUFID, Rhimou
BOUHLAL.
Merci car vous êtes mes meilleures amies.
A Mes parents, Ma famille, et spécialement Aziza, Faty et Brahim.
Sans leur soutien, ce travail n’aurait jamais été possible.
A Kamal ELKHAMMARI
Pour m’avoir soutenue moralement, pour ses conseils, et son aide dans la rédaction des textes
en arabe.
Merci à ceux que j’ai manqué de citer.

Résumé
Les biofilms se développant dans les canalisations d’eau potable posent un réel problème de santé publique en sus des
phénomènes de corrosion ou de pertes de charges qu’ils occasionnent. Comprendre plus finement les mécanismes qui sous-
tendent l’adhésion bactérienne à un support abiotique permet de développer de nouvelles stratégies de lutte contre les
biofilms.
Notre travail constitue une contribution à la compréhension des mécanismes impliqués dans le processus de bioadhésion aux
canalisations d’eau potable à travers une évaluation des propriétés physico-chimiques (hydrophobicité, caractère acide-base
et charge de surface) et structurales de la membrane bactérienne ainsi que des tests d’adhésion.
L’impact de facteurs environnementaux tels que le pH, la force ionique ou la présence de chlore est étudié, et des
modifications physico-chimiques des propriétés de surface des bactéries sont donc détectées et ont permis de mieux
comprendre le rôle respectif joué par les interactions physico-chimiques non-spécifiques dans le phénomène d’adhésion. Ces
résultats sont complétés par une analyse structurale par la spectroscopie infrarouge qui a révélée l’implication des
constituants membranaire (essentiellement polysaccharidique) dans l’adaptation bactérienne aux changements des conditions
physico-chimiques du milieu.
L’approche théorique XDLVO est comparée aux résultats des tests d’adhésion sur différents supports de canalisations d’eau
potable. Ceci a permis de préciser sa fiabilité à prédire la bioadhésion et les types d’interactions successibles d’intervenir lors
de ce processus.
Finalement, l’adaptation structurale, l’organisation et l’architecture du biofilm développé sous différentes conditions
physicochimiques et hydrodynamiques ont été évaluées en mode « dynamique » grâce à la spectroscopie infrarouge et la
microscopie confocal; des différences sont révélées. Un marqueur précoce de la colonisation est proposé.
MOTS-CLÉS : Biofilms, eau potable, bioadhésion, polysaccharides membranaires, conditions environnementales,
physico-chimie de surface, canalisation.
Summary
The biofilms developed in drinking water pipelines pose a real problem of public health in addition of other corrosion
phenomena or pressure losses. Improving our understanding of the mechanisms which are involved in bacterial adhesion to
abiotic supports, must allow developing new strategies of fight against the biofilms.
Our work constitutes a contribution to the comprehension of the mechanisms implied in the process of bioadhesion to the
drinking water pipelines through the evaluation of the physicochemical surfaces properties (hydrophobicity, acid-base
character and surface charges) and structural characterisation of the bacterial membrane as well as tests of adhesion.
The impact of environmental factors such as the pH, the ionic force or the presence of chlorine is investigated on surface
physicochemical properties of bacteria to allow a better understanding of the respective role played by the non-specific
interactions in the adhesion phenomena. These results are completed by a structural analysis by infrared spectroscopy which
reveals which membrane components are primarily implicated in the bacterial adaptation to the physicochemical changes of
the medium.
Attempts to correlate the theoretical approach “XDLVO” to the results of adhesion tests on various supports of drinking
water pipelines are performed. This allows evaluating its efficacy to predict the bioadhesion and the types of interactions
implicated during this process.
Finally, the structural adaptation, the organization and the architecture of the biofilm developed under various physico-
chemical and hydrodynamic conditions are evaluated in “dynamic mode” by infrared spectroscopy and confocal microscopy.
This dynamic study allows proposing an early marker of colonisation which could help in the water networks monitoring.
KEYWORDS: Biofilms, drinking water, bioadhesion, membrane polysaccharides, environmental conditions, surface
physico-chemistry, pipes.