Stage - DLST

Université Joseph Fourier
Département de Licence Science et Technologie
Rapport de Stage
« Evaluation de l’influence de l’hydrodynamique à l’échelle locale
sur la croissance et la structure des biofilms à travers le
traitement des images et de la reconstitution 3D. »
Marielle EL KAZZY
Laboratoire d’accueil : laboratoire des écoulements géophysiques et industriels (LEGI)
Directeur du laboratoire : M. Achim WIRTH
Responsable du stage : Mme. Zhujun HUANG
Licence mécanique-1ère année- Parcours science pour l’ingénieur
Année universitaire : 2014-2015

Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier l’université joseph Fourier et particulièrement Mme. Patricia
Cajot de m’avoir donnée cette magnifique opportunité pour découvrir le monde de la recherche
dès ma première année de licence.
Je voudrai remercier également le directeur du laboratoire Mr. Achim Wirth de m’avoir
accueilli au sein du L.E.G.I qui est l’un des meilleurs laboratoires de Grenoble.
Je tiens à remercier infiniment ma responsable de stage Mme. Zhujun Huang pour sa
disponibilité son aide et pour tous ses conseils enrichissants.
Et pour finir je remercie chaleureusement Ana Meideros doctorante au L.E.G.I de m’avoir
accompagné et guidé tout au long du stage, de m’avoir beaucoup aidé dans la rédaction de ce
rapport et pour la confiance qu’elle m’a accordée malgré mon manque d’expérience.
MERCI…

Sommaire
I- Introduction.....……………………………………………………………………………....2
II- A propos du LEGI………………………………………………………………………….3
III- La partie expérimentale
a) la Bactérie Pseudomonas Putida 6521………………………………………………..5
b) Système gravitaire et chambre d’écoulement ………………………………………..6
c) prise d’images au microscope confocal……………………………………………...10
IV- Le traitement des images (Matlab et image j)……………………………………………11
V- mesure des paramètres structuraux
a) Fraction volumique et graphe 2D……………………………………………………12
b) Réalisation de graphe 3D……………………………………………………………13
VI- Conclusion …………………………………………………………………………….…14
ANNEXE 1 : images originales et images traitées
ANNEXE 2 : le biofilm en 3D
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I- Introduction :
La biofiltration est un procédé d’épuration qui consiste à traiter l’eau par des microorganismes
(bactéries, champignons…) attachés à un lit de matériaux (comme du sable, du gravier, des
billes de verre etc…) et qui forme ce qu’on appelle un biofilm.
Ce procédé de dépollution biologique simple à mettre en œuvre possède de nombreux avantages
: peu de sous-produit, faible production de boues, adaptation à des polluants émergeants etc...
Or l’optimisation de ce procédé nécessite la mise au point de modèles prédictifs pour
caractériser ce système (c’est-à-dire qu’on ne connait pas les conditions optimal du
développement d’un biofilm et on ne peut pas prédire sa structure ou sa forme.) Cependant,
celui-ci est difficile à modéliser car il existe de forts couplages entre les mécanismes physiques,
biologiques et chimiques en effet la croissance du biofilm va dépendre de nombreux facteurs
tel que le débit de l’eau, la concentration de polluants, le système d’écoulements etc….
L'objectif de cette étude consiste à mettre au point une méthodologie pour étudier l'influence
des paramètres hydrodynamiques sur le développement du biofilm mono espèce
Pseudomonas Putida à l'échelle local. Pour cela, des biofilms sont développés dans une micro
chambre d’écoulement et ensuite observés sous microscope confocal à l’aide de marqueurs
fluorescents. Des images 2D sont prises en plusieurs positions puis sont utilisées pour
effectuer une reconstruction 3D du biofilm et évaluer des paramètres tels que la fraction
volumique, l’aire interfaciale ...
Mon travail consistait à traiter les images prises aux microscopes confocal à l’aide d’un logiciel
informatique adapté : Matlab, pour ensuite les analyser et en tirer les différentes informations
déjà citées.
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II- A propos du LEGI
Le Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels
(LEGI) est un laboratoire de recherche publique de l’Université de
Grenoble . C’est une Unité Mixte de Recherche (UMR 5519)
commune au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS),
à l’Université Joseph Fourier (UJF) et à l’Institut National
Polytechnique de Grenoble (Grenoble-INP), qui rassemble plus de
180 personnes dont 70 permanents et autant de doctorants et post-
doctorants.
Le laboratoire se trouve sur le domaine universitaire à saint Martin
d’Hères.
Les équipes :
Le LEGI comporte principalement quatre équipes de chercheurs :
 L’équipe EDT: écoulements diphasiques et turbulences (dans laquelle j’ai travaillé)
L’équipe EDT se concentre principalement sur l’étude de systèmes modèles, comportant un
nombre restreint de paramètres de contrôle, avec l’objectif d’identifier et de caractériser des
mécanismes fondamentaux comme par exemple le sujet de mon stage où on étudie l’influence
de l’hydrodynamique à l’échelle locale sur la croissance des biofilms.
 L’équipe Energétique :
Cette équipe se consacre à l’étude expérimentale et théorique de phénomènes ou procédés
thermiques en lien avec l’industrie ou l’habitat. Leurs principaux domaines d’études sont : le
changement de phase, les machines hydrauliques et le stockage de l’énergie.
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