DENITRIFICATION BIOLOGIQUE DES EFFLUENTS URBAINS PAR LA BACTERIE

La respiration des nitrates

        Il existe deux types de bactéries qui peuvent pratiquer la respiration des nitrates.
Les bactéries chimio-lithotrophes Quelques bactéries chimio-lithotrophes comme Thiobacillus dénitrificans sont capables de réduire les nitrates à l’état d’azote moléculaire[1, 18].
Les bactéries hétérotrophes En absence d’oxygène moléculaire, ces bactéries peuvent utiliser les nitrates comme accepteur final d’électron en les réduisant jusqu’au stade diazote. Pour leur développement, ces bactéries exigent des substrats carbonés facilement biodégradables comme l’éthanol, le méthanol, l’acétate… et une source de phosphore [3, 4, 39, 41].
Exemple: certains genres de Pseudomonas

La culture sur milieu HAJNA-KLIGLER

Principe Sur ce milieu, 4 caractères peuvent être étudiés en même temps:
• La fermentation du glucose : La fermentation du glucose provoquer une diminution du pH qui se traduit par le virage au jaune du rouge de phénol
• La production de gaz : La production des gaz (CO2, H2) au cours de la fermentation du glucose entraînner l’apparition de bulles ou de poches gazeuses
• L’utilisation du lactose : Deux enzymes sont impliquées dans l’utilisation du lactose. La Lac-perméase peut être détectée par le virage de la moitié supérieure du milieu en jaune si la réaction est positive. La ß-galactosidase est déterminée par le test à l’ONPG qui est un analogue structural du lactose. Le virage au jaune du disque à l’ONPG mis en contact avec des suspensions de culture sur milieu HAJNA- KLIGLER (voir annexe II) dans de l’eau stérile traduit comme une réaction positive.
• La production de H2S : La thiosulfate réductase est une enzyme qui catalyse la réaction de transformation du sulfate inorganique en sulfure d’hydrogène. En présence de fer, la formation de sulfure de fer provoque le noircissement du milieu.
Méthode Le mileu HAJNA KLIGLER, incliné dans des tubes vissés, sont ensemencés par piqûre centrale et par stries serrées. L’incubation est faite dans une étuve à 30°C.

Nature du substrat carboné et dénitrification

             Les résultats montrent que l’éthanol peut être utilisé comme substrat carboné pour avoir une meilleure croissance bactérienne et ainsi une vitesse de dénitrification élevée. BRAULT en 1987 a noté que l’utilisation d’un substrat facilement biodégradable comme l’éthanol est nécessaire pour obtenir une dénitrification poussée [4]. Ainsi, la dénitrification en discontinue par Pseudomonas aeruginosa avec les différentes sources de carbone a permis de dégager les points suivants :
– La nature du substrat carboné influe sur la croissance bactérienne ainsi que sur la dénitrification
-La vitesse de dénitrification maximale θmax est égale à 4,4 mg/l/h/g de MV. Elle est obtenue avec l’éthanol. Pour les autres substrats, elles sont de 2,72 mg/l/h/g de MV pour l’effluent urbain brut et de 4,06 mg/l/h/g de MV pour l’acétate.

Le pH et la dénitrification

         Nous avons constaté que le pH influe sur la dénitrification et la croissance bactérienne. Pour le pH inférieur à 5, la croissance bactérienne reste faible, ainsi que la dénitrification. Elle augmente avec le pH et atteint son maximum pour un pH de 7,5 auquel correspond une vitesse spécifique maximale de dénitrification θmax égale à 4,5 mg/l/h/g de MV. Au dèla de cette valeur du pH, une légère diminution de la croissance et de la dénitrification est remarquée. Les figures 31et 32 montrent que la dénitrification par Pseudomonas aeruginosa a un optimum de pH aux alentours de 7,5. Quand le pH est faible, il peut y avoir ionisation des divers groupements fonctionnels des protéines bactériennes entre autres les enzymes impliquées dans la dénitrification et les bactéries peuvent être stressées. La vitesse de ses réactions biologiques restent plus faibles, de même pour les pH élevés. DAVIES et PRETORIUS en 1975 ont montré que la dénitrification à une température environ de 30°C a un optimum de pH entre 7 et 8,2 ce qui confirme le pH 7,5 que nous avons obtenu [41]. Ces résultats permettent de dégager les points suivants:
-Le pH a une influence sur la dénitrification
-L’optimum du pH de dénitrification est environ de 7,5

CONCLUSION ET PERSPECTIVES

            Cette étude nous a permis de nous familiariser aux diverses techniques de culture bactérienne et de traitement des effluents. Les résultats obtenus ont montré que la dénitrification biologique par voie bactérienne des effluents urbains d’Antananarivo est tout à fait possible et positive. Trois paramètres physico-chimiques ont été optimisés en utilisant la souche de Pseudomonas aeruginosa: la concentration en substrat carboné du milieu, le pH et la température dont les valeurs optimales sont respectivement 1%, 7,5 et 27,5°C. Dans ces conditions, nous avons pu obtenir un rendement pratique d’élimination des nitrates supérieur à 95%. Bien que les résultats obtenus soient encore préliminaires, ils sont encourageants et pourraient être améliorés. Dans nos perspectives d’avenir, nous nous proposons d’améliorer le rendement d’élimination des nitrates de 95% et d’écourter le temps d’élimination par:
•l’étude des autres paramètres physico-chimiques comme la concentration en oxygène dissous, l’agitation…
•l’étude de la dénitrification en système continu
•la fixation des cellules sur support d’immobilisation pourrait être envisagée.

Table des matières

INTRODUCTION
RESUME BIBLIOGRAPHIQUE
I Généralités sur les nitrates
I-1 Les nitrates
I-2 L’origine des nitrates dans l’eau
I-3 Les effets des nitrates dans l’eau
I-1-3-1 Les effets des nitrates dans l’eau de consommation
I-1-3-2 Les effets des nitrates dans les eaux résiduaires
I-4 Normes pour les nitrates
II L’élimination des nitrates dans l’eau
II-1 Les procédés physico-chimiques
II-2 Les procédés biologiques
II-2-1 L’élimination des nitrates par les algues, par les champignons et par les végétaux supérieurs
II-2-2 L’élimination des nitrates par les bactéries
II-2-2 1 La respiration nitrate ou dénitrification
II-2-2-1-1 La dénitrification par les bactéries chimio-lithotrophes
II-2-2-1-2 La dénitrification par les bactéries hétérotrophes
III Les Pseudomonas
III-1 Taxonomie
III-2 Morphologie et cytologie
III-3 Les caractères culturaux des Pseudomonas
IV La dénitrification par la bactérie Pseudomonas
IV-1 Mécanisme mis en jeu
IV-2 Les différents facteurs qui conditionnent la dénitrification
MATERIELS ET METHODES
I Les effluents urbains d’Antananarivo
I-1 Le prélèvement des effluents
I-2 La conservation des échantillons
I-3 La caractérisation des échantillons
II Les souches bactériennes
II-1 L’isolement et la purification des souches
II-1-1 L’isolement des souches
II-1-2 La purification des souches
II-2 La conservation des souches
II-3 L’identification des souches
II-3-1 L’étude des caractères culturaux
II-3-1-1 Culture sur MCS
II-3-1-2 Culture sur MCL
II-3-2 L’étude des caractères morphologiques
II-3-2-1 L’examen à l’état frais
II-3-2-2 L’examen après coloration GRAM
II-3-3 L’étude des caractères biologiques
II-3-3-1 Mobilité
II-3-3-2 Type respiratoire
II-3-3-3 Mise en évidence des enzymes respiratoires
II-3-3-3-2 Oxydase
II-3-3-3-1 Catalase
II-3-4 L’étude des caractères liés au métabolisme
II-3-4-1 L’utilisation des sucres
II-3-4-2 La réaction catabolique
II-3-4-2-1 L’hydrolyse de la gélatine
II-3-4-2-2 La réduction des nitrates
II-3-5 L’étude des caractères biochimiques
II-3-5-1 La culture sur milieu HAJNA-KLIGLER
II-3-5-2 La culture sur milieu CITRATE de SIMMONS
II-3-5-3 La culture sur milieu UREE-INDOLE
II-3-5-4 La culture sur milieu de KING
II-3-5-5 Mise en évidence de la dénitrification
III L’optimisation de la dénitrification en culture discontinue
III-1 La culture discontinue
III-2 Milieu de culture
III-3 Préculture
III-4 Dénitrification
III-4-1 Description de l’incubateur
III-4-2 Méthodes analytiques
III-4-2-1 La technique d’évaluation des populations bactériennes
III-4-2-2 La détermination de la concentration en nitrate
RESULTATS ET DISCUSSION
I Les caractères des échantillons d’effluents urbains d’Antananarivo
II Les souches bactériennes
II-1 L’isolement des souches
II-2 La purification des souches
II-3 La conservation des souches
II-4 L’identification des souche
II-4-1 Les caractères culturaux des souches
II-4-2 Les caractères morphologiques des souches
II-4-3 Les caractères biochimiques et biologiques des souches
II-5 Discussion
III Les effets des différents paramètres physico-chimiques sur la dénitrification par la souche de Pseudomonas aeruginosa en culture discontinue
III-1 L’influence de la nature et de la concentration du substrat carboné sur la dénitrification
III-1-1 L’influence de la nature du substrat carboné sur la dénitrification
III-1-2 L’influence de la concentration en substrat carboné sur la dénitrification
III-2 L’influence du pH sur la dénitrification
III-3 L’influence de la température sur la dénitrification
CONCLUSION ET PERSPECTIVE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXE

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