Soutenance mémoire
Le problème de la pollution des eaux est l’un des aspects les plus menaçants de la dégradation du milieu naturel. La pollution de l’eau notamment par les bactéries, entraîne plusieurs conséquences sur la santé de l’Homme, par absorption accidentelle, ou par un simple contact. De ce fait l’Homme parait la principale victime de la pollution de l’eau. La contamination de l’eau par des bactéries vient des matières fécales ; les déchets de l’Homme et des animaux contiennent habituellement des organismes pathogènes, qui vivent dans leurs tubes digestifs à l’état commensal qui sont susceptibles de contaminer l’eau. Bien que la majorité des germes bactériens, rejetés dans le milieu, ne résistent pas longtemps hors de leur milieu d’origine, leur présence saisonnière dans les aquatiques ou les cours d’eau utilisés comme ressource en eau potable, ou dans les rivières et les plans d’eau aménagés pour la baignade, sont à l’origine de divers problèmes épidermiques, oculaires ou intestinaux [1].
Dans la majorité des pays en développement, les maladies hydriques sont les principales causes de mortalité. Selon un rapport de l’OMS, au moins un sixième de la population mondiale (1.1 milliard de personnes) soufre d’un manque d’eau potable. La diarrhée est une maladie provoquée le plus souvent par la consommation d’eau polluée, et est responsable de 1.8 millions de décès chaque année, dont la majorité sont des enfants de moins de cinq ans [2,3]. Dans la pratique, il existe une panoplie de produits biocides, dont les modes d’actions et les efficacités respectives sont mal connues ou peu élucidées. Les doses optimales préconisées dans les traitements prêtent souvent à controverse. Les désinfections de l’eau par des procédés chimiques tels que le chlore, les chloramines et l’ozone possèdent comme inconvénient, la formation involontaire de produits potentiellement dangereux [4]. De plus, certains organismes pathogènes, sont capables de développer une résistance aux désinfectants chimiques classiques, ce qui implique l’utilisation des concentrations élevées pour l’inactivation totale [5]. De ce fait, il s’avère nécessaire de développer les techniques de désinfection conventionnelles et de rechercher des approches novatrices qui améliorent la fiabilité de la désinfection, tout en évitant la formation de sous-produits. Par ailleurs, il a été démontré que divers nanomatériaux fabriqués par la nature ou par l’homme ont des propriétés antimicrobiennes [6,7]. Les nanomatériaux ont des propriétés remarquables comme, la surface spécifique importante et la grande réactivité, c’est pourquoi ils sont considérés comme d’excellents adsorbants, catalyseurs, et capteurs. Les nanomatériaux antimicrobiens sont des oxydants relativement faibles et presque inertes dans l’eau, comparés aux désinfectants chimiques classiques. Ceci leur confère la propriété d’être moins réactifs, pour former des sous-produits nocifs [8]. Ils peuvent améliorer les méthodes de désinfection conventionnelles ou les remplacer, s’ils sont convenablement employés dans les processus de traitements [9].
Les Bactéries
Les bactéries sont des organismes microscopiques et procaryotes c’est à dire sans noyau, pour la plus part monocellulaires. Leur dimension est de l’ordre du micromètre (0.5- 5µm). Elles présentent de nombreuses formes : sphériques (coques), allongées ou en bâtonnets (bacilles), des formes plus ou moins spiralées. Elles peuvent être saprophytes ou parasites [1]. Les bactéries sont constituées d’une paroi, parfois une capsule, qui aide à contrôler le passage des nutriments vers l’intérieur et des déchets vers l’extérieur, et possédant un ou plusieurs flagelles qui leur permettent de se déplacer et de percevoir leur environnement. Elles sont entourées d’une membrane cytoplasmique et contiennent tous les éléments nécessaires à leur reproduction. Ainsi les bactéries comportent une unique molécule d’ADN circulaire, libre dans la cellule, des pilis, des plasmides et des ribosomes .
Escherichia coli
Description générale
Escherichia coli (E. coli) (Figure I.1.2) a été découverte pour la première fois en 1885 par l’Allemand Theodor Escherich dans des selles de nourrissons. Elle est fréquemment présente dans le tube digestif de l’Homme et des animaux à sang chaud [3]. La plupart des souches de E.coli ne sont pas dangereuses, cependant certaines peuvent être à l’origine de toxiinfections alimentaires graves qui se traduisent par une diarrhée sanguinolente. Ainsi elles peuvent entrainer des gastro entérites, infections urinaires, méningites, ou septicémies. Plus de deux millions de décès dus aux diarrhées infantiles et aux infections extra intestinales causés par la E. coli sont enregistrés chaque année, essentiellement les septicémies ayant pour point de départ une infection urinaire [4, 5]. La E. coli est parmi les espèces les plus souvent rencontrées en pathologie humaine intestinale et extra-intestinale [6].
Malgré que les infections alimentaires soient la cause de la plupart des contaminations [7], il existe d’autres sources de contamination comme les eaux de distribution non chlorées, les eaux de piscine et les eaux de puits [8-11]. Dans les réseaux de distribution de l’eau potable la E. coli est un indicateur de contamination fécale récente ce qui conduit à la présence possible de pathogènes entériques présentant un risque pour la santé humaine. Ceci a conduit l’OMS et la majorité des pays de recommander que la présence de E. coli dans un réseau d’eau potable doit être nulle dans 100mL .
Habitat
L’habitat primaire de E.coli est le tractus digestif et principalement dans le colon et le cæcum avec une concentration supérieure à 10⁶ UFC (Unité Formant Colonie)/ g de contenu [12]. Plus particulièrement E. coli se pose dans le mucus recouvrant les cellules épithéliales de la paroi du tube digestif. Elle se trouve aussi en abondance dans l’environnement (eaux, sols) et dans les aliments. Elle est rejetée dans l’environnement à une concentration près de 10⁸ UFC/g [13]. L’environnement constitue l’habitat secondaire des E. coli ; il est contrairement à l’habitat primaire plutôt défavorable à leur survie. La population de E. coli dans l’habitat secondaire se renouvelle par les apports de bactéries provenant de l’habitat primaire. Une minorité de E. coli est capable de coloniser et de persister dans l’environnement hors de son hôte [14].
Morphologie
E.coli est une espèce en forme de bâtonnets qui appartient à la famille des entérobactéries. C’est un type de coliforme fécal, généralement commensal, présent dans les déchets d’origine animale ou humaine. C’est un Bacille Gram négatif, possédant une taille de (1–1.5 × 2–6 μm), aéro-anaérobie facultatif, oxydase négatif, nitrate positif et qui a l’aptitude de fermenter le glucose [15]. Elle est non halophile et ne possède pas d’oxydase. Ainsi elle est mobile ou immobile et a une structure flagellaire péritriche et non-sporulée. Elle se reproduit toutes les 20 minutes très rapidement à 37°C, ce qui permet de multiplier facilement de l’ADN ou des protéines d’intérêt. C’est une bactérie non exigeante, capable de croître sur des milieux ordinaires tels que le milieu TSA (trypticase-caséine-soja). Ainsi elle est capable de fermenter le lactose, produire de l’indole et possède différentes enzymes telles que la lysine décarboxylase (LDC), l’ornithine décarboxylase (ODC) et la glucuronidase( Glu).
Pseudomonas aeruginosa
Description générale
En 1872 Schroter, a décrit pour la première fois une bactérie susceptible de générer un pigment bleu hydrosoluble dans le pus et sur des pommes de terre bouillies, et l’a appelé Bacteriumaeruginosum. Cette bactérie est le Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) [17]. Dix ans plus tard ; Gessard a réalisé l’isolement bactérien et l’a nommé Bacillus pyocyaneus. Ce nom a été conservé jusqu’aux années 60 [18].
Habitat
P. aeruginosa est rattaché à la partie aquatique et son habitat est extrêmement diversifié, suivant la distribution de l’eau dans un grand nombre de niches écologiques : mer, rivières, réseaux domestiques [19]. Il peut se trouver également d’une manière provisoire dans le tube digestif de la plupart des animaux. En effet il a l’aptitude de s’adapter aux changements rapides de conditions physicochimiques et à ses facteurs de virulence, qui lui permettent de lutter efficacement contre les autres micro-organismes pour accéder aux ressources [20,21]. Dans la nature, P. aeruginosa existe souvent sous forme de biofilm, et rarement sous forme planctonique. La forme biofilm lui permet de mieux résister aux stress physicochimiques environnementaux (température, dessiccation, pH…) mais aussi aux agressions extérieures (amibes, polynucléaires neutrophiles…..).
Morphologie
P. aeruginosa est un bacille Gram négatif d’une longueur de 1.5 à 3μm. Il possède des pilis et un flagelle unipolaire, qui assure sa mobilité et lui permettant ainsi de se déplacer en milieu liquide. En l’absence d’oxygène, il utilise le nitrate comme accepteur final d’électron dans sa chaine respiratoire. Sa multiplication est assurée par division qui se déroule à une température optimale de 37°C, avec un temps de dédoublement in vitro de 40 minutes .
P. aeruginosa peut pousser sur différents milieux sous forme de colonies lisses, d’une couleur verdâtre et d’une odeur caractéristique. Au cours de la croissance en milieu liquide, il secrète la pyocyanine qui va teinter le milieu de culture en vert .
Staphylococcus aureus
Description générale
En 1880, le chirurgien écossais Alexander Ogston est le premier qui à isoler les staphylocoques à partir d’abcès et d’autres lésions cutanées. En 1881, il décrivit comme la première espèce de staphylocoques en la nommant staphylococcus aureus (S. aureus). Les S. aureus sont des germes ubiquistes qui peuvent faire partie de la flore cutanéomuqueuse de l’Homme et de l’animal ou être véhiculés par des porteurs sains. Ils sont secondairement disséminés dans l’environnement, vraisemblablement par les squames et les poils, et y persistent du fait de leur résistance à la dessiccation, aux variations de température et au choc osmotique. Lorsque la barrière cutanéo-muqueuse est lésée ou lorsque les défenses de l’hôte sont amoindries, ces germes provoquent des infections cutanées, osseuses, viscérales voir des septicémies. Lorsque les mesures d’hygiène ne sont pas respectées et lorsque les patients ne sont pas isolés dans les hôpitaux, les S. aureus provoquent de véritables infections épidémiques. Ces germes peuvent aussi persister d’une manière endémique, ce qui entraîne une prévalant élevée des infections en milieu hospitalier (infections dites nosocomiales). Leur gravité est liée à la sévérité des symptômes et aux difficultés thérapeutiques en raison de la multi résistance aux antibiotiques des germes responsables de ces infections.
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Table des matières
Introduction
Références bibliographiques
Chapitre I. Etude bibliographique
I.1 Les Bactéries
I.1.1 Escherichia coli
I.1.1.1 Description générale
I.1.1.2 Habitat
I.1.1.3 Morphologie
I.1.2 Pseudomonas aeruginosa
I.1.2.1 Description générale
I.1.2.2 Habitat
I.1.2.3 Morphologie
I.1.3 Staphylococcus aureus
I.1.3.1 Description générale
I.1.3.2 Habitat
I.1.3.3 Morphologie
I.2 Les différentes méthodes de traitements des eaux contaminées
I.2.1 Traitement par le chlore et ses dérivés
I.2.2 Traitement par les chloramines organiques
I.2.3 Traitement par les métaux
I.2.4 Traitement par oxydation chimique
I.2.5 Traitement par processus d’oxydation avancée (PsOA)
I.2.6 Traitement par sonorité
I.2.7 Traitement par le froid
I.2.8 Traitement par pression hydrostatique
I.2.9 Traitement par variation du pH
I.2.10 Traitement par l’ozone
I.2.11 Traitement par l’iode
I.2.12 Traitement par le permanganate de potassium
I.2.13 Traitement par la chaleur
I.2.14 Traitement par radiation ionique
I.2.15 Traitement par radiation ultraviolet (U.V)
I.2.16 Traitement par le peroxyde d’hydrogène
I.2.16.1 Définition
I.2.16.2 Historique
I.2.16.3 Propriétés physiques
I.2.16.4 Propriétés chimiques
I.2.16.5 Utilisation du peroxyde d’hydrogène
I.2.16.6 Activité biocide
I.2.16.7 Décontamination de l’eau par le peroxyde d’hydrogène
I.3 Les nanoparticules de ZnO
I.3.1 Généralités sur le Zinc
I.3.2 Propriétés structurales de l’oxyde de zinc
I.3.3 Utilisation de l’oxyde de zinc
I.3.4 Définition des nanoparticules
I.3.5 Propriétés caractéristiques des nanoparticules
I.3.6 Utilisation des nanoparticules de ZnO
I.3.7 Méthodes de préparation des nanoparticules de ZnO
I.3.7.1 La voie chimique
I.3.7.1.1 Méthode sol-gel
I.3.7.1.2 Méthode de synthèse chimique à basse température
I.3.7.1.3 Méthode de microémulsion
I.3.7.1.4 La mécanosynthèse
I.3.7.1.5 Méthode par précipitation
I.3.7.1.6 Synthèses par voie organométallique
I.3.7.1.7 Synthèse par voie polyol
I.3.7.2 La voie physique
I.3.7.2.1 Les méthodes de condensation de vapeur
I.3.7.2.2 L’évaporation thermique
I.3.7.2.3 La méthode sputtering
I.3.7.2.4 La méthode de pyrolyse par jet
I.3.7.2.5 Décomposition thermochimique ou par flamme de précurseurs organométalliques
I.4 Les films nanostructurés de ZnO
I.4.1 Utilisation des films nanostructurés de ZnO
I.4.2 Préparation des films nanostructurés de ZnO
I.4.2.1 La méthode sol-gel (solution-gélification)
I.4.2.2 Ablation laser
I.4.2.3 Spray Pyrolyse
I.4.2.4 Spin-coating
I.5 Les nanoparticules du sulfure de zinc
I.5.1 Généralités sur le sulfure de zinc
I.5.2 Utilisation des nanoparticules de ZnS
Références bibliographiques
Chapitre II . Techniques et méthodes expérimentales
II.1 Traitement biocide par le peroxyde d’hydrogène
II.1.1 Dosage du peroxyde d’hydrogène
II.1.2 Préparation des souches bactériennes
II.1.2.1 Souches utilisées
II.1.2.2 Préparation des milieux de culture
II.1.2.3 Activation de la souche bactérienne
II.1.2.4 Préparation de la solution bactérienne à 0,5 de D.O
II.1.2.5 Spectroscopie UV-Visible
II.1.3 Effet biocide de H2O2 sur les différentes bactéries
II.1.4 Dénombrement des bactéries par comptage des Unités Formant Colonie (UFC)
II.2 Traitement biocide par les films nanostructurés de ZnO
II.2.1 Synthèse des nanoparticules de ZnO et ZnS
II.2.2 Préparation des films nanostructurés de ZnO
II.2.3 Diffraction des rayons X (DRX)
II.2.4 Microscopie électronique à transmission (MET)
II.2.5 Microscopie électronique à balayage (MEB)
II.2.6 Appareil de mesure de l’angle de contact (DIGIDROP)
II.2.7 Etude de l’effet biocide des films nanostructurés de ZnO
II.2.8 Méthode de la spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE)
II.2.8.1 Montage et conditions expérimentales
Références bibliographiques
Chapitre III . Résultats et discussion
III.1.1 Effet biocide de H2O2 sur la bactérie E. coli
III.1.1.1 Effet biocide de H2O2 aux faibles concentrations sur les E.coli durant 900s
III.1.1.2 Effet biocide de H2O2 à 500ppm sur les E.coli en fonction de différents temps de contact
III.1.1.2.1 Influence du temps de contact de 2h et 3 h
III.1.1.2.2 Influence du temps de contact de 6h
III.1.1.2.3 Influence du temps de contact de 7 h
III.1.1.3 Effet biocide de H2O2 à 1000ppm sur les E.coli durant 5 h
III.1.1.4 Effet biocide de H2O2 à 1500ppm sur les E.coli durant 6 h
III.1.1.5 Effet biocide de H2O2 à 2500ppm sur les E.coli durant 6 h
III.1.1.6 Effet biocide de H2O2 à 3500ppm sur les E.coli durant 6 h
III.1.2 Effet biocide de H2O2 sur la bactérie P. aeruginosa
III.1.2.1 Effet biocide de H2O2 à 500ppm sur les P. aeruginosa durant 6h
III.1.2.2 Effet biocide de H2O2 à 1500ppm sur les P. aeruginosa durant 6h
III.1.2.3 Effet biocide de H2O2 à 2500ppm sur les P. aeruginosa durant 6h
III.1.2.4 Effet biocide de H2O2 à 3500ppm sur les P. aeruginosa durant 6h
III.1.3 Effet biocide de H2O2 sur la bactérie S. aureus
III.1.3.1 Effet biocide de H2O2 à 500 ppm sur les S. aureus durant 6h
III.1.3.2 Effet biocide de H2O2 à 1500 ppm sur les S. aureus durant 6h
III.1.3.3 Effet biocide de H2O2 à 2500 ppm sur les S. aureus durant 6h
III.1.3.4 Effet biocide de H2O2 à 3500 ppm sur les S. aureus durant 6h
Conclusion
