Structuration morphologique et microbiologique des biofilms multi-espèces : de l’adhésion au biofilm mature

Les biofilms constituent un mode de vie microbien extrêmement répandu, aussi bien en milieu naturel que dans les environnements anthropisés. Dans ce dernier cas, les structures morphologique et microbiologique du biofilm vont conditionner son impact sur le système, que cet impact lui soit bénéfique ou préjudiciable. L’objectif de cette thèse est d’approfondir notre connaissance des phénomènes de structuration du biofilm afin, à terme, d’optimiser les performances de procédé. Afin de représenter au mieux les conditions industrielles, des régimes d’écoulement turbulents et des consortia microbiens complexes ont été utilisés. Une première partie se focalise sur l’impact des forces de cisaillement sur l’adhésion microbienne. Les résultats démontrent un changement progressif de la flore bactérienne fixée et de sa distribution spatiale. Dans un second temps, le projet s’est intéressé aux étapes de développement du biofilm et ont permis d’identifier un effet mémoire du biofilm mature. Il s’agit d’une conservation des structures morphologique et microbiologique au cours du temps en dépit d’un changement de régime hydrodynamique. Enfin la dernière partie a consisté en la mise au point d’une méthode de quantification des prédateurs mobiles dans les biofilms. Ces prédateurs participent à la structuration du biofilm et leur quantification peut s’avérer utile dans le contexte de l’épuration des eaux.

Biofilms are a biological mode of life widely spread in both natural and engineered environments. In the last case, whether the biofilm is beneficial or detrimental for the process under consideration, both morphology and microbial community of the biofilm determine its impact. The objective of this thesis is to deepen our knowledge of biofilm structuring and, as a further goal, optimize a given process. Turbulent flows and multi-species consortia were used in order to better mimic industrial conditions. The first part of the project focused on the impact of shear stress on microbial adhesion. Results have demonstrated a gradual shift in bacterial communities with shear and a change in the spatial distribution of adhered microorganisms. Secondly, the work dealt with biofilm development. A memory effect, defined as the conservation of initial morphological and microbiological features despite a change in the environmental conditions, has been observed. Finally, a method for quantification of moving predators in mature biofilms has been developed. These predators actively shape the biofilm and their quantification is valuable, especially for wastewater treatment.