Development of a reliable extraction method for the recovery of total genomic DNA from woodchip colonizing biofilm involved in gas biofiltration

[Abstract] This preliminary study focused on a critical step for the characterization of microbial ecosystem involved in biofiltration. Two aspects of nucleic acid recovery were explored: (i) cell dispersion (three methods tested) and (ii) total DNA extraction (four methods tested). The objective is to select the optimal combination of desorption/extraction methods, allowing subsequent molecular investigations to be reliable. Three relevant criteria are used to assess extraction efficiency: DNA amount and purity, and subsequent amplification feasibility

Amélioration de la compréhension des mécanismes de rouissage en champs des tiges de chanvre : vers la recherche d’indicateurs pour le développement de biocomposites.

National audienc

Biodétérioration et Entretien des Ouvrages

International audienceLa biodétérioration/biocorrosion/corrosion microbienne est le résultat d’interactions entre le matériau, le milieu extérieur (environnement) et les microorganismes généralement présents sous forme de biofilm. Les mécanismes de biocorrosion sont multifactoriels, complexes et les moyens de lutte contre ce fléau doivent être adaptés au cas par cas. Le développement et l’amélioration de moyens de lutte contre ce fléau ne peuvent donc être menées à bien qu’au fruit d’une collaboration intensive entre les différentes disciplines impliquées : métallurgie, chimie, électrochimie, microbiologie, biochimie...Les techniques d’analyse qui facilitent le suivi de l’évolution du biofilm doivent permettre d’agir au moment opportun pour lutter contre sa formation. De plus, la prédiction comme l’étude des phénomènes liés à la corrosion bactérienne sont importantes non seulement pour mieux appréhender les modifications des surfaces dans ces milieux, mais aussi pour aider les industriels dans le choix des matériaux dont l’enjeu économique est crucial

Amélioration de la compréhension des mécanismes de rouissage en champs des tiges de chanvre : vers la recherche d’indicateurs pour le développement de biocomposites.

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Biodétérioration et Entretien des Ouvrages

International audienceLa biodétérioration/biocorrosion/corrosion microbienne est le résultat d’interactions entre le matériau, le milieu extérieur (environnement) et les microorganismes généralement présents sous forme de biofilm. Les mécanismes de biocorrosion sont multifactoriels, complexes et les moyens de lutte contre ce fléau doivent être adaptés au cas par cas. Le développement et l’amélioration de moyens de lutte contre ce fléau ne peuvent donc être menées à bien qu’au fruit d’une collaboration intensive entre les différentes disciplines impliquées : métallurgie, chimie, électrochimie, microbiologie, biochimie...Les techniques d’analyse qui facilitent le suivi de l’évolution du biofilm doivent permettre d’agir au moment opportun pour lutter contre sa formation. De plus, la prédiction comme l’étude des phénomènes liés à la corrosion bactérienne sont importantes non seulement pour mieux appréhender les modifications des surfaces dans ces milieux, mais aussi pour aider les industriels dans le choix des matériaux dont l’enjeu économique est crucial

Traitement d'éffluents gazeux malodorants issus du secteur industriel du traitement des déchets par voie biologique (étude du couplage lit percolateur/biofiltre)

Le secteur industriel du traitement des déchets génère des émissions gazeuses induisant des nuisances odorantes auprès des populations riveraines des installations. Ces effluents gazeux contiennent une grande diversité de composés volatils : oxygénés (acides gras volatils, cétones, aldéhydes, alcools), azotés et soufrés (hydrogène sulfuré (H2S), diméthylsulfure (DMS), diméthyldisulfure (DMDS) et méthanethiol (MT)). Ces effluents gazeux sont traités par un dispositif approprié que sont les bioprocédés. Néanmoins, les seuils de perception des composés odorants et plus particulièrement ceux des composés soufrés, très bas, obligent à atteindre des efficacités d abattement particulièrement élevées, faute de quoi le résiduel de concentration peut être à l origine d un impact notable sur les populations riveraines. L objectif de cette étude est donc d améliorer les performances de ces procédés biologiques par la mise en oeuvre de filières de traitement. L originalité de ce travail est d évaluer les performances d épuration d un mélange de composés soufrés par la mise en oeuvre du couplage de deux procédés biologiques que sont le lit percolateur et le biofiltre.Le premier résultat de ce travail de thèse a consisté à évaluer l impact du pH sur l activité de dégradation de composés soufrés en mélange (H2S, DMS et DMDS) en mettant en oeuvre des microcosmes. La valeur du pH de la phase aqueuse a une influence sur l efficacité d élimination des DMS et DMDS. Une élimination complète de ces derniers est observée pour une gamme de pH comprise entre 5 et 7. Les performances de ce couplage ont été comparées avec celles observées dans le cas de biofiltres seuls (dupliquats). Après une phase d acclimatation, un fonctionnement stable est maintenu en conditions opératoires stationnaires. Les potentialités du couplage ont été mises en évidence, les niveaux d abattement des DMS et DMDS étant supérieurs (de l ordre de 20%) pour le couplage de bioprocédés. La composante microbiologique a fait l objet d une attention particulière en évaluant les densités de deux populations connues pour dégrader ces composés soufrés (Hyphomicrobium et Thiobacillus thioparus) par q-PCR au sein du biofiltre couplé au filtre percolateur et des biofiltres de référence. Les résultats obtenus mettent en évidence la présence de ces deux populations à des taux élevés (104 copies du gène ADNr-16S/ng ADN extrait pour Thiobacillus thioparus et 104-106 copies du gène ADNr-16S/ng ADN extrait pour Hyphomicrobium). La répartition de ces deux populations est similaire dans les deux cas (couplage et biofiltres seuls).Face à des perturbations représentatives de celles observées sur site, la robustesse du couplage a pu être mise en évidence, les niveaux d efficacité d avant les chocs sont récupérés dans un délai inférieur ou égal à 72 heures après l arrêt de la perturbation. Enfin, une application sur site (équarrissage) a été conduite sur une période de trois mois et a permis de valider les résultats de laboratoire et de montrer l adaptabilité d un tel système face à la variabilité d un effluent réel.Waste treatment industries generate gaseous emissions that may induce odor annoyance to the surrounding populations. These gaseous effluents contain a large variety of volatile compounds such as oxygenated (volatile fatty acids, ketones, aldehydes and alcohols), nitrogen and sulphur compounds (hydrogen sulphide (H2S), dimethylsulphide (DMS), dimethyldisulfide (DMDS) and methanethiol (MT). These gaseous emissions are controlled by using an adequate system such as biotechniques. Nevertheless, because of their very low odor thresholds, complete elimination of sulphur compounds has to be assessed, as the residual concentration can induce an odorous impact on neighbourhood populations. The aim of this study is to improve these bioprocesses performances by carrying out an adequate system strategy. The originality of this work is to evaluate the removal efficiency of a mixture of sulphur compounds by implementing a combination of two bioprocesses and more precisely a biotrickling filter and biofilter.The first step of this PhD. work consisted of evaluating the pH impact on the biodegradation activity of a mixture of sulphur compounds (H2S, DMS and DMDS) by using microcosms. The pH has an impact on the removal efficiency of DMS and DMDS. The total removal of these compounds is observed for a pH range between 5 and 7. The performances of the coupling have been compared with those reached by implementing control biofilters (duplicated). After an acclimatization period, stable performances are maintained under constant operating conditions. The efficiency of the coupling have been highlighted, the DMS and DMDS abatement levels are superior (around 20%) for the bioprocesses combination.The microbiological component has been investigated within all biofilters by estimating the densities of two populations involved in the biodegradation of sulphur compounds (Hyphomicrobium and Thiobacillus thioparus), by using qPCR. The obtained results highlighted the presence of both populations at high level (104 copies of DNAr-16S gene/ng extracted DNA for Thiobacillus thioparus and 104-106 copies of DNAr-16S gene/ng extracted DNA for Hyphomicrobium). The repartition of these two bacterial populations is similar in both cases (coupling system and reference biofilters). Under transient shock load conditions, the robustness of the coupling has been revealed. The efficiency levels before the shock load are recovered 48 hours after the perturbation off. Finally, the monitoring of an on- site pilot (rendering facility) has been carried out during three months. The laboratory results have been confirmed and the suitability of such a system has been showed under industrial gas variability.NANTES-ENS Mines (441092314) / SudocSudocFranceF

Investigation of Removal Capacities of Biofilters for Airborne Viable Micro-Organisms

New emerging issues appears regarding the possible aerosolization of micro-organisms from biofilters to the ambient air. Traditional bioaerosol sampling and cultural methods used in literature offer relative efficiencies. In this study, a new method revolving around a particle counter capable of detecting total and viable particles in real time was used. This counter (BioTrak 9510-BD) uses laser-induced fluorescence (LIF) technology to determine the biological nature of the particle. The concentration of viable particles was measured on two semi-industrial pilot scale biofilters in order to estimate the Removal Efficiency in viable particles (REvp) in stable conditions and to examine the influence of pollutant feeding and relative humidification of the gaseous effluent on the REvp. The REvp of biofilters reached near 80% and highlighted both the stability of that removal and the statistical equivalence between two identical biofilters. Pollutant deprivation periods of 12 h, 48 h and 30 days were shown to have no influence on the biofilters’ removal capacity, demonstrating the robustness and adaptation capacities of the flora. In contrast, a 90-day famine period turned the biofilters into emitters of viable particles. Finally, the humidification of the effluent was shown to negatively influence the removal capacity for viable particles, as drying off the air was shown to increase the REvp from 60 to 85%

Influence of field retting duration on the biochemical, microstructural, thermal and mechanical properties of hemp fibres harvested at the beginning of flowering

International audienc

A Comparative Study of the Effect of Field Retting Time on the Properties of Hemp Fibres Harvested at Different Growth Stages

International audienceIn this study, the comparison of field retting of hemp fibres harvested at different growth stages (beginning and end of flowering, seed maturity) was studied. Regardless of the harvest period, identical evolution of the fibres' properties was observed during retting. The main difference is the kinetics of this transformation, which depend on weather conditions and the initial state of the fibres after harvesting. Retting leads to a change in colour of the stems and fibres, an increase of the cellulose fraction and a gradual improvement of the fibres' thermal stability, in relation with a decrease in the non-cellulosic materials. This process induces fibre bundle separation into elementary fibres. A long period (5 weeks) is required for getting the highest mechanical properties of fibres harvested at the beginning and the end of flowering. However, the retting of fibres harvested at seed maturity has to be performed in a short period (1 week) in order to avoid over-retting treatment. If the fibres are over-retted, their quality decreases in terms of structure and mechanical properties

Impact of field retting and accelerated retting performed in a lab-scale pilot unit on the properties of hemp fibres/polypropylene biocomposites

International audienceLignocellulosic fibres such as hemp fibres have emerged as an attractive alternative to nonrenewable fibers in the reinforcements in polymer composites. These fibres are subjected to pretreatment prior fibre extraction. In hemp industry, the retting is the first treatment applied to the plant after harvesting in order to separate the fibres from the central woody part of the stem. This treatment is needed to be more understood because of its importance for the development of high-performance hemp biocomposites. In this study, the influence of field retting treatment and lab-scale retting treatment of hemp fibres harvested at the end of flowering (EF) and at the seed maturity (SM) respectively, on hemp fibres /polypropylene biocomposites was investigated. The results highlight that, regardless the harvest period (initial state of the fibres) and type of retting, the thermal stability of biocomposite increased gradually with retting duration due to the increase of thermal stability of the fibres. The decomposition temperature of the fibres harvested at EF and SM increased from 335 °C and 352 °C, respectively to 350 °C and 368 °C for fibres that retted during five weeks. Tensile strength and Young’s modulus of the biocomposites reinforced with fibres harvested at EF increase gradually until reaching a maximum (5 weeks) (46.0 ± 1.9 MPa and 4072 ± 196 MPa respectively), and then tends to decrease with a prolonged field retting (42.9 ± 1.6 MPa and 3627 ± 188 MPa respectively). In contrast, for biocomposites reinforced with fibres harvested at SM and retted in accelerated conditions, the tensile strength and Young’s modulus decreased rapidly from 44.9 ± 2.2 MPa and 3732 ± 291 MPa for unretted fibres to 39.9 ± 2.6 MPa and 3327 ± 183 MPa for five week retted fibres