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Caractérisation du dynamisme microbien du dénitrificateur marin du Biodôme de Montréal

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Labbé, Normand (2007). Caractérisation du dynamisme microbien du dénitrificateur marin du Biodôme de Montréal Thèse. Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 142 p.

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Résumé

La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce résumé peut être lue en PDF.

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Dans les aquariums, le taux de nitrate augmente rapidement au-delà de 50 mg-N-N03/L. Le Saint-Laurent Marin du Biodôme de Montréal n'échappe pas à cette accumulation malgré un important système de traitement de l'eau. Afin de diminuer le taux de nitrate élévé, le Biodôme de Montréal a acquis un système de dénitrification en 1998 qui consiste principalement en un reacteur à lit fluidisé alimenté au méthanol. Or, depuis son installation, le système de dénitrification fonctionnait avec une efficacité bien en dessous des prévisions. Il a alors été suggéré que la microflore ne soit pas bien adaptée aux conditions du milieu.

La problématique de la dénitrification de l'eau de mer du Biodôme se situe au niveau de la salinité et de la température interne du dénitrificateur qui est de l5-20°C. De plus, le méthanol, utilisable par une faible variété de microorganismes, est utilisé comme source de carbone pour les microorganismes de ce système de dénitrification. L'ajout de métaux traces, tant dans des essais en laboratoire que dans le système de dénitrification, nous a permis d'augmenter le taux de dénitrification de l'ordre de 250%. Cette hausse d'activité des bactéries dénitrifiantes était principalement attribuable au fer.

Ce projet visait la caractérisation microbiologique du dénitrificateur marin du Biodôme de Montréal en vue d'une amélioration de l'efficacité du système de dénitrification. La caractérisation des microorganismes impliqués a été effectuée par une approche de microbiologie classique et par une approche de biologie moléculaire (génothèque et électrophorèses sur gel de polyacrylamide en gradient dénaturant (DGGE)). De plus, le rôle et les interactions entre les différentes espèces microbiennes présentes dans le biofilm dénitrifiant ont été étudiés par la technique de l'hybridation in situ fluorescente (FISH) et de la microautoradiographie (MAR).

La microflore extraite des supports du réacteur a été cultivée sur trois milieux de culture différents. Trois types de bactéries ont été isolés en culture pure. Ces dernières appartiennent aux genres Hyphomicrobium, Paracoccus et à un nouveau genre bactérien de la famille des Phyllobacteriaceae. Suite à une analyse complète de ce nouvel organisme, nous avons pu publier sa description et le nommer Nitratireductor aquibiodomus. Les bactéries non-cultivées ont été étudiées en constituant une génothèque des gènes de l'ARN l6S ribosomal (ADNr 16S). Le même profil de digestion, à l'aide d'enzymes de restriction, a été retrouvé chez plus de 70% des clones. Les séquences de quelques représentants du groupe le plus abondant ont révélé une affiliation avec le genre Methy/ophaga (gamma-protéobactéries). Le séquençage des clones des autres profils de restriction a révélé des affiliations avec des bactéries dénitrifiantes et des bactéries marines. Suite au remplacement des supports de fluidisation dans le dénitrificateur, la colonisation de ceux-ci a été suivie par PCR-DGGE. Les profils de migration sur DGGE ont évolué pendant les cinq premières semaines puis sont demeurés pratiquement inchangés par la suite.

L'étude de la structure du biofilm colonisant dans le dénitrificateur marin du Biodôme de Montréal a été réalisée. L'utilisation de l'hybridation in situ fluorescente a permis de localiser les microorganismes de genre Methylophaga, de genre Hyphomicrobium, de gamma-protéobactéries, d'a/pha-protéobactéries et de protozoaires. Les résultats ont montré que les protozoaires recouvraient presque entièrement la surface du biofilm sourtout lorsque le biofilm était jeune et mince. De plus, des micro-colonies d'Hyphomicrobium ont été observées dans le biofilm seulement après trois semaines de colonisation. Les gamma-protéobactéries constituaient la population la plus importante du complexe microbien du dénitrificateur. Cela corrobore les résultats antérieurs qui montraient les Methylophaga comme le groupe de bactéries dominantes. L'utilisation d'une sonde spécifique aux Methylophaga a indiqué également que ceux-ci étaient les plus abondants dans le dénitrificateur du Biodôme de Montréal. Ces essais ont aussi montré que les archaebactéries sont absentes du dénitrificateur. À sa maturité, le biofilm contenait environ 57% de Methylophaga, 7% d'Hyphomicrobium et 5% d'eucaryotes.

Des essais de microautoradiographie couplée à l'hybridation in situ fluorescente ont montré que c'était principalement les a/pha-protéobactéries qui assimilaient le méthanol dans des conditions de dénitrification. Les Methylophaga n'ont pas assimilé de méthanol en condition dénitrifiante malgré la forte proportion qu'elles occupaient au sein du biofilm du dénitrificateur.

L'étude effectuée a permis de mieux connaître la dénitrification en eau de mer ainsi que les bactéries retrouvées dans un tel écosystème. Elle a aussi contribué à l'amélioration du taux de dénitrification du procédé de dénitrification installé au Biodôme de Montréal. Cette étude, complémentairement à une modification du design du dénitrificateur, devrait permettre un maintien de la concentration de nitrate dans le Saint-Laurent Marin sous la barre des 50 mg N-N03/L.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Villemur, Richard
Co-directeurs de mémoire/thèse: Juteau, Pierre
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: denitrification ; biodome ; montréal ; nitrate ; denitrificateur ; bacterie ; biofilm
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 12 oct. 2016 14:37
Dernière modification: 04 avr. 2018 18:32
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/227

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