Elaboration par freeze-casting de matériaux poreux hybrides cellularisés pour la bioremédiation des sols

Axe 1 - Biominéralisation

Thèse de Sarah Christoph

Laboratoires de tutelle 

• Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris
• Laboratoire de Géologie de l’Ecole Normale Supérieure

Abstract

L’objectif de ces travaux est l’élaboration de nouveaux matériaux pour la dépollution des sols.

Le principe repose sur l’encapsulation de microorganismes ayant des capacités de bioremédiation dans une matrice hybride et macroporeuse. La matrice employée doit à la fois être compatible avec les microorganismes encapsulés et adaptée à l’application visée en termes de structure et de stabilité dans les sols. Le choix des composants employés, mais également les méthodes de mise en forme utilisées ont une influence significative sur ces deux aspects.

Les microorganismes choisis (les bactéries Pseudomonas aeruginosa et Shewanella oneidensis) ont été immobilisés dans une matrice hybride, composée de biopolymère (pectine ou alginate) et de silice. La méthode du freeze-casting a été employée simultanément comme méthode d’encapsulation et comme procédé de mise en forme pour l’obtention d’une structure à porosité orientée. La chimie du sol-gel a été utilisée pour recouvrir cette structure par une couche de silice, tout en assurant la survie des organismes encapsulés grâce à des conditions de synthèse douces.

Ce travail de thèse a dans un premier temps permis l’identification de paramètres clés à la fois pour la survie des microorganismes et la structure de la matrice. L’influence de la vitesse de congélation et la composition de la matrice (type de biopolymère, présence d’additifs …) ont notamment été étudiés afin d’optimiser le taux de survie des bactéries lors de l’encapsulation. Le comportement de ces matériaux a par la suite été évalué dans un sol de référence, tant du point de vue du vieillissement de la matrice que de l’efficacité en termes de dépollution du sol.

Publications

• Sarah Christoph, Julien Kwiatoszynski, T. Coradin, Francisco M. Fernandes.
  Cellularized Cellular Solids via Freeze-Casting
  Macromolecular Bioscience, Wiley-VCH Verlag, 2016, 16 (2), pp.182-187.
  DOI : 10.1002/mabi.201500319
  Ref HAL : hal-01286119v1
• Sarah Christoph, Francisco M. Fernandes, T. Coradin.
  Immobilization of Proteins in Biopolymer-Silica Hybrid Materials: Functional Properties and Applications
  Current Organic Chemistry, Bentham Science Publishers, 2015, 19 (17), pp.1669-1676.
  DOI : 10.2174/1385272819666150429231937
  Ref HAL : hal-01274320v1