Maxime Pontié*, Jack Legrand

Présentation au sujet: "Maxime Pontié*, Jack Legrand"— Transcription de la présentation:

1 Maxime Pontié*, Jack Legrand
Stratégie antibiofilms via la technique LBL appliquée aux membranes échangeuses de protons (MEP) Maxime Pontié*, Jack Legrand Laboratoire GEPEA, UMR-CNRS 6144, 37 Bd. de l’université, St Nazaire GEPEA St Nazaire 10 mm * Membrane échangeuse de Protons et Biofilm Marin, Lasquellec V., Pontié M., J. Water Sci., (2007) 20 (2) GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/ 1 1

2 GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/12 2011
Sommaire Membrane et Biofilms Autopsie des membranes Choix d’une MEP Stratégie ANTIBIOFILMS Conclusion et perspectives Remerciements GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

3 GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/12 2011
Membranes et Biofilms Rugosité et porosité - Effets électrostatiques - liaisons hydrogènes = ADHÉRENCE + Hydrophilie / hydrophobie Composition chimique : ADHÉSION Composés du milieu à traiter (acides humiques, protéines, exopolysaccharides…) microorganisme Membrane Pores de la membrane GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

4 BIOPILE et MEP biofilms
D’après A. Bergel, LGC, in Le Journal du CNRS, janvier 2004 4 GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

5 ULTRAMICROELECTRODES et MEP I. Tapsoba, Electroanalysis, (2010)
Fibre nue -SO3- -SO3- Encrassement bactérien de la fibre de carbone Fibre modifiée Nafion© 5 I. Tapsoba, Electroanalysis, (2010) GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

6 Electrodialyse et dessalement F. Quemeneur, Desalination (2002)
de l’eau de mer (EDM) Solution d’EDM - + Na+ Cl- MEC MEA H2O Cellule unitaire d’électrodialyse (ED) Stack d’ED à 2 compartiments (100 membranes) F. Quemeneur, Desalination (2002) GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

7 Autopsie des membranes
Micro-analyse X  Cristaux de Fe203 1 mm 1 mm (FESEM, 3 keV; d=16 cm) La morphologie change, des bactéries et des amas de particules sont observées Neuve Usée La topographie change aussi. Ra=20 nm Ra= 97 nm Pontié M., Desalination (2010) GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

8 Biofilms et vieillissement des MEP
Usagée (2 ans, stockage) Usagée (10 ans d’utilisation en ELECTRODIALYSE) Neuve Pontié M., Legrand J., Membrane Water Treatment, 2011 (soumis) GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

9 Choix de la membrane MEP
Au choix 2 membranes CMX Nafion© 117 2 Critères de choix : la plus échangeuse de cations, la plus perméable aux sels. 9 GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

10 Mesures de nombres de transport de Li+ en statique
ECS mV Membrane KNO3 O.1 M Solution LiCl (C1: variable) Solution LiCl (C2: fixe) ∆Φ = (RT/F) (1-2 t+) Ln(C1/C2) Avec: ∆ Φ : différence de potentiel de membrane (V) t+ : nombre de transport de l’ion Li+ R = J.mol-1.K-1 T = 293 K F = C.mol-1 Pile de concentration = Cellule de Hittorf Membrane CMX Nafion© 117 tLi+  0.02 0.92 0.89 GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

11 Mesures de flux de diffusion de NaCl
Sonde conductimétrique Membrane Eau ultra pure Solution NaCl 0.6 M Le flux de diffusion (Js) peut être obtenu par la mesure de la conductivité au cours du temps : =k*S*Js*t/V2 avec:  : conductivité (S/cm) k : constante S : surface effective de la membrane (m2 ) (S= m2) V2 : volume du compartiment dilué (m3) (V2 = m3) T=293 K Membrane CMX Nafion© 117 (Js  0.3)*106 (mol.m-2.s-1) 1.1 3.1 GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

12 Cycle de stratégie « antibiofilms » en 3 étapes
Régénération de la surface de la membrane (solution de NaCl concentrée) 3 Membrane Membrane Développement d’un biofilm 1 2 Modification de la membrane par des polyélectrolytes déposés selon la technique du Layer-by-layer (LbL), A Membrane GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

13 Principe de la technique « LbL » (layer-by-layer)
PDADMAC Rinçage à l’eau pure 3- Polyélectrolyte cationique 1- Elimination des contre-ions 2- Déformation de la chaîne du polyélectrolyte et confinement Zone d’attraction électrostatique Membrane chargée négativement Appariement des ions à la surface Nguyen T.Q., Pontié M., J. Memb. Sci. (2004) GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

14 Stratégie antibiofilm et biofilm marin
Membrane AN69 Images 2D-FESEM (x 2000) (3 keV; d=16 cm) AN69 AN69mod PDADMAC 3 j. 6,5 j. 10 mm AN69 régénérée Temps d’immersion dans l’eau de mer Lasquellec V., Pontié M., J. Water Sci, (2007) GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

15 Lasquellec V., Pontié M., J. Water Sci, (2007)
Recyclabilité de L’AN69 Lasquellec V., Pontié M., J. Water Sci, (2007) GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

16 Dépôt d’un « bilayer » de PDADMAC/PSS sur MEP
Modification par PDADMAC et PSS : dépôt du bicouche Pontié M., Legrand J., Membrane Water Treatment, 2011 (soumis) 16 GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

17 Validation du cycle de stratégie « antibiofilms » (1)
Membrane Nafion© vierge Nafion© modifiée par le bicouche Nafion© régénérée tLi+ ± 0.02 0.89 0.87 0.93 Bonne efficacité de la stratégie antibiofilm par la détermination du nombre de transport et du flux de diffusion Membrane Nafion© vierge Nafion© modifiée par le bicouche Nafion© régénérée (Js ± 0.3) *106 (mol.m-2.s-1) 1.7 1.4 1.6 Protocole de stratégie antibiofilms validé sans biofilm 17 GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

18 Elaboration du Biofilm
Souche bactérienne Souche de Pseudomonas Putida (DSM 50026) Bacilles à Gram négatif, oxydase + Aérobies strictes Cultivable à partir de 30 °C Bactérie : Pseudomonas putida MEP Pseudomonas Putida a été cultivé sur milieu Tryptone Caséine Soja et incubé à 37 °C. La turbidité de la solution à t=0 est de 3 NTU, après 1 semaine 40 NTU (valeur stabilisée) Solution bactérienne 18

19 Validation du cycle de stratégie « antibiofilms » (2)
Membrane Membrane vierge Membrane régénérée tLi+ ± 0.02 0.89 0.92 (Js ± 0.3)*106 (mol.m-2.s-1) 1.7 1.6 Récupération complète des propriétés physico-chimiques de la membrane après régénération Protocole de stratégie antibiofilms validé avec biofilm GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

20 Cycle de stratégie « antibiofilms » et AFM Régénération de la surface
de la membrane 3 Membrane Membrane Développement du biofilm 1 2 Modification de la membrane par des polyélectrolytes déposés selon la technique du Layer-by-layer (LbL) Membrane Protocole de stratégie antibiofilm validé GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

21 Conclusions et perspectives
O La stratégie antibiofilms LBL marche pour la membrane Nafion© 117 avec le bicouche PDADMAC/PSS et un biofilm de pseudomonas putida de 14 jours ; O Le suivi par Js et AFM des 3 étapes du cycle antibiofilm marche O le nombre de transport de Li+ n’est pas assez sensible O Reste à valider la répétition des cycles et l’adaptation dans une biopile… Nguyen T.Q., J. Memb. Sci. (2004) GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

22 Remerciements MARC ROUSSET, L’ORGANISATEUR DU GDR PROBBE,
SES ANIMATEURS ET ANIMATRCSES Projet Jeunes Chercheurs n°4052 (2002) LECIME (UMR CNRS 7575) à Chimie ParisTech GEPEA St Nazaire Le Fond National de la Science (FNDS) ACI-JC n°4052 (2002) et de jeunes collaborateurs : K. KECILI, A. ELANA, H.ESSIS-TOME, F. DE NARDI, S. BEN REJEB et E. LAURY et ainsi que Gérald THOUAND pour la fourniture de la souche bactérienne. Contact : GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/

23 Annexe

24 Changement de sélectivité des MEP
Pour les MEC homopolaires il est possible d’améliorer l’accroissement de la sélectivité monovalents/divalents : MEC MEC modifiée modifiée H H + + - - - M M 2+ 2+ Accroissement de la sélectivité des MEC par modification de surface via un polyélectrolyte cationique G. Pourcelly dans l’ouvrage « Membranes et Electrochimie », Opus n°4 du Club Français des Membranes, dirigé par M. Pontié et C. Larchet , juillet 2008 GDR PROBBE, La Calanque, Carry-le Rouet, 28/11-1/