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Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement

Javiera Toledo Alarcon soutiendra sa thèse de doctorat le vendredi 28 septembre 2018

Lieu et heure :

IUT GCGP de Narbonne, 10h

Titre des travaux :

Etude et contrôle de la fermentation électro-assistée en cultures mixtes : rôle et ingénierie des interactions microbiennes

Ecole doctorale :

École doctorale GAIA – Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Portée par l’Université de Montpellier

Composition du jury
  • Pierre Fontanille, MCF Polytech Clermont-Ferrand, HDR, rapporteur
  • Benjamin Erable, CR CNRS Toulouse, HDR, rapporteur
  • Eric Dubreucq, PR Supagro, examinateur
  • Nicolas Bernet, DR INRA, examinateur, directeur de thèse
  • Antonella Marone, chercheuse contractuelle, UAB (Barcelone), invitée
  • Eric Trably, IR INRA, invité, co-directeur de thèse
Résumé des travaux

La fermentation sombre (DF) est un procédé biologique utilisé pour la production d'hydrogène (H2). Dans ce processus, une grande variété de substrats peut être utilisée, des substrats simples comme le glucose ou plus complexes comme les effluents industriels. De plus, des cultures pures et mixtes peuvent être utilisées comme inoculum, ces dernières étant très attrayantes car conduisent à des systèmes plus robustes. Toutefois, des bactéries productrices et consommatrices d'H2 coexistent dans ces systèmes, de sorte que l'inoculum mixte nécessite d'être pré-traité pour inhiber l'activité des micro-organismes consommateurs d'H2. Les paramètres opérationnels tels que le pH et la température jouent également un rôle clé dans la sélection de la communauté bactérienne productrice de H2. Jusqu'à présent, de grands efforts ont été faits pour optimiser les paramètres de prétraitement et opérationnels, mais seulement peu de leviers sont disponibles pour maintenir la stabilité des bioréacteurs (pH, température, TSH) . Dans ce contexte, l'électrofermentation (EF) est proposée comme un nouvel outil de contrôle des bioprocédés par le biais d'électrodes polarisées. Selon le potentiel appliqué, l'EF peut se réaliser au niveau de l'anode ou de la cathode, agissant respectivement comme dissipateur d'électrons ou comme source d'énergie supplémentaire. Des densités de courant élevées ne sont pas nécessaires pour avoir un impact significatif sur le métabolisme cellulaire car le courant électrique n'est pas la principale source d'électrons, ni le produit d'intérêt. Les mécanismes d'action derrière l'EF restent encore inconnus, mais les interactions microbiennes entre les bactéries fermentaires et électroactives peuvent en être la clé. Ainsi, l'objectif de cette thèse est : "Meilleure compréhension des mécanismes EF par la caractérisation des interactions microbiennes inter-espèces ainsi que des interactions avec l'électrode polarisée". Nos principaux résultats montrent que des électrodes polarisées permettent de sélectionner les bactéries productrices de H2, en particulier des entérobactéries et des clostridies. Cette sélection a conduit à une augmentation significative de la production de H2 et de butyrate, au détriment de la production de lactate. Toutefois lorsque différents inocula sont utilisés, 3 comportements différents sont observés : une augmentation, une diminution ou aucun effet sur la production de H2, par rapport à une fermentation conventionnelle. Ceci montre que la composition de la communauté microbienne de l'inoculum, et en particulier l'abondance relative de la famille des Clostridiaceae, affecte significativement le comportement de l'EF, c'est-à-dire la communauté microbienne finale et les voies métaboliques. Enfin, afin d'étudier le processus d'interaction, un inoculum mixte enrichi en G. sulfurreducens (bactéries électroactives connues) a été étudié. Un changement dans les voies métaboliques vers une production plus élevée de H2 et de butyrate a alors été observé, au détriment de la production de 2,3-butanediol. Ce changement a été associé à une augmentation de l'abondance relative de la famille des Clostridiaceae à la fin de la fermentation, probablement en raison d'une croissance coopérative que G. sulfurreducens avec les membres de la famille des Clostridiaceae. Globalement, et même si les mécanismes d'interactions microbiennes restent non élucidés, le procédé EF a montré un certain potentiel en tant que nouveau moyen de contrôle de bioprocédés opérés en cultures mixtes.