Interactions Matériaux-Microorganismes

Cet ouvrage pluridisciplinaire est le fruit d’un travail collectif synthétisant les présentations effectuées par différents spécialistes des domaines concernés lors de l’école CNRS « BIODEMAT », qui a eu lieu en octobre 2014 à la Rochelle sous l’égide du CEFRACOR. Il est conçu pour des lecteurs de différentes spécialités scientifiques (chimie, biologie, physique…) et s’intéresse à différents problèmes industriels (eau, assainissement, maintenance des ouvrages…). Les matériaux, qu’ils soient métalliques, cimentaires, polymériques, composites, vieillissent en fonction de leur environnement de service. Ainsi, lorsque des microorganismes sont présents, ces derniers peuvent induire une biodétérioration. Cependant, les microorganismes peuvent également contribuer à la protection des structures, à condition de maîtriser et d’exploiter leurs immenses possibilités.Cet ouvrage se décompose en cinq thèmes relatifs à la biocolonisation puis à la biodétérioration des matériaux et enfin à leurs améliorations possibles pour obtenir une meilleure performance vis-à-vis de la biodétérioration :– physico-chimie des surfaces,– les biofilms : des acteurs de la biodétérioration,– biocorrosion des matériaux métalliques,– biodétérioration des matériaux non métalliques,– conception et modification des matériaux.L’affiliation des auteurs des différents chapitres, dont la liste est donnée en fin d’ouvrage, permet d’illustrer la nécessaire synergie entre la recherche académique et sa transposition au niveau industriel. Ceci démontre bien l’interaction indispensable entre les différents acteurs de ce domaine complexe, pour analyser, comprendre et répondre aux enjeux scientifiques liés à la biodétérioration.

Table of contents
Interactions Matériaux-Microorganismes	1
Cover I	5
Préface	5
Liste des auteurs	7
Thème 1. Physico-chimie des surfaces	21
1. Introduction à la physico-chimie des surfaces	23
1.1. Généralités	23
1.2. Tension superficielle et mouillabilité	24
1.3. Adsorption	30
1.4. Surfaces chargées	34
1.5. Caractérisation et modification des surfaces	40
1.6. Remerciements	41
2. Matériaux de construction : généralités et caractéristiques physico-chimiques	43
2.1. Généralités – ciments, mortiers et bétons	43
2.2. Prise et durcissement – principes fondamentaux de la cristallisation	49
2.3. La chimie de surface des ciments hydratés	61
2.4. Conclusion	64
3. Interactions microorganismes-bétons	69
3.1. Généralités	69
3.2. Paramètres influençant la bioréceptivité des matériaux cimentaires	70
3.3. Mesures de l’évolution des propriétés de surfaces de pâtes cimentaires avec la technique de mesure d’angles dynamiques	75
3.4. Conclusion	83
Thème 2. Les biofilms : des acteurs de la biodétérioration	85
4. La cellule bactérienne : unité fonctionnelle du biofilm	87
4.1. Introduction	87
4.2. Les microorganismes	89
4.3. Diversité de microorganismes et de leurs habitats	89
4.4. Structures et fonctions de la cellule bactérienne	91
4.5. Le métabolisme chez les bactéries	102
5. Mode de vie en biofilm pour le peuple microscopique des surfaces	121
5.1. Le biofilm, un mode de vie qui nous concerne	121
5.2. Un chantier perpétuel	123
5.3. Un ciment organique complexe pour maintenir l’édifice	126
5.4. Des édifices presque indestructibles	129
5.5. Comment vivre avec les biofilms	134
6. Voyage dans l’espace intercellulaire des biofilms : nature, cohésion et fonctions des exopolymères	151
6.1. Chimie des EPS de biofilms environnementaux	152
6.2. Fonctionnalités associées aux EPS des biofilms	154
6.3. Conclusion	165
7. Biofilms en milieu marin : exemple des vasières intertidales et des structures métalliques portuaires	173
7.1. Vie en biofilm des bactéries marines	173
7.2. Conséquences de l’établissement de biofilms sur l’activité humaine en milieu marin	174
7.3. Communautés bactériennes de deux exemples de biofilms en milieu marin pouvant avoir des impacts différents	177
7.4. Conclusion	185
8. Les biofilms dans la gestion de la qualité microbienne des eaux destinées à la consommation humaine en cours de distribution	193
8.1. Introduction	193
8.2. De l’usine au robinet : un vaste réacteur chimique et biologique complexe à gérer	194
8.3. Les interfaces eau-matériaux dans les réseaux d’EDCH	196
8.4. Évolution des connaissances sur les causes des proliférations bactériennes dans les réseaux d’EDCH	198
8.5. Maîtriser les biofilms dans les réseaux d’EDCH	202
8.6. Conclusion	204
9. Les biofilms dans les circuits de refroidissement industriels	209
9.1. Introduction	209
9.2. Biofilm et circuits de refroidissement évaporatif : risque sanitaire	210
9.3. Biofilm dans un réseau de froid : le risque de corrosion	224
9.4. Conclusion	231
Thème 3. Biocorrosion des matériaux métalliques	235
10. Méthodes électrochimiques : application à la biocorrosion	237
10.1. Introduction	237
10.2. Influence des EPS extraits de Pseudomonas NCIMB 2021 sur le comportement à la corrosion de l’alliage 70Cu-30Ni en eau de mer	238
10.3. Influence des EPS extraits de Desulfovibrio alaskensis sur le comportement à la corrosion de l’acier doux St37-2 en eau de mer	249
10.4. Conclusion	252
11. Les interactions fer-soufre dans les phénomènes de biocorrosion	255
11.1. Introduction	255
11.2. Corrosion marine des aciers au carbone	256
11.3. Corrosion des aciers en milieux argileux – couplages galvaniques	263
11.4. Conclusion	268
Thème 4. Biodétérioration des matériaux non métalliques	273
12. Biodétérioration des matériaux cimentaires : interactions environnement – microorganismes – matériaux	275
12.1. Introduction	275
12.2. Interactions environnement – microorganismes	276
12.3. Interactions environnement – matériaux cimentaires	280
12.4. Interactions microorganismes – matériaux cimentaires : biodétérioration	286
12.5. Démarche scientifique d’étude de la biodétérioration des matériaux cimentaires	290
12.6. Conclusion	296
13. Biodétérioration des bétons	303
13.1. Introduction	303
13.2. Spécificités des bétons vis-à-vis des microorganismes	303
13.3. Processus générique de biodétérioration	308
13.4. Mesure de la biodétérioration du béton	312
13.5. Amélioration de la résistance du béton	313
13.6. Différences entre une attaque chimique et une attaque biologique	316
13.7. Conclusion	317
14. Biodétérioration des matériaux cimentaires dans les ouvrages d’assainissement	323
14.1. Introduction	323
14.2. Comment se concrétise la biodétérioration dans les ouvrages d’assainissement ?	325
14.3. L’hydrogène sulfuré : vecteur principal du phénomène de biodétérioration dans les ouvrages d’assainissement	328
14.4. Impact de la biodétérioration sur les matériaux cimentaires	331
14.5. Essais in situ pour l’étude du phénomène de biodétérioration dans les réseaux d’assainissement	338
14.6. Conclusion	342
15. Biodétérioration des œuvres d’art	347
15.1. Introduction	347
15.2. Microorganismes impliqués dans la biodétérioration des biens culturels	348
15.3. Méthodes de détection appliquée aux champignons	357
15.4. Altération des vitraux médiévaux suite à l’oxydation du manganèse	358
15.5. Méthodes de traitement par rayonnements UV-C	361
15.6. Conclusion	363
Thème 5. Conception et modification des matériaux	367
16. Choix des matériaux métalliques et biocorrosion	369
16.1. Introduction	369
16.2. Le titane et ses alliages	371
16.3. L’aluminium et ses alliages	372
16.4. Les aciers non alliés	373
16.5. Les aciers inoxydables	381
16.6. Remarques conclusives	387
17. Les surfaces antimicrobiennes : un atout dans la lutte contre le développement des biofilms	391
17.1. Introduction	391
17.2. Différents types de surfaces ou revêtements antimicrobiens	393
17.3. Focus sur les revêtements N-halamines (régénérables)	401
17.4. Conclusion	410
18. Substances microbiennes extracellulaires pour les matériaux cimentaires	415
18.1. Introduction : matériaux cimentaires et adjuvants	415
18.2. Substances microbiennes extracellulaires	416
18.3. Influence des SEC sur les performances mécaniques	417
18.4. Influence des SEC sur les caractéristiques physico-chimiques	421
18.5. Interaction entre substances extracellulaires et matériaux cimentaires : action curative	427
18.6. Conclusion	428
Cover IV	431

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