Les activités anthropiques génèrent une contamination à de faibles doses des boues de station d'épuration par des micropolluants organiques persistants tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les polychlorobiphényles et le nonylphénol. Cette étude porte sur la détermination de l'influence des microorganismes au cours de la méthanisation sur le devenir de ces trois familles de micropolluants. Un protocole spécifique a été mis au point pour extraire des microorganismes de leur écosystème d'origine tout en conservant la singularité structurelle et fonctionnelle des communautés. Trois communautés, au passif de pollution différent, ont ainsi été soumises à la même pression de sélection (substrat et disponibilité en micropolluant) dans des bioréacteurs continus de méthanisation. Ces trois écosystèmes se sont alors distingués parfaitement via les caractéristiques de leurs communautés et la réalisation de fonctions diverses de digestion. Or, la dégradation des micropolluants a convergé dans ces 3 systèmes, démontrant l'absence de lien direct entre méthanogenèse et dégradation de ces molécules et une absence de spécialisation des communautés pour cette dégradation. En outre, il a été observé que la répartition des micropolluants au sein de la boue est influencée par les voies métaboliques des communautés. Plus le degré de digestion est avancé, plus les micropolluants sont abondants dans le compartiment aqueux et sorbés à la matière dissoute et colloïdale. Des fonctions, spécifiques de la dégradation des micropolluants, ont été étudiées (i) en suivant l'assimilation de phénanthrène marqué au 13C en culture batch, source principale de carbone, ce qui n'a pas permis d'observer sa minéralisation et (ii) en recherchant la présence de gènes fonctionnels ce qui n'a pas permis la détection des fonctions ciblée. Des activités œstrogéniques, androgéniques, dioxin-like et HAP-like, l'activité HAP-like est la plus exprimée dans les réacteurs à l'équilibre. Le degré de digestion, via une modification de la répartition des HAP, explique l'augmentation de l'activité HAP-like dans le compartiment aqueux des boues les plus digérées (et sa diminution dans le compartiment particulaire). L'activité HAP-like n'est pas entièrement expliquée par le dosage des HAP, ce qui suggère la présence d'intermédiaires métaboliques ayant une activité biologique et dont la nature différerait suivant le métabolisme exprimé par les communautés microbiennes. / Due to anthropogenic activity the sludge of wastewater treatment plants are contaminated by organic micropollutants like polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), polychlorinated biphenyls and nonylphenol. This study focuses on the influence of microbial communities on the fate of these three micropollutant families during the anaerobic digestion process. A specific protocol was developed to extract microorganisms from their native ecosystem while maintaining their structural and functional singularity. Three communities, with different pollution history, were thus extracted and subjected to the same selection pressure (availability of substrate and micropollutant) in continuous anaerobic digesters. These three ecosystems can be perfectly identified through the characteristics of their microbial communities and their global metabolism. However, our results show also that the degradation of micropollutant converged in these 3 systems, demonstrating no direct link between methanogenesis and micropollutant degradation and no specialization of the microbial communities toward this degradation. In addition, the distribution of micropollutants in sludge is influenced by the metabolic pathways of those communities. The more the digestion is advanced, the greater the micropollutants are abundant in the aqueous compartment and adsorbed to the dissolved and colloidal matter. Specific functions for micropollutant degradation were studied (i) by following the 13C-labeled phenanthrene assimilation as main carbon source, which did not allow observing its mineralization and (ii) by exploring the presence of functional genes, which did not allow the detection of the targeted functions. Among the estrogenic, androgenic, dioxin-like and PAH-like activities, PAH-like activity is more expressed in all reactors at the steady state. The different degrees of digestion, through a change in PAH distribution, explain the increase in PAH-like activity in the aqueous compartment of the most digested sludge (and its decrease in the particulate compartment). PAH-like activity is not fully explained by PAH quantification, suggesting the presence of by-products with biological activity and which could be different depending on the metabolic pathway of the microbial communities.

Les représentants de l'ordre des Thermotogales se trouvent généralement dans les puits pétroliers et les sources hydrothermales aquatiques et terrestres. Récemment, des études moléculaires basées sur l'analyse des gènes codant l'ARNr 16S ont prouvé l'existence de représentants thermophiles, mais également mésophiles de cet ordre dans les boues de bioréacteurs et dans les sédiments contaminés par des composés toxiques. Les expériences que nous avons conduites pour traiter notamment le lactosérum en présence de phosphogypse ou de sulfate dans des bioréacteurs anaérobies mésothermiques nous ont permis de mettre en évidence de nouvelles populations de bactéries et plus précisément de Thermotogales par des approches moléculaires et culturales, avec la description de deux nouveaux genres, « Mesotoga sulfurireducens » et Defluviitoga tunisiensis. En ce qui concerne « M. sulfurireducens», il correspond à la première bactérie mésophile isolée chez les Thermotogales avec un métabolisme original centré sur la sulfo-réduction. Toujours dans le but de traiter le phosphogypse, mais cette fois-ci en utilisant les margines comme composantes organiques dans le procédé anaérobie, une nouvelle espèce du genre Fusibacter a pu être isolée, F. tunisiensis. Globalement, nos résultats démontrent le rôle important joué par les Firmicutes fermentaires et sulfato-réductrices (ordre des Clostridiales) et celui des Proteobacteria sulfato-réductrices (deltaproteobacteria) chez les Bacteria, mais également par les Methanoarchaea acétoclastes aux côtés des Thermotogales dans la digestion anaérobie de la matière organique lorsque les effluents sont riches en sulfate. / The representatives of the order Thermotogales are usually found in oil reservoirs and hot aquatic and terrestrial springs. Recently, the existence of thermophilic and mesophilic representatives of the Thermotogales was proved by analysis of SSU rRNA genes of clones from bioreactors sludges and sediments contaminated by toxic compounds.Experiments which were led to treat lactoserum in the presence of phosphogypsum or sulphate in the mesothermic anaerobic digesters permitted to detect new populations of bacteria, in particular, Thermotogales by molecular and cultural approaches, with the description of two new genera, “Mesotoga sulfurireducens” and “Defluviitoga tunisiensis”. “Mesotoga sulfurireducens” is the first mesophilic bacterium isolated in the order of Thermotogales with an original metabolism axed on sulfo-reduction. During the treatment of phosphogypsum in the presence of margines as organic compounds in the anaerobic processus, a new species of Fusibacter was isolated: F.tunisiensis, sp. nov.Our results show the important role played by fermentative and sulphate-reducing Firmicutes (order Clostridiales) and sulphate-reducing Proteobacteria (deltaproteobacteria) within the Bacteria, but also by the acetoclastic Methanoarchaea beside Thermotogales in the anaerobic digestion of organic matter when the effluents are rich in sulphate.

La digestion anaérobie est un procédé biologique effectué par un réseau complexe et synergique de communautés microbiennes permettant la dégradation de matière organiques comme les déchets agricoles ou les effluents de station d’épuration en biogaz, un gaz valorisable en énergie. Les mécanismes influençant les communautés microbiennes au cœur de ce procédé mais aussi dans la nature restent incompris du fait de la faible compréhension de leur dynamique. Les objectifs de ce projet visent à donc développer un système de digestion anaérobie permettant de mieux comprendre la dynamique de l’assemblage des communautés microbiennes. Ainsi un nouveau procédé de réacteurs en continu dont les fonctions d’alimentation de soutirage et de dégazage sont automatisées a été développé. L’automatisation et le multiplexage des réacteurs permettent la manipulation de 30 réacteurs en continu en parallèle. Outre l’automatisation ce système, de nombreux paramètres sont flexibles comme le taux de charge (une fois par minute jusqu’à une condition batch), le volume de réacteur (50 à 200mL), la température (pièce – 55°C), mais aussi l’utilisation du système en aérobie ou l’implémentation d’autres outils comme des LEDs pour les cultures phototrophes. Capable de quantifier précisément la performance d’un écosystème méthanogène, ce système nous a permis de tester la structure et la performance d’écosystèmes méthanogènes mis en mélanges et testés de façon individuelle. En mélangeant des écosystèmes méthanogènes différents, la diversité des Archées a augmenté transitoirement. Une corrélation est d’ailleurs observée entre la diversité de ces communautés mélangées et leur performance méthanogène, seulement à même diversité les communautés individuelles ont un meilleur fonctionnement. L’assemblage de certaines communautés mélangées a pourtant permis une meilleure production de méthane que les communautés individuelles, ce qui suggère le développement d’interactions spécifiques de ces communautés. De façon nouvelle par rapport à la littérature, la majorité des communautés bactériennes individuelles sont retrouvées dans les communautés mélangées. Soit contrairement à l’idée d’une sélection d’une communauté plus adaptée ou plus fonctionnelle, ici la majorité des communautés se sont implantées. Ces expériences suggèrent qu’un paramètre tel que la fonctionnalité d’un bioprocédé peut-être amélioré par bioaugmentation. / Anaerobic digestion is a biological process carried out by a complex and synergistic network of microbial communities allowing the degradation of organic matter such as agricultural waste or effluents from wastewater treatment plants, into biogas, a gas recoverable into energy. The mechanisms influencing microbial communities at the heart of this process but also in nature remain misunderstood because of a low understanding of their dynamics. The objectives of this project are therefore to develop an anaerobic digestion system to better understand the dynamics of microbial community assembly. Thus, a new continuous reactor process has been developed with automated feeding, biomass wasting and degassing functions. Automation and multiplexing of reactors allows for the continuous parallel manipulation of 30 reactors in parallel. In addition to the automation, many parameters are versatile, such as the substrate loading (once a minute up to batch conditions), the reactor volume (50 to 200 mL), the temperature (room to 55°C), but also the use of the aerobic system or the implementation of other tools such as LEDs for phototrophic cultures. Capable of accurately quantifying the performance of a methanogenic ecosystem, this system has enabled us to test the structure and the performance of five different methanogenic ecosystems that have been mixed and tested individually. By mixing different methanogenic ecosystems the Archaea diversity has increased transiently. Besides, a correlation is observed between the diversity of mixed communities and their methanogenic performance; yet the individual communities have a better functioning at the same level of diversity. Interestingly, the mixture of some communities has allowed for better methane production than individual communities, suggesting the development of specific interactions in these communities. In a novel way compared to the literature and that the majority of individual bacterial communities are found in mixed communities. Contrary to the idea of selecting a more adapted or functional community, here the majority of communities have settled. These experiments suggest that a parameter such as the functionality of a bioprocess can be improved by bioaugmentation.

La valorisation des déchets par digestion anaérobie conduit à la production d’un résidu, appelé digestat, qui est composé de la matière organique non biodégradée et présente une forte teneur en azote ammoniacal et organique. De par cette richesse en azote, les digestats présentent un intérêt grandissant pour la substitution aux engrais minéraux. L’objectif de cette thèse est de comprendre les transformations de l’azote en digestion anaérobie afin de prédire la qualité azotée des digestats. Cette compréhension des processus de transformation de l’azote ouvrira la possibilité de dimensionner et piloter le procédé de digestion anaérobie pour une substitution optimisée des engrais minéraux par les digestats. Pour cela, deux approches ont été développées: (i) une approche compréhensive centrée sur la compréhension de la bioaccessibilité de l’azote organique en lien avec sa biodégradabilité, et la compréhension des transformations de l’azote en digestion anaérobie en conditions de laboratoire et pilote; et ; (ii) une approche numérique où les processus identifiés ont été intégrés à des outils de modélisation à bases statistiques et biocinétiques permettant de prédire les propriétés azotées des digestats en fonction des cocktails de substrats et du temps de séjour dans le digesteur. / Energetic recovery of waste by anaerobic digestion leads to the production of a residue called digestate, which is composed of non-biodegraded organic matter and has a high content of ammoniacal and organic nitrogen. Due to this high nitrogen content, digestates are growing interest for the substitution of mineral fertilizers. The objective of this thesis is to understand the transformations of nitrogen that occur during anaerobic digestion in order to predict the nitrogen quality of digestates. This understanding of nitrogen transformation processes will allows the design and management of anaerobic digestion plants aiming at the optimization of the substitution of mineral fertilizers by digestates. To this end, two approaches were used in this work: (i) an experiment approach focused on the understanding of the bioaccessibility of organic nitrogen in relation to its biodegradability, and the understanding of the transformations of nitrogen in anaerobic digestion under laboratory and pilot conditions; and; (ii) a numerical approach where previously developed knowledge has been integrated in statistical and biokinetic modeling tools to predict the nitrogen properties of digestates according to substrate cocktails and residence time in the digester.

La fermentation sombre est un procédé utilisant des déchets organiques dont le passage à l'échelle pilote est limité par les rendements de production d'hydrogène trop faibles ainsi que par l'utilisation des sous-produits. Cette étude a pour premier objectif d'étudier l'effet du pH, de la combinaison du pH et de la concentration en substrat, du prétraitement du substrat et de l'adaptation de l'inoculum sur la fermentation sombre de trois types de déchet différents. Il a notamment été montré que la biodégradabilité des substrats joue un rôle majeur dans le choix des paramètres opérationnels utilisés pour optimiser la production d'hydrogène. De plus, la faisabilité et la stabilité à long terme de la production d'hydrogène par le procédé de fermentation sombre ont été mises en évidence en utilisant des déchets agroalimentaires et du petit lait dans deux réacteurs thermophiliques fonctionnant en mode semi-continu. En particulier, il a été discuté l'influence de la charge organique (OLR), du temps de rétention hydraulique (HRT) et de l'addition de co-substrats (fumier de buffle) comme source d'alcalinité. Cette étude a montré que la combinaison de ces trois paramètres peut jouer un rôle important sur le pH et la stabilité de la production d'hydrogène. De plus, les sous-produits de la fermentation sombre ont été utilisés pour produire de l'hydrogène via la photo-fermentation, alors que les déchets générés par le couplage de la fermentation sombre et de la photo-fermentation ont été valorisés pour la production de méthane par digestion anaérobie. Ce concept de bioraffinerie basé sur la conversion en trois étapes des déchets agroalimentaires augmente le rendement énergétique global du procédé. Par ailleurs, il a été montré le potentiel important du procédé de photo-fermentation pour la production de polyhydroxybutyrate (polymère), parallèlement à celle d'hydrogène. De même, l'utilisation de la fermentation par voie sèche dans une bioraffinerie concept apparaît prometteuse vis à vis de la production de bioénergie et de molécules telles que les acides organiques et les alcools / Low biohydrogen (H2) yields and use of process by-products from dark fermentation (DF) of waste biomass is limiting its scaled-up application. This study aims to investigate the effects of culture pH, combination of substrate concentration and culture pH, pre-treatment of substrate and inoculum adaptation in H2 yields during the DF of three different wastes biomass. The study showed that the biodegradability of the substrates is important for the selection and application of optimum operational parameters aimed at enhancing H2 production. Moreover, long-term operational feasibility and stability of dark fermentative H2 production was demostrated using food waste and cheese whey in two semi-continuous thermophilic DF reactors. The effect of organic loading rates (OLRs), hydraulic retention times (HRTs) and co-substrates (buffalo manure) addition as a source of alkalinity on culture pH and H2 production stability was discussed. The study showed that combination of OLR, HRT and co-substrate addition could play an important role in the culture pH and stability of H2 production. Furthermore, the by-products of DF process was utilized for H2 production via photo fermentation (PF), while the waste stream generated from coupling of DF and PF processes was converted to methane in anaerobic digestion (AD). The three-step conversion of food waste in a biorefinery concept increased the total energy yields. Moreover, PF also showed a good potential for concomitant production of H2 and polyhydroxybutyrate (biopolymer). Likewise, dry fermentation could be promising to a biorefinery concept based on waste biomass for the production of bioenergy and biochemicals (organic acids and alcohols)

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La méthanisation par voie sèche possède différents avantages par rapport à la méthanisation par voie humide. Les réacteurs sont plus petits, les besoins en eau sont moindres, la production de digestat et le prétraitement nécessaire sont également moins importants. Cependant, plusieurs études ont démontré que l'eau favorise l'hydrolyse du substrat et permet le transport des sous-produits d'hydrolyse et des nutriments vers les bactéries. Pour mieux comprendre le rôle de l'eau lors de la méthanisation, des tests de digestion sèche et semi-sèche à partir de substrats organiques complexes (déchets alimentaires, paille de riz, déchets de carotte), avec différentes teneurs en matière sèche de substrat traité ont été réalisées. Les résultats confirment que l'eau joue un rôle essentiel sur le taux de production spécifique de méthane, le rendement final de méthane généré et la dégradation de la matière volatile sèche (MVS). Le rendement final de méthane produit dans des conditions semi-sèches et sèches est respectivement de 51% et de 59% inférieur avec la paille de riz et 4% et 41% de moins pour les déchets alimentaires en comparaison avec des conditions humides. Des tests d'inhibition basés sur l'analyse des acides gras volatils (AGV) ont été menées pour étudier les processus d'inhibition spécifiques qui ont lieu avec les substrats sélectionnés à différentes teneurs en matière sèche. Pour le cas de la méthanisation par voie humide des déchets de carotte, aucune accumulation d'AGV a été trouvé, et toutes les concentrations d'AGV étaient inférieurs aux seuils d'inhibition. Une corrélation directe entre la teneur en matière sèche et la concentration totale d'AGV (AGVtot) a été mise en évidence pour la paille de riz et les déchets alimentaires. Pour la paille de riz, une concentration d'AGVtot maximale de 2,1 g / kg a été trouvé pour la voie sèche, 1 g / kg dans les conditions semi-sèche et 0,2 g / kg dans les conditions humides, alors que pour les déchets alimentaires la concentration d'AGVtot était de 10 g / kg à l'état sec, 9 g / kg dans les conditions semi-sèche et 3 g / kg dans les conditions humides. Un modèle mathématique de la méthanisation de substrats organiques complexes dans des conditions sèches et semi-sèche a été proposé pour simuler l'effet de la teneur en matière sèche sur le processus. Les données obtenues à partir d'expériences en mode batch, en termes de production de méthane et de concentration d'AGV, ont été utilisées pour calibrer le modèle proposé. Les paramètres cinétiques de production et d'élimination d'AGV ont été calibrés à l'aide des données expérimentales, et il a été montré qu'ils sont fortement dépendants de la teneur en matière sèche et différent des valeurs de la littérature concernant la méthanisation par voie humide. Cela est dû à l'accumulation d'AGV dans les conditions sèches, ce qui implique d'utiliser des valeurs plus élevées concernant les constantes d'inhibition introduites dans le modèle. Enfin, comme la méthanisation par voie sèche a généralement lieu dans des réacteurs à écoulement piston, une étude historique et critique de la littérature concernant la compréhension du rôle de l'hydrodynamique dans des bioréacteurs à écoulement piston a été réalisée / Dry Anaerobic Digestion (AD) presents different advantages if compared to wet AD, i.e. smaller reactor size, lesser water addition, digestate production and pretreatment needed, although several studies have demonstrated that water promotes substrate hydrolysis and enables the transfer of process intermediates and nutrients to bacterial sites. To better understand the role of water on AD, dry and semidry digestion tests of selected complex organic substrates (food waste, rice straw, carrot waste), with various TS contents of the treated biomass have been carried out in the present study. The results confirm that water plays an essential role on the specific methane production rate, final methane yield and Volatile Solids (VS) degradation. The final methane yield in semi-dry and dry conditions was 51% and 59% lower for rice straw and 4% and 41% lower for food waste, respectively, if compared with wet conditions. Inhibition tests, based on Volatile Fatty Acid (VFA) analysis, were carried out to investigate the specific inhibition processes that take place with the selected substrates at different TS contents. In wet AD of carrot waste no VFA accumulation was found, and all VFA concentrations were lower than the inhibition limits. A direct correlation between TS content and total VFA (TVFA) concentration was noticed for rice straw and food waste AD. For rice straw a maximum TVFA concentration of 2.1 g/kg was found in dry condition, 1 g/kg in semidry conditions and 0.2 g/kg in wet conditions, whereas for food waste the TVFA concentration was 10 g/kg in dry condition, 9 g/kg in semidry conditions and 3 g/kg in wet conditions. A Mathematical model of complex organic substrate AD in dry and semidry conditions has been proposed to simulate the effect of TS content on the process. The data obtained from batch experiments, in terms of methane production and VFA concentrations, were used to calibrate the proposed model. The kinetic parameters of VFA production and degradation, calibrated using the experimental data, resulted highly dependent on the TS content and different from wet AD literature values. This is due to VFA accumulation in dry conditions, which implies higher values of the inhibition factors introduced in the model. Finally, as dry AD takes usually place in Plug Flow (PF) reactors, an historical and critical review on the role of hydrodynamics in PF bioreactors has been carried out

L'industrie pétrolière et gazière subie d’importantes pertes économiques en raison de problèmes liés à la corrosion. Parmi ces problèmes, la corrosion induite par les micro-organismes (biocorrosion) fait toujours l’objet de recherche, le mécanisme le plus souvent évoqué et documenté étant lié aux bactéries sulfato-réductrices (BSR). Cependant certaines études ont montré que la biocorrosion pouvait se produire même en absence de BSR dans l'environnement corrosif ; le principal objectif de la thèse était donc de fournir un nouvel éclairage sur la corrosion anaérobie de l'acier au carbone en proposant des mécanismes différents de ceux impliquant les BSR. En premier lieu, l’influence d'une souche électro-active, G. sulfurreducens, sur la protection/corrosion de l'acier C1145 a été étudiée. Lorsque des espèces phosphate sont présentes dans le milieu, la bactérie favorise la formation d’une couche de Fer/Phosphate qui ensuite protège le matériau. En présence d’ammonium, les vitesses de corrosion sont plus élevées mais les bactéries réduisent la dissolution du métal. En deuxième partie, des échantillons de terrain issus des opérations de nettoyage des pipelines des systèmes d’injection ont été analysés d’un point de vue microbiologique et électrochimique. L’analyse moléculaire et l’identification de la communauté bactérienne montre la présence d'espèces sulfurogènes autre que les BSR. Ces bactéries peuvent stimuler la corrosion des métaux par la production d'acides organiques, de CO2 et de différentes espèces soufrées telles que H2S. De surcroît, il a été prouvé que le consortium contenu dans les échantillons de terrain accélérait la corrosion de l'acier au carbone, principalement par la production d'espèces sulfures. / The oil and gas industry is impacted by important economic losses due to corrosion problem. As part of this problem, microbially influenced corrosion (MIC) is still a subject of research. The most often evoked and well acknowledge MIC mechanism is linked to sulphate reducing bacteria (SRB). However, some studies have shown that MIC can occur even when SRB is not present in the corroding environment; in this framework, the main objective of the thesis is to provide new insights on corrosion of carbon steel caused by other mechanisms different to those described with SRB. First, the influence of an electroactive strain, G. sulfurreducens (an iron reducing bacteria, IRB) on the corrosion/protection of steel C1145 was studied. When phosphate species are present in the medium, bacteria promote the formation of an iron phosphate layer (vivianite) that afterwards protects the material. In presence of NH4+, corrosion rates are higher but bacteria decrease the dissolution of the material. In the second part, field samples from pigging operations performed in water injection pipelines were analysed from microbiological and electrochemical corrosion points of view. Molecular analysis and identification of the biofilm community show the presence of sulfidogenic species besides SRB. These bacteria can stimulate metal corrosion through production of organic acids, CO2 and different sulphur species such as H2S. Moreover, it was proved that the consortium contained in field samples accelerated corrosion of carbon steel mainly by production of sulphide species.

La digestion anaérobie est une succession d’étapes de dégradation de la matière organique, par l’intermédiaire de microorganismes, opérée industriellement dans des digesteurs en béton. Des métabolites microbiens (acides gras volatils (AGV), NH4+, CO2) produits au cours du processus de digestion attaquent la matrice cimentaire du béton. Afin d’assurer un développement pérenne de la filière de méthanisation, il est donc nécessaire de comprendre d’abord tous ces phénomènes d’altération pour ensuite proposer des solutions durables pour les matériaux de construction des digesteurs. Les objectifs de la thèse visaient à identifier et quantifier les agents agressifs pour le béton présents dans les milieux de la méthanisation, puis à comprendre leurs rôles dans les mécanismes d’altération des matrices cimentaires. Enfin, l’action de ces milieux a pu être comparée sur un panel de matériaux cimentaires réalisées à partir de différents liants : ciment Portland ordinaire, ciment de haut-fourneau, ciment d’aluminate de calcium et liant alcali activé. Dans des digesteurs de laboratoire, les concentrations maximales des agents chimiques agressifs mesurées pendant la digestion anaérobie d’un biodéchet modèle étaient de 3000 mg.L-1 d’AGV, de 800 mg.L-1 de NH4+, et de 140 mg.L-1 de CO2 dissous. La prolifération de microorganismes capables de métaboliser ces composés chimiques agressifs a été observée à la surface des matériaux cimentaires exposés dans le biodéchet au cours de sa digestion. La zone dégradée des matériaux cimentaires exposés est partiellement décalcifiée, vraisemblablement du fait de l’action des AGV et de l’ammonium NH4+, et carbonatée en raison de la présence de CO2 dissous. Des essais in situ, c’est à dire en conditions réelles, réalisées sur une plateforme expérimentale de méthanisation, ont permis de confirmer les phénomènes d’altération observés en laboratoire. En termes de durabilité, le ciment alumineux présente la meilleure résistance face aux attaques biochimiques lorsqu’on le compare au ciment ordinaire ou aux ciments composés de laitier de haut-fourneau au sein de systèmes de méthanisation en laboratoire ou in situ. / Anaerobic digestion consists in the degradation of organic matter by the successive actions of microorganisms, industrially operated in digesters made of concrete. Microbial metabolites (volatile fatty acids (VFA), NH4+, CO2) produced during this process attack the cementitious matrix of the concrete. To ensure the development of this new industrial field, it appears essential to understand first the alteration phenomena, then to propose durable solutions for digesters’ construction materials. The thesis’ objectives were first to identify and to quantify the aggressive agents for concrete in anaerobic digestion media, then to understand their impacts on the cementitious materials’ alteration mechanisms. Finally, the impacts of those media were compared on different cement pastes made of : ordinary Portland cement, blast furnace slag cement, calcium aluminate cement or alkali activated materials. During laboratory tests, the maximal concentration in aggressive agents measured during the digestion of a synthetic biowaste were 3 000 mg.L-1 of VFA, 800 mg.L-1 of NH4+, and 140 mg.L-1 of dissolved CO2. The colonization of the microorganisms able to produce the aggressive agents has been observed on the cementitious materials’ surfaces exposed to the biowaste during digestion. The external degraded layers of the exposed cementitious materials are partially decalcified, most likely regarding to the action of the VFA and the NH4+. Carbonation has also been detected caused by the dissolved CO2. In situ experiments, in real conditions, achieved in an experimental anaerobic digestion platform, confirmed the alteration phenomena distinguished in the laboratory tests. In terms of durability, calcium aluminate cement present the best performances against the biochemical attacks compared to ordinary cement or blast furnace slag cement in laboratory or in situ anaerobic digestion systems.

Blastocystis sp., est un straménopile parasite anaérobie fréquemment rencontré dans le tractus gastro-intestinal de l’homme et de divers animaux. Ce microorganisme, parfois responsable de désordres digestifs aigus, pourrait conduire à des troubles fonctionnels intestinaux tels que le syndrome de l’intestin irritable (IBS). Le génome de Blastocystis sp., qui a fait l'objet d'un projet de séquençage en collaboration avec le Génoscope d’Evry, nous a permis de caractériser le plus petit génome de straménopile séquencé à ce jour (18,8 Mpb), avec une capacité codante de 6020 gènes. L’acquisition de nombreux gènes par transferts horizontaux est une caractéristique majeure de ce génome, qui montre d’abondants réarrangements génomiques. Bien qu’évoluant en anaérobiose, Blastocystis sp. possède des organites morphologiquement proches des mitochondries, appelés mitochondrion-like organelles (MLOs). Nous avons montré que ces organites comportaient un génome circulaire de type mitochondrial de 29,27 kpb, mais dépourvu des gènes codant pour les cytochromes. Des analyses in silico nous ont permis de caractériser le protéome des MLOs (365 protéines), conduisant à l’établissement d’un modèle prédictif des voies métaboliques associées à ces organites, avec notamment une chaine respiratoire limitée aux complexes I et II. Nous avons ainsi montré que les MLOs présentent des caractères communs aux mitochondries anaérobies et aux hydrogénosomes (présence d’une PFOR et d’une hydrogénase à fer), suggérant que Blastocystis sp. comporte des mitochondries anaérobies modifiées, qui résulteraient d’une adaptation du parasite à son environnement. Par ailleurs, la prédiction du sécrétome de Blastocystis sp. révèle la présence de facteurs de virulence potentiels, pouvant être impliqués dans l’altération de l’épithélium intestinal et le contournement du système immunitaire de l’hôte. / Blastocystis sp. is a highly prevalent anaerobic eukaryotic stramenopile parasite found in the intestinal tract of humans and various animals. This microorganism, sometimes associated with acute intestinal disorders, could be responsible for functional intestinal disorders such as the irritable bowel syndrom (IBS). As part of a collaborative sequencing project with the Genoscope (CEA Evry, France), we were able to caracterize the smallest stramenopile genome sequenced to date (18.8 Mbp) with a 6020 genes coding capacity. The gain of many genes through horizontal gene transfer is amajor characteristic of this genome, which shows extensive genomic rearrangements. Despite the anaerobic nature of Blastocytists sp., this eukaryote harbours nevertheless mitochondrion-like organelles (MLOs). We have shown that these organelles have a 29.27 kbp mitochondrial-type circular genome that lacks cytochrome coding genes. In silico analysis allowed us to predict the MLOs proteome (365 proteins), with the subsequent predictive model of the metabolic pathways associated with these organelles, including an electron transport chain (ETC) restricted to complex I and II. We have shown that MLOs shared common characteristics with anaerobic mitochondrion and hydrogenosomes (presence of a PFOR and an iron-hydrogenase), which could mean that Blastocystis sp. harbours modified anaerobic mitochondrion that resulted from the parasite adaptation to its anaerobic environment. In addition, Blastocytis sp. secretome prediction reveals the presence of potential virulence factors, which could be involved in the degradation of the intestinal epithelium as well as the host immune system bypass.