Les biofilms microbiens soit des communautés multicellulaires formées de bactéries, adhérant à une surface, entourés d'une couche de polymère extracellulaire (EPS). Parce qu'ils sont naturels, les biofilms bactériens sont de plus en plus étudiés et utilisés pour des applications en biocatalyse, en autoréparation et en tant que systèmes pouvant fonctionner efficacement dans des conditions ambiantes. La structure du biofilm est également importante, car elle peut protéger les bactéries sous les contraintes physiques, chimiques et biologiques rencontrées lors de l'opération du bioréacteur. Parmi les principaux facteurs entrant dans la régulation du développement du biofilm et de ses propriétés à maturité, on trouve les conditions hydrodynamiques et les concentrations d'éléments nutritifs appliquées. La microfluidique connait une popularité croissante parmi la communauté de recherche sur les biofilms en raison de sa capacité à mieux contrôler ces paramètres en fonction de d'autres propriétés physicochimiques importantes et même le taux de croissance. Dans ce travail, nous nous appuyons sur les travaux antérieurs de notre groupe pour résoudre deux principales limites. Tout d'abord, la tendance des biofilms à contaminer les canaux et les tubes en amont peut éroder les spécifications précises des conditions expérimentales dans les positions en aval d'où des mesures analytiques sont réalisées. La premiere partie ce travail, nous présentons un dispositif microfluidique qui varie la vitesse d'écoulement en amont pour arrêter la croissance vers l'arrière et la contamination de l'entrée pour les expériences de longue durée. Le deuxième point d'intérêt est lié à des facteurs qui provoquent une hétérogénéité dans les modèles de croissance du biofilm. On a noté que les bulles formées pendant et après l'inoculation augmentaient la croissance locale du biofilm et réduisaient l'uniformité et l'homogénéité globale. Ce mémoire étudie également les effets des bulles sur le taux de croissance et le développement secondaire du biofilm.

Les activités anthropiques ont considérablement augmenté la quantité de gaz à effet de serre (GES) dans l'atmosphère et sont un contributeur majeur au réchauffement climatique. Le dioxyde de carbone (CO₂) est considéré le principal gaz à effet de serre qui contribue largement aux changements climatiques. Diverses technologies sont explorées à travers le monde pour la capture et la séquestration du CO₂. Les solutions à base d'amines sont considérées des solvants efficaces, mais ils sont énergivores et ont des impacts négatifs sur l'environnement. L'absorption du CO₂ à l'aide de l'enzyme anhydrase carbonique (AC) comme catalyseur (libre en solution ou immobilisé) est une technologie prometteuse qui offre une sélectivité et une efficacité élevées pour la capture du CO₂, tout en utilisant des solvants non toxiques et moins énergivores. L'AC est un biocatalyseur bien connu, doté d'une aptitude extraordinaire à absorber les molécules de CO₂ (grâce à son énorme constante catalytique (turnover number, TON)), ce qui lui confère une très grande capacité à stimuler l'hydratation du CO₂. L'immobilisation de l'AC sur des surfaces solides améliore la stabilité et la réutilisation de l'enzyme, en permettant une séparation facile des produits de la réaction sans la contamination du biocatalyseur. Dans ce contexte, cette thèse se concentre sur l'étude de l'absorption du CO₂ en utilisant l'AC immobilisée dans différents bioréacteurs. Plus précisément, les principaux objectifs sont: i) de développer un processus enzymatique amélioré en utilisant l'AC immobilisée dans une colonne à garnissage, ii) d'étudier l'absorption du CO₂ dans un contacteur à membrane avec l'enzyme immobilisée sur la surface de la membrane, et iii) de proposer un nouveau procédé enzymatique hybride dans un contacteur à membrane plane en intensifiant l'absorption du CO₂ par l'enzyme immobilisée autant sur la membrane que sur la surface de nanoparticules magnétiques (MNPs). Une nouvelle technique d'immobilisation de l'AC a été développée en combinant (i) la codéposition de Polydopamine (PDA)/Polyethyleneimine (PEI) contenant des groupes fonctionnels aminés pour fonctionnaliser les surfaces et (ii) l'immobilisation covalente de l'enzyme sur les surfaces aminées en utilisant du glutaraldéhyde. L'approche proposée est intéressante en raison de sa simplicité, de l'abondance des fonctionnalités (amine) du PEI, et de la grande capacité d'adhésion du PDA pendant le processus de fonctionnalisation de la surface, ainsi que de la stabilité et de la réutilisation de l'enzyme immobilisée par liaison covalente. Un procédé enzymatique hybride avec l'enzyme AC immobilisée sur la surface du garnissage et des MNPs dispersées dans l'absorbant liquide (eau) a été développé dans un bioréacteur constitué par une colonne gaz-liquide. L'enzyme a été immobilisée sur la surface fonctionnalisée des MNPs et du garnissage par liaisons covalentes. Même après 40 jours, l'enzyme immobilisée sur le garnissage et les MNPs a montré une remarquable stabilité, conservant, respectivement, 80 % et 84,7 % de son activité initiale. Étant donné que l'enzyme immobilisée sur les MNPs fonctionne comme une enzyme libre en solution, le processus d'hydratation du CO₂ s'est amélioré de manière significative, en particulier lorsqu'il y a une plus importante limitation de la diffusion lors du processus enzymatique avec l'enzyme immobilisée sur la surface du garnissage. L'AC immobilisée sur la surface d'une membrane plane en polypropylène (PP) par codéposition de PDA/ PEI par liaison covalente a montré la plus grande activité et a conservé la plupart de son activité initiale après 40 jours (82.3%). Un flux d'absorption de CO₂ de 0,29x10⁻³ mol/m²s a été atteint en intégrant la membrane biocatalytique dans un contacteur à membrane plane (FSMC), en utilisant l'eau comme absorbant. Un taux stable d'absorption a été obtenu pendant l'opération à plus long terme (6 heures), illustrant le potentiel de cette technologie dans des applications industrielles. La résistance au transfert de masse dans les pores de la membrane partiellement remplis de liquide a été réduite par l'hydratation catalysée du CO₂ dans ces pores en présence de l'AC immobilisée. L'absorption de CO₂ dans un contacteur à membrane plane avec de l'AC immobilisée sur la surface de la membrane a été intensifiée en incorporant également l'enzyme immobilisé sur la surface des MNPs dispersés dans la phase liquide. Le processus d'absorption du CO₂ a été amélioré grâce à la présence de MNPs biocatalytiques qui agissent comme une enzyme libre en phase liquide. L'AC a été immobilisée de manière covalente sur la surface des MNPs fonctionnalisées. L'absorption du CO₂ a été améliorée dans ce système hybride innovant de contacteur à membrane intensifié en maximisant l'utilisation du TON de cette enzyme, en particulier à des concentrations plus faibles d'enzyme sur la membrane biocatalytique. Autant la membrane que les MNPs avec l'AC immobilisée ont démontré leur réutilisabilité, en conservant leurs activités initiales même après 10 cycles d'absorption. Le contacteur à membrane intensifié a également montré un fonctionnement stable pendant plusieurs heures. En conclusion, les résultats obtenus dans cette thèse illustrent le fait que la capture du CO₂ utilisant de l'anhydrase carbonique immobilisée peut offrir une stratégie rentable, verte et respectueuse de l'environnement, représentant une alternative attrayante aux technologies traditionnelles qui utilisent des absorbants à base d'amines. Avec la crise environnementale croissante, les technologies enzymatiques prennent de l'importance, ce qui suscite de plus en plus de tentatives pour les mettre en œuvre à l'échelle industrielle. / Anthropogenic activities have significantly enhanced the amount of greenhouse gases (GHGs) in the atmosphere and are a major contributor to global warming. Carbon dioxide (CO₂) is a primary greenhouse gas that contributes to climate change. Various technologies are being explored across the world to tackle CO₂ capture and sequestration. Despite their efficiency, amine-based solutions have negative environmental impact and the process is energy intensive. CO₂ absorption using carbonic anhydrase (CA) enzyme as catalyst (free in solution or immobilized) is a promising technology which offers high selectivity and efficiency in CO₂ capture processes by using nontoxic and more energy efficient solvents. CA is a well-known biocatalyst endowed with an extraordinary turnover number (TON), which offers to it a very high capacity to boost CO₂ hydration. CA immobilization on solid surfaces enhances the enzyme stability, and reusability and provides the ability for easy separation of the reaction products without biocatalyst contamination. In this context, the present thesis focuses on the investigation of CO₂ absorption process using immobilized CA in different bioreactors. More specifically, the main objectives are: i) developing an enhanced enzymatic process with immobilized CA enzyme in a packed-bed column bioreactor, ii) studying the CO₂ absorption in membrane contactor with immobilized CA enzyme on membrane surface, and iii) proposing a novel hybrid enzymatic process in an intensified flat sheet membrane contactor for improving CO₂ absorption via immobilized CA enzyme on both membrane and magnetic nanoparticles (MNPs). An improved CA immobilization technique was developed in this work using two steps: (i) co-deposition of Polydopamine (PDA)/Polyethyleneimine (PEI) with amino functional groups for amine-functionalization of surfaces and (ii) covalent enzyme immobilization on the aminated surfaces using glutaraldehyde. The proposed approach is appealing because of its simplicity, abundant amine functionalities of PEI, and great adhesion capacity of PDA during surface functionalization process, as well as the stability and reusability of immobilized enzyme via covalent bonding. A hybrid enzymatic process with CA enzyme immobilized on packing surface and MNPs dispersed in the liquid absorbent (water) was developed in a gas-liquid packed-bed column bioreactor. CA was immobilized on amine functionalized surface of MNPs and packings via covalent attachments. Even after 40 days of storage in buffer solution, the immobilized CA on packing and MNPs showed remarkable stability, retaining 80% and 84.7% of its original activity, respectively. Since the enzyme immobilized on MNPs operates as a free solution-phase enzyme, the CO₂ hydration process improved significantly, specially when the diffusion limitation in the enzymatic process with immobilized CA enzyme on the packing surface was significant. CA enzyme immobilized on polypropylene (PP) flat sheet membrane surface via co-deposition of PDA/PEI through covalent bonding method showed the highest activity and preserved most of its initial activity after 40 days (82.3%). A CO₂ absorption flux of 0.29x10⁻³ mol/m²s was attained by integrating the biocatalytic membrane into a flat sheet membrane contactor (FSMC) using water as absorbent. Stable CO₂ absorption rate was obtained during a longer time operation (6 hours), illustrating its potential for industrial applications. Mass transfer resistance in partially liquid-filled membrane pores was shown to be reduced by the catalyzed CO₂ hydration in these pores in the presence of immobilized CA. CO₂ absorption in flat sheet membrane contactor with immobilized CA on membrane surface was intensified by the incorporation of immobilized CA on the surface of MNPs dispersed in the liquid phase. CO₂ absorption process was improved due to the presence of biocatalytic MNPs, which act as a free solution-phase enzyme. CA was covalently immobilized on amine-functionalized MNPs surface. The proposed innovative hybrid enzymatic process in the intensified membrane contactor improved the CO₂ absorption by maximizing the utilization of CA's large TON, specially at lower CA loadings on the biocatalytic membrane. Immobilized membrane and MNPs demonstrated their reusability and retained their initial activities even after 10 absorption cycles. The intensified membrane contactor also displayed a stable operation for several hours. In conclusion, the results achieved in our work illustrate that CO₂ capture using immobilized CA can offer a cost-effective, green, and environmentally friendly strategy, representing an attracting alternative to customary technologies using amine-based absorbents. With the growing environmental crisis, enzymatic CO₂ capture technologies are becoming more important, prompting more attempts to implement them on industrial scales.

En raison des problèmes inhérents aux biomatériaux et à la transplantation d’organes, tels que la durée de vie, le rejet et la disponibilité, l'ingénierie tissulaire est désormais envisagée à plus long terme comme solution de remplacement des organes défaillants. Cette approche vise à induire et structurer la croissance tissulaire afin d’organiser les cellules en tissus et ces tissus en organes. Pour ce faire, un bioréacteur reproduisant les conditions intracorporelles est indispensable. Au cours de ce projet de maîtrise, un bioréacteur à perfusion spécifique à la régénération des artères a été conçu pour favoriser la croissance de ce tissu et étudier l’effet des diverses contraintes mécaniques (tension axiale, élongation axiale, pression interne, débit, cisaillement) sur ses propriétés mécaniques finales. La conception du bioréacteur a été effectuée suivant une méthodologie rigoureuse comprenant l’identification des besoins, la rédaction du cahier des charges, la modélisation assistée par ordinateur, la réalisation du prototype et la validation. Ce bioréacteur sera par la suite utilisé par le laboratoire pour le développement d’un substitut artériel ayant les propriétés et la structures d’une artère native. / Tissue engineering provides a new approach for overcoming the current problem of organ shortage and biomaterial failure. Three-dimensional tissues, such as arteries, are much more difficult to regenerate than bi-dimensional ones. In this context, a specific bioreactor is required in order to reproduce and maintain the appropriate environment required for 3-D tissue regeneration. During this project, a perfusion bioreactor specific for arterial tissue was designed to stimulate growth and study the effects of mechanical factors such as axial stress, axial strain, internal pressure, flow and shear stress, on final construct properties. The design was realized following a step-by-step methodology: identification of the needs, listing of the specifications, computer assisted modeling and design, and prototype realisation and validation. This bioreactor will be used by the laboratory for the development of an arterial substitute with similar properties and structure of a native artery.

La disponibilité limitée de vaisseaux sanguins autologues pour les chirurgies vasculaires telles que le pontage coronarien ou périphérique et les performances cliniques insuffisantes des prothèses vasculaires pour le remplacement de vaisseaux sanguins de petit diamètre (Ø < 6 mm) justifie la recherche dans le domaine du génie tissulaire vasculaire. L’une des stratégies explorées – le génie tissulaire fonctionnel – vise à régénérer un vaisseau sanguin in vitro dans un environnement contrôlé appelé bioréacteur. L’objectif de cette thèse est de concevoir un bioréacteur à perfusion et de développer un système de contrôle pour ce bioréacteur afin d’interagir de manière dynamique avec une construction artérielle dans le but de guider et de stimuler la maturation de constructions artérielles. La principale question étudiée dans ce projet est de déterminer comment choisir les conditions de culture à l’intérieur d’un bioréacteur le plus efficacement possible. Deux grands enjeux ont été identifiés : d’abord, le besoin de comprendre les différents phénomènes physiques et biologiques qui se déroulent à l’intérieur du bioréacteur. Ensuite, la nécessité de diriger la régénération du tissu vasculaire. Une commande utilisant le concept de programmation génétique fut développé afin de modéliser en temps réel la régénération du tissu vasculaire. En utilisant les modèles générés, la commande recherche une stratégie optimale de culture (déformation circonférentielle, cisaillement longitudinal et fréquence du débit pulsé) en considérant un processus de décision Markovien résolu par programmation dynamique. Par simulation numérique, on montre que cette méthode a le potentiel de favoriser une croissance plus rapide et plus sécuritaire des tissus en culture et permet d’identifier plus efficacement les paramètres importants pour la croissance et le remodelage des constructions artérielles. La commande est capable de gérer des modèles de croissance non linéaires. Expérimentalement, le système développé permet de mieux comprendre l’évolution des propriétés mécaniques d’une construction artérielle dans un bioréacteur. / The limited availability of autologous blood vessels for bypass surgeries (coronary or peripheral) and the poor patency rate of vascular prosthesis for the replacement of small diameter vessels (Ø < 6 mm) motivate researches in the domain of vascular tissue engineering. One of the possible strategies named functional tissue engineering aims to regenerate a blood vessel in vitro in a controlled environment. The objective of this thesis is to design a perfusion bioreactor and develop a control system able to dynamically interact with a growing blood vessel in order to guide and stimulate the maturation of the vascular construct. The principal question addressed in this work is: How to choose culture conditions in a bioreactor in the most efficient way? Two main challenges have been identified: first, the need to develop a better comprehension of the physical and biological phenomenon occurring in bioreactors; second, the need to influence and optimize vascular tissue maturation. A controller based on the concept of genetic programming was developed for real-time modeling of vascular tissue regeneration. Using the produced models, the controller searches an optimal culture strategy (circumferential strain, longitudinal shear stress and frequency of the pulsed pressure signal) by the mean of a Markov decision process solved by dynamic programming. Numerical simulations showed that the method has the potential to improve growth, safety of the process, and information gathering. The controller is able to work with common nonlinearities in tissue growth. Experimental results show that the controller is able to identify important culture parameters for the growth and remodelling of tissue engineered blood vessels. Furthermore, this bioreactor represents an interesting tool to study the evolution of the mechanical properties of a vascular construct during maturation.

Les potentialités Fibrobacter succinogenes, l'espèce majeure du rumen, ont été utilisées pour la dégradation de végétaux et dans le cadre du projet MELiSSa créé par l'ESA. Dans un premier temps des cultures sur glucose nous ont permis de maîtriser notre procédé et de valider les techniques utilisées. Les cultures sur déchets végétaux (chou, soja et paille) par Fibrobacter succinogenes ont permis de mettre en évidence des cinétiques de dégradation différentes selon le substrat utilisé. Ensuite, les cultures sur un substrat issu d'une première dégradation par biométhanogenèse (projet MELiSSA), ont permis une amélioration du système et ont révélé des rendements de dégradation importants. La recherche d'un contaminant par biologie moléculaire a été menée pour expliquer la production de butyrate dans nos cultures. Enfin le programme "Anaerobic Waste Compartment Modelling and Simulation" nous a montré une très grande similitude avec les résultats expérimentaux

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.

Les lésions de cartilage ne cicatrisent pas spontanément et la réparation de ce tissu est un challenge. Les techniques chirurgicales restant insatisfaisantes, la thérapie cellulaire et l'ingénierie tissulaire sont maintenant envisagées. La transplantation de chondrocytes autologues (TCA) existe déjà mais cette procédure nécessite l'amplification des chondrocytes qui s'accompagne d'une perte du phénotype différencié (dont l'indicateur est le collagène de type II), au profit d'un phénotype fibroblastique (dont l'indicateur est le collagène de type I, retrouvé dans les tissus fibreux). La TCA conduit donc à une greffe de chondrocytes dédifférenciés produisant un fibrocartilage, dont les propriétés mécaniques sont différentes du cartilage hyalin natif. L'objectif de mes travaux était de développer un nouveau kit d'ingénierie tissulaire du cartilage par association de chondrocytes humains, de biomatériaux et d'une sélection de facteurs solubles. Nous avons utilisé le cocktail FGF-2/insuline (FI) pour l'amplification cellulaire et le cocktail BMP-2/insuline/T3 (BIT) pour redifférencier les chondrocytes dans des éponges de collagène. Nos résultats ont montré que cette combinaison permet la synthèse d'une matrice cartilagineuse dans les supports collagène. Cependant, cette synthèse s'est trouvée favorisée en périphérie des éponges cultivées en conditions statiques. Nous avons ensuite utilisé un bioréacteur pour perfuser les éponges et nos résultats ont révélé alors un dépôt plus homogène de cartilage dans ces supports. De manière très intéressante, nous avons aussi observé l'arrêt de l'expression du collagène de type I. Ainsi, notre approche multifactorielle combinant des chondrocytes humains, des biomatériaux collagène, une combinaison FI-BIT et une culture en perfusion permet la reconstruction d'un cartilage non fibrotique / Cartilage lesions are irreversible and cartilage repair is challenging. Actual surgical techniques remain unsatisfactory and therefore, cell therapy and tissue engineering approaches are now considered. The Autologous Chondrocytes Transplantation (ACT) already exists but this procedure requires chondrocytes amplification. During this amplification, a dedifferentiation process occurs: chondrocytes lose their differentiated phenotype (characterized by type II collagen) towards a fibroblastic phenotype (characterized by type I collagen, a component of fibrous tissues). ACT leads to the graft of dedifferentiated chondrocytes, hence provoking the production of a fibrocartilage that presents different mechanical properties than native hyaline cartilage. The aim of my work was to develop a new kit of tissue engineering for cartilage repair using human chondrocytes, biomaterials and a selection of soluble factors. We used a cocktail of FGF-2 and insulin (FI) for cell amplification and a cocktail of BMP-2, insulin and T3 (BIT) for chondrocyte redifferentiation in collagen sponges. Our results showed that the combination allows the synthesis of a cartilaginous matrix in collagen scaffolds. However, matrix production is favored in periphery of the sponges cultivated in static conditions. A perfusion bioreactor was then used to perfuse the sponges and our results revealed a more homogeneous deposition of cartilage in the scaffolds. Very interestingly, we also noticed a stop of type I collagen expression. Thus, our multifactorial approach combining human chondrocytes, collagen scaffold, the combination FI-BIT and culture under perfusion allows the reconstruction of a non-fibrotic cartilage

Cette recherche visait à aborder l’effet des caractéristiques des eaux usées (c’est-à-dire les Co-contaminants, métaux lourds et pH) sur la réduction biologique du Séléniate (SeO42-), et évaluer l'intégration des processus et des configurations pour le traitement des eaux usées chargé de sélénium et de Co-contaminants.La première partie de l’étude portait sur l’effet des accepteurs de Co-électrons et le faible pH sur la bioremédiation du SeO42-, les études expérimentales a montré que le rapport molaire NO3- et SO42- à SeO42- a un facteur de contrôle en augmentant ou en diminuant l'efficacité de l'élimination du sélénium (Se). De plus, l'étude sur les interactions biofilm-Se a révélé la présence de NO3 ou de SO42- influence la spéciation Se, les niveaux de Se (Se0) biogénique et l'activité de la biomasse. Le fonctionnement du réacteur UASB (upflow anaerobic sludge blanket) avec une diminution progressive du pH influent de 7,0 à 5,5 a montré une performance d'élimination stable de NO3-, SO42 et SeO42- ,avant une diminution de 20% de l'élimination de tous ces composants à pH 5,0 En plus, le fonctionnement à long terme du réacteur UASB à pH 5.0 a l'enrichissement des familles Geobacteraceae et Spirochaetaceae, qui n'ont pas été détectés à pH> 5,0.La deuxième partie de l'étude a exploré l'efficacité de différentes techniques d'élimination pour le traitement de SeO42- avec des Co-contaminants. La comparaison des performances d’élimination SeO42- en présence de SO4-2 dans un filtre biotrickling (BTF) et un réacteur UASB a révélé que SO42- a largement influencé la croissance du biofilm attaché et l'élimination de SeO42-a augmentée de> 200%. D'autre part, l'élimination de SeO42- était similaire dans le réacteur UASB indépendamment de la présence ou de l'absence de SO42-. La caractérisation de la biomasse a révélé la formation de Se0 sphérique et de sulfure de poly-sélénium dans la biomasse des deux bioréacteurs. L'addition de Ni dans les deux bioréacteurs a entraîné une diminution des performances de suppression de SO42- et SeO42- de ~ 20-30%. L'élimination du Ni était> 80% dans les deux bioréacteurs. Ni a été éliminé par précipitation sous la forme de sulfure de nickel. L’évaluation du flux de processus pour l'élimination de SeO42- et SO42- a été effectuée en couplant la colonne d'échange d'ions (IX) et le bioréacteur UASB en utilisant soit un prétraitement (IX  UASB), soit un post-traitement (UASB  IX) pour le bioréacteur. Le schéma du processus de prétraitement a montré une meilleure efficacité d'élimination globale de 99% de SO42- et 94% de S totale atteignant <100 mg L-1 de SO42-, <0,3 mg L-1 de Se total et <0,02 mg L-1 de Se dissous dans l'effluent pendant 42 jours de fonctionnement continu / This research aimed at addressing the effect of wastewater characteristics (i.e. co-contaminants, heavy metals and pH) on the biological reduction of selenate (SeO42-) and evaluating process integration and configurations for selenium-laden wastewater treatment with co-contaminants. The first part of the study focused on the effect of co-electron acceptors and low pH on the bioremediation of SeO42-. Experiments showed that the molar ratio of NO3- and SO42- to SeO42- has a controlling factor in either increasing or decreasing the selenium (Se) removal efficiency. Additionally, study on biofilm-Se interactions revealed the presence of either NO3- or SO42- influences the Se speciation, biogenic Se (Se0) levels and biomass activity. Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor operation with a gradual decrease in the influent pH from 7.0 to 5.5 showed a stable removal performance of NO3-, SO42- and SeO42-, before a 20% decrease in removal of all these components was observed at pH 5.0. Furthermore, long-term operation of the UASB reactor at pH 5.0 showed the enrichment of Geobacteraceae and Spirochaetaceae families, which were not detected at pH > 5.0.The second part of the study explored the effectiveness of different removal techniques for the treatment of SeO42- with co-contaminants. Comparing the SeO42- removal performance in the presence of SO42- in a biotrickling filter (BTF) and UASB reactor revealed that SO42- largely influenced the attached biofilm growth and increased SeO42- removal by > 200%. On the other hand, SeO42- removal was similar in the UASB reactor irrespective of the presence or absence of SO42-. Biomass characterization revealed the formation of spherical Se0 and poly-selenium sulfide in the biomass of both bioreactors. Addition of Ni in both bioreactors led to a decrease in SO42- and SeO42- removal performance by ~20-30%. Ni removal was > 80% in both bioreactors. Ni was removed via nickel sulfide precipitation. Evaluation of integrated process system for SeO42- and SO42- removal was conducted by coupling an ion exchange column (IX) and UASB bioreactor, using IX as either a pre-treatment (IX  UASB) or post-treatment (UASB  IX) unit for the bioreactor. The pre-treatment process scheme showed a better overall removal efficiency of 99% SO42- and 94% total Se reaching < 100 mg L-1 SO42-, < 0.3 mg Se L-1 total Se and < 0.02 mg Se L-1 dissolved Se in the effluent over 42 days of continuous operation

Indisponible

Les lésions de cartilage ne cicatrisent pas spontanément et la réparation de ce tissu est un challenge. Les techniques chirurgicales restant insatisfaisantes, la thérapie cellulaire et l'ingénierie tissulaire sont maintenant envisagées. La transplantation de chondrocytes autologues (TCA) existe déjà mais cette procédure nécessite l'amplification des chondrocytes qui s'accompagne d'une perte du phénotype différencié (dont l'indicateur est le collagène de type II), au profit d'un phénotype fibroblastique (dont l'indicateur est le collagène de type I, retrouvé dans les tissus fibreux). La TCA conduit donc à une greffe de chondrocytes dédifférenciés produisant un fibrocartilage, dont les propriétés mécaniques sont différentes du cartilage hyalin natif. L'objectif de mes travaux était de développer un nouveau kit d'ingénierie tissulaire du cartilage par association de chondrocytes humains, de biomatériaux et d'une sélection de facteurs solubles. Nous avons utilisé le cocktail FGF-2/insuline (FI) pour l'amplification cellulaire et le cocktail BMP-2/insuline/T3 (BIT) pour redifférencier les chondrocytes dans des éponges de collagène. Nos résultats ont montré que cette combinaison permet la synthèse d'une matrice cartilagineuse dans les supports collagène. Cependant, cette synthèse s'est trouvée favorisée en périphérie des éponges cultivées en conditions statiques. Nous avons ensuite utilisé un bioréacteur pour perfuser les éponges et nos résultats ont révélé alors un dépôt plus homogène de cartilage dans ces supports. De manière très intéressante, nous avons aussi observé l'arrêt de l'expression du collagène de type I. Ainsi, notre approche multifactorielle combinant des chondrocytes humains, des biomatériaux collagène, une combinaison FI-BIT et une culture en perfusion permet la reconstruction d'un cartilage non fibrotique