Legionella est une bactérie pathogène, ubiquitaire des environnements aqueux. L'utilisation des eaux de surface, par les centrales nucléaires, provoque un réchauffement de ces eaux, qui associé aux conditions de fonctionnement peut entraîner sa prolifération. Afin de limiter le développement de cette bactérie, en deçà des seuils réglementaires, EDF met en œuvre un traitement à la monochloramine dans ses circuits. Notre étude a eu pour but d’améliorer les connaissances sur les associations entre les légionelles et leur principal hôte : les amibes, et sur les facteurs susceptibles d’influencer leur sensibilité au traitement biocide. Nous avons, tout d’abord, mis en évidence la permissivité de 12 souches d’amibes à 2 souches de L. pneumophila. La température est apparue comme le paramètre le plus influant, la prolifération de Legionella semble favorisée à 40°C. Puis, nous avons cherché à développer un protocole pour séparer Legionella selon son état d’association. Ce protocole n’est pas abouti à l’heure actuelle. Finalement, nous avons comparé la sensibilité, de Legionella, dans différents états physiologiques et étudié l’impact de la qualité de l’eau et des MES. Les cellules post-amibes et dans une moindre mesure, les cellules en phases stationnaires sont les moins sensibles. L’effet de la matrice a été mis en évidence pour l’eau de Vienne, par contre la sensibilité n’a pas été modifiée suite à l’élimination ou l’enrichissement en MES. Cette étude constitue une base de connaissances nouvelles pour orienter les choix de gestion du traitement anti-Legionella à la monochloramine et d’exploitation des circuits. / Legionella is a pathogenic gram negative bacterium, ubiquitously found in waterborne environment. The use of surface water, in open recirculating cooling circuits of nuclear power plants, causes a warming of these waters, which may cause proliferation of Legionella. To limit the development of this bacterium, under the legal thresholds, EDF implements a monochloramine treatment. The aim of our study was to improve the knowledge on the association between Legionella and their main host : amoebae, and on the factors that may influence their susceptibility to biocide treatment. We first showed the permissiveness of 12 strains of amoebae to 2 strains of L. pneumophila. Temperature is appeared as the most influential parameter, the proliferation of Legionella seems favored at 40°C. Then, we searched to develop a protocol to quantify Legionella according to its state of association. This protocol is not operational, yet. Finally, we compared the sensitivity of Legionella, under different physiological states and studied the impact of water quality and suspended matter. Post-amoeba cells and at a lesser extent, stationary cells, are the less sensitive. The effect of the matrix was demonstrated for the Vienne river water, on the other side the elimination or enrichment in suspended matter has not modified the sensitivity. This study provides a basis for a better knowledge to manage monochloramine treatment against Legionella, and for operating cooling systems.

Ce travail, effectué dans le cadre d’un financement CIBLE-Région Rhône-Alpes, en partenariat avec le groupe HERAKLES-SAFRAN, a pour objectif la mise au point d’un nouveau procédé d’extraction et de purification de l’hydrazine N2H4, pour des applications spatiales. Ce monergol se doit d'être de très haute pureté, avec une composition massique supérieure à 99,5 % en hydrazine et un taux en carbone inférieur à 30 ppm. La première partie de cette étude nous a permis d’identifier les réactions de formation et de dégradation en vue d’établir un modèle cinétique global et de déterminer les paramètres directeurs de la synthèse. La connaissance des compositions des liqueurs réactionnelles fonction des conditions opératoires de la synthèse, nous a permis de positionner, au sortir des réacteurs, le point de mélange global dans les diagrammes de phases ternaires et quaternaires en vue de définir les conditions optimales d’extraction. La seconde partie concerne l'étude thermodynamique détaillée de la nouvelle voie d'extraction, qui consiste, non pas à extraire l’ammoniac en excès du milieu réactionnel mais à le maintenir, in situ, pour extraire l’hydrazine lors de la démixtion liquide-liquide par effet de solvant. L’objectif, in fine, est d’obtenir une phase ammoniacale quasi-anhydre, de manière à éliminer les multiples distillations et opérations complexes d’extraction et de purification rencontrées dans le procédé traditionnel. Cette nouvelle stratégie repose sur l’existence d’une lacune de miscibilité à l’état liquide, dans les systèmes ternaire H2O-NH3-NaOH et quaternaire H2O-N2H4-NH3-NaOH sous une pression comprise entre 15 et 20 bar. La dernière partie aborde le volet génie des procédés. L’exploitation pertinente du modèle cinétique et des diagrammes de phases impliqués nous a permis de déterminer les conditions optimales de synthèse et d’isolement, de calculer la composition des flux de matière au sortir de chaque opération unitaire et de les comparer aux procédés industriels antérieurs. Les schémas de procédé correspondant à chaque option ont ainsi été établis et analysés au niveau coût, sécurité et spécifications du produit utile obtenu / This work, funded by the CIBLE-Rhône-Alpes Region, in partnership with the HERAKLES-SAFRAN group, aims to develop a new method for extracting and purifying hydrazine N2H4, for space applications. This monopropellant must be of very high purity, with an upper mass composition of 99.5% hydrazine and a carbon content of less than 30 ppm.The first part of this study allowed us to identify the reactions of formation and degradation to establish a global kinetic model and determine the guiding parameters of synthesis. Knowledge of the compositions of reaction liquors function of operating conditions of the synthesis, has allowed us to position, on leaving the reactor, the overall mixing point in the diagrams of ternary and quaternary phases in order to define the optimum extraction conditions.The second part concerns the detailed thermodynamic study of the new method of extraction, which is, not to extract excess ammonia from the reaction mixture but maintain the in situ to extract the hydrazine in the liquid phase separation -liquid by solvent effect. The aim ultimately is to get a virtually anhydrous ammonia phase so as to eliminate multiple distillations and complex extraction and purification encountered in the traditional process. This new strategy is based on the existence of a miscibility gap in the liquid state, in the H2O-NH3-H2O-NaOH ternary system and N2H4-NH3-NaOH quaternary system at a pressure of between 15 and 20 bar.The last part deals with the process engineering component. The operation of kinetic model and phase diagrams involved allowed us to determine the optimum conditions of synthesis and isolation, to calculate the composition of the material flow at the end of each unit operation and compare them with previous industrial processes . The process diagrams for each option have been prepared and analyzed at cost, safety and specifications obtained useful product

Dans l'objectif d'anticiper et de réduire la prolifération de l'amibe pathogène Naegleria fowleri dans les circuits de refroidissement de certaines centrales électriques, notre travail vise à mieux comprendre l'écologie de cette amibe dans des environnements complexes tels que les biofilms d'eau douce récemment reconnus comme niche écologique préférentielle des amibes libres. Des essais de laboratoire ont été réalisés pour déterminer l'impact des facteurs environnementaux naturels et anthropiques: température, nature du matériau support de la formation du biofilm, charge nutritionnelle et monochloramination sur le comportement et le devenir de Naegleria fowleri dans le biofilm. Ces travaux ont permis de démontrer que la survie, l'implantation, la croissance, le maintien et le déclin de Naegleria fowleri dans les biofilms sont principalement gouvernés par la concomitance des facteurs température et ressource nutritive. Les autres facteurs: nature du matériau, désinfection à la monochloramine et compétition amibienne, se présentent plutôt comme des paramètres de perturbation ou d'inhibition de cette dynamique. Par ailleurs, les résultats obtenus sur la colonisation du biofilm par les amibes confortent le rôle prépondérant de cet habitat comme réservoir naturel des amibes libres et Naegleria fowleri / This study is aiming at preventing and reducing the proliferation of the pathogenic free-living amoeba Naegleria fowleri in several power plant cooling circuits. This work contributes to provide a better understanding of the ecology of this amoeba in complex environments such as freshwater biofilms, which recently has been recognized as privileged ecological niche for free-living amoebae. Laboratory tests were conducted to determine the impact of environmental factors such as temperature, type of support material for the biofilm formation, nutritional resources and monochloramination treatment on the behavior and the fate of Naegleria fowleri in the biofilm. This work has demonstrated that the survival, implantation, maintain, growth and decline of Naegleria fowleri in biofilms are mainly governed by a combination of the temperature and nutritional resource factors. The other factors: type of support material, monochloramination treatment, and amoebic competition, appeared rather as disruptive or inhibitory parameters of this dynamic. Moreover, the obtained results for the amoebic colonization of the biofilm matrix confirm the crucial role of this habitat as natural reservoir for free-living amoebae and Naegleria fowleri

Les circuits de refroidissement des centrales nucléaires en bord de rivière sélectionnent par leur mode de fonctionnement des micro-organismes à caractère thermophile, parmi lesquels le micro-organisme pathogène, Legionella pneumophila. Pour lutter contre le développement de ce genre bactérien, un traitement de désinfection de l'eau des circuits de refroidissement à la monochloramine peut être employé. Pour participer à la maitrise des risques sanitaires et environnementaux liés à la modification physico-chimique et microbiologique de l'eau naturelle prélevée, EDF s'est engagé dans une démarche d'amélioration des connaissances sur l'écologie des légionelles dans les circuits de refroidissement et des liens que ce genre bactérien entretient avec son environnement (physico-chimique et microbiologique) favorisant ou non leur prolifération. Ainsi, la diversité et la dynamique des Legionella pneumophila cultivables ont été déterminées dans les quatre centrales nucléaires en bord de Loire pendant un an et leurs liens avec leur environnement physico-chimique et microbiologique ont été étudiés. Cette étude a mis en évidence une forte diversité des sous-populations de Legionella pneumophila et une apparente dynamique qui semble être liée à l'évolution d'un nombre restreint de sous-populations. Les sous-populations de légionelles semblent entretenir des relations souche-spécifiques avec les paramètres biotiques et présenter des sensibilités différentes aux variations physico-chimiques du milieu. La conception des circuits de refroidissement pourrait impacter la communauté de légionelles. L'utilisation de la monochloramine perturbe fortement l'écosystème mais ne sélectionne pas de populations tolérantes au biocide.

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Le chlore est largement utilisé pour ses propriétés bactéricides dans les piscines. Dans les eaux de piscine, le chlore réagit avec les matières azotées et carbonées générées par l’activité humaine (sueur, salive, urine, peau) pour former divers composés toxiques tels que la monochloramine (NH2Cl), la dichloramine (NHCl2), le trichlorure d'azote (NCl3), le chloroforme (CHCl3), etc… qui se retrouvent dans l’atmosphère. La détection et la quantification de ces composés volatils à des teneurs ppb (partie par milliard) est un réel besoin afin de contrôler la qualité de l’air des piscines. Cependant il n’existe pas à ce jour des appareils à la fois sensibles et peu coûteux.L’objectif de ce travail de thèse est d’élaborer des capteurs chimiques colorimétriques, sensibles, sélectifs et peu coûteux de la monochloramine, du trichlorure d’azote et du chloroforme. Dans ce but, nous avons mis au point des capteurs chimiques réalisés à partir de matrices nanoporeuses de silicate dopée des réactifs. Ainsi le capteur de NCl3 dopé de NaI et d’amylose permet de mesurer de faibles teneurs de NCl3 (5 ppb à 180 ppb) dans les atmosphères humides (50-80% HR) des piscines. Grâce au changement rapide de couleur, de transparent à rose-violet, visible à l’œil nu, le capteur de NCl3 permet de surveiller la qualité de l’air dans les piscines. Le capteur sélectif de NH2Cl est basé sur la réaction de Berthelot. La matrice de silicate nanoporeuse dopée de nitroprussiate de sodium et de phénol en milieu alcalin, initialement transparente, devient bleue lors d’une exposition à NH2Cl gazeux. Ce capteur permet de détecter NH2Cl dans la gamme de 60 à 250 ppb dans une atmosphère très humide (≈ 80%). Utilisé pour la sonder la qualité des eaux de piscine, il permet de mesurer NH2Cl dans l’eau avec une limite de détection de 0,1 µmol•L-1. Une étude préliminaire de la détection de CHCl3 a également été entreprise pour déterminer les molécules-sonde aptes à réagir avec le chloroforme en formant des produits colorés. Les réactifs de la réaction de Fujiwara ont été sélectionnés. L’étude de la réactivité de la 2,2’-bipyridine en solution en présence d’une base forte a permis de mettre en évidence la formation simultanée de deux composés colorés, dont la formation dépend de la nature de l’environnement réactionnel. / In swimming-pools, chlorine is used as a disinfectant to minimize the risk to users from microbial contaminants. In water, chlorine reacts with nitrogen compounds generated by human activity like saliva, sweat, urine and skin, leading to the formation of toxic compounds, such as monochloramine (NH2Cl), dichloramine (NHCl2), nitrogen trichloride (NCl3), chloroform (CHCl3), etc… The detection and the quantification of these volatile compounds at ppb level (part per billion) is an important and significant challenge to be able to monitor the air quality in swimming pool. Or, there is currently no commercially available and low-cost system which can instantaneously measure at ppb concentrations.The aim of this research is to develop a cheap, sensitive and selective chemical and colorimetric sensors of monochloramine, nitrogen trichloride and chloroform. For this purpose, we developed chemical sensors based on the use of nanoporous silicate matrices doped with probe-molecules. The NCl3 sensor doped with NaI and amylose can detect NCl3 at ppb level (5 ppb – 180 ppb) in humid atmospheres (from 50% to 80% relative humidity) at ambient pool temperatures. Due to the fast change of color, visible with naked eyes, these sensors can be used to detect peaks of pollution and to monitor the air quality of indoor pools. The NH2Cl selective sensor is based on the Berthelot reaction. The nanoporous silicate matrices doped with sodium nitroprusside and phenol in an alkaline medium, turn from transparent to blue upon exposure to gaseous NH2Cl. This sensor can detect NH2Cl in the range from 60 to 250 ppb in a very humid atmosphere (≈ 80%). Used to probe the quality of pool water, this sensor can detect NH2Cl in water with a detection limit of 0,1 µmol•L-1. A preliminary study of the CHCl3 detection was also conducted to identify probe-molecules capable of reacting with chloroform to form colored products. The reagents of the Fujiwara reaction were selected. The study of the 2,2’-bipyridine reactivity in solution in the presence of a strong base allowed highlighting the simultaneous formation of two colored compounds, whose formation depends on the nature of the reaction environment.

Ce travail est consacré au développement de composés polyazotés de la famille des tétrazènes, pour des applications dans le domaine de la propulsion spatiale. Compte tenu de la forte toxicité des hydrazines utilisées actuellement dans les systèmes à biergols stockables, il devient absolument nécessaire de les remplacer par de nouveaux ergols verts, performants au niveau propulsion, et ne présentant pas d'impact significatif sur la santé humaine et l'environnement. Aujourd'hui, le candidat idéal pour remplacer les hydrazines spatiales n'a pas été identifié, mais un premier candidat a été proposé par le CNES en raison de ses performances théoriques et d'une toxicité moindre, il s'agit du 1,1,4,4-tétraméthyl-2-tétrazène (TMTZ). Dans cette thèse, une caractérisation complète de ce composé a été effectuée, afin de valider son intérêt en tant qu'ergol. Une étude cinétique et thermodynamique a permis de proposer un procédé de synthèse du TMTZ propre, performant en continu, intégrant les phases de synthèse, d'extraction et de purification. Pour aller plus loin dans cette démarche, de nouvelles cibles polyazotées ont été identifiées, dans le but d'atteindre des performances plus importantes en élaborant des structures tétrazènes plus riches en atomes d'azote que le TMTZ. Les différentes voies de synthèse de ces tétrazènes densifiés sont présentées, ainsi que la réactivité de leurs précurseurs potentiels. En appui de ces recherches, des outils théoriques et expérimentaux de prédiction et de détermination des performances énergétiques des composés polyazotés sont présentés / This work aims at the development of polynitrogen-based compounds of the tetrazene family for space propulsion applications. Due to the high toxicity of hydrazines used currently in stockable bipropellant systems, there is a need to replace them by new green propellants with high propulsion performance and low impact towards human health and the environment.So far, the ideal candidate to replace space-use hydrazines has not been identified. However, the French Space Agency (CNES) proposed a first candidate, namely, 1,1,4,4-tetramethyl-2-tetrazene (TMTZ), which has a high theoretical performance and exhibits lower toxicity. In this work the latter compound was fully characterized in order to validate its interest as a propellant. Kinetic and thermodynamic studies allowed to propose a continuous synthesis process for pure TMTZ, which involves a synthesis, an extraction and a purification steps. In this context, new polynitrogen-based target molecules were identified in order to achieve higher performances than TMTZ and tetrazene derivatives with a higher nitrogen content were synthesized. Herein, the different synthesis pathways of these tetrazene derivatives with higher density as well as the reactivity of their potential building blocks are presented. To complete the above research, theoretical and experimental methods for the prediction and measurement of the energetic performance of the polynitrogen-based compounds are also presented