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Durrieu ClaudeGuedri Houssemeddine Page 1/23

Biocapteurs pour le monitoring des écosystèmes aquatiques

NANTES - 27 et 28 NOVEMBRE 2007

LES PLÉNIÈRES 2007 DU LCPCSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES

EAU ET ENVIRONNEMENT

Des Biocapteurs à cellules algales pour le monitoring des sites récepteurs

de déversoirs d’orage






Contexte•Préservation du milieu aquatique

Qualité de la ressource en eau

Protection des écosystèmes

•Outil de contrôle en laboratoireAnalyses chimiques : GC MS, ICP MS…Tests algues, lentilles, diatomées, daphnies…..

•Outil d’alerte : Early Warning SystemSur site, en temps réel et en continu

Identification des analyses chimiques à réaliser






Principe de fonctionnement d’un biocapteur

Deux composants principaux :

Biorécepteur (enzyme, cellule, antigène…)

Transducteur (fibre optique, electrode conductimétrique…)






Le biorécepteur algalChlorella vulgaris (7µm)Algue verte unicellulaire de la famille dechlorophycées

Facilité de mise en culture

Accumulation des pollutions

Grande sensibilité aux stressPrésence d’enzymes membranaires permettant

le suivi de leur activité à partir de la cellule entière

Mesure de la production d’oxygèneMesure de la fluorescence chlorophylienne






Spécificité d’action de différentes familles de toxiques sur des voies métaboliques algales

Fluorescence chlorophylienne

Pesticides organophosphorésUrées substituées

Activité phosphatase alcaline

Métaux lourds

Activité estérase Pesticides organophosphorés

Activité Nitrate réductase

Ammoniac






Principe du biocapteur à fibres optiques

ENREGISTREUR

SOURCE DETECTEUR

Membrane algale






Durrieu ClaudeGuedri Houssemeddine Page 9/X





Cellule de mesure

Entrée fluxSortie du fluxSortie flux

Fibre optique

Membrane algale






Boîtier de mesure

Fibres optiques

Pompe péristaltique






30 mm

5mm

Miniaturisation du système

contactMembrane en époxy

électrodes1.4mm*1.5m

m

Transducteur électrochimique

Variations locales de conductivité






Microcapteur conductimétrique

Zone de depôt






Produit enzymatique

Interface transducteurInterface transducteur

La sensibilité du capteur est dépendante de la concentration algale déposée






Immobilisation des cellules algales en gel

Les gels de silice possèdent des propriétés intéressantes

hydrophylie

transparence

réservoir d’eau

bonne rétention des cellules

protection contre l’attaque microbienne






Principe de l’assemblage en monocouches de cellulesSelf Assembly Monolayer (SAM)






Immobilisation des algues en monocouches d’autoassemblageSAM (Self Assembly Monolayer)






50 100 150 2000

10

20

30

Time (min)

Inte

nsity

(a.u

.)Témoin

Effluent toxique

Analyse de la toxicité d’un effluent






Calibration de la réponse aux métaux de microcapteurs conductimétriques






y = -50,144x + 111,98R2 = 0,9302

0

20

40

60

80

100

120

140

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

Dillution(%)

AP

A re

s(%

)

Activité Phosphatase Alcaline de cellules de Chlorella vulgarispréalablement exposées à des eaux de pluie






0

20

40

60

80

100

120

1ppb 10ppb 100ppb

AtrazineDiuronMPO

Pesticides

Calibration de la réponse aux pesticides de microcapteurs conductimétriques






Activités enzymatiques de cellules de Chlorella vulgaris

après contact avec des eaux d’orage

0

20

40

60

80

100

120

A B C

phosphataseEsterase

Sortie de déversoir

Act

ivité

rési

duel

le

(% té

moi

n)

A : début d’épisode; B : milieu d’épisode; C : fin d’épisode

Métal Zn Pb Cu Cr Ni Cd Fe Al

Concentration(µg / L)

740 46,6 146 8,8 3,3 0,23 1,81 0,94

Concentration en ions métalliques de l’eau d’orage






Site d’ Orcemont






Biocapteur phosphatase en entrée de station site d’Orcemont






3/5/07 7/5/07 22/5/07 16/7/07 9/10/07

Entrée STEP NF 80 72 45 60 76

Sortie STEP NF 92 85 80 80 150

Amont NF 95 80 85 95 159

Aval NF 89 76 75 85 155

Entrée STEP F 95 85 55 92 140

Sortie STEP F 105 80 80 95 162

Amont F 103 101 92 89 158

Aval F 110 98 75 91 176

Activité résiduelle Estérase : Orcemont






3/5/07 7/5/07 22/5/07 16/7/07 9/10/07

Entrée STEP NF 3 40 70 52 9

Sortie STEP NF 12 55 88 76 20

Amont NF 82 82 92 80 58

Aval NF 110 92 85 91 57

Entrée STEP F 65 92 92 70 35

Sortie STEP F 77 85 99 85 55

Amont F 78 77 78 85 57

Aval F 82 91 84 98 58

Activité résiduelle Phosphatase Alcaline Orcemont

Documents

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