Det rasjonelle perspektivet

Comme indiqué lors de la présentation de la mesure de la résistance des granules (chapitre 3), les conditions hydrodynamiques choisies correspondent à une agitation à 550 rpm pendant 20 min, par une hélice plate de 2 cm de diamètre dans une cuve de 100 mL. Afin d’évaluer la possible altération des granules suite aux traitements enzymatiques, ces contraintes ont été imposées à la phase composée des granules ainsi que des macroparticules après traitement mentionnée dans les figures 1 et 4 (GrT + MaT). Par la suite, les fragments d’agrégats résultant de la contrainte hydrodynamique sont séparés en plusieurs fractions par une série de tamisages. Le protocole utilisé est détaillé dans la figure 85. Comme précédemment, les transferts de matière organique et de calcium ont été analysés afin d’évaluer l’impact des traitements enzymatiques sur la résistance des granules aux contraintes de cisaillement choisies.

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Figure 85 : Protocole de mesure de la résistance aux contraintes hydrodynamiques après traitement enzymatique.

Tamisage 315 µm Lavage PBS

< 2,82 mm

Boue Granulaire Native (BGrN) Tamisage à 2,82 mm Retour réacteur >2,82 mm Traitements : PBS 1X Traitements enzymatiques Conditions : 50 mL + 10 g MES.L-1 35 °C, 24 h, Sous agitation > 315 µm < 315 µm Granules Natifs (GrN) Granules + Particules après traitement Microparticules après traitement (SoMiT) Granules + Macroparticules après traitement (GrT + MaT) Contraintes hydrodynamiques 100mL, 10 g MES.L-1 Température ambiante Tamisage à 2,82 mm > 2,82 mm Granules après contrainte Hydrodynamique (GrTHy) Granules + Particules après contrainte hydrodynamique Filtration à 1,5 µm < 1,5 µm 315 µm < x < 2,82 mm

Phase soluble après contrainte Hydrodynamique (SoTHy) Microparticules après contrainte Hydrodynamique (MiTHy) Macroparticules après contrainte Hydrodynamique (MaTHy) Tamisage à 315 µm _{1,5 µm < x < 315 µm}

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I.2.1. Effet sur la taille des granules

Tout d’abord, nous avons mesuré les effets des contraintes hydrodynamiques sur les diamètres des granules soumis à des digestions enzymatiques. Ces mesures sont effectuées sur la phase granulaire uniquement (tailles supérieures à 2,82 mm). La figure 86 présente les distributions de tailles ainsi que la représentation en boites à moustaches des répartitions des diamètres des granules traités par chacune des enzymes puis soumis à la contrainte hydrodynamique (GrTHy).

Comme on le voit en figure 86.A. et 86.B., la mesure de la variation de distribution de taille ne permet pas de visualiser des effets importants dans les conditions du test. On peut noter toutefois le cas particulier de l’α-amylase qui semble provoquer, dans le cas des granules de R1, une disparition des agrégats de plus gros diamètre, proches de 3,8 mm au profit d’agrégats plus réduits et notamment ceux de diamètres proches 3,3 mm. La savinase semble avoir un comportement similaire sur les granules de R2 provoquant une diminution du nombre d’agrégats de diamètres proches de 4,8 mm au profit d’agrégats de diamètres proches de 3,8 mm. Cependant, si l’on s’intéresse aux représentations en boites à moustaches (figure 86.C. et 86.D.), on remarque qu’aucune des mesures effectuées sur des granules ayant subi une digestion enzymatique ne se démarque significativement par rapport aux références PBS et tampon pH 5.

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Figure 86 : Distribution des diamètres des granules de la phase GrTHy prélevés après application de contraintes

hydrodynamiques sur les granules des réacteurs R1 (A) et R2 (B) ayant subi des traitements enzymatiques et représentation en boites à moustaches des répartitions des diamètres pour les réacteurs R1 (C) et R2 (D). Une incubation

similaire dans du tampon PBS 1X sert de référence dans le cas des digestions par l’α-amylase, l’alginate lyase, du lysozyme et de la savinase, et une incubation similaire dans du tampon pH 5 sert de référence dans le cas des digestions par la β- amylase, la dextranase, et la cellulase. La barre horizontale en gras à l’intérieur de chaque boite à moustaches représente la valeur de diamètre médian. Les bords hauts et bas de la boite représentent respectivement les 3èmes et 1ers quartiles. Les traits horizontaux aux bouts des lignes pointillées représentent les valeurs maximales et minimales des diamètres mesurés à l’exclusion de certaines valeurs exclues. Les valeurs exclues de cette représentation sont les valeurs à une distance de la valeur médiane deux fois et demi supérieure à l’écart entre le 1er et le 3ème quartile. Ces valeurs sont représentées par des cercles sur le graphique.

A

B

C

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I.2.2. Transfert de matière organique

Afin d’analyser plus précisément les effets des contraintes hydrodynamiques sur les granules digérés par chacune des enzymes des mesures de masses de matières détachées ont ensuite été effectuées sur les phases SoTHy, MiTHy, et MaTHy. . La figure 87 représente les taux de transfert de MV obtenus qui correspondent à la masse de MV contenue dans les phases considérées rapportée à la masse de MV totale de granules initiale (calculée en faisant la somme des masses de MV de chaque phase obtenue à partir de ces granules).

D’autre part, afin de mettre en évidence une solubilisation de petites particules, voir de colloïdes, des mesures de la turbidité (absorbance à 640 nm) ont été réalisées sur les tamisâts à 315 µm correspondant aux phases MiTHy + SoTHy avant filtration sur le tamis de 1,5 µm (figure 88).

Figure 87 : pourcentages massiques des matières volatiles totales contenues dans les phases SoTHy, MiTHy et MaTHy

prélevées après application de contraintes hydrodynamiques par agitation à 550 rpm par une hélice plate de 2 cm de

diamètre dans une cuve de 100 mL sur des granules des réacteurs R1 (A) et R2 (B) ayant subi des traitements enzymatiques. Une incubation similaire dans du tampon PBS 1X sert de référence dans le cas des digestions par l’α-amylase, l’alginate lyase, du lysozyme et de la savinase, et une incubation similaire dans du tampon pH 5 sert de référence dans le cas des digestions par la β-amylase, la dextranase, et la cellulase.

A

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Figure 88 : Absorbances à 640 nm après décantation de 10 min des phases MiTHy + SoTHy prélevées après application

de contraintes hydrodynamiques par agitation à 550 rpm par une hélice plate de 2 cm de diamètre dans une cuve de 100 mL

sur des granules des réacteurs R1 (A) et R2 (B) ayant subi des traitements enzymatiques. Une incubation similaire dans du tampon PBS 1X sert de référence dans le cas des digestions par l’α-amylase, l’alginate lyase, du lysozyme et de la savinase, et une incubation similaire dans du tampon pH 5 sert de référence dans le cas des digestions par la β-amylase, la dextranase et la cellulase.

Lorsque l’on mesure les masses de particules qui se détachent des granules lors des contraintes hydrodynamiques (figure 87), on constate que l’α-amylase et la savinase sont à nouveau les enzymes qui conduisent à une augmentation significative du relargage de particules (macro et micro) après contraintes hydrodynamiques.

A

138

En ce qui concerne les expériences réalisées sur les granules de R1, l’enzyme qui provoque la perte la plus significative de matière est l’α-amylase puisque la quantité de matière retrouvée dans la phase macroparticulaire augmente d’un facteur 3,3 par rapport à la référence correspondant à une incubation dans le PBS seul,. Le détachement de micro-particules est par contre peu augmenté comparé à celui observé dans les conditions de PBS. Les mesures de turbidité par l’absorbance à 640 nm (figure 88) confirment ce rôle prépondérant des α (1-4) glucanes à la fois dans les granules de R1 puisque les valeurs de turbidités mesurées pour les digestions par l’α-amylase augmentent d’un facteur 6,9 par rapport à la référence PBS. Quoique moins marqué, l’effet de l’α-amylase est aussi visible sur les granules du réacteur R2 puisque les valeurs de turbidités augmentent d’un facteur 2,9 par rapport à la référence PBS. Comme le laissaient supposer les mesures de turbidité réalisées précédemment après digestion par l’α-amylase, ces données confirment l’implication des α (1-4) glucanes dans la cohésion des granules des deux réacteurs.

Les contraintes hydrodynamiques appliquées sur les granules provoquent également de forts relargages de matière organique sur les granules digérés par la savinase. En effet, selon la figure 88, dans le cas des granules de R1, la turbidité de la phase MiTHy est 2,9 fois supérieure pour les granules digérés par la savinase que pour les granules incubés dans le PBS et dans le cas des granules de R2, elle est 2,5 fois plus importante. De même, selon la figure 87, le traitement par la savinase entraine une augmentation importante du relargage de matière volatile soluble (phase SoTHy) lors des contraintes hydrodynamiques. En revanche, ce qui distingue le traitement pas la savinase de celui par l’α-amylase, c’est que la savinase ne semble pas provoquer le relargage de particules si on compare à la référence PBS, on n’observe pas d’augmentation significative des taux de transferts vers les phases MiTHy et MaTHy (figure 87). Bien que le comportement des protéines apparaisse différent de celui des α (1-4) glucanes, ces résultats, montrent que le rôle des protéines dans la cohésion des granules est également important.

Dans le cas des granules du réacteur R2 uniquement, outre l’effet sensible de ces deux enzymes, les mesures de turbidité mettent en évidence une certaine efficacité de la cellulase qui provoque une augmentation de la turbidité d’un facteur 1,8 par rapport à la référence incubée dans le tampon pH 5 (figure88.B). De même, l’alginate lyase provoque une augmentation de la turbidité d’un facteur 1,3 et le lysozyme entraine une augmentation de la turbidité d’un facteur 1,5 par rapport à la référence incubée dans le PBS. Les β (1-4) glucanes, les alginates et glycosaminoglycanes, même présents en quantités modérées, ont donc peut-être un rôle dans la cohésion des granules, et en particulier de ceux du réacteur R2. Il est possible, notamment, que ces types de polymères soient plus représentés au sein des filaments bactériens observé en surface des granules du réacteur R2 et qui sont totalement absents des agrégats de R1.

Les digestions effectuées sur les granules de R2 semblent avoir moins d’effet sur la perte de cohésion et le transfert de matière que sur les granules de R1. Ceci peut être imputé aux filaments observés en surfaces de ces agrégats qui vont se détacher facilement des granules sans nécessité d’action d’enzymes pendant les étapes de contraintes hydrodynamiques. Ces filaments vont constituer des masses importantes dans les fractions micro et macro particulaires qui vont perturber les observations et empêcher de conclure sur les effets des enzymes.

I.2.3. Transfert de cations divalents

Afin de compléter l’évaluation des effets des enzymes sur la résistance aux contraintes hydrodynamiques, le relargage de calcium dans la phase micro particulaire (phase MiTHy + SoTHy) a aussi été analysé. Ainsi, on remarque sur la figure 89, que les relargages de calcium après contraintes hydrodynamiques sont faibles en comparaison de ceux obtenus après digestion enzymatique seule (figure 84). Il est probable que les contraintes hydrodynamiques appliquées sur les granules ne provoquent pas de libération supplémentaire de calcium en provenance des agrégats. En effet, la diffusion de cet ion vers la phase soluble a pu se faire en quasi-totalité dés l’étape de digestion de la matrice par les enzymes.

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Figure 89 : Taux de transferts de calcium dans les phases MiTHy prélevées après application de contraintes

hydrodynamiques par agitation à 550 rpm par une hélice plate de 2 cm de diamètre dans une cuve de 100 mL sur des

granules des réacteurs R1 (A) et R2 (B) ayant subi des traitements enzymatiques. Une incubation similaire dans du tampon PBS 1X sert de référence dans le cas des digestions par l’α-amylase, l’alginate lyase, du lysozyme et de la savinase, et une incubation similaire dans du tampon pH 5 sert de référence dans le cas des digestions par la β-amylase, la dextranase et la cellulase.