LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et...

Bordeaux - 25 au 27 Novembre

LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPCSciences et techniquesdu Génie Civil

JOURNÉESEAU ET ENVIRONNEMENT

Biocapteurs et détection des métaux lourdsBordeaux - 25 au 27 NOVEMBRE 2009

LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPCSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES

EAU ET ENVIRONNEMENT

C. Durrieu et H. Guedri

Mise au point d’une bioélectrode algale pour la détection d’ions de métaux lourds dans des eaux chargées en phosphate

C. Durrieu et H.Guedri

ENTPE Laboratoire des Sciences de l’Environnement





Contrôle en continu de sites à surveiller

Détection des contaminants chimiques

Outil d’alarme précoce : Early Warning system





Deux composants principaux :

Principe de fonctionnement d’un biocapteur

Biorécepteur (enzyme, cellule, antigène…)

Transducteur (fibre optique, electrode conductimétrique…)





Biorécepteur algal : Chlorella vulgaris

o Facilité de mise en cultureo Accumulation des polluantso Grande sensibilité aux stresso Présence d’enzymes membranaires (phosphatases alcalines)o Suivi d’activités métaboliques in vivoo Inhibition des phosphatases par métaux lourdso Inhibition des phosphatases par les ions phosphates

Chlorella vulgaris

Cellules entières non modifiées

Culture en milieu synthétique





Inhibition des activités phosphatases algales par les ions de métaux lourds

0

20

40

60

80

100

Cd Hg Pb Zn Cu Ni Cr

0,020,04

0,080,16

0,320,64

1,28

Durrieu, Badreddine, Daix, (2003) Journal of Applied Phycologym

G /L





Préconditionnement des cellules algales pour une activation de la phosphatase alcaline

Culture en phase exponentielle de croissance

Centrifugation

cellules Milieu de culture

Inoculation des cellules dans milieu AFNOR T90 304

remise en suspension T90 304 sans phosphate

6 jours 5000 lux 16H00/24H00

21 jours 5000 lux 16H00/24H00

APA stable 30 jours à 4°C





Mise en contact algues toxiques

Dépôt algues

algues centrifugation pour séparation algues milieu de culture

toxique

Dépôt toxique

centrifugation pour séparation

algues toxiqueAjout substrat enzymatique et mesure





Microélectrode conductimétrique

30 mm

5mm

contactMembrane en époxy

électrodes1.4mm*1.5m

m

Biorécepteur algalTransducteur conductimétriqueMesures de variations locales de conductivité




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




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





Calibration de microélectrodes algales pour la détection d’ions de métaux lourds

Aux plus faibles concentrations, les ions de métaux lourds peuvent activer les phosphatases. Cette activation peut constituer un biomarqueur de la présence de faibles concentrations d’ions métalliques





0

20

40

60

80

100

120

temoin début pointe fin

APA

res(

%)

non filtrés filtrés

0

50

100

150

200

250

début pointe fin

non filtrésfiltrés

Activité phosphatase de cellules algales exposées à des rejets urbains par temps de pluie

Les échantillons sont récupérés au cours de deux épisodes pluvieux différents du printemps 2008 en début, pointe et fin d’épisode sur le bassin d’infiltration de Django Reinhart de l’Ouest lyonnais





-

DU LCC

du Génie Civil É

5898849182Aval F

5785787778Amont F

5585998577Sortie STEP F

3570929265Entrée STEP F

57918592110Aval NF

5880928282Amont NF

2076885512Sortie STEP NF

95270403Entrée STEP NF

9/10/0716/7/0722/5/077/5/073/5/07

Activité résiduelle mesurée après exposition à des rejets de stations d’épuration Site d’Orcemont : entrée, sortie, cours d’eau (amont et aval)

Pourcentage d’activité résiduelle de l’activité phosphatase algale après exposition aux prélèvements





R2 = 0,9701

0

20

40

60

80

100

0,0000010,000010,00010,0010,010,11

Concentration PO4, g/l

APA

res

(%)

Action des ions phosphates sur l’activité phosphatase alcaline de Chlorella vulgaris

Les ions phosphates inhibent l’activité phosphatase à des concentrations bien inférieures aux limites de potabilité





Dépôt d’une monocouche de nafion sur des algues réticulées dans un gel BSA glutaraldéhyde

Nafion Sigma (5% w/v solution in a mixture of water and lower aliphatic alcohols)

GAGAvapvap

Membrane activeMembrane référence

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fa/Nafion.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fa/Nafion.svg





APA de CV

0

2

4

6

8

10

12

0 0,5 1 1,5 2

p N PP

1%3%5%7%10%

Activité Phosphatase Alcaline de Chlorella vulgaris immobilisée dans une triple couche de Nafion

Au-delà d’un certain pourcentage de nafion, le substrat ne pénètre plus dans la membrane





0

20

40

60

80

100

120

0,001 0,01 0,1 1 10

PO4, mg/l

APA

res,

%3%

4%

5%

6%

7%

8%

Action des ions phosphates sur l’activité phosphatase de Chlorella vulgaris immobilisée dans différents pourcentages de nafion





0102030405060708090

0,0010,010,1110

PO4, mg/l

APA

res,

%

3ppb Cd

5ppb Cd

10ppb Cd

100ppb Cd

La toxicité des métaux est indépendante de la concentration en phosphates pour des cellules immobilisées dans 6% de nafion





0

20

40

60

80

100

120

temoin

1ppb

2ppb

3ppb

4ppb

5ppb

10pp

b10

0ppb

1000

ppb

APA

res

,% Cd

Pb

Zn

Relation dose-effet entre la concentration d’ions métalliques etl’activité phosphatase de cellules algales immobilisées dans 6% de nafion





Activité phosphatase alcaline de cellules de Chlorella vulgaris préalablement exposées à des rejets de bassins routiers

Phosphatase alcaline

0

50

100

150

200

250

Rejet Amont Aval Rejet Amont Aval

Campagne 1 Campagne 2

% A

PA BF





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