Developpement d'un module microbiologique dÉdiÉ À la modelisation hydrobiogÉochimique et application À la mobilitÉ de l'arsenic

Doctoral thesis English OPEN
Parmentier, Marc;
(2006)
  • Publisher: HAL CCSD
  • Subject: Microbiologie | Biogéochimie | [CHIM]Chemical Sciences | Modélisation | Arsenic | Acide mine drainage site minier | Transport réactif | Modelling | [ CHIM ] Chemical Sciences

The geochemistry of natural system as old mine site is influenced by biological activity. Only informatics tools taking into account geochemistry, hydrodynamics and microbiology will be able to analyse, and then predict, this complex system evolution. For about ten year... View more
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    2 E´tat de l'art de la mod´elisation de l'activit´e microbiologique 7 2.1 D´efinitions et notations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2 Le catabolisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.1 Une r´eaction d'oxydo-r´eduction . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.2 Le catabolisme des chemolithotrophes . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.3 La d´egradation de la mati`ere organique . . . . . . . . . . . . . 14 2.2.4 Influence de la concentration des r´eactifs . . . . . . . . . . . . 18 2.2.5 Influence de l'´energie de la r´eaction . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2.6 Influence des conditions du milieu . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.2.7 Interd´ependance des cin´etiques . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.3 L'anabolisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.3.1 La r´eaction d'anabolisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.3.2 La courbe de croissance bact´erienne . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.3.3 Couplage anabolisme et catabolisme . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4 Les r´eactions extracellulaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.1 L'hydrolyse de la mati`ere organique . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.4.2 La dissolution de phases min´erales . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.4.3 La diffusion au sein d'un biofilm . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

    3 Extension du code de calcul CHESS 45 3.1 Calcul de l'´equilibre thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1.1 Le concept d'esp`eces de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1.2 Les ´equations principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.1.3 La m´ethode de r´esolution de Newton-Raphson . . . . . . . . . 48 3.1.4 La r´esolution des ´equations avec CHESS . . . . . . . . . . . . 49 3.2 Calcul de l'´evolution cin´etique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 3.2.1 Le syst`eme d'´equations diff´erentielles ordinaires . . . . . . . . 54 3.2.2 Approximation par des ´equilibres . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.2.3 Les m´ethodes de r´esolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 3.2.4 La r´esolution du syst`eme d'´equations avec CHESS . . . . . . . 60 3.2.5 La formulation cin´etique de CHESS . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

    4 Exemples et d´emonstrations 69 4.1 Les cin´etiques enzymatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2 La biod´egradation du NTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.3 Le couplage cin´etique transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

    5 E´tude de la dissolution r´eductive biologique de HFO-As 81 5.1 Contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.2 Les exp´eriences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.3 La sp´eciation initiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.4 Le m´ecanisme r´eactionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.5 Les effets inhibiteurs de la dissolution r´eductive . . . . . . . . . . . . 94 5.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

    6 E´tude biog´eochimique d'une eau acide de drainage minier 101 6.1 Pr´esentation du site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 6.2 Les exp´eriences de laboratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 6.3 Les r´eactions d'oxydo-r´eduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 6.4 Les phases min´erales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6.5 La mod´elisation des exp´eriences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 6.6 La mod´elisation in situ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 6.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

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