Eco-engineering of electroactive biofilms
Eco-Ingénierie des biofilms électro-actifs
Résumé
Bioelectrochemical systems (BES) such as microbial fuel cells (MFCs) or microbial electrolyzers (MECs) have been the subject of growing interest over the last decade for the production of electricity (MFCs) and, more recently, hydrogen (MECs) or molecules of interest. These processes have in common anodic biofilms, called electroactives, i.e. capable of exchanging electrons with an electrode via extracellular electron transfer mechanisms. The behavior of these biofilms is driven by several interactions within electroactive consortia but also with fermentative bacteria forming a complex trophic network. This PhD thesis aims to understand electroactive ecosystems in order to subsequently implement strategies to improve these consortia and ultimately MXCs. A first step was to understand the interactions within electroactive bacteria. Then, a study established metabolic networks to better understand the relationships between electroactive and fermentative bacteria. Following this, an eco-engineering strategy was tested to improve the performance of anodic consortia. Finally, a study of microbial ecology in real conditions was carried out to set up an effective microbial consortium via inoculation strategies with industrial wastewater as substrate into MFC. This thesis opens new insights in the ecological relationships within electroactive consortia and provide some guidelines to enhance them with the objective of a larger scale application of MXCs.
Les systèmes bioélectrochimiques (BES) tels que les piles à combustible microbiennes (MFC) ou les électrolyseurs microbiens (MEC) ont fait l'objet d'un intérêt croissant au cours de la dernière décennie pour la production d'électricité (MFC) et, plus récemment, d'hydrogène (MEC) ou de molécules d'intérêt. Ces procédés ont en commun des biofilms anodiques, appelés électroactifs, c'est-à-dire capables d'échanger des électrons avec une électrode via des mécanismes extracellulaires de transferts d'électrons. Le comportement de ces biofilms est déterminé par plusieurs interactions au sein des consortia électroactifs mais aussi avec des bactéries fermentaires formant un réseau trophique complexe. La thèse vise à comprendre les écosystèmes électroactifs afin de mettre en œuvre des stratégies pour améliorer ces consortia et finalement les MXCs. Une première étape consistait à comprendre les interactions au sein des bactéries électroactives. Ensuite, une étude a établi des réseaux métaboliques pour mieux comprendre les relations entre les bactéries électroactives et fermentaires. Par la suite, une stratégie d'éco-ingénierie a été testée pour améliorer les performances des consortia anodiques. Enfin, une étude d'écologie microbienne en conditions réelles a été réalisée pour mettre en place un consortium microbien efficace via des stratégies d'inoculation des eaux usées industrielles en tant que substrat en MFC. Cette thèse ouvre de nouvelles perspectives sur les relations écologiques au sein des consortia électroactifs et fournit des lignes directrices pour les améliorer dans l'objectif d'une application à plus grande échelle des BESs.
Domaines
Génie des procédés| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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