Vincent MOULIA
a soutenu sa thèse le 13 décembre 2023
Devenir des microbiomes le long du continuum eaux usées traitées /
systèmes de micro-irrigation / sol
devant le jury composé de :
– Etienne PAUL, Professeur, TBI INSA – Toulouse – Rapporteur
– Fabrice MARTIN-LAURENT, Directeur de recherche, INRAE UMR Agroécologie – Dijon – Rapporteur
– Laurence MATHIEU, Maître de conférence, EPHE-PSL – Nancy – Examinatrice
– Claire ALBASI, Directrice de recherche, Laboratoire de génie chimique – Toulouse – Examinatrice
– Marc HERAN, Professeur, Institut Européens des membranes – Montpellier – Directeur de thèse
– Nassim AIT-MOUHEB, Chargé de recherche, INRAE UMR GEAU – Montpellier – Directeur de thèse
– Nathalie WERY, Directrice de recherche, INRAE Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement – Narbonne – Encadrante
– Geoffroy LESAGE, Maître de conférence, Institut européens des membranes – Montpellier – Encadrant
– Jérôme HAMELIN, Directeur de recherche, INRAE Laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement – Narbonne – Encadrant
Résumé :
La thèse s’inscrit dans projet MUSE ALLEA qui a pour ambition d’apporter une vision transversale et multi-échelle sur l’impact de la réutilisation des eaux usées traitées en irrigation, et plus particulièrement de consolider les connaissances sur le devenir des flux de polluants biologiques et chimiques le long du continuum eau usée/système d’irrigation/sol/plante. Les essais ont été réalisés sur la plateforme expérimentale de réutilisation des eaux de Murviel-lès-Montpellier, lors de la culture en serre de salades mais aussi lors d’irrigation en plein champs. Quatre qualités d’eau différentes ont été utilisées : une eau contenant toute la matière organique, tous les nutriments et les bactéries anthropiques (Eau brute : RWW), une eau contenant peu de matières organiques mais des nutriments et des bactéries issues du système d’assainissement (Eau de sortie de station Lit plantés de roseau à aération forcée : CWW) une eau contenant peu de matières organiques mais des nutriments et dépourvue de bactéries (Eau de sortie d’un Bioréacteur à Membranes : MBW) et une eau témoin (Eau du robinet : TW). Les outils d’analyses, déployés sur les matrices eau et sol, comme la biologie moléculaire (séquençage NGS, ddPCR et qPCR), couplés à des observations microscopiques (tomographie en cohérence optique) ont permis de caractériser les microbiomes du point de vue de leur composition, richesse et diversité. Alors que d’autres outils ont permis de quantifier la matière organique et les principaux ions (Fluorescence 3DEEM, chromatographie ionique, COT, DCO, …). La structure des communautés bactériennes du sol a connu un impact gradué avec trois groupes différenciés : sols irrigués avec l’eau potable d’une part, sols irrigués avec les eaux usées brutes d’autre part et enfin les sols irrigués par les deux types d’eaux usées traitées, non différenciables entre eux. De plus, la réponse en biomasse des bactéries fonctionnelles liées au cycle de l’azote a été proportionnelle à la quantité de composés azotés apportés. En parallèle, les concentrations en bactéries d’origines entériques n’ont pu être quantifiées et détectées que dans les sols irrigués par les eaux usées brutes et non dans les sols irrigués par les eaux usées traitées.
Le réseau de micro-irrigation a été étudié à échelle réelle pendant quatre mois, en échantillonnant à la fois les goutteurs et les conduites. Ces conduites possédaient des goutteurs avec des débits et des régimes d’écoulement différents. L’efficacité des réseaux d’irrigation n’a pas été impactée par les différents régime d’écoulement dans les conditions expérimentales étudiées : l’uniformité a été maintenue tout le long du réseau d’irrigation. La position sur le réseau (début, milieu et fin de ligne) n’impacte pas significativement le niveau de colmatage évalué par tomographie en cohérence optique (OCT) (dans des goutteurs possédant un accès optique) et par quantification des bactéries.
Enfin, la dernière partie de la thèse s’est intéressée aux interactions entre l’eau en transit dans le système d’irrigation goutte à goutte et le développement du biofilm, afin d’évaluer si la présence des biofilms modifie le microbiome de l’eau en transit et les concentrations en bactéries indésirables (pathogènes entériques et espèces opportunistes). Les résultats ont montré que la structure des communautés bactériennes des eaux d’irrigations pouvait être influencée par les biofilms et que c’était plutôt le cas après plusieurs mois d’irrigation. Cependant cette modification n’entraîne pas de contamination supplémentaire des eaux d’irrigations par des pathogènes opportunistes tels que Legionella pneumophila ou Aeromonas hydrophyla. Alors qu’il pouvait y avoir une dégradation de la qualité microbiologique de l’eau provoquée par Escherichia coli dans le cas d’un biofilm plus mature où de plus fortes concentrations ont été trouvées dans les eaux de sortie. Ces travaux de thèse ont pour but d’approfondir les connaissances sur les risques écologiques, sanitaires et techniques de la réutilisation à l’échelle terrain.
