Dynamique des communautés bactériennes et effet du glyphosate lors du compostage de biomasse lignocellulosique PDF Download
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Author: Vanessa Grenier
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Book Description
Le compostage est un procédé anthropique basé sur le processus naturel de décomposition de la biomasse qui exploite l'activité enzymatique des microorganismes sous le contrôle de plusieurs facteurs environnementaux. Les résidus lignocellulosiques de par leur composition et leur faible pourcentage d'humidité sont particulièrement adaptés au compostage dans lequel ils jouent le rôle d'élément structurant. Bien que majoritairement d'origine végétale, la matière organique dirigée vers les sites de compostages est très diversifiée, tout comme les types de contaminants qu'elle peut incidemment contenir et dont l'impact sur les processus de biodégradation, et de surcroit leur rémanence dans l'environnement, reste largement à investiguer. L'objectif de cette thèse vise ainsi à faire état de l'effet de la composition de la biomasse lignocellulosique et de la présence d'un contaminant fréquent tel que le glyphosate sur le compostage. Pour ce faire, le suivi de la transformation de la matière organique végétale et de la dégradation du glyphosate, l'évolution des paramètres physicochimiques et la dynamique de recrutement des populations bactériennes ont été effectués tout au long du processus. Deux expériences menées sur le terrain visaient dans un premier temps à mesurer l'effet de l'âge d'une plante ligneuse, dans ce cas-ci le saule arbustif (Salix), et d'une période d'entreposage hivernal sur la transformation de la biomasse, et dans un deuxième temps à étudier les dynamiques de succession bactériennes impliquées dans le cycle du carbone et de l'azote lors du compostage de résidus végétaux. Les résultats obtenus ont révélé une différence dans la composition de la biomasse des tiges âgées de 2 ans et de 3 ans. Alors que les premiers contenaient plus de composés extractibles, les seconds étaient plus riches en sucres structuraux. Ces différences expliquent une hausse des températures plus forte et plus rapide dans le tas de copeaux de tiges plus jeunes. La diminution des composés extractibles, la conservation des sucres structuraux et l'augmentation de la proportion de lignine démontrent l'importance de la source de carbone soluble pour l'initiation de la décomposition du bois et la récalcitrance des éléments lignocellulosiques durant l'entreposage hivernal. La seconde expérience a mis en évidence une très grande diversité de bactéries responsables de la décomposition de la cellulose, des hémicelluloses et de la lignine durant la phase thermophile du compostage. Cette phase qui était le théâtre d'une activité intense comptait moins d'espèces, mais ces dernières étaient très abondantes, une tendance qui s'est inversée avec la maturation de la matière organique. La dynamique observée traduit une redondance fonctionnelle des communautés qui semblent évoluer selon la température, le taux d'oxygène et la nature du substrat disponible. Une troisième expérience menée en milieu contrôlé a ensuite démontré l'impact négligeable du glyphosate sur l'activité microbienne et l'évolution des paramètres physicochimiques lors du compostage. Le glyphosate était presque ou entièrement dégradé à l'issue du compostage et la présence du principal produit de dégradation, l'acide aminométhylphosphonique (AMPA) n'a d'ailleurs même pas pu être quantifiée durant l'expérience. L'impact du glyphosate sur les communautés bactériennes était également négligeable. Seules quelques bactéries étaient différentiellement abondantes entre les deux traitements, la grande majorité étant moins abondante dans le traitement contenant du glyphosate. La richesse en espèces aux différents temps d'échantillonnage était la même entre le traitement témoin et le traitement contenant du glyphosate « pur » et l'analyse de la bêta-diversité n'a relevé aucune différence significative entre les communautés présentes dans le traitement témoin et le traitement glyphosate. Cette thèse a ainsi fait valoir l'importance de la nature initiale de la matière organique sur l'activité microbienne, le recrutement et la dynamique des communautés durant le compostage, tandis que la présence du contaminant glyphosate s'est présenté comme un facteur beaucoup moins déterminant sur les processus de décomposition et l'abondance des espèces bactériennes. Ces informations devraient non seulement permettre d'optimiser le traitement de la matière organique par compostage, mais aussi de mieux évaluer les risques potentiels associés au compostage de biomasse contaminé.
Author: Vanessa Grenier
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Le compostage est un procédé anthropique basé sur le processus naturel de décomposition de la biomasse qui exploite l'activité enzymatique des microorganismes sous le contrôle de plusieurs facteurs environnementaux. Les résidus lignocellulosiques de par leur composition et leur faible pourcentage d'humidité sont particulièrement adaptés au compostage dans lequel ils jouent le rôle d'élément structurant. Bien que majoritairement d'origine végétale, la matière organique dirigée vers les sites de compostages est très diversifiée, tout comme les types de contaminants qu'elle peut incidemment contenir et dont l'impact sur les processus de biodégradation, et de surcroit leur rémanence dans l'environnement, reste largement à investiguer. L'objectif de cette thèse vise ainsi à faire état de l'effet de la composition de la biomasse lignocellulosique et de la présence d'un contaminant fréquent tel que le glyphosate sur le compostage. Pour ce faire, le suivi de la transformation de la matière organique végétale et de la dégradation du glyphosate, l'évolution des paramètres physicochimiques et la dynamique de recrutement des populations bactériennes ont été effectués tout au long du processus. Deux expériences menées sur le terrain visaient dans un premier temps à mesurer l'effet de l'âge d'une plante ligneuse, dans ce cas-ci le saule arbustif (Salix), et d'une période d'entreposage hivernal sur la transformation de la biomasse, et dans un deuxième temps à étudier les dynamiques de succession bactériennes impliquées dans le cycle du carbone et de l'azote lors du compostage de résidus végétaux. Les résultats obtenus ont révélé une différence dans la composition de la biomasse des tiges âgées de 2 ans et de 3 ans. Alors que les premiers contenaient plus de composés extractibles, les seconds étaient plus riches en sucres structuraux. Ces différences expliquent une hausse des températures plus forte et plus rapide dans le tas de copeaux de tiges plus jeunes. La diminution des composés extractibles, la conservation des sucres structuraux et l'augmentation de la proportion de lignine démontrent l'importance de la source de carbone soluble pour l'initiation de la décomposition du bois et la récalcitrance des éléments lignocellulosiques durant l'entreposage hivernal. La seconde expérience a mis en évidence une très grande diversité de bactéries responsables de la décomposition de la cellulose, des hémicelluloses et de la lignine durant la phase thermophile du compostage. Cette phase qui était le théâtre d'une activité intense comptait moins d'espèces, mais ces dernières étaient très abondantes, une tendance qui s'est inversée avec la maturation de la matière organique. La dynamique observée traduit une redondance fonctionnelle des communautés qui semblent évoluer selon la température, le taux d'oxygène et la nature du substrat disponible. Une troisième expérience menée en milieu contrôlé a ensuite démontré l'impact négligeable du glyphosate sur l'activité microbienne et l'évolution des paramètres physicochimiques lors du compostage. Le glyphosate était presque ou entièrement dégradé à l'issue du compostage et la présence du principal produit de dégradation, l'acide aminométhylphosphonique (AMPA) n'a d'ailleurs même pas pu être quantifiée durant l'expérience. L'impact du glyphosate sur les communautés bactériennes était également négligeable. Seules quelques bactéries étaient différentiellement abondantes entre les deux traitements, la grande majorité étant moins abondante dans le traitement contenant du glyphosate. La richesse en espèces aux différents temps d'échantillonnage était la même entre le traitement témoin et le traitement contenant du glyphosate « pur » et l'analyse de la bêta-diversité n'a relevé aucune différence significative entre les communautés présentes dans le traitement témoin et le traitement glyphosate. Cette thèse a ainsi fait valoir l'importance de la nature initiale de la matière organique sur l'activité microbienne, le recrutement et la dynamique des communautés durant le compostage, tandis que la présence du contaminant glyphosate s'est présenté comme un facteur beaucoup moins déterminant sur les processus de décomposition et l'abondance des espèces bactériennes. Ces informations devraient non seulement permettre d'optimiser le traitement de la matière organique par compostage, mais aussi de mieux évaluer les risques potentiels associés au compostage de biomasse contaminé.
