Interactions matériaux-microorganismes : bétons et métaux plus résistants à la biodétérioration

Auteur(s) :

Lors, Christine (1967-....) Découvrir l'auteur

Résumé

Une présentation théorique des mécanismes de la biodétérioration des matériaux en présence de microorganismes, accompagnée d'exemples explicatifs. Les possibilités d'amélioration des matériaux en vue de pallier ce phénomène sont aussi abordées dans cet ouvrage qui associe la recherche et son application industrielle. ©Electre 2017

Autre(s) auteur(s)
- Tribollet, Bernard
- Fritz-Feugeas, Françoise
Éditeur(s)
- EDP sciences
Date
- 2017
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (410 p.) : illustrations en couleur; ; 24 cm
Collections
- Matériaux
Sujet(s)
- Matériaux -- Biodégradation
- Microorganismes
ISBN
- 978-2-7598-1877-8
Indice
- 624.3 Matériaux de construction
Quatrième de couverture
- Interactions matériaux-microorganismes
  Bétons et métaux plus résistants à la biodétérioration
  Cet ouvrage pluridisciplinaire est le fruit d'un travail collectif synthétisant les présentations effectuées par différents spécialistes des domaines concernés lors de l'école CNRS « BIODEMAT », qui a eu lieu en octobre 2014 à la Rochelle sous l'égide du CEFRACOR. Il est conçu pour des lecteurs de différentes spécialités scientifiques (chimie, biologie, physique...) et s'intéresse à différents problèmes industriels (eau, assainissement, maintenance des ouvrages...).
  Les matériaux, qu'ils soient, métalliques, cimentaires, polymériques, composites, vieillissent en fonction de leur environnement de service. Ainsi, lorsque des microorganismes sont présents, ces derniers peuvent induire une biodétérioration. Cependant, les microorganismes peuvent également contribuer à la protection des structures, à condition de maîtriser et d'exploiter leurs immenses possibilités.
  Cet ouvrage se décompose en cinq thèmes relatifs à la biocolonisation puis à la biodétérioration des matériaux et enfin à leurs améliorations possibles pour obtenir une meilleure performance vis-à-vis de la biodétérioration :
  
  physico-chimie des surfaces,
  
  les biofilms : des acteurs de la biodétérioration,
  
  biocorrosion des matériaux métalliques,
  
  biodétérioration des matériaux non métalliques,
  
  conception et modification des matériaux.
  
  L'affiliation des auteurs des différents chapitres, dont la liste est donnée en fin d'ouvrage, permet d'illustrer la nécessaire synergie entre la recherche académique et sa transposition au niveau industriel. Ceci démontre bien l'interaction indispensable entre les différents acteurs de ce domaine complexe, pour analyser, comprendre et répondre aux enjeux scientifiques liés à la biodétérioration.
Tables des matières
- - Interactions matériaux-microorganismes
  - Bétons et métaux plus résistants à la biodétérioration
  - Christine Lors, Françoise Feugeas, Bernard Tribollet
  - edp sciences
  - PréfaceIII
  - Liste des auteursV
  - Thème 1. Physico-chimie des surfaces1
  - Chapitre 1 : Introduction à la physico-chimie des surfaces3
  - 1.1. Généralités 3
  - 1.2. Tension superficielle et mouillabilité 4
  - 1.2.1. Concepts 4
  - 1.2.2. Applications 8
  - 1.3. Adsorption 10
  - 1.4. Surfaces chargées 14
  - 1.4.1. Concepts 14
  - 1.4.2. Interactions entre surfaces chargées 17
  - 1.5. Caractérisation et modification des surfaces 20
  - 1.6. Remerciements 21
  - Chapitre 2 : Matériaux de construction : généralités et caractéristiques physico-chimiques23
  - 2.1. Généralités - ciments, mortiers et bétons 23
  - 2.1.1. Le ciment Portland 24
  - 2.1.2. Les ciments aluminates de calcium 27
  - 2.1.3. Les ciments modernes : combinaisons de matériaux minéraux 28
  - 2.2. Prise et durcissement - principes fondamentaux de la cristallisation 29
  - 2.2.1. Notions d'équilibre de solubilité, de sous- et de sur-saturation 29
  - 2.2.2. Germination 32
  - 2.2.3. Croissance cristalline 35
  - 2.2.4. Application des principes de la cristallisation au ciment Portland 36
  - 2.2.5. Application des principes de la cristallisation aux ciments aluminates de calcium 39
  - 2.3. La chimie de surface des ciments hydratés 41
  - 2.3.1. Charges de surface et potentiel (...) 41
  - 2.3.2. Conséquences pour les matériaux cimentaires 43
  - 2.4. Conclusion 44
  - Chapitre 3 : Interactions microorganismes-bétons49
  - 3.1. Généralités 49
  - 3.2. Paramètres influençant la bioréceptivité des matériaux cimentaires 50
  - 3.2.1. Relations entre ces paramètres et la bioréceptivité 51
  - 3.2.2. Énergie de surface 52
  - 3.2.3. Mesures d'angles de contact 54
  - 3.3. Mesures de l'évolution des propriétés de surfaces de pâtes cimentaires avec la technique de mesure d'angles dynamiques 55
  - 3.3.1. Mise en oeuvre 55
  - 3.3.2. Évolution des angles de contact en fonction du temps 57
  - 3.3.3. Évolution des angles de contact en fonction du diamètre 58
  - 3.4. Conclusion 63
  - Thème 2. Les biofilms : des acteurs de la biodétérioration65
  - Chapitre 4 : La cellule bactérienne : unité fonctionnelle du biofilm67
  - 4.1. Introduction 67
  - 4.2. Les microorganismes 69
  - 4.3. Diversité de microorganismes et de leurs habitats 69
  - 4.4. Structures et fonctions de la cellule bactérienne 71
  - 4.4.1. Le cytoplasme et son contenu, le nucléoïde 72
  - 4.4.2. La membrane cytoplasmique 73
  - 4.4.3. Les enveloppes bactériennes 74
  - 4.4.4. Appendices, filaments et extensions cytoplasmiques 79
  - 4.5. Le métabolisme chez les bactéries 82
  - 4.5.1. Respiration des chimioorganotrophes aérobies 85
  - 4.5.2. Chimiolithotrophes aérobies 86
  - 4.5.3. Les respirations anaérobies 88
  - 4.5.4. Les fermentations 92
  - 4.5.5. Stratification et arrangements spatio-métaboliques, syntrophies 93
  - 4.5.6. Couplages de métabolismes biotiques et abiotiques 96
  - Chapitre 5 : Mode de vie en biofilm pour le peuple microscopique des surfaces101
  - 5.1. Le biofilm, un mode de vie qui nous concerne 101
  - 5.2. Un chantier perpétuel 103
  - 5.3. Un ciment organique complexe pour maintenir l'édifice 106
  - 5.4. Des édifices presque indestructibles 109
  - 5.4.1. La matrice extracellulaire comme bouclier protecteur 110
  - 5.4.2. Différenciation et adaptation physiologique 111
  - 5.4.3. Le biofilm comme moteur de la plasticité génétique des bactéries 112
  - 5.4.4. Le quorum-sensing, un véritable réseau social pour les microbes 113
  - 5.4.5. Biofilms pluri-microbiens : plus fort en consortium 114
  - 5.5. Comment vivre avec les biofilms 114
  - Chapitre 6 : Voyage dans l'espace intercellulaire des biofilms : nature, cohésion et fonctions des exopolymères131
  - 6.1. Chimie des EPS de biofilms environnementaux 132
  - 6.2. Fonctionnalités associées aux EPS des biofilms 134
  - 6.2.1. Interactions physico-chimiques entre EPS et cohésion du biofilm 135
  - 6.2.2. Accumulation d'éléments métalliques et organiques par les EPS 142
  - 6.2.3. Enzymes hydrolytiques associés aux EPS 143
  - 6.2.4. Protection du biofilm contre les agents désinfectants 144
  - 6.3. Conclusion 145
  - Chapitre 7 : Biofilms en milieu marin : exemple des vasières intertidales et des structures métalliques portuaires153
  - 7.1. Vie en biofilm des bactéries marines 153
  - 7.2. Conséquences de l'établissement de biofilms sur l'activité humaine et milieu marin 154
  - 7.3. Communautés bactériennes de deux exemples de biofilms en milieu marin pouvant avoir des impacts différents 157
  - 7.3.1. Les biofilms des vasières intertidales 158
  - 7.3.2. Le biofilms des structures métalliques portuaires 159
  - 7.3.3. Les interactions au sein des biofilms marins 164
  - 7.4. Conclusion 165
  - Chapitre 8 : Les biofilms dans la gestion de la qualité microbienne des eaux destinées à la consommation humaine en cours de distribution173
  - 8.1. Introduction 173
  - 8.2. De l'usine au robinet : un vaste réacteur chimique et biologique complexe à gérer 174
  - 8.3. Les interfaces eau-matériaux dans les réseaux d'EDCH 176
  - 8.4. Évolution des connaissances sur les causes des proliférations bactériennes dans les réseaux d'EDCH 178
  - 8.4.1. Matières organique biodégradables 178
  - 8.4.2. Connaissances sur les biofilms 181
  - 8.5. Maîtriser les biofilms dans les réseaux d'EDCH 182
  - 8.6. Conclusion 184
  - Chapitre 9 : Les biofilms dans les circuits de refroidissement industriels189
  - 9.1. Introduction 189
  - 9.2. Biofilm et circuits de refroidissement évaporatif : risque sanitaire 190
  - 9.2.1. Circuits de refroidissement évaporatif 190
  - 9.2.2. Caractéristiques des biofilms dans les circuits 192
  - 9.2.3. Détection et mesure du biofilm 195
  - 9.2.4. « Risque légionelle » et rôle du biofilm 197
  - 9.2.5. Facteurs majeurs de risques sanitaires 198
  - 9.2.6. Stratégie de gestion du « risque légionelle » 201
  - 9.3. Biofilm dans un réseau de froid : le risque de corrosion 204
  - 9.3.1. Réseau d'eau de froid 204
  - 9.3.2. Caractéristiques des biofilms dans les réseaux de froid 205
  - 9.3.3. Danger lié à la corrosion induite par les microorganismes 206
  - 9.3.4. Facteurs de risque majeurs 207
  - 9.3.5. Stratégie de gestion du risque de corrosion 209
  - 9.4. Conclusion 211
  - Thème 3. Biocorrosion des matériaux métalliques215
  - Chapitre 10 : Méthodes électrochimiques : application à la biocorrosion217
  - 10.1. Introduction 217
  - 10.2. Influence des EPS extraits de Pseudomonas NCIMB 2021 sur le comportement à la corrosion de l'alliage 70Cu-30Ni en eau de mer 218
  - 10.2.1. Conditions expérimentales 218
  - 10.2.2. Résultats : mesures électrochimiques 221
  - 10.2.3. Mécanisme de corrosion 223
  - 10.2.4. Modélisation des données d'impédance 224
  - 10.2.5. Résultats : courant de corrosion 228
  - 10.3. Influence des EPS extraits de Desulfovibrio alaskensis sur le comportement à la corrosion de l'acier doux St37-2 en eau de mer 229
  - 10.3.1. Conditions expérimentales 229
  - 10.3.2. Résultats 230
  - 10.4. Conclusion 232
  - Chapitre 11 : Les interactions fer-soufre dans les phénomènes de biocorrosion235
  - 11.1. Introduction 235
  - 11.2. Corrosion marine des aciers au carbone 236
  - 11.2.1. Rôle de la couche de produits de corrosion 237
  - 11.2.2. Description de la couche de produits de corrosion 239
  - 11.3. Corrosion des aciers en milieux argileux - couplages galvaniques 243
  - 11.3.1. Les hétérogénéités de la couche de produits de corrosion 243
  - 11.3.2. Couplages galvaniques et hétérogénéité de la couche de produits de corrosion 245
  - 11.4. Conclusion 248
  - Thème 4. Biodétérioration des matériaux non métalliques253
  - Chapitre 12 : Biodétérioration des matériaux cimentaires : interactions environnement - microorganismes - matériaux255
  - 12.1. Introduction 255
  - 12.2. Interactions environnement - microorganismes 256
  - 12.2.1. Les algues et les cyanobactéries 257
  - 12.2.2. Les champignons 258
  - 12.2.3. Les bactéries 258
  - 12.3. Interactions environnement - matériaux cimentaires 260
  - 12.3.1. Vieillissement des matériaux cimentaires en fonction de l'environnement 260
  - 12.3.2. Biocolonisation des matériaux cimentaires 263
  - 12.4. Interactions microorganismes - matériaux cimentaires : biodétérioration 266
  - 12.4.1. Biodétérioration esthétique 266
  - 12.4.2. Biodétérioration mécanique 267
  - 12.4.3. Biodétérioration chimique / mécanique 267
  - 12.5. Démarche scientifique d'étude de la biodétérioration des matériaux cimentaires 270
  - 12.5.1. Essais de laboratoire pour la biodétérioration esthétique 272
  - 12.5.2. Essais de laboratoire pour la biodétérioration chimique / mécanique 273
  - 12.6. Conclusion 276
  - Chapitre 13 : Biodétérioration des bétons283
  - 13.1. Introduction 283
  - 13.2. Spécificités des bétons vis-à-vis des microorganismes 283
  - 13.2.1. Spécificité chimiques 284
  - 13.2.2. Spécificités physiques 285
  - 13.2.3. Problématique de l'étude de la biodétérioration réelle des bétons 287
  - 13.3. Processus générique de biodétérioration 288
  - 13.4. Mesure de la biodétérioration du béton 292
  - 13.4.1. Propriétés physiques 292
  - 13.4.2. Propriétés chimiques 293
  - 13.5. Amélioration de la résistance du béton 293
  - 13.5.1. Composition du béton 293
  - 13.5.2. Mise en oeuvre 294
  - 13.6. Différences entre une attaque chimique et une attaque biologique 296
  - 13.7. Conclusion 297
  - Chapitre 14 : Biodétérioration des matériaux cimentaires dans les ouvrages d'assainissement303
  - 14.1. Introduction 303
  - 14.2. Comment se concrétise la biodétérioration dans les ouvrages d'assainissement ? 305
  - 14.3. L'hydrogène sulfuré : vecteur principal du phénomène de biodétérioration dans les ouvrages d'assainissement 308
  - 14.4. Impact de la biodétérioration sur les matériaux cimentaires 311
  - 14.4.1. Influence de la composition chimique de matériau cimentaire sur leur durabilité dans les réseaux d'assainissement 313
  - 14.4.2. Les revêtements polymères comme protection des matériaux cimentaires dans les réseaux d'assainissement 317
  - 14.5. Essais in situ pour l'étude du phénomène de biodétérioration dans les réseaux d'assainissement 318
  - 14.5.1. Exposition en Afrique du Sud, le Virginia Experimental Sewer 319
  - 14.5.2. Exposition au Japon, université d'Hokkaido 320
  - 14.5.3. Exposition en France, Ifsttar 320
  - 14.6. Conclusion 322
  - Chapitre 15 : Biodétérioration des oeuvres d'art327
  - 15.1. Introduction 327
  - 15.2. Microorganismes impliqués dans la biodétérioration des biens culturels 328
  - 15.2.1. Les champignons inférieurs 328
  - 15.2.2. Les champignons supérieurs 330
  - 15.2.3. Les bactéries non photosynthétiques 334
  - 15.2.4. Les microorganismes photosynthétiques 334
  - 15.3. Méthodes de détection appliquée aux champignons 337
  - 15.4. Altération des vitraux médiévaux suite à l'oxydation du manganèse 338
  - 15.5. Méthodes de traitement par rayonnement UV-C 341
  - 15.6. Conclusion 343
  - Thème 5. Conception et modification des matériaux347
  - Chapitre 16 : Choix des matériaux métalliques et biocorrosion349
  - 16.1. Introduction 349
  - 16.2. Le titane et ses alliages 351
  - 16.3. L'aluminium et ses alliages 352
  - 16.4. Les aciers non alliés 353
  - 16.4.1. Le facteur de piqûration 354
  - 16.4.2. Quantification de la corrosion généralisée en eaux naturelles 356
  - 16.5. Les aciers inoxydables 361
  - 16.5.1. Milieux aérés 362
  - 16.5.2. Milieux désaérés 364
  - 16.5.3. Milieux mixtes (avec zones aérées et zones désaérées) 365
  - 16.6. Remarques conclusives 367
  - Chapitre 17 : Les surfaces antimicrobiennes : un atout dans la lutte contre le développement des biofilms371
  - 17.1. Introduction 371
  - 17.2. Différents types de surfaces ou revêtements antimicrobiens 373
  - 17.2.1. Surfaces nanostructurées 373
  - 17.2.2. Peptides antimicrobiens (AMPs) 375
  - 17.2.3. Polymère à propriété d'anti-adhésion, le polyéthylène glycol 377
  - 17.2.4. Revêtement renfermant des nanoparticules (Ag, Cu, TiO₂, ZnO, CuO) 378
  - 17.2.5. Polymères biocides (polymères cationiques hydrophobes, N-halamines) 380
  - 17.3. Focus sur les revêtements N-halamines (régénérables) 381
  - 17.4. Conclusion 390
  - Chapitre 18 : Substances microbiennes extracellulaires pour les matériaux cimentaires395
  - 18.1. Introduction : matériaux cimentaires et adjuvants 395
  - 18.2. Substances microbiennes extracellulaires 396
  - 18.3. Influence des SEC sur les performances mécaniques 397
  - 18.3.1. Propriétés rhéologiques 397
  - 18.3.2. Résistance à la compression 399
  - 18.4. Influence des SEC sur les caractéristiques physico-chimiques 401
  - 18.4.1. Résistance à la compression 401
  - 18.4.2. Mécanismes d'hydratation 403
  - 18.4.3. Rugosité de pâtes de ciment 405
  - 18.5. Interaction entre substances extracellulaires et matériaux cimentaires : action curative 407
  - 18.5.1. Béton autocicatrisant 407
  - 18.5.2. Perméabilité des matériaux cimentaires 408
  - 18.6. Conclusion 408
Origine de la notice:
- Electre