Nitrification, bactéries nitrifiantes et émissions de N2O : La Seine en aval de Paris

Titre
Publication TypeThesis
Year of Publication2004
AuthorsCébron, A
UniversityUniversité Pierre et Marie Curie - Paris VI
Thesis TypemastersPhD Thesis
Mots-clésmodélisation., nitrification, populations bactériennes nitrosantes et nitratantes, production de N2O, Seine
Abstract

En période estivale, l’activité nitrifiante maximale appara{\^ıt dans la basse Seine au niveau de l’estuaire amont, environ 200km à l’aval des rejets de la station d’épuration (STEP) d’Achères. Ces effluents sont chargés en matière organique, ammonium et bactéries. Le but de notre étude était de contribuer à la connaissance du fonctionnement écologique global de la basse Seine en aval des rejets d’Achères et de tenter de modéliser le processus de nitrification dans la basse Seine. Des expériences ont été réalisées à la fois in situ et en laboratoire. Nous avons montré que le processus de nitrification contribue à la production d’oxyde nitreux (N2O gaz à effet de serre) par nitrification-dénitrifiante en condition de faible oxygénation. Nous avons quantifié et étudié la diversité des populations bactériennes nitrifiantes le long du continuum de la basse Seine. Pour finir nous avons étudié la nitrification et la nitrification-dénitrifiante en conditions contrôlées afin de déterminer les conditions optimales de production de N2O et les paramètres cinétiques (Vmax, Km) des 3 étapes de la nitrification.

Les quantités de bactéries nitrifiantes ont été déterminées par PCR compétitive, basée sur le nombre de copies de gène amoA pour les bactéries nitrosantes et sur le nombre de copies d’ADNr 16S pour Nitrobacter et Nitrospira. La concentration en bactéries nitrifiante est plus ou moins corrélée aux mesures d’activités nitrifiantes potentielles; nous observons néanmoins une augmentation significative à l’aval immédiat d’Achères et un second pic dans l’estuaire amont où la totalité de l’ammonium est consommé.

La composition de la communauté bactérienne nitrosante appartenant à la sous-classe ß des Protéobactéries a été étudiée par deux approches. Deux banques de gène amoA ont été crées pour deux échantillons, l’un situé à l’aval immédiat des rejets d’Achères et le second dans l’estuaire amont. La seconde approche utilise la DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) et cible des fragments d’ADNr 16S spécifique de la population nitrosante.

Ces deux analyses phylogénétiques donnent des résultats concordants. La majorité (60-80% des clones analysés aux deux sites sont affiliés au cluster 6a représenté par Nitrosomonas oligotropha et Nitrosomonas urea. Les deux autres groupes bactériens nitrosants (Nitrosomonas europaea et Nitrosospira) sont présents en faibles proportions. L’analyse DGGE a révélé que le cluster 6a majoritaire (75-90%) était représenté par trois bandes différentes correspondant à trios souches bactériennes nitrosantes. La première est apportée par les effluents d’Achères, elle se maintient et se développe le long du continuum et jusque dans l’estuaire et représente environ 40% de la population nitrosante. Les deux autres membres du cluster 6a semblent être des bactéries autochtones, une se développe grâce à l’apport d’ammonium par Achères et l’autre dans l’estuaire amont au niveau du maximum de turbidité.

Dans la même partie de la basse Seine, de fortes quantités de N2O sont produites, en partie par nitrification-dénitrifiante. Des expériences en batch et chémostat nous ont permis de déterminer les paramètres cinétiques associés à cette production de N2O. Nous avons testé l’influence de l’oxygène, de l’ammonium et du nitrite sur la production de N2O par la population bactérienne nitrifiante naturellement présente dans la basse Seine. Les paramètres cinétiques ont été ensuite intégrés au modèle RIVE, le module représentant les processus écologiques du modèle régional RIVERSTAHLER.