Climatic variations effects on Algal Organic Matter and Microcystins production by phytoplankton in eutrophic systems. Study of their elimination in the water treatment process - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2019

Climatic variations effects on Algal Organic Matter and Microcystins production by phytoplankton in eutrophic systems. Study of their elimination in the water treatment process

Effet des variations climatiques sur la production de Matière Organique Algale et Microcystines par le phytoplancton dans les systèmes eutrophes. Etude de leur élimination dans le procédé de traitement des eaux

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Hélène Thuret-Benoist
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Abstract

Eutrophication phenomena are characterized by phytoplankton proliferation and as a consequence negatively impacts aquatic ecosystem and natural water uses. During its development, phytoplankton produces Algal Organic Matter (AOM) which increases the organic content of the water resource and modifies the Natural Organic Matter (NOM) characteristics and reactivity. When toxic cyanobacteria are present, cyanotoxins can be produced. The future climate, predicted by experts, will support these proliferations and promote their consequences. The optimization of a HPLC-UV/PDA method to identify and quantify extracellular Microcystins (MCs) after SPE decreased the quantification limit to 0,1 μg/L. However, a basic pH and the OM content of the sample over-estimated the concentration. Under variable temperature and rainfall conditions, the cells growth and the AOM and MCs production were studied on laboratory cultures of mono-specific species of algae and cyanobacteria. The cellular growth, the concentration and proportion of hydrophobic fractions of AOM, the total concentration of MCs and the proportion of extracellular MCs were impacted by climate changes. An in-situ monitoring program was conducted during 21 months on the hypertrophic Pigeard pond (87) and the results were compared to the 18 months monitoring of 2012-2013. Recurrent inputs of AOM annually and sustainably disturbed NOM dynamics and modified its characteristics by increasing the OM content and the hydrophilic proportion. The observed evolutions in water resources under various climates (Sweden and Togo) confirmed the laboratory observations. These quantitative and qualitative NOM changes also affect the efficiency of water treatment processes and especially adsorption on PAC. The efficiency was reduced in the presence of hydrophilic fraction and high MCs adsorption yields were observed for MCs despite a competition with OM.
Les phénomènes d’eutrophisation caractérisés par la prolifération de phytoplancton sont à l’origine d‘impacts négatifs sur les écosystèmes aquatiques et les usages de la ressource en eau. Lors de son développement, le phytoplancton génère de la Matière Organique Algale (MOA) qui augmente la concentration et modifie les caractéristiques et la réactivité de la Matière Organique Naturelle (MON) du plan d’eau. Des cyanotoxines peuvent également être générées si des cyanobactéries productrices sont présentes. Le climat futur, prévu par les experts, vient soutenir ces proliférations et en aggraver les conséquences. L’optimisation d’une méthode d’identification et de quantification des microcystines (MCs) extracellulaires par HPLC-UV/PDA après concentration par SPE permet l’analyse à des concentrations jusqu’à 0,1 μg.L-1. Cependant, un pH basique et une charge organique dans l’échantillon surestiment la concentration. La croissance cellulaire et la production de MOA et de MCs sous différents couples température/pluviométrie sont étudiées sur des cultures mono-spécifiques d’algue et de cyanobactérie. Les variations climatiques impactent le développement cellulaire, la quantité et la répartition des fractions hydrophobes de la MOA, la concentration totale en MCs et la proportion de la fraction extracellulaire. L’étude in-situ menée pendant 21 mois sur le plan d’eau hypereutrophe de Pigeard (87) est comparée au suivi de 18 mois de 2012-2013. Les apports récurrents de MOA perturbent annuellement et durablement la dynamique de la MON du plan d’eau, en modifiant ses caractéristiques et augmentant la charge organique et la part de composés hydrophiles. Les évolutions observées pour des ressources en eau sous des climats différents (Suède et Togo) corroborent les observations au laboratoire. Ces évolutions quantitatives et qualitatives de la MON affectent l’efficacité des procédés de traitement des eaux et notamment l’adsorption sur CAP. Les performances du procédé sont diminuées en présence de composés hydrophiles. Un bon rendement a été observé pour l’élimination des MCs malgré une diminution par compétition avec la MO.
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Cite

Hélène Thuret-Benoist. Effet des variations climatiques sur la production de Matière Organique Algale et Microcystines par le phytoplancton dans les systèmes eutrophes. Etude de leur élimination dans le procédé de traitement des eaux. Sciences de la Terre. Université de Limoges, 2019. Français. ⟨NNT : 2019LIMO0093⟩. ⟨tel-02467907⟩
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