L’impact de l’Homme sur l’environnement et les écosystèmes constitue une problématique de premier plan de ce 21ème siècle. La pollution de l’air, des sols et des eaux endommage des écosystèmes déjà fortement affaiblis par les différents fléaux de l’activité humaine (réchauffement climatique, surexploitation, destruction des habitats naturels menant à la sixième extinction de masse, etc…). La pollution des eaux est particulièrement problématique à cause de la large diffusion possible des polluants et à l’importance de l’eau pour toute forme de vie. Cette pollution impacte ainsi la santé des êtres humains directement et indirectement à travers les réseaux trophiques. Ces polluants peuvent être naturellement dégradés – dégradation physique, chimique ou biologique (à travers la bioremédiation) – cependant la persistance de certains de ces contaminants nécessite une intervention humaine en vue de la restauration des écosystèmes. La bioaugmentation est une stratégie prometteuse consistant en l’introduction d’organismes exogènes (provenant d’un autre milieu) choisis pour leur capacité à dégrader spécifiquement les polluants persistants. Ces organismes exogènes peuvent être des plantes, des algues, des champignons ou encore des bactéries. Cette introduction d’organismes exogènes soulève une double question : celle d’un possible déséquilibre de l’écosystème, déjà perturbé, mais aussi de la sensibilité des organismes introduits aux conditions du milieu qui peuvent affecter leur viabilité et efficacité de dépollution. Dans ce contexte, l’utilisation de cellules encapsulées – plutôt qu’en suspension – a été rapportée dans la littérature1. Cette approche d’emprisonnement des microorganismes dans des matrices adaptées permet de limiter leur diffusion et leurs impacts potentiellement néfastes sur l’écosystème, tout en leur conférant une protection contre les conditions physico-chimiques du milieu. L’efficacité de la dépollution d’une telle approche réside dans la capacité des microorganismes à dépolluer les molécules ciblées mais aussi dans le choix de la matrice d’encapsulation. Les matériaux utilisés ainsi que la structure de la matrice jouent un rôle crucial pour permettre une dépollution par les microorganismes. L’utilisation de biopolymères comme matrice d’encapsulation a été largement étudiée dans la littérature2,3 en raison de leur cyto-comptabilité. La structure, quant à elle, est préférée macroporeuse en vue de la diffusion des polluants à travers le substrat. Dans cette thèse nous présenterons les résultats et réflexions sur l’encapsulation de bactéries dans des matrices d’alginate par la technique de congélation directionnelle, pour la biodégradation de colorants azoïques. La congélation directionnelle est une technique facile à mettre en œuvre, peu chère et applicable à une large gamme de biopolymères. Elle repose sur le contrôle de la croissance de cristaux de glace dont le négatif permet l’obtention de pores fortement anisotropes ainsi que l’encapsulation de cellules au sein des parois des matrices4. Nous avons alors étudié le contrôle de la structure macroporeuse et de la viabilité à travers différents leviers tels que la vitesse de croissance des cristaux (appelée vitesse du front de glace) et la concentration des microorganismes. La compréhension de l’évolution du microenvironnement autour des bactéries lors de leur congélation nous a aussi particulièrement intéressé. Malgré le fort potentiel de cette technique pour former des matrices cellularisées, anisotropes et macroporeuses, les nombreuses étapes de stabilisation nécessaires pour une utilisation en milieu aqueux diminuent drastiquement la viabilité des bactéries encapsulées. Afin de maximiser la viabilité de P. putida dans ces matrices d'alginate – ce qui permettrait une biodégradation plus efficace – nous avons conçu une nouvelle approche de traitement basée sur la dépression cryoscopique de la glace induite par des agents de réticulation ioniques. Cette approche [...]