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UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL BIODÉGRADATION PAR SAPROTROPHES FONGIQUES DES M

UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL BIODÉGRADATION PAR SAPROTROPHES FONGIQUES DES MATIÈRES RÉSIDUELLES DE TEXTILES SYNTHÉTIQUES : ENJEUX ENVIRONNEMENTAUX ET ÉCONOMIQUES THÈSE PRÉSENTÉE COMME EXIGENCE PARTIELLE DU DOCTORAT EN SCIENCES DE L'ENVIRONNEMENT PAR DAVID DUSSAUL T MAI 2017 UNIVERSITÉ DU QUÉBEC À MONTRÉAL Service des bibliothèques Avertissement La diffusion de cette thèse se fait dans le respect des droits de son auteur, qui a signé le formulaire Autorisation de reproduire et de diffuser un travail de recherche de cycles supérieurs (SDU-522 - Rév.0?-2011 ). Cette autorisation stipule que «conformément à l'article 11 du Règlement no 8 des études de cycles supérieurs, [l'auteur] concède à l'Université du Québec à Montréal une licence non exclusive d'utilisation et de publication de la totalité ou d'une partie importante de [son] travail de recherche pour des fins pédagogiques et non commerciales. Plus précisément, [l'auteur] autorise l'Université du Québec à Montréal à reproduire, diffuser, prêter, distribuer ou vendre des copies de [son] travail de recherche à des fins non commerciales sur quelque support que ce soit, y compris l'Internet. Cette licence et cette autorisation n'entraînent pas une renonciation de [la] part [de l'auteur] à [ses] droits moraux ni à [ses] droits de propriété intellectuelle. Sauf entente contraire, [l'auteur] conserve la liberté de diffuser et de commercialiser ou non ce travail dont [il] possède un exemplaire.» UNIVERSITY OF QUEBEC AT MONTREAL BIODEGRADATION OF SYNTHETIC TEXTILES BY FUNGAL SAPROTROPHS: ECONOMIC AND ENVIRONMENT AL ISSUES DISSERTATION PRESENTED AS A PARTIAL REQUIREMENT OF THE DOCTORATE IN ENVIRONMENT AL SCIENCES BY DAVID DUSSAULT MAY2017 REMERCIEMENTS Cette thèse a été réalisée grâce aux soutiens de Certex, Logistik Unicorp et Mitacs qui ont accepté de fmancer ces travaux. Je tiens tout d'abord à remercier mon Directeur de thèse Monsieur Alfred Jaouich de m'avoir aidé, encadré, et de m'avoir laissé l'autonomie et la liberté d'action nécessaires à l'accomplissement de cette thèse. Je remercie particulièrement Monsieur Antoine Karam (professeur et directeur du Département des sols et de génie agroalimentaire, Université Laval) pour le suivi apporté à ces travaux. Ses commentaires et observations ont été infiniment enrichissants. Je remercie mon père qui m'a soutenu pendant ces trois dernières années. Je lui exprime mon affection et ma profonde reconnaissance. Cette recherche est un peu la s1enne. Enfm, je dédie cette thèse à Joëlle et Ailia. TABLE DES MATIÈRES REMERCIEMENTS .................................................................................... iii TABLE DES MATIÈRES .............................................................................. iv LISTE DES TABLEAUX .............................................................................. ix GLOSSAIRE ................................................................................................ x LISTE DES ABRÉVIATIONS ET ACRONYMES ........................................... xii RÉSUMÉ ................................................................................................. xiii INTRODUCTION GÉNÉRALE ...................................................................... 1 Dégradation et biodégradation .................................................................................. 3 Biodégradation des fibres synthétiques issues de la pétrochimie ............................. 6 Microorganismes ....................................................................................................... 8 Facteurs de la biodégradation des polymères .......................................................... 11 Mécanismes de la dégradation des polymères ........................................................ 13 Évaluation de la biodégradation des polymères ...................................................... 13 Objectifs .................................................................................................................. 17 CHAPITRE I ÉTUDE DE LA GESTION DES MATIÈRES RÉSIDUELLES DE TEXTILE SYNTHÉTIQUE AU QUEBEC ..................................................................... 20 RÉSUMÉ ................................................................................................... 20 ABSTRACT ............................................................................................... 21 1.1 Introduction ....................................................................................................... 22 1.2 Disposition des rebuts de textile synthétique .................................................... 24 1.3 Récupération ...................................................................................................... 24 1.3 .1 Incinération ................................................................................................. 29 1.3 .2 Enfouissement ............................................................................................ 29 v 1.3.3 Détritus ....................................................................................................... 32 1.4 Dégradation des plastiques ............................................................................ 34 1.4.1 Effet sur l'environnement ........................................................................... 34 1.4.2 Définition de la dégradation des plastiques ................................................ 35 1.4.3 Processus de dégradation ............................................................................ 37 1.5 Conclusion ......................................................................................................... 46 REMERCIEMENTS .................................................................................... 4 7 CHAPITRE II ÉTUDE DE LA BIODÉGRADATION DES MATIÈRES RÉSIDUELLES DE TEXTILE SYNTHÉTIQUE PAR DES CHAMPIGNONS DE POURRITURE BLANCHE ................................................................................................. 48 RÉSUMÉ ................................................................................................... 48 ABSTRACT ............................................................................................... 49 2.1 Introduction ....................................................................................................... 50 2.2 Saprotrophes ligninolytiques ............................................................................. 53 2.3 Biodégradation du polyester ............................................................................. 58 2.4 Biodégradation du nylon ................................................................................... 60 2.5 Conclusion ......................................................................................................... 60 REMERCIEMENTS .................................................................................... 61 CHAPITRE III BIODÉGRADATION ET VALORISATION DES MATIÈRES RÉSIDUELLES DE TEXTILES EN NYLON ET EN POLYESTER PAR DES CHAMPIGNONS LIGNINOL YTIQUES : ÉTUDE COMPARATIVE DE GANODERMA LUCIDUM, PLEUROTUS OSTREATUS, PLEUROTUS PULMONARIUS ET PLEUROTUS ERYNG/1 .................................................................................................... 62 RÉSUMÉ ................................................................................................... 62 ABSTRACT ............................................................................................... 64 3.1 Introduction ....................................................................................................... 65 VI 3.2 Réduction de la masse des matières résiduelles de textiles ............................... 71 3.3 Matériaux et méthodologie ................................................................................ 72 3.4 Valorisation de la biomasse fongique réseautée aux textiles ............................ 7 5 3.5 Résultats et discussion ....................................................................................... 76 3.6 Conclusion ......................................................................................................... 79 REMERCIEMENTS .................................................................................... 81 CHAPITRE IV BIODEGRADATION OF TWO SYNTHETIC TEXTILES BY TWO LIGNINOL YTIC FUNGI SPECIES: TRAMETES VERSICOLOR AND GANODERMA LUCIDUM ............................................................................ 82 ABSTRACT ............................................................................................... 82 RÉSUMÉ ................................................................................................... 83 4.1 Introduction ....................................................................................................... 84 4.2 Materials and methods ...................................................................................... 86 4.3 Results and discusion ........................................................................................ 88 4.4 Conclusion ......................................................................................................... 90 CHAPITRE V BIODEGRADATION OF RESIDUAL PVC TEXTILE MATERIALS: THE RATE OF MYCELIAL GROWTH OF TRAMETES VERSICOLOR MEASURED USING GIS AND PHOTOGRAMMETRY ................................................................. 91 RÉSUMÉ ................................................................................................... 91 ABSTRACT ............................................................................................... 92 5.1 Introduction ....................................................................................................... 93 5.2 Materials and methodology ............................................................................... 96 5.3 Results and discussion ..................................................................................... ! 03 5.4 Conclusion ....................................................................................................... ! 08 VII ACKNOWLEDGEMENTS ......................................................................... 1 09 CONCLUSION GÉNÉRALE ...................................................................... 110 RÉFÉRENCES .......................................................................................... 113 LISTE DES FIGURES Figures Pages 1.1 Hydrolyse de l'ester, de l'urée et de l'uréthane (Pellizzi, 2012).... ..... 7 1.2 Hydrolyse du nylon... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.3 Sécrétion des enzymes extracellulaires par les microorganismes sur la surface du polymère (Marten et al. 2003)..... ............... .... ...... 12 1.4 Organigramme représentant le cheminement général de la recherche.. 19 2.1 Cycle de vie des plastiques - sans les émissions et les intrants énergétiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2 Schéma de la dégradation du polymère dans des conditions aérobies et anaérobies (Gu, 2003a)........ ..................................... ...... 45 3.1 Hydrolyse de la liaison d'ester du polyuréthane (PU) (Gewert et al., 2015). .. ... . .. ... ... . . . ... .. . . . . ... .. ... . . .. . .. . . . . .. . . . .. . .. . ... . .. . . ... . . .... ... 59 4.1 Mycélium vu par microscope électronique... ...... ..... .... .... .... ....... 68 4.2 Mycélium enrobant et dégradant les textiles................ ............... 76 4.3 Photos avant et après traitement thermique.................. ............... 76 4.4 Perte de masse des échantillons de textile en nylon après 90 jours...... 77 4.5 Perte de masse des échantillons de textile en polyester après 90 jours. 78 6.1 Dechlorination ofPVC (Gewert et al. , 2015)........................................ 95 6.2 Photo of camera and support................................................................. 101 6.3 Average mass reduction of PVC samples by NA and A liquid inoculums,as compared to control samples........................................... 104 6.4 Monochrome three band image of initial image ( colurnns from left to right: red, green, blue): controls (substrate only, first row), non- acclimated (second row), acclîmated (third row).................................. 105 6.5 The key image layer of the method from left to right: original image, monochrome of red band image, binary image used for pixel value quantification, for control (fust row), non-acclimated (second row) and acclimated (third row)................................................ ..................... 106 6.6 T versicolor growth by substrate surface covered............ .................... 107 LISTE DES TABLEAUX Tableaux Pages 2.1 Vêtements et textiles de maison mis en valeur au Québec en 2008 (Recyc-Québec, 2011). .. ... ..... .. ...... ... ..... ... ... .................... .... 26 4.1 Diminution de poids du Nylon 6 innoculé avec Trametes versicolor ... 71 4.2 Substrats utilisés pour la croissance des mycéliums de Ganoderma lucidum, Pleurotus ostreatus, Pleurotus pulmonarius et Pleurotus eryngii... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 74 5.1 Mean values of weight loss, expressed as a percentage of the initial weight of fungi-treated textile samples..... ... ......... .. .. ..... .......... .. 88 6.1 Substrates used for the degradation of PVC and the growth of T versicolor mycelium.............................................................................. 98 6.2 T versicolor growth by substrate surface covered...... .. . . . ...... ..... .. .. .. .. . . 107 Aérobie Anaérobie Bactérie Bioassimilation Biodégradable Biodiversité Biomasse Cellulose Ecotoxicologie Enzyme Floculant Ligase Lignine GLOSSAIRE Micro-organismes qui se développent en présence d'oxygène. Micro-organismes qui ne vivent qu'à l'abri de l'oxygène de l'air atmosphérique et qui utilisent pour leur développement l'oxygène présent dans les matériaux. Micro-organisme unicellulaire sans noyau (procaryote) dont le génome est généralement représenté par de l'ADN circulaire. La majorité des bactéries ne contient qu'un seul chromosome. Assimilation chimique d'une substance dans l'environnement naturel. Qui se décompose par l'action d'organismes vivants. Ensemble des espèces vivantes sur la terre et de leurs caractères génétiques. Ensemble de la matière organique d'origine végétale ou animale. Polymère le plus abondant et uploads/Litterature/ d3253.pdf