Résumé : Les aciers inoxydables à haute teneur en molybdène présentent une excellente résistance à la corrosion et ont été récemment utilisés dans des applications marines. L'acier inoxydable de type 254 SMO contient du molybdène (6% Mo) et des quantités plus élevées en éléments d'alliages que les aciers inoxydables plus classiques tels que 304, 316 et 316L. Alors que Anees Uddin Malik et al. montrent que l’acier 254 SMO est moins sensible à la corrosion par piqûre en eau de mer du golfe persique, Abdulsalam et al. démontrent que bien que cet acier présente une bonne résistance à la corrosion, il reste encore sensible à une corrosion caverneuse (surtout en milieu à 16% en masse d’ion chlorure ou à plus de 30°C).La première partie de ce travail traite du comportement électrochimique de l’acier inoxydable 254 SMO immergé dans l’eau de mer naturelle en laboratoire. Ainsi deux sites de la Guyane ont été choisis pour effectuer des prélèvements d’eau. Des analyses physicochimiques de ces eaux sont réalisées et montrent que l’eau du site du Port Larivot contient une quantité en ions chlorures plus importante que celle de l’eau du site du Mahury. Une colonisation par des bactéries et crustacés (balanes) a été mise en évidence, à l’aide du microscope électronique à balayage environnemental. Les mesures électrochimiques, notamment la voltammétrie cyclique a montré l’existence d’une zone de passivation et l’augmentation du courant de passivation par un facteur de 10 en présence d’un biofilm pour l’acier inoxydable immergé en eau du Mahury durant 22 jours. La deuxième partie propose une étude approfondie du comportement de l’interface complexe métal/couche passive/biofilm. Trois différents coupons d’aciers inoxydables (brut, poli et grenaillé) ont été déposés sur site (in-situ) dans un premier temps. Dans une seconde étape, nous avons réalisé des expérimentations mixtes (incubation in-situ et croissance en laboratoire). L’évolution du potentiel d’abandon de ces aciers est très proche pour l’acier brut et l’acier poli. En revanche, celui de l’acier grenaillé, de par la présence des grains d’alumine à sa surface, affiche un comportement différent. Une étude comparative des deux expérimentations montre des différences concernant les paramètres électriques de l’interface complexe métal/couche passive/biofilm.
Stainless steels with high content in molybdenum present an excellent corrosion resistance and were recently used in marine applications. The stainless steel 254 SMO contains molybdenum (6 %) and higher amounts of alloying elements than conventional stainless steels such as 304, 316 and 316L. While Anees Uddin Malik et al. show that 254 SMO steel is less likely to be susceptible to pitting corrosion in Arabian Gulf sea water, Abdulsalam et al. demonstrate that although this steel has good resistance to corrosion, it remains still susceptible to crevice corrosion (especially in environment with 16 chloride percent weight or more than 30 ° C).The first part of this work deals with the electrochemical behaviour of stainless steel 254 SMO immersed in natural seawater at laboratory. Two sites in French Guyane were chosen to take samples of seawater. Physicochemical analyses of these waters are made and show than the in Port Larivot site seawater contains a higher quantity of chloride ion than to Mahury seawater. Colonization by bacteria and crustaceans (barnacles) was highlighted, using the environmental scanning electron microscope. The electrochemical measurements, including cyclic voltammetry showed the existence of a passivation region and increasing the passivation current by a factor of 10 in the presence of biofilm on stainless steel immersed in Mahury seawater during 22 days.The second part offers a detailed study of the behaviour of the interface metal/passive film/biofilm. Three different coupons of stainless steel (crude, polished and blasted) were deposited on the site (in-situ) in the first time. In a second step, we performed experiments mixed (in-situ incubation and growth in the laboratory). The evolution of the free potential of these steels is very close for crude steel and polished steel. Conversely, the blasted steel, by the presence of alumina grains on its surface, shows a different behaviour. A comparative study of those two experiments shows differences in the electrical parameters of the interface metal/passive film/biofilm.

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Résumé : Les biofilms électroactifs (EA) sont des consortia bactériens mono ou pluri-espèces, qui ont la faculté d’échanger des électrons provenant de leur métabolisme avec les surfaces solides conductrices des électrodes. Cette découverte est à l’origine d’un nouveau dispositif énergétique : la pile à combustible microbienne (PACM). Depuis les années 2000, la littérature scientifique sur les biofilms EA et sur les PACM explose, notamment grâce à la découverte de bactéries capables de transférer par voie directe – par des pili ou protéines transmembranaires – des électrons vers les électrodes. Plusieurs sources de bactéries EA ont été à ce jour découvertes, allant de cultures pures à des communautés bactériennes plus complexes. Ces dernières sont issues de milieux aqueux naturels (milieux marins ou d’eau douce), industriels ou urbains (effluents d’industrie, eaux usées domestiques). La plupart de ces sources bactériennes proviennent d’environnements de climat tempéré. Dans ce travail de thèse, plusieurs sols de milieux humides de la Guyane ont été identifiés comme étant de sources de bactéries EA. Les expériences menées sous potentiel d’électrode imposé et constant ont permis d’étudier l’adhésion à la surface d’électrode des biofilms EA issus de la flore endogène des milieux sélectionnés. La formation de bioanodes et de biocathodes a été possible en présence respectivement d’acétate et d’oxygène dans les milieux. Une étude par voltammétrie cyclique a mis en évidence les pics d’oxydo-réduction en lien avec les échanges électroniques du biofilm EA et de l’électrode. En optimisant la procédure de formation des biofilms EA par chronoampérométrie (surface d’électrode plus importante, apport en continu et progressif du substrat), une densité de courant maximale de 12 A/m2 et un rendement faradique de 24 % ont été obtenus. Une autre méthode pour former des biofilms EA à partir d’un milieu choisi, la mangrove, a consisté à utiliser deux prototypes de PACM : une pile à compartiment unique et à cathode à air, et une pile benthique. Dans les deux cas, les biofilms EA ont pu être formés et étudiés, complétant certaines observations faites sous potentiel imposé. La PACM benthique s’est avérée être la plus proche d’une application à grande échelle puisqu’elle a été complètement autonome : anode et cathode utilisant uniquement le milieu pour fonctionner. Elle a pu être étudiée en laboratoire comme sur le terrain.
Electroactive biofilms (EA) are mono or multi-species bacterial consortia, which have the ability to exchange electrons from their metabolism with solid surfaces of conductive electrodes. This discovery is the basis for a device of energy production: microbial fuel cell (MFC). Since the 2000s, the scientific literature on EA biofilms and MFC explodes, thanks to the discovery of bacteria that are able to transfer directly – by pili or trans-membrane proteins – electrons to electrodes. Several sources of EA bacteria were discovered to date, ranging from pure cultures to more complex bacterial communities. Those last are from natural (marine and freshwater), industrial or urban (industrial effluents, domestic wastewater) aqueous environments. However, the vast majority of these are from temperate environments.In this thesis, several wetland soils of French Guiana have been identified as sources of EA bacteria. Experiments under poised and constant electrode potential were used to examine adherence to the electrode surface of EA biofilms from the endogenous flora of selected environments. Formation of bioanodes and biocathodes was possible in the presence respectively of acetate and oxygen in the media. A study by cyclic voltammetry showed the redox peaks related to electronic exchanges between EA biofilm and electrode. By optimizing the process of EA biofilm formation by chronoamperometry (larger electrode surface, providing continuous and progressive substrate), a maximum current density of 12 A/m2 and a coulombic efficiency of 24% were obtained.Another method to form EA biofilms from a chosen medium (mangrove) was to use two MFC prototypes: a single compartment and air cathode one, and a benthic one. In both cases, the EA biofilms have been trained and studied supplementing certain observations made under poised polarization. MFC benthic proved to be the closest to a wide application since it was completely autonomous, anode and cathode only using the medium to function. It has been studied in the laboratory and in the field.

http://www.theses.fr/2012AGUY0560/document