Activité antimicrobienne du chitosane

Activité antimicrobienne du chitosane

Les salissures marines

Le biofouling marin, ou « salissures marines », désigne la colonisation massive et nuisible des surfaces artificielles immergées dans l’eau de mer par les microorganismes, les plantes et les animaux (Yebra et al. , 2004). Ce processus de successions biotiques débute dès les premières minutes d’immersion d’une structure (Figure 1). Des ions et des substances dissoutes telles des sucres, des acides aminés, des protéines ainsi que des acides gras et des acides humiques, s’adsorbent à la surface de la structure en concentration saturante (Railkin, 2004). Ce conditionnement biochimique rapide favorise l’attachement des bactéries qUI coloniseront la structure en l’espace de quelques heures (Costerton et al., 1995; Raillon, 2004). Ces microorganismes prolifèrent et forment, avec les diatomées, un assemblage que l’on appelle « biofilm », dont l’adhésion à la surface est essentiellement liée à la sécrétion de substances polymériques gélatineuses par les algues unicellulaires (Callow & Callow, 2002). Ce film, composé à 99% de bactéries et de diatomées, mais également de protistes et de champignons microscopiques, constitue le microfouling (Raillon, 2004).

Facteurs chimiques et physiques de colonisation

Le microfouling crée des conditions favorables aux succeSSIOns suivantes de macrofouling. En effet, le biofilm facilite et induit le peuplement, l’attachement et la métamorphose des larves de cnidaires, d’éponges, de polychètes, de tuniciers, de bivalves, de crustacés et d’échinodermes (Tableau 2). Sélectifs envers les substrats sur lesquels ils se fixent, les microorganismes mobiles et autres organismes marins, sont attirés par certaines substances chimiques mais aussi repoussés par d’autres, comme les peintures (Railldn, 2004). De même, les surfaces immergées possèdent des caractéristiques physiques, dont la forme, la taille, la texture et même la couleur, vont influencer l’adhésion et la croissance des organismes. Sur des surfaces planes, les organismes présentent une distribution aléatoire. Sur les petites surfaces, de taille non limitante pour la croissance ou l’attachement, la colonisation est plus élevée que sur les grandes surfaces. La rugosité est considérée comme un facteur de colonisation positif par les larves, mais tous les grands groupes taxonomiques incluent des espèces préférant les surfaces lisses ou relativement indifférentes au microrelief (Railldn, 2004). De plus, quoique faiblement significatives, les couleurs claires favoriseront l’installation des larves de nombreuses espèces (Railldn, 2004).

Environnement et économie

De nombreux problèmes environnementaux et économiques à l’échelle globale sont reliés au biofouling. Les salissures envahissent toutes les structures sous-marines, augmentent la corrosion et limitent leur fonctionnement. Elles sont particulièrement néfastes pour la navigation (Railkin, 2004; WHO!, 1952; Yebra et al., 2004). Sur la coque d’un seul navire plus de 2 millions d’organismes peuvent être recensés. Un phénomène souvent relié à l’introduction d’espèces exotiques et au déséquilibre des écosystèmes marins (Champ, 2000 ; Yebra, 2004). De plus, cette colonisation massive augmente considérablement le poids total du navire et accroît la friction entre la coque et l’eau (Bennett, 1996). Une résistance qui entraîne une baisse notable de la manoeuvrabilité et jusqu’à 40% de réduction de la vitesse (Bennett, 1996; Railkin,2004). Les coûts se chiffrent entre 500 millions et 1 milliard de dollars américains supplémentaires en carburant chaque année (Champ, 2000; Stupak et al., 2003). Cette augmentation de 30 à 40% de la consommation engendre invariablement des émissions supplémentaires de composés toxiques tels le CO2 et le S02 (Yebra et al. , 2004). De plus, le nettoyage fréquent des structures immergées entraîne des pertes économiques, essentiellement liées au temps, et des conséquences environnementales suite à l’augmentation des déchets toxiques (Yebra et al., 2004).

Les peintures antisalissures à base de TBT

Contrairement aux p~intures à base de cuivre, les peintures à base de TBT ne causent pas de corrosion galvanique sur les coques en aluminium et sont incolores. Elles sont de plus très toxiques et possèdent une longue durée de vie, ce qui en fait, à ce jour, la méthode la plus efficace de lutte contre le biofouling (Bosselmann, 1996 ; Yebra et al. ,2004). L’utilisation de ces peintures donne lieu chaque année à l’économie de millions de dollars de carburant et réduit ainsi de 22 millions de tonnes les émissions de CO2 et de 0,6 million de tonnes les émissions de S02 (Bennett, 1996). Des frais de nettoyage et des millions de litres de déchets toxiques sont également évités (Bennett,
1996). En 2000, les peintures au TBT couvraient plus de 70% des navires de la flotte commerciale internationale (Evans et al. , 2000). Mais ces peintures, bien qu’à l’origine de bénéfices économiques importants, contiennent et dispersent dans l’ environnement la substance la plus toxique jamais introduite délibérément dans le milieu aquatique (Goldberg, 1986 dans Evans et al., 1995). Sa persistance dans l’environnement marin rend le TBT extrêmement dommageable aux organismes indigènes non ciblés. À de très faibles concentrations, de l’ordre du nglL, le composé cause des effets nocifs et peut entraîner la mort de certains organismes (Bosselmann, 1996). Des malformations, des faibles taux de croissance menant au déclin des populations, l’hyperca1cification des huîtres (Alzieu, 1998), l’imposex chez les gastéropodes (Bryan et al. , 1986), l’accumulation chez les mammifères et une baisse des réponses immunitaires chez les
poissons ont été observés à la suite d’une exposition au TBT (Bosselmann,1996 ; Yebra et al., 2004). Pour toutes ces raisons, plusieurs pays ont adopté des législations nationales visant à restreindre et à éliminer l’utilisation de composés de tributylétain dans les peintures anti-salissures (Champ, 2000). En 2001 , dans le cadre d’une convention internationale, un bannissement de l’application des peintures anti-salissures au TBT a été proposé pour 2003 et l’ exclusion de leur présence sur les navires a été suggérée pour 2008 (Champ, 2001 dans Yebra et al., 2004).

Les peintures à base d’oxyde cuivre et les biocides organiques

Depuis cette interdiction, les peintures au cuivre contenant des biocides organiques ont commencé à remplacer les peintures à l’étain (Tableau 3). Les biocides utilisés augmentent l’efficacité des peintures en agissant contre les organismes tolérants au cuivre dont de nombreuses espèces d’algues telles Enteromorpha spp., Ectocarpus spp., et Achnanthes spp. (Voulvoulis et al., 1999). À l’heure actuelle, aucune des alternatives disponibles aux peintures au TBT n’est approuvée à l’échelle internationale (Champ, 2000). Bien que l’augmentation des concentrations en cuivre dans les eaux ne semble pas constituer un risque significatif pour les écosystèmes aquatiques, les biocides et leurs produits de dégradation peuvent entraîner des problèmes environnementaux (Voulvoulis et al. , 1999). Plusieurs de ces composés, issus de l’agriculture (Tableau 3 & Figure 2), sont connus et certains de leurs effets recensés. Cependant, le manque d’information concernant leur toxicité rend les études d’impacts difficiles et leur accumulation dans le milieu marin pourrait être aussi, sinon plus, toxique que celle du TBT (Evans et al., 2000 ; Voulvoulis et al. , 1999).
L’utilisation de composés naturels dans la formulation des peintures anti-salissures présente donc un intérêt capital tant d’un point de vue économique qu’écologique.

Composés naturels

De nombreuses recherches mettent en évidence l’incorporation de produits d’origine naturelle dans des peintures anti-salissures. Plusieurs de ces composés ont été isolés d’organismes marins, particulièrement d’invertébrés benthiques sessiles ayant développé, au cours de l’évolution, des systèmes de défense chimique variés contre le biofouling (Clare, 1996; Fusetani, 2004). Des extraits de bactéries marines (Armstrong et al., 2000; Burgess et al., 2003), de plusieurs espèces de macro algues (Hellio et al.,2001) et des composés naturels actifs dérivés d’éponges (Diers et al., 2004 ; Henrikson & Pawlik, 1995), d’algues rouges et brunes (Henrikson & Pawlik, 1995), de cnidaires (Mizobuchi et al. , 1994 in Clare, 1996), de bryozoaires et de tuniciers ont déjà été testés
(Callow & Callow, 2002; Clare, 1996 ; Fusetani, 2004 ; Henrikson & Pawlik, 1995).
Cependant, certains se sont révélés hautement toxiques et rares sont ceux qui ont pu démontrer un réel intérêt écologique (Clare, 1996; Callow & Callow, 2002 ; Fusetani, 2004). La plupart de ces composés ont été testés en laboratoire par des biotests sur un nombre limité d’espèces. De plus, l’obtention de quantités suffisantes et à faible coût de composés d’origine naturelle présente un obstacle supplémentaire à leur utilisation (Clare, 1996).

Le chitosane

En raison de son abondance, de son faible coût de production, et de ses propriétés antibactériennes et antialgales bien connues, le chitosane présente un grand intérêt pour le développement de peintures antisalissures sécuritaires pour l’environnement (Ravi Kumar, 2000).
La chitine, composant majeur de l’exosquelette des crustacés et des insectes, est le polysaccharide naturel produit par biosynthèse le plus abondant sur terre après la cellulose (Figure 3; Roberts, 1992; Shahidi et al. , 1999). La production annuelle de ce polymère de N-acétylglucosamine biocompatible et biodégradable, atteint chaque année de 109 à 101 0 tonnes (Chung et al., 2003; Hejazi & Amiji, 2003; Keyhani & Roseman, 1999, Ravi Kumar, 2000). Le terme chitosane est utilisé lorsque 60 à 70% des monomères de chitine sont désacétylés (Li et al., 1992) ou lorsque le produit de cette désacétylation est soluble en milieu acide dilué (Muzzarelli, 1985).

Activité antimicrobienne du chitosane

L’activité antibactérienne et antifongique du polymère de chitosane est influencée par de nombreux facteurs incluant l’origine biologique du chitosane, le pourcentage de désacétylation, le degré de polymérisation ou le poids moléculaire (PM) (Kendra & Hadwiger, 1984; No et al., 2002). De plus, le degré de l’effet antimicrobien et le mode d’action varient en fonction de l’organisme ciblé (Cuero, 1999). La réponse du microorganisme dépend de la structure chimique du chitosane utilisé et des conditions environnementales lors de l’interaction (Cuero, 1999)

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Table des matières

CHAPITRE 1
1. INTRODUCTION 
1.1. Les salissures marines
1.2. Facteurs chimiques et physiques de colonisation
1.3. Environnement et économie
1.4. Historique du contrôle des salissures marines
1.5. Les peintures antisalissures à base de TBT
1.6. Les peintures à base d’oxyde de cuivre et les biocides organiques
1.7. Composés naturels
1.8. Le chitosane
1.9. Activité antimicrobienne du chitosane
1.9.1 . Origine biologique
1.9.2. Pourcentage de désacétylation
1.9.3. Le poids moléculaire
1.9.4. Concentration
1.10. Objectifs
CHAPITRE II
2. EVALUATION OF THE ANTIFOULING ACTIVITY OF CillTOSAN POLYMERS AS ADDITIVE TO MARINE PAINT
2.1. Abstract
2.2. Introduction
2.3. Materials and methods
2.3.1. Chitosan preparation and production
2.3.2. Sampling device
2.3.3. Commercial and chitosan paints
2.3.4. Sampling procedure
2.3.5. Analysis ofphysiochemical parameters
2.3.6. Visual Observation
2.3.7. Flow cytometry
2.3.8. Fluorimetry
2.3.9. Dry weight
2.3.10. Statistical tests
2.4. Results
2.4.1. Physiochemical parameters
2.4.2. Bacterial analyses
2.4.3. Algae analyses
2.4.4. Visual observation
2.4.5. Dry weight
2.5. Discussion
2.5.1. Bacteria
2.5.2. Algae
2.5.3. Total biomass
2.6. Conclusion
2.7. Ackowledgment
CHAPITRE III
3. CONCLUSION GÉNÉRALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE1

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