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Les bactéries sporulées sont à l’origine de risques sanitaires et d’altération des produits alimentaires. Elles peuvent sporuler pour former des cellules résistantes à diverses agressions physiques ou chimiques. Afin de limiter la formation des spores dans les aliments et sur les lignes de production en industrie agroalimentaire, une approche préventive consiste à prévoir ce processus bactérien en fonction des conditions environnementales rencontrées durant les procédés de fabrication. Pour cela, un modèle cinétique décrivant à la fois la croissance et la sporulation de la bactérie modèle Bacillus subtilis BSB1 a été développé. Ce modèle est un outil utile pour évaluer l’impact des facteurs environnementaux sur des aspects quantitatifs et physiologiques de la croissance et de la sporulation. Des conditions défavorables de température, de pH et d’activité de l’eau provoquent un ralentissement de la croissance bactérienne, une sporulation plus synchrone dans la population de B. subtilis conduisant à une apparition plus tardive des spores et une production plus faible de spores. Tous ces effets ont été décrits avec un modèle prévisionnel de croissance et de sporulation : le modèle cardinal. Ces modèles (cinétique et cardinal) sont efficaces pour prévoir la croissance et la sporulation de B. subtilis BSB1 dans différentes conditions de culture, différentes matrices et en conditions dynamiques de facteurs environnementaux. Ces travaux et ces modèles mathématiques permettront de mieux comprendre le comportement de sporulation des bactéries en fonction des facteurs environnementaux et ainsi, de mieux appréhender la sporulation en industrie agroalimentaire. / Spore-forming bacteria cause health risks and alteration of food products. They can sporulate to form cells resistant to various physical or chemical aggressions. In order to limit the formation of spores in food and on production lines in the agri-food industry, a preventive approach consists in predicting this bacterial process according to the environmental conditions encountered during the manufacturing processes. For this, a kinetic model describing both growth and sporulation of the bacterium model Bacillus subtilis BSB1 was developed. This model is a useful tool for assessing the impact of environmental factors on quantitative and physiological aspects of growth and sporulation of B. subtilis. Unfavorable conditions of temperature, pH and water activity cause a slowing of B. subtilis’ growth, a more synchronous sporulation in the bacterial population leading to later spore emergence and lower spore production. All these effects have been described with a predictive model of growth and sporulation: the cardinal model. These (kinetic and cardinal) models are efficient to predict growth and sporulation of B. subtilis BSB1 in different culture conditions, different matrices and in dynamic conditions of environmental factors. This work and these mathematical models will allow a better understanding of the sporulation behavior of bacteria according to environmental factors and thus a better understanding of the sporulation in the agrofood industry.

Le développement des bactéries sporulées dans les aliments peut être responsable d’intoxication alimentaire ou d’altérations des produits. Trois leviers ont été identifiés pour prévenir le développement de ce microbiote : les conditions de sporulation, l’intensité du traitement appliqué pour inactiver les spores et les conditions d’incubation. Ce travail de thèse a pour objectif (i) de quantifier l’impact des conditions de sporulation, de traitement et d’incubation sur la capacité des spores à former des colonies, et (ii) de quantifier l’impact des conditions de sporulation, de traitement et d’incubation sur les cinétiques de germination et de reprise de croissance. Dans un premier temps, un modèle mathématique a été développé pour décrire et quantifier l’impact des conditions d’incubation sur la capacité des spores à former des colonies après un traitement thermique. Ce modèle intègre uniquement des paramètres physiologiques, les limites de croissance des souches étudiées. La germination et la reprise de croissance est un processus complexe au cours duquel les spores passent par plusieurs stades successifs : spores dormantes, spores germées et cellules végétatives. Afin de quantifier l’impact des conditions de sporulation, de traitement thermique et d’incubation sur chacun de ces stades, une méthode par cytométrie en flux a été développée. Elle a permis de suivre l’évolution de chaque stade au cours du temps et un modèle primaire a été proposé afin de décrire l’évolution de chacun de ces stades. A partir de ce modèle il a été possible de décrire l’impact des différentes conditions de sporulation, de traitement thermique et d’incubation sur cette évolution et un modèle secondaire a été développé pour quantifier l’impact de ces facteurs sur les cinétiques de germination et de reprise de croissance. Afin de corréler les différences de comportement avec la composition protéique des spores, une analyse protéomique a été réalisée sur des spores produites dans différentes conditions. Ces travaux permettent de mieux appréhender le comportement de germination et de reprise de croissance des spores bactériennes. De plus, les résultats apportés ainsi que les modèles mathématiques développés dans cette thèse pourront permettre de mieux contrôler le développement des bactéries sporulées en industrie agro-alimentaire, connaissant l’impact des conditions de stockage et de formulation des produits, comme la température et le pH, sur le comportement des spores. / The development of spore forming bacteria in foods can be responsible for food poisoning or food spoilage. Three levers allowing the development of this microbiota were identified: the conditions of sporulation, the conditions of heat treatment and the conditions of incubation. This PhD work objectives were (i) to quantify the impact of sporulation conditions, heat treatment intensity and recovery conditions of the ability of spores to form colonies, and (ii) to quantify the impact of sporulation conditions, heat treatment intensity and recovery conditions on germination and outgrowth kinetics. Firstly, a mathematical model was developed to describe and quantify the impact of recovery conditions on the spore ability to form colonies a heat treatment. This model integrated only physiological parameters, the growth limits. The germination and outgrowth is a complex process made of successive physiological stages the spores pass through: the dormant spores, the germinated spores and the vegetative cells. A flow cytometry method was developed in order to quantify the impact of sporulation conditions, the heat treatment intensity and the incubation conditions on each physiological stage. This method allowed monitoring the evolution of each stage over time and a primary model was proposed to describe these evolutions. Thanks to this model, the impact of sporulation conditions, the heat treatment intensity and the incubation conditions were quantified and a secondary model was developed to quantify the impact of these factors on germination and outgrowth kinetics. In order to correlate the differences of behavior with the proteome of spores, proteomic analysis were performed on spores produced in different conditions. This work allows a better comprehension of germination and outgrowth behavior. Moreover, the results and the mathematical models provided by this work can be applied in food industry to improve the control of spores forming bacteria development knowing the impact of storage conditions and the product formulation, like temperature and pH, on spore behavior.