La performance d'un système de désinfection de la solution nutritive par ozonisation sur les aspects microbiologiques et agronomiques a été déterminée pour une culture de tomate de serre. Des doses d'ozone de 3,5, 5,3 et 14,1 ppm ont été appliquées à la solution nutritive et les résultats furent insatisfaisants. Ces mauvais résultats pourraient s'expliquer par un contact insuffisant entre les molécules d'ozone et les microorganismes dans le système spécifique installé dans le cadre de ce projet. L'ajout de peroxyde et/ou de chlore a permis d'améliorer la désinfection de façon importante. Le chlore a procuré les meilleurs résultats avec une élimination de plus de 92 % des bactéries tandis que le peroxyde a amélioré la désinfection d'environ 30 à 40 %. La meilleure désinfection a été obtenue par l'injection d'ozone (9 ppm) et de chlore (8 ppm). Le traitement combinant l'ozone à 9 ppm et le chlore à 8 ppm a été appliqué pour une culture complète de tomate. La désinfection a été quasi parfaite (plus de 99 % pour les bactéries et 100 % pour les champignons) avec ces doses. Nous avons, en outre, mesuré l'effet des traitements de désinfection et du recyclage sur la composition minérale des solutions nutritives et la productivité des cultures. La croissance et le développement, la qualité et le rendement d'une culture de tomate n'ont pas été affectés par la désinfection à l'ozone et au chlore ainsi que par le recyclage des solutions nutritives.

L’étude présentée dans ce mémoire s’inscrit dans le cadre de la réutilisation des eaux usées traitées par un procédé d’oxydation avancée (AOP), la photocatalyse hétérogène. Ce procédé, couplant le rayonnement UV et l’utilisation d’un photocatalyseur (TiO2) au sein d’un réacteur, est envisagé comme procédé de traitement tertiaire pour la désinfection des effluents dis secondaires. Les expérimentations photocatalytiques ont été réalisées sur une bactérie cible, E.coli. Elles ont été conduites en mode batch puis en mode continu. Les expérimentations en mode batch ont été réalisées sous irradiation contrôlée puis solaire. Les données expérimentales acquises sous irradiation contrôlée ont permis la comparaison des performances bactéricides de différents catalyseurs. Elles ont conduit en parallèle à la définition d’un modèle cinétique représentatif de la capacité bactéricide de chaque média. Les expérimentations solaires ont permis de valider le modèle cinétique sous irradiation solaire puis, d’étudier l’inactivation bactérienne dans un effluent réel. Par ailleurs, le potentiel bactéricide du traitement photocatalytique en régime permanent a été évalué. Le fonctionnement du procédé continu a été parfaitement décrit par un modèle cinétique se basant sur la loi cinétique initialement définie en mode batch. Finalement, l’inactivation d’E.coli a été évaluée par différentes techniques de quantification bactérienne. Cela a permit de mettre en évidence le mécanisme principal d’inactivation par voie photocatalytique, la lyse membranaire et d’apporter des informations sur l’état de viabilité « réel » des bactéries au cours du traitement photocatalytique. / The study presented in this paper is part of the reuse of treated wastewater by advanced oxidation process (AOP), the heterogeneous photocatalysis. This process, coupling the UV radiation and the use of a photocatalyst (TiO2) in a reactor, is envisaged as tertiary treatment process for disinfection of said secondary effluent. Photocatalytic experiments were performed on a target bacterium, E. coli. They were conducted in batch and continuous mode. The experiments in batch mode were performed under controlled irradiation and sunlight. The experimental data obtained under controlled irradiation allowed the comparison of the bactericidal performance of different catalysts. They led in parallel to the definition of a representative kinetic model of the bactericidal capacity of each medium. Solar experiments were used to validate the kinetic model under solar irradiation and then to study the bacterial inactivation in a real effluent. Furthermore, the potential of the photocatalytic bactericidal treatment at steady state was evaluated. The operation of the continuous process has been thoroughly described by a kinetic model based on the kinetic law originally defined in batch mode. Finally, inactivation of E. coli was evaluated by different bacterial quantification techniques. This has made it possible to highlight the main mechanism of the photocatalytic bacterial inactivation, the membrane lysis. It provided information about the "real" state of the bacteria viability during the photocatalytic treatment.

La maîtrise de l'hygiène des surfaces demeure une préoccupation constante dans de nombreux secteurs d'activité. En effet, la contamination microbiologique des surfaces peut être à l'origine de problèmes de santé publique plus ou moins sévères dans les industries agro-alimentaires (toxi-infections alimentaires) ou le milieu médical (infections nosocomiales). L'efficacité des agents désinfectants restant variable d'une application à l'autre (notamment sur des micro-organismes adhérant), il s'avère nécessaire d'améliorer les formulations désinfectantes et/ou les procédures de désinfection qui y sont associées. Cette amiélioration passe par la mise en place de méthodes tests permettant d'évaluer rapidement l'activité antimicrobienne de produits commercialisés ou non, dans des conditions proches de la réalité. Ainsi, au cours de ce travail, nous avons défini un protocole pour déterminer l'activité létale des produits désinfectants sur cellules adhérentes, protocole composé de quatre étapes principales : i) choix des micro-organismes et standardisation de leurs conditions de conservation et de croissance, ii) mise en place d'un protocole d'adhésion reproductible sur supports conditionnés ou non, iii) test de désinfection sur cellules adhérentes et iv) optimisation de ce protocole dans le caractère in situ et le délai d'obtention des résultats par l'utilisation de marqueurs fluorescents, indicateurs de la viabilité cellulaire.

Ce travail de thèse concerne l'étude de l'écologie microbienne d'un atelier de découpe de viande bovine, dans le but de mieux comprendre la persistance bactérienne, c'est-à-dire, la présence répétée d'un même clone bactérien pendant une longue période malgré l'application bien conduite et régulière du nettoyage et de la désinfection (N-D). Des prélèvements par " chiffonnages " multiples de surfaces d'équipements ont été réalisés lors de trois campagnes de prélèvement espacées les unes des autres d'au moins six mois. Les prélèvements ont été réalisés sur un tapis convoyeur en polychlorure de vinyle (PVC) et sur des machines éplucheuses en acier inoxydable avant et après N-D. Nous avons quantifié les cellules totales (les cellules vivantes et les cellules mortes) par PCR quantitative en temps réel (qPCR), les cellules viables par EMA-qPCR, et les UFC (provenant de cellules cultivables) par dénombrement après incubation à 25°C sur gélose tryptone soja. Les résultats montrent qu'avant N-D, les cellules totales (en moyenne 5,6 - exprimé en log10 cellules/cm2 - sur PVC et 4,7 sur acier inoxydable) sont plus nombreuses que les cellules viables (4,5 sur PVC et 4,4 sur acier inoxydable) lesquelles sont plus nombreuses que les UFC (3,8 sur PVC et 2,9 sur acier inoxydable). Le N-D entraîne moins d'une réduction décimale (RD) des populations à l'exception des UFC sur acier inoxydable qui subissent 1,5 RD en moyenne. Ce dernier chiffre s'explique par des forces d'adhésion faibles. L'étude de la diversité des bactéries cultivables montre que sur un total de 51 genres identifiés, 13 seulement sont retrouvés lors des trois campagnes de prélèvements. Les isolats de ces 13 genres représentent 75, 72 et 62% des isolats des campagnes1, 2 et 3 respectivement. Parmi ces isolats, les plus fréquents sont (par ordre décroissant du nombre d'isolats) : Pseudomonas, Staphylococcus, Microbacterium, Acinetobacter, Chryseobacterium, Psychrobacter et Kocuria. Le génotypage d'isolats de 3 genres majoritaires (Staphylococcus, Pseudomonas et Acinetobacter) montre qu'une seule souche, Staphylococcus equorum, est sans aucun doute persistante. L'ensemble de ces observations montrent que l'écosystème varie d'une campagne à une autre. Ces modifications de la diversité bactérienne reflèteraient les modifications de flores des viandes traitées dans l'atelier, qui ont des origines multiples. En outre, il apparaît que, contrairement à ce qui est généralement admis, les bactéries à coloration de Gram négative cultivables sont plus facilement inactivées par le N-D que les bactéries à coloration de Gram positive. L'étude de l'écosystème par PCR-DGGE a permis d'identifier sept genres bactériens et montre que les espèces dominantes sont toutes sous forme vivante, autrement dit, aucune des espèces dominantes n'a été détectée uniquement sous forme de cellules mortes. Sur les sept genres identifiés six sont des Gram - dont majoritairement les genres Acinetobacter, Pseudomonas et Psychrobacter. Cette dominance montre que le N-D permet une forte perte de cultivabilité des bactéries Gram - mais qu'une grande partie n'est pas détachée. La dominance des bactéries Gram - observée par PCR-DGGE masque les staphylocoques qui ne sont pas détectés alors qu'ils sont majoritaires parmi la flore cultivable. Seul un genre bactérien, Propionibacterium, est identifié par PCR-DGGE uniquement mais il n'est trouvé qu'à une seule campagne et uniquement sur l'acier inoxydable avant N-D. En conclusion, l'avancée majeure de ce travail est la mise en évidence qu'une proportion importante de bactéries survit après les opérations très poussées de N-D mais pour une période transitoire.

Les légionelles sont un enjeu de santé publique majeur car ces bactéries sont responsables des cas de légionellose, parfois mortels. Les tours aéroréfrigérantes (TAR) peuvent être incriminées car pouvant potentiellement émettre des aérosols contaminés. Un traitement de désinfection de ces eaux est donc nécessaire. Cependant les techniques actuelles conduisent très souvent à des injections importantes de réactifs induisant des rejets écotoxiques dans l'environnement qu'il est nécessaire de limiter. L'application du traitement d'oxydation avancée H2O2/UV – considéré comme innovant pour ce domaine et dont l'impact environnemental est limité (décomposition du peroxyde d'hydrogène en eau et oxygène, peu de production de composés toxiques) – a prouvé son efficacité de désinfection à la fois au sein d'un pilote de laboratoire sur une eau reconstituée, chargée en microorganismes et matière organique, mais aussi lors du traitement de l'eau d'une TAR du secteur tertiaire. Les ultraviolets ont été appliqués de manière continue (10 à 22 J.cm-2 sur le pilote ; 2 à 7 J.cm-2 sur la TAR) avec le maintien d'un résiduel constant en peroxyde d'hydrogène (10 à 50 mg.L-1 sur le pilote ; 3 à 10 mg.L-1 sur la TAR). Sur le pilote de laboratoire, le traitement H2O2/UV a montré une efficacité supérieure à l'application des UV ou du peroxyde d'hydrogène seul. Des abattements plus importants sur les paramètres microbiologiques de l'eau et des biofilms (ATP, bactéries cultivables et totales) et une modification profonde de la matière organique (minéralisation) ont pu être observés. Il a ainsi été conservé les avantages de chaque technique (désinfection reconnue des UV et action bactéricide de H2O2), tout en limitant leurs inconvénients (absence de rémanence des UV, fortes concentrations nécessaires en H2O2) grâce à la génération de radicaux hydroxyles pouvant agir sur les microorganismes et la matière organique. L'étude sur une TAR a confirmé ces résultats et a montré de bonnes performances de désinfection en comparaison avec celles obtenues pour le dioxyde de chlore. Cependant, lors les phases d'optimisation des essais, une adaptation des bactéries au peroxyde d'hydrogène a été observée indiquant la nécessité d'un contrôle régulier de cet oxydant afin de maintenir un résiduel conséquent et d'éviter la mise en place d'une dérive du système. De plus, il a été montré que le traitement n'a eu qu'une faible action sur les produits de conditionnement de l'eau (antitartre, anticorrosion). Une rapide évaluation économique a permis de placer le couplage H2O2/UV dans le même ordre de grandeur que les traitements habituels. / Legionella is a major public health issue as they are responsible for Legionnaires' disease, which can be fatal. Cooling towers are often incriminated because of their potential emission of contaminated aerosols. A disinfection process for treating water is then necessary. However, current techniques often need high concentrations of chemical products which lead to ecotoxic releases into the environment. UV-H2O2 is an advanced oxidation process with a limited environmental impact (hydrogen peroxide decomposition into oxygen and water, low production of toxic compounds). It was shown that this method is an effective technique of disinfection both in a laboratory pilot on water charged with microorganisms and organic matter, and in the water treatment of a cooling tower (service sector). UV irradiation was applied continuously (10 – 22 J.cm-2 on the pilot; 2 – 7 J.cm-2 on the cooling tower) with a constant residual of hydrogen peroxide (10 to 50 mg.L-1 on the pilot; 3 to 10 mg.L-1 on the cooling tower). On the laboratory pilot, UV-H2O2 showed a higher efficacy than UV or hydrogen peroxide treatments applied alone. A more important reduction of microbiological parameters in water and biofilms (ATP, heterotrophic plate and total bacteria counts) and a deep change in organic matter (mineralization) were observed. The advantages of each process (both well-known UV disinfection and bactericidal action of H2O2) were selected by limiting their disadvantages (no residual with UV, need for high concentrations of H2O2) through the generation of hydroxyl radicals, acting on microorganisms and organic matter. The study on a cooling tower confirmed these results and showed good disinfection performances compared with those obtained for chlorine dioxide. However, the optimization phases of the treatment highlighted a bacterial adaptation to hydrogen peroxide. A monitoring of this oxidant is required in order to maintain a residual, and therefore to avoid a drift of the system. Besides, UV-H2O2 showed little effect on scale and corrosion inhibitors. A rapid economic assessment allowed to placing UV-H2O2 in the same order of magnitude as usual treatments.

Ce mémoire présente les résultats d'une campagne d'échantillonnage des sous-produits de la désinfection (SPD) dans un système municipal d'eau potable. En plus des familles de SPD les plus connues (c.-à-d. les trihalométhanes (THM) et les acides halo-acétiques (AHA)), trois familles de SPD émergents (SPDE) sont également étudiées (les haloacétonitriles (HAN), les halonitrométhanes (HNM) et les halocétones (HK)). L'étude de ces cinq familles de SPD présente un grand intérêt puisque plusieurs de ces composés pourraient être cancérigènes. Lors des échantillonnages, les concentrations en SPD et certains paramètre physico-chimiques ont été mesurés à divers points de l'usine de traitement (UTE) et du réseau de distribution d'eau potable. Les résultats obtenus sont analysés d'un point spatial et d'un point de vue temporel afin d'identifier les facteurs déterminants de la variabilité des cinq familles de SPD étudiées. Les conclusions de cette analyse permettent d'identifier les points les plus critiques du système étudié et d'identifier des pistes de solution pour réduire les concentrations en SPD dans l'eau potable. Les résultats montrent, entre autres, que la majorité des SPD sont formés à l'intérieur de l'UTE et que, par conséquent, les interventions visant à limiter la formation de SPD devraient principalement cibler la chaîne de traitement et le réservoir de l'UTE. / This Master's thesis presents the results of a sampling campaign of disinfection by-products (DBPs) in a municipal drinking water system. In addition to the regulated DBP families (i.e. trihalomethanes (THMs) and haloacetic acids (HAAs)), three families of non-regulated disinfection by-products (NrDBPs) are also studied (haloacetonitriles (HANs), halonitromethanes (HNMs) and haloketones (HKs)). The study of these five DBP families is of great interest since several of these compounds could be carcinogenic. During the sampling campaigns, DBP concentrations and some physicochemical parameters were measured at various points within the treatment plant (WTP) and the drinking water distribution network. Results obtained are analyzed from a spatial and temporal point of view to identify the main factors influencing the variability of the five DBP families studied. Conclusions of this analysis are used to identify the most critical points in the system and to identify potential solutions to reduce the DBP concentrations in the drinking water network. Results show, among other things, that a considerable proportion of the maximum observed DBP concentrations is generated within the WTP and therefore, interventions to limit the formation of DBPs should focus on the treatment chain and the WTP tank.

Outre les trihalométhanes (THM) et les acides haloacétiques (AHA), d'autres sous-produits de la désinfection, dits émergents (SPDE), sont présents à de plus faibles concentrations dans l'eau potable. Certains d'entre eux présentent un risque potentiel pour la santé humaine supérieur à celui des THM et des AHA. Sept de ces SPDE méritent une attention particulière : quatre haloacétonitriles, un halonitrométhane et deux halocétones. Au cours de cette étude, la variabilité spatio-temporelle des concentrations de ces SPDE a été évaluée dans un réseau de distribution d'eau potable par le biais de campagnes de prélèvements mensuelles effectuées pendant une année à dix endroits répartis le long du principal réseau de la Ville de Québec. Les SPDE visés ont été observés à des concentrations d'au plus 6 ug/L. Les résultats montrent que les concentrations des SPDE étudiés varient de manière significative selon les saisons et selon le temps de séjour de l'eau dans le réseau.

Le suivi règlementaire des sous-produits de la désinfection (SPD) dans l’eau potable fournit généralement aux opérateurs des usines de production d’eau potable un portrait partiel de la performance du traitement en termes de SPD, étant donné la basse fréquence d’échantillonnage exigée. Une rétroaction plus fréquente sur les concentrations de SPD permettrait une optimisation des paramètres d’opération susceptible d’influencer l’enlèvement des précurseurs de SPD et la désinfection. Il importe alors d’avoir une méthode de suivi simple, rapide, et à fréquence élevée, voire en continu, des concentrations de SPD dans l’eau potable. L’absorbance UV différentielle (ΔA) est une méthode d’estimation des concentrations de SPD à coût faible, pouvant être effectuée rapidement et fréquemment, qui consiste à utiliser la différence entre une mesure de l’absorbance UV avant la chloration et une mesure de l’absorbance UV après la chloration pour prédire les concentrations de SPD. L’objectif de cette thèse est de développer une stratégie de suivi en continu de la formation des SPD par l’absorbance UV différentielle en usine afin de permettre une opération préventive et adaptative lors du traitement de l’eau. Cet objectif est divisé en deux sous-objectifs: comprendre pourquoi les relations SPD-ΔA ne sont pas universelles et identifier les stratégies favorisant leur généralisation et leur application à l’échelle réelle, et développer une stratégie d’opération adaptative et préventive du procédé de coagulation-floculation, utilisant comme rétroaction l’absorbance UV-visible, afin de réduire les concentrations de SPD à l’usine et en réseau. À cette fin, un premier essai a été fait afin de vérifier la possibilité d’établir des relations SPD-ΔA valide à l’échelle réelle. Ensuite, une stratégie de coagulation à l’échelle réelle utilisant l’absorbance UV à 254 nm des eaux brutes et décantées a été testée. En parallèle, une série de jar-tests et d’essais de chloration faits sur 8 eaux brutes différentes a permis de construire une base de données sur la coagulation de la matière organique et des précurseurs des SPD, permettant de comparer les résultats obtenus en laboratoire à ceux obtenus à l’échelle réelle. Cette même base de données a aussi servi à établir des relations SPD-ΔA plus largement applicables et à formuler des recommandations sur l’approche à adopter pour généraliser et utiliser ces relations. Les résultats des essais à l’échelle réelle montrent qu’il est possible d’établir des relations SPD-ΔA autant pour des sous-produits règlementés (trihalométhanes (THM) et acides haloacétiques (AHA)) que pour des sous-produits émergents (haloacétonitriles (HAN), halocétone (HK), et chloropicrine (CPK)) en utilisant l’absorbance UV différentielle à une seule longueur d’onde (272 nm), mais que ces relations varient dans le temps en fonction des paramètres physico-chimiques de l’eau brute et des paramètres d’opération des procédés. L’absorbance UV avant chloration demeure malgré tout un bon indicateur de la concentration de précurseurs de SPD. Ainsi, une stratégie de coagulation basée sur une dose stœchiométrique d’alun par rapport à l’absorbance UV à 254nm de l’eau brute (dose d’alun/UV254 de l’eau brute) a été développée à l’échelle réelle. Les résultats de l’essai de la stratégie à l’échelle réelle et des jar-tests concordent et confirment que l’utilisation d’une dose stœchiométrique d’alun définie permet de maximiser l’enlèvement de l’absorbance UV et des précurseurs dans une situation de qualité de l’eau variable quotidiennement et saisonnièrement. L’utilisation de l’absorbance UV différentielle à plusieurs longueurs d’onde, en plus de l’utilisation de l’absorbance avant chloration, permet d’améliorer les prédictions des relations empiriques SPD-ΔA et de généraliser leur application. En effet, les résultats des jar-tests et des essais de chloration ont montré que ces relations sont applicables à des eaux chlorées ayant des caractéristiques physico-chimiques variées. Spécifiquement, les concentrations de THM semblent mieux prédites en utilisant l’absorbance avant chloration à 270 nm, ΔA à 270 nm et ΔA à 425 nm, l’acide dichloroacétique en utilisant l’absorbance avant chloration à 250nm, ΔA à 250 nm et ΔA à 425 nm, et l’acide trichloroacétique en utilisant l’absorbance avant chloration à 255 nm, ΔA à 255nm et ΔA à 425 nm. L’utilisation de l’absorbance différentielle à plusieurs longueurs d’onde devra être expérimentée à l’échelle réelle dans des recherches futures, entre autres en utilisant des sondes de mesure de l’absorbance en continu. / Regulatory sampling of drinking water for the control of disinfection by-products (DBPs) gives a partial depiction of the performance of a drinking water system in terms of DBPs, given the usually low sampling frequency required. A more frequent feedback on DBP concentrations would allow optimisation of the operation of the treatment processes responsible for the removal of DBP precursors. It is therefore important to develop a simple, rapid and high frequency or even continuous monitoring method for DBPs. Differential UV absorbance (ΔA) is a method, consisting of the use of the difference between the absorbance of a sample before chlorination and after chlorination to predict DBP concentrations that can provide such a feedback rapidly and frequently. The main goal of this thesis is to develop a continuous DBP monitoring strategy using differential UV absorbance in order to achieve a preventive and adaptive operation of water treatment processes. This goal is divided into two sub-objectives : to understand why DBP-ΔA relationships are not universal and to identify ways to generalize their application in full-scale water treatment facilities, and to develop a preventive and adaptive operation strategy of the coagulation-flocculation process, using UV absorbance as a feedback, in order to reduce DBP concentrations at the plant and in the distribution network. To reach these goals, atrial was made to assess the possibility of establishing DBP-ΔA relationships at a full-scale treatment plant. Then, a coagulation strategy using UV absorbance at 254 nm of the raw and settled waters was tested to assess its capacity to reduce DBP concentrations. At the same time, jar-tests and chlorination experiments were conducted on 8 different water sources to build a database on the coagulation of DBP precursors. These results were compared with the full-scale coagulation strategy. The database was also used to establish DBP-ΔA relationships applicable to waters with a wide range of physicochemical characteristics and to formulate recommendations on the approach to take to generalize and use these relationships. The results of the full-scale trials show that it is possible to establish DBP-ΔA relationships for both regulated (trihalomethanes (THM) and haloacetic acids (HAAs)) and unregulated (haloacetonitriles (HANs), haloketones (HKs) and chloropicrin (CPK)) DBPs using differential UV absorbance at one wavelength (272 nm), but that these relationships vary with the raw water physicochemical characteristics and with the operation parameters of the treatment process. Nonetheless, UV absorbance before chlorination remains a good surrogate of the concentration of DBP precursors. A coagulation strategy based on a stoichiometric alum dose related to UV absorbance at 254 nm (alum/UV254) was therefore developed at full-scale. Results from the full-scale trials and the jar-tests are coherent and confirm that using a stable stoichiometric dose maximises the removal of UV absorbance and DBP precursors despite daily and seasonal variations of raw water quality and natural organic matter content. The use of differential UV absorbance at multiple wavelength made it possible to improve the predictive capacity of empirical DBP-ΔA relationships and to generalize their application. Indeed, results from the jar-tests and chlorination experiments showed that these relationships are applicable to chlorinated waters with very different physicochemical characteristics. Specifically, THM concentrations seem to be better predicted using pre-chlorination absorbance at 270nm, ΔA at 270nm and ΔA at 425nm, dichloroacetic acid using pre-chlorination absorbance at 250nm, ΔA at 250nm and ΔA at 425nm, and trichloroacetic acid using pre-chlorination absorbance at 255nm, ΔA at 255nm and ΔA at 425nm. The use of differential absorbance at multiple wavelengths, especially using online absorbance probes, should be tried in a full-scale water treatment facility in future research.

Dans les environnements naturels, industriels ou médicaux, les microorganismes sont majoritairement présents en étant associés aux surfaces dans des communautés hautement organisées appelées biofilms. Ces édifices biologiques constituent une stratégie de survie étonnement efficace témoignant d’une grande capacité de résistance à différent stress environnementaux tels que les traitements de nettoyage et de désinfection. L’impact des biofilms d’un point de vue sanitaire est donc considérable du fait qu’ils permettent la persistance et la transmission de germes pathogènes dans l’environnement. Dans ce contexte, ce travail de thèse avait pour objectif une meilleure compréhension des phénomènes limitant l’efficacité de désinfectants au sein des biofilms en s’appuyant notamment sur des techniques innovantes d’imagerie de fluorescence non-invasive. Le but final étant d’apporter des éléments utiles à l’optimisation des traitements de désinfection. Dans une première partie, une méthode d’investigation structurale à haut-débit par microscopie confocale a été développée et utilisée pour étudier la diversité architecturale des biofilms bactériens formés par un large panel de souches. Cette étude nous a permis d’identifier des souches d’intérêt en termes de structures de biofilms formés pour la suite du travail. Nous avons notamment pu mettre en évidence la capacité de B. subtilis à former des structures importantes et avec une architecture spécifique dans un système immergé. Dans une deuxième partie, les dynamiques d’action spatiotemporelles de désinfectants ont été visualisées dans les biofilms de souches de P. aeruginosa ou B. subtilis par des approches de microscopie confocale de fluorescence en temps réel. L’utilisation de cette technique nous a permis de mettre en évidence les difficultés de pénétration du chlorure de benzalkonium au sein des structures formées par différentes souches de P. aeruginosa. La corrélation des paramètres cinétiques d’inactivation et des données obtenues par la caractérisation biochimique de la matrice suggère un rôle majeur des substances extracellulaires dans la limitation de pénétraton du désinfectant. Nous avons également pu montrer une résistance marquée du biofilm formé par une souche de B. subtilis isolée d’un dispositif médical à l’acide péracétique, à la concentration et au temps d’utilisation du biocide dans le milieu médical. De plus, les structures tridimensionnelles formées par cette souche étaient capables de protéger le pathogène Staphylococcus aureus dans un biofilm mixte vis-à-vis du même traitement soulignant l’importance des interactions multi-espèces dans la résistance des bactéries aux désinfectants et la persistance de pathogènes dans nos environnements. / In natural, industrial or medical environments, microorganisms are present mainly in being associated with surfaces in highly organized communities called biofilms. These biological structures cosntitute a surprisingly effective survival strategy showing a large ability to withstand environmental stresses such as cleaning and disinfection treatments. Therefore, biofilms have a considerable impact on public health because they allow the persistence and transmission of pathogens. In this context, this work aimed to better understand the phenomena limiting the effectiveness of disinfectants in biofilms noticeably by using innovative imaging fluorescence non-invasive techniques. The ultimate goal was to provide data which can help to optimize disinfection treatments. In the first part, a high-throughput structural method based on confocal microscopy was developed and used to study the architectural diversity of bacterial biofilms formed by a wide range of strains. This study allowed us to identify strains of interest in terms of biofilm structure for the second part of the work. In particular, we demonstrated the ability of B. subtilis to form protruding structures with a specific architecture in a submerged system. In the second part, the spatiotemporal dynamic of the action of disinfectants were visualized in the biofilms of P. aeruginosa or B. subtilis strains by a time-lapse fluorescence confocal microscopy method. Using this technique, we showed that benzalkonium chloride encountered problems of penetration in the biofilms formed by P. aeruginosa strains. The correlation of kinetic inactivation parameters and data obtained by the characterization biochemical matrix suggested a key role of extracellular substances in the penetration limitations of the disinfectant. We also observed a pronounced resistance of the biofilm formed by a strain of B. subtilis isolated from a medical device to peracetic acid at the in-use concentration and time of biocide in medical areas. In addition, three-dimensional structures formed by this strains afforded protection to the pathogen Staphylococcus aureus in mixed biofilm against the same treatment This point highlights the importance of multi-species interactions in bacterial resistance to disinfectants and in the persistence of pathogens in our environments.

La capacité de Listeria monocytogenes à adhérer et à persister sur les surfaces dans les ateliers agro-alimentaires pendant de longues périodes malgré l’application correcte et fréquente des opérations de nettoyage & désinfection (N&D), peut être responsable de la contamination croisée de produits alimentaires par simple contact avec une surface contaminée. De plus, il est important de prendre en considération la présence potentielle de bactéries viables non cultivables (VNC) qui ne sont pas détectées par les méthodes culturales utilisées lors de la recherche de L. monocytogenes dans un prélèvement de surface.Un des objectifs a été de vérifier si les milieux de culture conventionnels fréquemment utilisés pour les expérimentations en laboratoire étaient représentatifs des conditions environnementales des ateliers agro-alimentaires et de définir pour la suite des expérimentations un milieu synthétique pouvant modéliser une souillure alimentaire. Pour assurer la sécurité sanitaire des aliments et préserver la santé des consommateurs, optimiser les opérations d’hygiène est une nécessité. Dans ce but, la survie des cellules adhérentes de L. monocytogenes soumises à des conditions simulant en laboratoire l’alternance des phases de N&D et de production a été étudiée. Plusieurs facteurs pouvant influencer la survie de ces cellules ont été pris en considération et combinés par un plan d’expériences fractionnaire : la souillure alimentaire, la souche de L. monocytogenes, le matériau de surface, la présence d’une souche de Pseudomonas fluorescens qui favorise l’adhésion de L. monocytogenes et le scénario de l’opération d’hygiène. Dans les industries agro-alimentaires, les bactéries sont soumises à de nombreux stress, nécessitant pour survivre l’expression et l’induction appropriées de gènes et de protéines de réponse aux stress. Les mécanismes de réponse aux stress mis en place par les cellules de L. monocytogenes adhérentes après stress hydrique (dessiccation), stress chimique (N&D) et stress froid ont été déterminés par une analyse transcriptomique.Selon les critères étudiés (croissance, forces d’adhésion, distribution spatiale et état physiologique des cellules adhérentes), il s’avère que le milieu TSB/5m peut modéliser le jus de saumon fumé. Au contraire, aucun des milieux synthétiques testés ne permet de remplacer l’utilisation de l’exsudat de viande pour mimer les conditions de terrain. Concernant les facteurs influençant la survie de L. monocytogenes, les opérations d’hygiène impactent uniquement la cultivabilité des cellules adhérentes ; toutefois, le séchage des surfaces permet une optimisation de l’efficacité de la procédure de N&D, d’autant plus lorsqu’il est réalisé quotidiennement / Despite the correct and frequent application of cleaning & disinfection (C&D), Listeria monocytogenes has the ability to adhere to and persist on surfaces in food processing plants for long periods. Consequently, L. monocytogenes may be responsible for cross-contamination of food through contact with contaminated surfaces. In addition, it is important to consider the potential presence of viable but non culturable (VBNC) bacteria that are not detected by the microbiological methods used in the research of L. monocytogenes in a surface sample.One aim was to verify whether the conventional culture media commonly used for laboratory experiments were representative of the environmental conditions of food processing plants and define for further experiments a synthetic medium that can model a food soil. Optimization of the C&D procedures is a necessary to ensure food safety and protect the health of consumers. For this purpose, the survival of L. monocytogenes adherent cells subjected to laboratory conditions simulating alternating phases of C&D and production was studied. Several factors that may influence the survival of these cells were considered and combined with a fractional factorial design, including: the food soil, the strain of L. monocytogenes, the surface material, the presence of a strain of Pseudomonas fluorescens, which enhances the adhesion of L. monocytogenes, and the scenario of the sanitation procedure. Moreover, in the food industry, bacteria can be subject to many stresses; thus, the expression and induction of appropriate genes and stress response proteins are required for survival. The stress response mechanisms set up by the adherent L. monocytogenes cells after hydric stress (i.e. desiccation), chemical stress (i.e. C&D), and cold stress were determined by a transcriptomic analysis.According to the criteria studied (i.e. growth, adhesion forces, spatial distribution, and physiological state of adherent cells), TSB/5m medium was found to be a sufficient model for smoked salmon juice. In contrast, none of the tested synthetic media can replace the use of meat exudate to mimic field conditions. About the factors influencing the survival of L. monocytogenes, C&D procedures were found to only impact the culturability of adherent cells; however, drying surfaces were found to optimize the effectiveness of the C&D procedures, especially when performed daily