Contrôler les bactéries altérantes des aliments, notamment les produits carnés crus, est un enjeu majeur pour les industries agroalimentaires. Les conditions de stockage de la viande sous différentes atmosphères exercent une pression de sélection et modifient le comportement et le développement des communautés bactériennes initialement présentes. Des méthodes de séquençage à haut débit, utilisées pour caractériser différents écosystèmes microbiens, ont été appliquées pour étudier la dynamique des communautés bactériennes de la viande de poulet au cours du stockage.Nous avons développé une méthode pour constituer des écosystèmes microbiens standards dont la composition a été déterminée par pyroséquençage du gène de l’ARNr 16S. La présence de Brochothrix thermosphacta et de Pseudomonas parmi les espèces dominantes a été confirmée et nous avons mis en évidence que Shewanella et Carnobacterium étaient sous dominantes. Nous avons sélectionné deux écosystèmes pour effectuer des challenges tests reproductibles sur de la viande de poulet conservée sous 3 atmosphères couramment utilisées. Une analyse métatranscriptomique et métagénomique a été réalisée afin de savoir “Quelles bactéries étaient présentes ?”, “Qu’étaient-elles capables de faire?” et “Qu’exprimaient-elles?” suivant les conditions.Nous avons ainsi pu évaluer l’impact des mélanges gazeux sur la dynamique bactérienne et les fonctions exprimées par les bactéries suivant les contaminants initiaux. Cela nous donne des pistes pour fournir des indications afin d’optimiser la conservation de la viande en contrôlant les écosystèmes microbiens / Controlling spoilage microorganisms, especially in raw meat products, is challenging for the food industry.Storage conditions such as modified atmosphere packaging (MAP) have selective effects on the microbiota dynamics. Thanks to the recent developmentof next generation sequencing methods widely used for characterizing microbes in different ecosystems, we studied bacterial community dynamics during chickenmeat storage.We developed a method to constitute a standard meat microbial ecosystem hosting known bacterial species previously described by 16S rRNA sequencing. Our results confirmed the presence of Brochothrix thermosphacta and Pseudomonas and we also showed the presence of subdominant species as Shewanella and Carnobacterium. We selected 2 bacterial communities enabling reproducible challenge tests on meat during 9 days of storage at 4°C under 3 different atmospheres currently used in the industry.Metatranscriptomic and metagenomic analyses were performed to know “Who is there?”, “What can they do?” and “What are they expressing?” depending on the gaseous mixtures and on the initial microbiota.Consequently, we could evaluate the impact of storage atmosphere on the microbiotas dynamics and on the functions the bacteria expressed, depending on the storage condition and on the nature of the bacterial communities present. This led to indications of optimized storage conditions of poultry meat by managing their ecosystems.

Un nombre grandissant d’associations entre diverses pathologies humaines et dysbiose intestinale (définie ici comme altération de la composition du microbiote par rapport à sa composition habituelle) sont observées. Parmi les facteurs qui pourraient induire la dysbiose, les bactériophages (dit phages), sont des candidats pertinents par leur fonction prédatrice.L’objectif de la thèse a été de déterminer si les prophages de souches bactériennes du microbiote intestinal humain ont un impact négatif sur la stabilité de leur hôte dans l’intestin. Pour cela, nous avons utilisé des souris sans germes primo-colonisées avec la souche Escherichia coli LF82, puis inoculées soit avec Faecalibacterium prausntizii A2-165, soit avec Roseburia intestinalis L1-82, deux souches appartenant aux espèces dominantes du microbiote intestinal humain. Chacune de ces souches possède deux prophages dans son génome, Lagaffe et Mushu pour F. prausnitzii, Jekyll et Shimadzu pour R. intestinalis. L’impact des prophages a également été étudié lors d’une inflammation intestinale induite au DSS.Pour la combinaison F. prausnitzii/E. coli, aucun des deux prophages de F. prausnitzii n’a d’activité délétère pour son hôte bactérien chez la souris, même durant une inflammation induite au DSS. Afin de mieux caractériser l’ensemble des prophages présents chez cette espèce, une analyse bio-informatique effectuée sur 15 souches de F. prausnitzii a permis de constater que la prévalence de Mushu et Lagaffe était faible, mais aussi de découvrir une remarquable richesse phagique : au total, 18 espèces de prophages répartis en nouveaux 8 genres viraux ont été décrits. Une étude in silico de l’abondance de ces phages dans les viromes intestinaux humains a révélé que des phages du genre ‘Lugh’ et ‘Epona’ sont plus souvent présents et/ou abondants dans les viromes de patients des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin (MICI) que chez les individus sains. Sachant que les patients atteints de MICI ont une population appauvrie de F. prausnitzii dans leur microbiote, ces observations suggèrent une activité accrue de ces phages pendant la maladie : ils pourraient déclencher ou aggraver la baisse de population de F. prausnitzii dans les patients, participant ainsi à l’aggravation des symptômes des MICI.Avec la combinaison R. intestinalis/E. coli., aucune variation de population ou effet délétère du phage Jekyll n’a pu être observé. En revanche, la population du phage Shimadzu est loin d’être stable. Dans toutes les souris, et même en l’absence d’un traitement au DSS, un mutant virulent de Shimadzu émerge, appelé Shi-vir. Ce mutant lyse massivement la population intestinale de R. intestinalis, menant à un effondrement de la population hôte. La population bactérienne remonte ensuite à son niveau initial grâce à l’émergence de mutants bactériens résistants à l’infection. Cette résistance a essentiellement pour origine l’acquisition d’un espaceur associé au système CRISPR-Cas de type IIC de R. intestinalis, et dirigé contre le phage Shimadzu. Cependant, l’acquisition de cet espaceur ne peut se faire sans qu’une sous-population de R. intestinalis soit préalablement guérie du prophage Shimadzu, sans quoi un tel espaceur tuerait la bactérie.J’ai ainsi démontré qu’un prophage peut déstabiliser sa population hôte dans l’environnement intestinal et créer des dysbioses intestinales transitoires. La pression de sélection qui résulte de l’infection par le phage Shi-vir a permis l’accélération de l’évolution de l’hôte bactérien.En conclusion, une fraction des phages tempérés du microbiote intestinal pourrait avoir un impact négatif sur la stabilité de sa population hôte dans l’environnement intestinal, soit parce le ratio phage/bactérie augmente dans cet environnement (cas des phages Lugh et Epona de F. prausnitzii), soit parce qu’il évolue vers la virulence (cas de Shi-vir chez R. intestinalis) et induit une dysbiose transitoire. / A growing number of associations is observed between various human pathologies and intestinal dysbiosis, here defined as an alteration of the microbiota composition. Among the potential factors inducing dysbiosis, bacteriophages, called phages, are relevant candidates by their predatory function.The aim of the thesis was to determine whether prophages of bacterial strains from the human gut microbiota have a negative impact on the stability of their host in the gut environment. We studied this question by using germ-free mice colonized first with Escherichia coli strain LF82, then inoculated with two bacterial strains belonging to dominant species of the human intestinal microbiota, Faecalibacterium prausnitzii strain A2-165 or Roseburia intestinalis strain L1-82. Each of these strains has two prophages in its genome, Lagaffe and Mushu for F. prausnitzii, Jekyll and Shimadzu for R. intestinalis. The impact of these prophages was also studied during intestinal inflammation using DSS (Dextran Sulfate Sodium)-induced colitis in mice.In mice colonized with F. prausnitzii and E. coli , prophages of F. prausnitzii did not have any deleterious activity for the bacterial host, even during DSS-induced inflammation. In order to better characterize prophages of the F. prausnitzii species, a bioinformatic analysis carried out on 15 strains of F. prausnitzii highlighted that the prevalence of Mushu and Lagaffe was low. However, this analysis revealed also an enormous diversity of phages and we described 18 species of prophages divided into 8 new proposed genera. An in silico study of their abundance in 173 human intestinal viromes revealed that the phage genera 'Lugh' and 'Epona' were more present and/or abundant in viromes of Inflammatory Bowel Disease (IBD) patients compared to healthy subjects. Given that IBD patients have lower populations of F. prausnitzii in their microbiota compared to healthy subjects, our observations suggest an increased activity of these phages during disease. They may trigger or worsen population decline of F. prausnitzii in patients, participating thus to the aggravation of IBD symptomsIn mice colonized with R. intestinalis and E. coli, we did not observe variation of Jekyll population or deleterious effect of this phage on its host. In contrast, the Shimadzu population was not stable. Indeed, even in the absence of DSS treatment we observed in all mice the emergence of a virulent mutant of Shimadzu, called Shi-vir. This mutant massively lysed R. intestinalis, leading to a collapse of the bacterial host population. Then this population rose back to its original level thanks to the emergence of bacterial mutants resistant to the viral infection. This resistance was mainly due to the acquisition of a spacer associated with the CRISPR-Cas type IIC system of R. intestinalis, directed against the Shimadzu phage. However, acquisition of this spacer could not be observed unless the Shimadzu prophage was cured from the strain, showing that this spacer would kill the Shimadzu lysogen.I have shown therefore that a prophage can destabilize its host population in the intestinal environment and create transient intestinal dysbiosis. I have also highlighted that the selection pressure imposed by an ex-temperate phage infection, the Shi-vir phage, has allowed an acceleration of its host evolution.Overall, this work establishes that a fraction of the temperate phages present in intestinal microbiota may impact negatively bacterial population stability, either because the phage/bacteria ratio increases (for the Lugh and Epona phages de F. prausnitzii), or because the temperate phage evolves towards virulence (case of the Shi-vir mutant on R. intestinalis), and induces a transient dysbiosis.

Les microorganismes constituent la plus grande diversité du monde vivant et restent encore largement méconnus. La compréhension du fonctionnement des écosystèmes et les rôles joués par les microorganismes reste un enjeu majeur de l'écologie microbienne. Le développement de nouvelles approches de génomique permet d'appréhender la complexité de ces systèmes. Dans ce contexte, les puces à ADN représentent des outils à haut débit de choix capables de suivre l'expression ou la présence de plusieurs milliers de gènes en une seule expérience. Cependant, l'une des étapes les plus difficiles, de part sa complexité et la quantité de données à traiter, est la sélection de sondes qui doivent être à la fois sensibles et spécifiques. Pour répondre à ces besoins en termes de performance et de qualité, d'une part, nous avons développé un algorithme de conception de sondes pour biopuces phylogénétiques que nous avons entièrement déployé sur la grille de calcul européenne EGEE, et d'autre part, nous avons proposé un deuxième algorithme pour biopuces fonctionnelles que nous avons déployé sur un cluster. Les deux algorithmes ont nécessité une phase importante d'ingénierie logicielle. Nous avons donc proposé une démarche d'ingénierie dirigée par les modèles (IDM) et notamment de transformation de modèle pour résoudre le problème de traduction inverse d'oligopeptide. Les deux algorithmes sont destinés à une utilisation massive et permettent de concevoir tout type de sondes

L'ochratoxine A (OTA), principalement produite dans le café par les moisissures A. ochraceus et A. westerdijkiae, suscite une attention particulière pour ses effets néphrotoxiques, immunotoxiques, tératogènes et cancérigènes. La présence d'OTA dans les fèves de café peut être mise en relation avec les conditions de récolte, les conditions de traitement post-récolte et les conditions de stockage et de transport. Dans certains pays producteurs, les dommages causés sur les grains de café par des espèces fongiques sont liés à des teneurs élevées en OTA. La dynamique et la biodiversité des populations microbiennes (bactéries, levures, moisissures) lors des traitements post-récolte du café a été étudiée par une méthode d'analyse moléculaire globale des flores, la PCR-DGGE. Il a été observé une évolution et une diversité des flores microbiennes en fonction du type et des étapes des traitements utilisés, spécifiques des lieux de production. La région génomique ciblée et la proximité phylogénétique sont un obstacle à l'identification des souches ochratoxinogènes par l'approche globale utilisée. De plus, une méthode simple et rapide de différenciation moléculaire d'Aspergillus westerdijkiae et d'Aspergillus ochraceus a été mise au point et couplée avec l'analyse d'image pour permettre la « quantification » d'Aspergillus westerdijkiae. Des phénomènes de compétition/inhibition de la croissance et production d'OTA (supérieurs à 90%) ont été mis en évidence pour des souches d'Aspergillus niger et d'Aspergillus ochraceus faiblement productrices d'OTA vis-à-vis d'Aspergillus westerdijkiae qui est l'une des espèces les plus fortement productrices de la mycotoxine sur café. Les résultats obtenus au cours de ce travail sont importants pour l'amélioration des connaissances sur la dynamique des populations microbiennes au cours des procédés de transformation du café ainsi que pour de possibles applications en prévention et maîtrise de la contamination du café par l'OTA. / Ochratoxin A (OTA) is mainly produced on coffee beans by fungal species Aspergillus ochraceus and Aspergillus westerdijkiae, and is known for its impact on human health through nephrotoxic, immunotox, teratogenic and oncogenic effects.The OTA content in coffee was shown to be closely linked to harvesting conditions, post-harvest processing conditions and especially dry processing, storage and transportation conditions. In some producing countries, damaged caused on beans by fungal communities undoubtedly lead to high OTA contents in coffee. In order to understand the OTA contamination process, the dynamics and biodiversity of microbial populations (bacteria, yeast and moulds) was analyzed during post-harvest treatment by use of a global microbial ecology approach at the molecular level, so-called PCR-DGGE. Specific variations in evolution and diversity of microbial flora were observed as a function of the step and type of treatment, which were specific of the location of production. The genomic region targeted by the global approach and the genetic proximity of ochratoxigenic fungal strains made their study and identification difficult using the the global approach. In addition, a simple and rapid method for the molecular differentiation of A. westerdijkiae and A. ochraceus was established and, coupled with image analysis, allowed the quantification of A. westerdijkiae.Moreover, competition and inhibition effects on growth and OTA production (>90%) could be observed for low OTA producers A. niger and A. ochraceus species towards the high OTA producer A. westerdijkiae species. Results obtained during this study are of importance for understanding microbial population dynamics during coffee transformation processes. Moreover, it provides possible clues for prevention and control of coffee contamination by OTA.

Les études présentées dans ce manuscrit traitent de la diversité et de l'écologie des communautés procaryotiques des zones anoxiques pélagiques de deux écosystèmes lacustres : le lac d'Aydat, typiquement eutrophe, qui présente en période de stratification thermique un hypolimnion anoxique ; et le lac Pavin, unique lac méromictique de France, exhibant une zone anoxique permanente. Les analyses de la structure, de la diversité, et de la dynamique spatiale et- /ou temporelle du bacterioplancton des strates anoxiques de ces deux lacs par des approches moléculaires ont révélé une forte diversité microbienne accentuée par une stratification spatiale du bacterioplancton. Les investigations complémentaires sur les relations phylogénétiques et sur l'étude de métabolismes microbiens ont été focalisées sur les communautés de la zone anoxique du Lac Pavin en raison de son caractère original. Les banques de clones construites à partir d'échantillons d'eau anoxique prélevés à différentes strates dans le monimolimnion ont révélé que les communautés bactériennes sont dominées par des espèces affiliées aux δ-Proteobacteria, aux Verrucomicrobia, aux Bacteroidetes et à la division candidate OP11. Les séquences ARNr16S des Archaea sont principalement affiliées au groupe des Méthanosarcinales, observation confirmée par hybridation in situ. Les études in vitro de la réduction dissimilatrice du Fe (III), dans des cultures d'enrichissements, ont confirmé que les concentrations élevées en fer ferreux observées dans la sub-chémocline du Lac Pavin résultaient pour partie de l'activité de microorganismes. Dans ces enrichissements, les microorganismes couplent la réduction du Fe (III) avec l'oxydation préférentielle du fumarate, de l'H2, du CH4 et du lactate. Aucune accumulation de Fe (II) n'a été notée dans les enrichissements supplémentés en acétate comme donneur d'électrons. Cette observation suggère que ce métabolite pourrait être principalement utilisé dans le processus de méthanogénèse, et pourrait être produit pour partie par l'activité de bactéries Gram-positives homoacétogènes. L'hétérogénéité des profils TTGE réalisés à partir des différentes conditions d'enrichissements de BFR suggère que ces dernières peuvent occuper des niches écologiques très diverses dans le monimolimnion du Lac Pavin. Aucune séquence n'a été affiliée à des BFR* obligatoires identifiées dans d'autres écosystèmes. L'affiliation de séquences à des espèces appartenant au genre Desulfovibrio suggère que certaines BSR† utilisent cet accepteur d'électron. Des activités significatives de réduction du Fe (III) ont également été mises en évidence chez des souches fermentatives isolées de la zone anoxique de ce lac. L'étude plus particulière de la souche BS2 a révélé que cette voie métabolique pouvait lui conférer un avantage énergétique et donc écologique. L'ensemble du travail qui se situe dans les domaine de l'écologie microbienne et de l'environnement ouvre un large champ d'investigations tant au niveau cognitif qu'appliqué. Les perspectives prévoient d'affiner la compréhension du rôle des microorganismes anaérobies des systèmes lacustres dans les cycles biogéochimiques et plus généralement dans la compréhension du rôle de la biodiversité microbienne afin de répondre de façon raisonnée à une demande sociétale forte dans ces domaines.

L'implication des tours aéro-réfrigérantes dites " ouvertes ", dans les cas de légionellose, demeure à l'heure actuel un problème de santé public malgré la multitude de composés biocides disponibles qui, parfois, sont écotoxiques et appliqués à de forte concentrations. L'efficacité de la majorité de ces biocides est étudiée vis-à-vis des formes planctoniques des microorganismes. Cette étude s'intéresse à la mise au point de deux procédés de traitement du risque Legionella pneumophila : H2O2/UV et ClO2, avec la prise en compte particulière des communautés microbiennes fixées et notamment des protozoaires qui constituent l'hôte naturel de cette bactérie. La démarche expérimentale adoptée pour l'étude de l'efficacité de ces traitements, s'est appuyée sur des biofilms environnementaux naturellement contaminés par des légionelles et issus d'une source thermale. La caractérisation des légionelles isolées des biofilms de cette source montre le maintien du sérogroupe 1 de L. pneumophila et l'apparition de deux autres sérogroupes non reportés dans des études précédentes (sg10 et sg12), avec toutefois une prédominance du sérogroupe 12. Quel que soit le sérogroupe, ces souches environnementales se sont avérées plus virulentes vis-à-vis de l'amibe Acantamoeba castellanii, que les souches cliniques de Lp1 répertoriées. A l'état planctonique elles se sont également avérées très sensibles aux traitements H2O2/UV et UV seul. A l'échelle expérimentale, les deux traitements, H2O2/UV et ClO2, montrent une performance élevée vis-à-vis des biofilms. L'étude a particulièrement mis en évidence le rôle du facteur trophique et de l'adaptation des bactéries au stress oxydatif dans la performance des traitements mais aussi dans l'apparition de la reviviscence. L'application des traitements à des installations en vraie grandeur a permis de conforter les résultats expérimentaux et de mettre l'accent, dans le contexte des sites étudiés, sur les limites de leur efficacité et sur la nécessité d'ajustements des doses appliquées (concentrations des biocides, flux d'irradiation UV, mode d'application) aux particularités des contextes industriels.

Une meilleure compréhension du rôle des bactéries dans les écosystèmes aquatiques nécessite une meilleure connaissance de la dynamique, de la composition et des facteurs de contrôle des groupes qui constituent ces communautés. Toutefois, les études qui se sont intéressées à cet aspect de l'écologie microbienne aquatique ont, pour la plupart, concerné les groupes bactériens dominants. Parmi les phyla bactérien non dominants, les Planctomycetes restent peu connus tant en terme de dynamique que de rôle fonctionnel en milieu naturel, bien qu'étant reconnus ubiquistes. Le manque de connaissances sur ce groupe est encore plus marqué dans les écosystèmes lacustres. Pourtant, les quelques études consacrées à ce groupe bactérien dans les écosystèmes aquatiques indiquent qu'ils sont impliqués dans deux processus clés de leur fonctionnement à savoir l'oxydation de l'ammonium en conditions anaérobies (anammox) ainsi que la dégradation et le changement de qualité de la matière organique dissoute. L'objectif principal de cette thèse était donc de caractériser la diversité, la dynamique spatio-temporelle ainsi que les facteurs de contrôle des Planctomycetes dans les lacs, dans le but de mieux connaître la dynamique des bactéries non dominantes, qui constituent une très large part de la diversité bactérienne totale. L'absence d'outils moléculaires permettant de caractériser les communautés de Planctomycetes dans les lacs nous a tout d'abord conduit à faire une rigoureuse mise au point méthodologique. Cette dernière a abouti à la caractérisation d'un couple d'amorces (PLA352F/PLA920R) permettant de détecter et d'amplifier spécifiquement tous les genres de Planctomycetes dans ces écosystèmes, et pouvant être utilisé dans les approches d'empreintes moléculaires comme la DGGE. L'étude spatio-temporelle, réalisée dans deux lacs péri-alpins à partir de ce couple d'amorces, a ensuite permis de révéler que les Planctomycetes, malgré leur faible abondance relative dans la communauté bactérienne lacustre, présentent une richesse taxonomique élevée jusqu'ici insoupçonnée. Ils sont caractérisés par une structure taxonomique similaire aux bactéries dominantes puisqu'ils sont composés d'un nombre réduit d'OTUs dominantes et d'un très grand nombre d'OTUs faiblement représentées en nombre de séquences. Ce résultat soutient l'idée selon laquelle le concept de cores species (espèces dominantes) et de satellites species (espèces rares), récemment transposé aux groupes bactériens dominants, s'applique aussi aux groupes moins abondants ou rares. Nos résultats ont également mis en évidence que les communautés de Planctomycetes des lacs étaient très structurées dans l'espace et dans le temps. Les patterns de distribution de ce phylum bactérien étaient très similaires à ceux décrits pour les groupes bactériens plus abondants à savoir (i) une forte hétérogénéité verticale (certains genres étant présents essentiellement dans les couches profondes des lacs) ainsi qu' (ii) une dynamique saisonnière importante principalement mise en évidence dans la partie épilimnique des lacs. Cette structuration n'est pas le fruit d'une dispersion aléatoire liée à des processus stochastiques comme l'immigration mais est au contraire fortement dépendante des facteurs environnementaux. Nos résultats ont en effet montré que la richesse spécifique ainsi que la diversité des communautés de Planctomycetes sont fortement dépendantes de l'évolution du pH. De même, la température semble également être un facteur clé dans la dynamique et la composition globale des Planctomycetes. En revanche, l'effet des nutriments inorganiques semble moins influent dans le contexte de notre étude et la compétitivité des Planctomycetes vis-à-vis de ces ressources pourrait dépendre d'autres facteurs que nous n'avons pas analysés. / Understanding the role of microbes in the functioning of ecosystems is currently one of the major challenges in microbial ecology. One important step to this challenge is the assessment of the diversity of these microbial communities and their driving factors. With the recent methodological advances in molecular approaches, knowledge on the structural and functional diversity of bacterial communities in aquatic ecosystems has considerably increased during the last twenty years. However most of these studies concerned either the bacterial community or the most abundant bacterial groups, such as Actinobacteria and Proteobacteria. Only few data are available on the dynamics and diversity of less abundant but ubiquitous phyla such as Planctomycetes. This is particularly true for freshwater ecosystems, for which data on this phylum are much less abundant, compared to marine and soil ecosystems. Yet, members of this bacterial group are thought to play an important role in biogeochemical processes in aquatic systems, including nitrogen cycling and degradation of organic matter. Thus, the aims of this thesis were (1) to compare the structure and the composition of the Planctomycetes communities in two peri-alpine lakes with contrasting environmental conditions (2) to assess the vertical and temporal variations in the composition of these communities and (3) to characterize the different environmental factors that control these communities.

L'implication des tours aéro-réfrigérantes dites « ouvertes », dans les cas de légionellose, demeure à l'heure actuel un problème de santé public malgré la multitude de composés biocides disponibles qui, parfois, sont écotoxiques et appliqués à de forte concentrations. L'efficacité de la majorité de ces biocides est étudiée vis-à-vis des formes planctoniques des microorganismes. Cette étude s'intéresse à la mise au point de deux procédés de traitement du risque Legionella pneumophila : H2O2/UV et ClO2, avec la prise en compte particulière des communautés microbiennes fixées et notamment des protozoaires qui constituent l'hôte naturel de cette bactérie. La démarche expérimentale adoptée pour l'étude de l'efficacité de ces traitements, s'est appuyée sur des biofilms environnementaux naturellement contaminés par des légionelles et issus d'une source thermale. La caractérisation des légionelles isolées des biofilms de cette source montre le maintien du sérogroupe 1 de L. pneumophila et l'apparition de deux autres sérogroupes non reportés dans des études précédentes (sg10 et sg12), avec toutefois une prédominance du sérogroupe 12. Quel que soit le sérogroupe, ces souches environnementales se sont avérées plus virulentes vis-à-vis de l'amibe Acantamoeba castellanii, que les souches cliniques de Lp1 répertoriées. A l'état planctonique elles se sont également avérées très sensibles aux traitements H2O2/UV et UV seul. A l'échelle expérimentale, les deux traitements, H2O2/UV et ClO2, montrent une performance élevée vis-à-vis des biofilms. L'étude a particulièrement mis en évidence le rôle du facteur trophique et de l'adaptation des bactéries au stress oxydatif dans la performance des traitements mais aussi dans l'apparition de la reviviscence. L'application des traitements à des installations en vraie grandeur a permis de conforter les résultats expérimentaux et de mettre l'accent, dans le contexte des sites étudiés, sur les limites de leur efficacité et sur la nécessité d'ajustements des doses appliquées (concentrations des biocides, flux d'irradiation UV, mode d'application) aux particularités des contextes industriels. / Cooling towers are considered as one of the major sources of Legionella pneumophila, the causal agent of Legionnaires' disease. Despite the high number of commercial disinfectants dedicated to it, the Legionella threat is still rising especially in connection with cooling towers. The efficacy of most disinfectants is demonstrated on planktonic bacteria while very few studies have been devoted to their effects on biofilms. The main objective of the study was to optimize two treatments dedicated to the control of biofilms in cooling towers, H2O2/UV and ClO2, so as to reduce the risk associated to Legionella pneumophila while minimizing environmental damages. Their efficacy was studied against environmental biofilms developed in a hot sulphur spring where presence of L. pneumophila is permanent. Their analysis revealed the occurrence of Lp serogroups 1 (Lp1) and of two serogroups not reported in previous studies that were oriented toward water samples, though (Lp10 and Lp12). The environmental strains we isolated display a higher cytotoxicity and virulence towards the amoeba Acantamoeba castellanii than those of known Lp1 epidemic strains and a higher sensitivity to UV and H2O2/UV. In the experimental part of the study, ClO2 and H2O2/UV display a high efficacy against biofilms. Furthermore the study showed the role of trophic parameters and of bacterial adaptation to oxidative stress on the performance of the treatments but also on biofilms regrowth. The experiments performed at the industrial scale corroborate the results gained at the pilot scale and focus on the relationships between the dose and the effectiveness of each treatment. Our results suggest the possibility to apply the process to an industrial scale with necessary adjustments about doses and injection modalities to the context of the considered sites.

La prise de conscience récente de la menace qui pèse sur les océans, réceptacle final de la pollution plastique, a donné lieu à une effervescence dans le domaine scientifique. On estime que plus de 5,25 milliards de particules plastiques flottent dans les océans. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre de cette préoccupation environnementale de premier ordre, en apportant de nouvelles connaissances sur le compartiment bactérien qui se développe sur les débris plastiques en mer, appelé « plastisphère ». L’analyse des prélèvements effectués pendant l’expédition Tara-Méditerranée a permis de caractériser, pour la première fois dans cette zone, un biofilm abondant et spécifique des plastiques par comparaison aux communautés bactériennes attachées aux particules organiques ou libres dans l’eau de mer. Ensuite, la cinétique de colonisation bactérienne sur différents polymères a été étudiée grâce à la mise en place de microcosmes en circulation ouverte sur le milieu naturel. Le couplage original de données biologiques et physico-chimiques des surfaces plastiques a permis de constater un développement bactérien plus important sur des plastiques « biodégradables » (notamment des espèces hydrocarbonoclastes) par rapport aux polymères conventionnels. Enfin, de fortes activités hétérotrophes et ectoenzymatiques ont été constatées sur les polymères par rapport à l’eau de mer. Encore une fois, des différences en fonction des types de plastiques et du stade de formation du biofilm ont été observées. Les travaux menés pendant cette thèse mettent en lumière l’existence d’une nouvelle niche écologique sur les plastiques, distincte de celle de l’eau de mer environnante. / The increasing awareness on the impact of plastic pollution within the marine environment has stimulated countless of scientific studies. For the past decade, researchers have quantified plastic waste and assessed its fate at sea. It is estimated that more than 5.25 billion plastic particles float within the world’s oceans today. This PhD work is a result in part of this major environmental concern. It brings with it new knowledge about the marine bacterial communities that develop on plastic debris, also termed as the "plastisphere". The analysis of samples taken from the Tara-Mediterranean expedition allowed us, for the first time, to characterize, and quantify communities specific towards plastic biofilms in comparison to the communities attached to organic matter in surrounding seawater. Bacterial colonization and its evolution on different types of polymers was studied using microcosm experiments with open seawater circulation. The unusual coupling of biological and physicochemical data of plastic surfaces revealed a greater bacterial development on "biodegradable" polymers compared to conventional polymer types (especially hydrocarbonoclastic species). We showed that the composition of the polymer, together with its hydrophobicity and roughness, influences the diversity of bacterial communities during the early colonization steps. Finally, a greater bacterial biofilm activity (e.g. heterotrophic productions) was observed on polymer surfaces compared to seawater. Once again, differences according to plastic types have been observed. This present work highlights the existence of a new ecological niche on plastics that are distinct from the surrounding seawater.

Cette thèse adresse des problèmes liés à la modélisation des écosystèmes microbiens dans les sols.Les modèles de transport réactif sont très performants pour modéliser la biogéochimie d'un milieu poreux variablement saturé en tenant compte de plusieurs paramètres physiques et géochimiques mais ils n'intègrent pas (ou sinon de facon très sommaire) les activités microbiologiques dans les sols. Le modèle mathématique du chemostat est couramment utilisé en écologie microbienne. Dans le but d'une représentation spatiale plus simplifiée que les modèles de transport réactif mais suffisamment pertinente pour rendre compte de phénomènes biologiques, cette thèse est une première tentative pour comprendre la fonction entrées-sorties dans un chemostat structuré, et étudier comment une structure spatiale peut modifier cette fonction, et quels sont les paramètres clés. / The aim of this thesis is to study some problems related to the modeling of microbial ecosystems in soil. Considering different physical and biogeochemical parameters, the reactif transport models are very performing to represent the biochemistry of a variably saturated porous media. In contrast, these models don't integrate (or sparsely) the microbiological activities in the soils. The mathematical model of chemostat is frequently used in microbial ecology. For the purpose of a more simplified spatial representation than the reactif transport models, but sufficiently relevant to represent biological phenomena, this thesis is a first attempt to understand the "input-output" function in a structured chemostat, and to study how a special structure can alter this function, and what are the key parameters.