L’équilibre de l’écosystème microbien du caecum (Ca) et du colon ventral droit (Cn) équin peut être rompu par un changement brusque d’aliments et par une ration riche en amidon, et conduire à l’apparition de coliques. Chez des chevaux soumis à ces deux pratiques alimentaires, nous avons étudié les modifications de ces écosystèmes, de l’écosystème microbien fécal et de paramètres sanguins. Nous avons également testé la supplémentation composée de Saccharomyces cerevisiae et de microalgues Schizochytrium limacinum dans le cadre d’une collaboration avec Alltech. Nous avons montré que les écosystèmes microbiens du Ca et du Cn, stables lors d’un régime foin, pouvaient être rapidement modifiés par le stress provoqué par les deux pratiques alimentaires. Chez les chevaux supplémentés certains taxons bactériens potentiellement fibrolytiques ont augmenté dans le Ca et le Cn, et les dysbioses résultant d’un régime riche en amidon ont été limitées. Nous avons identifié plusieurs paramètres fécaux et sanguins reflétant les variations de l’écosystème microbien du Ca et Cn lors d’un changement de régime: les groupes bactériens fonctionnels, les abondances relatives de taxons bactériens (la famille XIII de Clostridiales, Succinivibrionaceae et des genres appartenant à Ruminococcaceae, Lachnospiraceae ou Prevotellaceae), les proportions et le ratio d’AGV, la concentration de valerate, les lipopolysaccharides fécaux ainsi que le beta-hydroxybutyrate sanguin. Ces paramètres semblent prometteurs pour diagnostiquer les dysbioses du gros intestin équin et prévenir l’apparition des coliques chez le cheval. / The balance of the microbial ecosystem of the caecum (Ca) and the right ventral colon (Cn) of the horse can be disturbed by an abrupt change of feed and by a high-starch diet, and lead to appearance of colic. We investigated the alterations of these ecosystems, of the faecal microbial ecosystem and of blood parameters in horses subjected to these two dietary practices. In addition, we tested a supplementation combining the yeast Saccharomyces cerevisiae and the microalgae Schizochytrium limacinum, in a context of partnership with Alltech. We showed that the Ca and Cn microbial ecosystems were stable under a hay diet, and can rapidly be modified under a stress caused by the two dietary practices. In supplemented horses, some potential fibrolytic bacterial taxa increased in the Ca and Cn, and the dysbiosis resulting from a high-starch diet were limited. We identified several faecal and blood parameters reflecting the variations of the Ca and Cn microbial ecosystem under a change of diet: the bacterial functional groups, the relative abundances of bacterial taxa (family XIII of Clostridiales, Succinivibrionaceae and genera belonging to Ruminococcaceae, Lachnospiraceae or Prevotellaceae), the proportion of acetate and propionate, the VFA ratio, the valerate concentration, the faecal lipopolysaccharides and the blood beta-hydroxybutyrate. These parameters appeared promising to diagnose dysbiosis in the proximal hindgut and thus prevent colic appearance in horses.

L'optimisation de la digestion anaérobie par voie sèche est actuellement limitée par un manque de connaissances fondamentales. En particulier, les effets des principaux paramètres de procédé sur la dynamique réactionnelle sont peu connus en digestion sèche : teneur en eau, propriétés du substrat ou taux d'inoculation. Ces conditions opératoires ont des conséquences importantes à l'échelle des micro-organismes par la modification des conditions environnementales locales. Si la relation entre les propriétés des substrats lignocellulosiques et l'activité de la biomasse microbienne est au cœur de la dynamique réactionnelle, elle reste très peu prise en compte lors de l'ajustement des conditions opératoires. Ce travail vise à comprendre l'impact des paramètres de procédé (teneur en eau, caractéristiques du substrat, taux d'inoculation) sur le développement, la structuration et l'activité des micro-organismes au cours de la digestion sèche de substrats lignocellulosiques, en vue de maitriser le procédé dans son ensemble. La stratégie retenue a consisté à suivre la dégradation de la paille de blé, modèle des résidus agricoles méthanisables, en réacteurs discontinus faiblement inoculés. Quatre séries d'expériences ont été mises en place pour : i) comprendre comment les paramètres de procédés impactent les réactions, ii) étudier le comportement métabolique des micro-organismes à faibles teneurs en eau, iii) déterminer comment les communautés microbiennes se spécialisent selon l'évolution des caractéristiques du substrat au cours de sa dégradation, et enfin iv) valider les résultats par un taux d'inoculation moins contraignant. Tout d'abord, le criblage des principaux paramètres de procédés (teneur en matières sèches, taille des particules et taux d'inoculation) a montré une évolution progressive de leurs effets au cours de l'avancement de la réaction, sur les processus de digestion. Ensuite, l‘étude de la fermentation en voie sèche a permis de montrer, qu'en présence d'eau libre, l'augmentation de la siccité n'impacte pas le métabolisme microbien, mais modifie les équilibres entre les communautés microbiennes. Le recours à un protocole de compartimentation de la biomasse microbienne spécialement développé dans cette thèse a mis en évidence une spécialisation forte et progressive des communautés microbiennes associées à l'hydrolyse du substrat, au cours de sa dégradation. Des observations par microscopie électronique à transmission indiquent que cette modification coïncide avec la dégradation progressive des tissus de la paille en fonction de leur degré de lignification. La mise en évidence de barrières physiques, récalcitrantes à la biodégradation et rarement décrites dans le contexte de la méthanisation, indique que l'accessibilité du substrat est le paramètre principal limitant la réaction. Ces informations suggèrent que le broyage du substrat est un prétraitement de choix en digestion sèche. Cependant, une dernière expérience a montré qu'en voie sèche, un broyage fin limite les gains de performances du procédé par une augmentation des risques d'acidification des digesteurs. / Nowadays, optimization of solid-state anaerobic digestion is limited by a lack of fundamental knowledge. In particular, the effects of the main process parameters, such as water content, substrate property or inoculation rate, on the reaction dynamics are poorly understood in solid-state anaerobic digestion. In fact, process parameters have consequences at microbial scale by the modification of the local environmental conditions. Nevertheless, even if the relationship between the lignocellulosic substrate characteristics and the microbial activity is a keystone of the reaction dynamics, it is rarely considered for the selection of operating conditions.This work aims to understand the influence of process parameters (total solid content, substrate characteristics, and inoculation ratio) on the microbial development, compartmentation and activity in order to optimize dry anaerobic digestion of lignocellulosic substrate. The selected strategy consisted in following wheat straw biodegradation, which is a model of agricultural wastes available for anaerobic digestion, in low inoculated batch reactors. Four series of experiment have been established to: i) understand the impact of process parameters on the reaction, ii) study the metabolic behavior of microorganisms face to low water content, iii) evaluate the relationship between substrate characteristics and modification of microbial communities and finally iv) validate results by less restricting inoculation rate.First, a screening of solid-state process parameters (total solid content, particle size and inoculation rate) showed a progressive change of their effect on digestion process during the reaction progress. Then, the study of dry fermentation indicated that, when water is free within the media, increasing total solid content has a low impact on the microbial metabolism, but modifies equilibriums between microbial communities. Based on a protocol developed to investigate the biomass compartmentation, we enlightened a strong and progressive specialization of the microbial communities associated to substrate hydrolysis during its biodegradation. Observations using transmission electronic microscopy indicated that this modification corresponds to a progressive degradation of the straw tissues depending on their lignification degree. Furthermore, the identification of physical barriers, rarely described in anaerobic digestion, suggests that substrate accessibility is the main parameter limiting the reaction. This information suggests that substrate milling can be theoretically a good pretreatment to improve dry anaerobic digestion. However, a last experiment showed that fine milling limits the process performances by a higher risk of acidification in digesters.