La consommation excessive de sucres conduit à l’augmentation de désordres métaboliques, tels que l’obésité et le diabète. Les consommateurs souhaitent une alimentation plus saine à base de produits d’origine naturelle. Stevia rebaudiana, l’herbe sucrée du Paraguay, accumule dans ses feuilles des glycosides de stéviol (SGs) considérés comme des édulcorants naturels intenses, dont le marché est en pleine expansion au niveau mondial. Dans ce contexte, la société Oviatis implante une filière BIO de Stevia rebaudiana en Nouvelle-Aquitaine. Les objectifs de cette thèse CIFRE sont de caractériser la variabilité phénotypique d’une collection de cette espèce en vue de la mise en place future d’un programme de sélection. Les composantes du rendement, de biomasse foliaire, de quantité et qualité des SGs et de la réponse à Septoria sp. ont été finement décrites en condition de production pluriannuelle et multi-sites ou en conditions contrôlées. Ces travaux ont permis de 1) développer des outils de phénotypage métabolique, pathologique et au champ, 2) évaluer la variabilité phénotypique de cette collection de Stevia rebaudiana en condition de production et identifier les descripteurs de cette variabilité, 3) identifier les facteurs ontogéniques, abiotiques et culturaux impliqués dans la variabilité de cette collection, 4) évaluer la variabilité de réponses face à la septoriose. Ces résultats permettent d’identifier les critères de sélection de cette espèce pour une production BIO en Nouvelle Aquitaine, ainsi que des génotypes d’intérêt. Ils constituent les bases de la mise en place d’un programme d’amélioration variétale. / Obesity and diabetes are consequences of metabolic disorders due to excessive sugar consumption. Consumers want a healthier diet with natural products. Stevia rebaudiana, the Paraguayan sweet herb, accumulates steviol glycosides (SGs) into its leaves. Considered as intense natural sweeteners, SGs represent a global market constantly increasing. In this context, Oviatis establishes a complete organic sector in the Nouvelle-Aquitaine region. The aims of this CIFRE thesis are to characterise the phenotypic variability within a collection of genetic resources, in order to implement a breeding program. Yield components, leaves biomass, SGs quality and quantity and responses against Septoria sp. were described in perennial and multi-site field conditions or in controlled conditions. This work allowed to: 1) develop tools for metabolic, pathology field-phenotyping, 2) evaluate the phenotypic variability of this Stevia rebaudiana collection in field conditions and identify variability descriptors, 3) identify ontogenic, abiotic and cultural factors implicated into phenotypic variability, and 4) evaluate response variability against septoria disease. These results led to the identification of genotypes of interest, as well as selection criteria for the organic production in Nouvelle-Aquitaine, which are the basis for the implementation of a breeding program.

L’alimentation des pays industrialisés, souvent trop riche en glucides et en lipides, a engendré une augmentation marquée de l’obésité et favorisé le risque de diabète. Face à ce constat, l’industrie agroalimentaire s’est efforcée de développer des produits allégés. Au sucre, ont ainsi été substitués les édulcorants acaloriques, molécules au goût sucré non métabolisées par le corps humain. Ces édulcorants sont souvent obtenus par voie de synthèse chimique comme l’aspartame, l’acésulfame K ou encore le sucralose. S’ils sont autorisés dans la confection de produits alimentaires, la toxicité de ces édulcorants et leur impact sur la santé humaine nourrissent cependant les débats au sein de la communauté scientifique, ainsi des solutions alternatives sont envisagées. Stevia rebaudiana Bertoni est une plante originaire du Paraguay. Son intérêt principal réside dans le fait qu’elle contient des molécules acaloriques au goût sucré, les glycosides de stéviol, dont les plus connus sont le rébaudioside A et le stévioside. Les études effectuées sur ces diterpènes glycosilés tendent à souligner leur innocuité. Ils présenteraient même des vertus thérapeutiques, comme des propriétés anti-hypertensive ou antidiabétique, et semblent ainsi être une alternative prometteuse au sucre et aux édulcorants artificiels. Notre étude s’est orientée sur l’extraction aqueuse des glycosides de stéviol des feuilles de Stévia. A l’échelle laboratoire, nous avons pu mettre en évidence que la cinétique d’extraction des molécules cibles est principalement limitée par la diffusion des solutés dans la matrice solide végétale. Il n’y aurait pas de réaction chimique, de gonflement de la matière ou de modification de la porosité pendant le processus d’extraction. Nous avons également pu souligner que la préparation de la matière (séchage et broyage) et les conditions opératoires (température, ratio liquide-solide et agitation) sont des facteurs prépondérants sur l’efficacité d’extraction des édulcorants. A l’échelle pilote, les résultats obtenus en systèmes discontinu et continu ont pu mettre en exergue des influences similaires de la préparation de la matière et des conditions opératoires ; nous avons de plus pu démontrer que la qualité du mélange des phases solide et liquide était un facteur clé à l’efficacité de l’extraction. Fort de ces résultats nous avons pu développer un procédé d’extraction en système continu, adapté à l’extraction des glycosides de stéviol des feuilles de Stévia, et combiné à une étape de séparation solide-liquide. Au travers de nos différentes expériences, nous avons pu décrire précisément son fonctionnement et optimiser l’extraction afin de pouvoir envisager une transposition à l’échelle industrielle. / Industrialized countries food, often too rich in carbohydrates and fat, has resulted in an important increase in obesity and risk of diabetes. Given this fact, the food industry tries to develop diet products. Sugar was substituted by calorie-free sweeteners, sweet-tasting molecules non-metabolized by the human body. These sweeteners are often obtained by chemical synthesis such as aspartame, acesulfame K or sucralose. Even if they are allowed in the manufacture of food products, the toxicity of these sweeteners and their impact on human health raise debate within the scientific community, so alternatives are being considered. Stevia rebaudiana Bertoni is a plant native from Paraguay. Its main interest lies in the fact that it contains calorie-free sweet tasting molecules, steviol glycosides, of which the most common are rebaudioside A and stevioside. Studies of these glycosylated diterpenes tend to highlight its safety. They even present therapeutic characteristics, such as anti-hypertensive or anti-diabetic properties, and thus seem to be a promising alternative to sugar and artificial sweeteners. Our study focused on the aqueous extraction of steviol glycosides from Stevia leaves. At thelaboratory scale, we were able to demonstrate that extraction kinetics of target molecules are mainly limited by diffusion of solutes in the plant solid matrix. There would be no chemical reaction, swelling of the plant material, or modification of the porosity during the extraction process. We have also shown that the preparation of the plant material (drying and milling) and the operating conditions (temperature, liquid-solid ratio and agitation) are overriding factors on the sweeteners’ extraction efficiency. At the pilot scale, the results obtained in batch and continuous systems could highlight similar influences with the preparation of the plant material and the operating conditions. We have also shown that the quality of the mixing of solid and liquid phase was a key factor in extraction efficiency. With these results we have developed a continuous extraction process, suitable for the extraction of steviol glycosides from Stevia leaves, which has combined with a step of solid-liquid separation. Through our experimentation we have accurately described its operation and optimized the extraction in order to consider a transposition to the industrial scale.