La grosseur des particules aéroportées contenant des virus varie entre la grosseur du virus et celle de la particule à laquelle il s'accroche. Le comportement aérodynamique des aérosols viraux peut donc varier significativement et influencer l'efficacité de l'échantillonnage avec les échantillonneurs conventionnels. De plus, les virus aéroportés sont exposés à des conditions sévères qui peuvent affecter leur intégrité à tout moment entre la nébulisation et le traitement de l'échantillon. Il n'existe présentement aucun protocole standardisé pour l'échantillonnage d'aérosols viraux. Néanmoins, des échantillonneurs d'air et des méthodes d'analyse ont été essayés en laboratoire et sur le terrain. Suite aux nébulisations contrôlées en laboratoire, il a été conclu que la méthode d'échantillonnage utilisée pouvait avoir une influence significative sur l'intégrité virale. L'analyse du contenu en acides nucléiques par des méthodes de biologie moléculaire est donc mieux adaptée que l'analyse par culture. Les échantillonnages de terrain ont été effectués dans des usines de fabrication de fromages pour la détection d'espèces de bactériophages indésirables et dans des porcheries pour la détection de circovirus porcin de type 2 (CVP2). De faibles concentrations de bactériophages ont été détectées dans l'air des usines de fromages nous conscientisant à la possibilité de contaminations des fermentations par des aérosols. Les échantillons d'air des porcheries ont révélés de fortes concentrations de CVP2 suggérant la possibilité de transmission aéroportée du virus. Les échantillonneurs qui ont permis de détecter des aérosols viraux n'étaient pas les mêmes dans les deux environnements étudiés. Les faibles concentrations de bactériophages aéroportés dans les usines de fromages ont nécessité l'échantillonnage d'importants volumes d'air, alors que les fortes concentrations de virus présents dans les porcheries pouvaient être détectées facilement avec des volumes d'air beaucoup plus petits. La conclusion générale de ce travail est qu'il n'y a pas d'échantillonneur parfait pour les aérosols viraux. Les stratégies d'échantillonnages doivent être adaptées à l'environnement échantillonné et à la méthode d'analyse utilisée. / Airborne viral-laden particles can range from the size of the actual virus to the size of any aerosolized particle. The aerodynamic behavior of the airborne particles can thus vary significantly and influence the efficiency of sampling with conventional aerosol samplers. Furthermore, airborne viruses are exposed to harsh conditions that can affect their integrity at any time between their nebulization and the treatment of the samples. There is no standardized method for the sampling of airborne viruses. Aerosol samplers and analysis methods were tested in the laboratory and in the field. After the controlled nebulizations in the laboratory, it was concluded that the sampling method used could have a significant influence on viral integrity, rendering molecular biological analysis better suited than culture analysis. Field samplings were performed in cheese factories for the detection of undesirable bacteriophages and in swine confinement buildings (SCB) for the detection of porcine circovirus type 2 (PCV2). Low concentrations of airborne bacteriophages were found in the cheese factories raising the awareness for the possibility of fermentation vat contamination through the airborne route. Air samples from the SCB revealed very high concentrations of PCV2 suggesting the possibility of aerosol transmission of this virus. The samplers allowing the detection of airborne viruses were not the same in both environments. The low concentrations of airborne bacteriophages in the cheese plant necessitated large volumes of air samples, while the higher concentrations of viruses found in the SCB could be detected well over the detection limit with smaller volumes. The general conclusion of this work is that there is no perfect viral aerosol sampler. Sampling strategies need to be adapted to the environment sampled and to the analysis method used.

Les marais filtrants artificiels (MFA) forment un système biologique et passif de traitement des eaux usées constituant une alternative durable aux traitements conventionnels des effluents de cultures en serre. La performance des MFAs à réduire la charge polluante des effluents de culture et l’émission de gaz à effet de serre est étroitement liée aux communautés microbiennes. Afin d’optimiser l’activité biologique des MFAs et par conséquent leur performance, l’enrichissement en biochar des substrats filtrants pourrait constituer une avenue prometteuse. Le biochar, produit de la pyrolyse de la biomasse, est utilisé comme amendement pour les sols. Toutefois, les conséquences de son utilisation dans les systèmes d’épuration des eaux usées comme les MFAs sont peu connues jusqu’à nos jours. Les objectifs de cette thèse étaient donc de : (1) évaluer l’effet d’un biochar sur la diversité et l’activité des microorganismes dans les MFAs ; (2) évaluer l’effet du biochar sur l’efficacité des MFAs à réduire la charge en pesticides dans les effluents de cultures ; (3) évaluer l’effet du biochar sur les microorganismes des MFAs en présence de pesticides, et finalement (4) évaluer l’effet de l’utilisation de l’eau traitée par les MFAs comme eau d’irrigation sur la croissance des plantes et la diversité microbienne de la rhizosphère d’une culture de tomate. Les résultats obtenus ont démontré que le biochar n’a pas eu un effet majeur sur la composition des populations bactériennes dans les substrats et les effluents des marais. Toutefois, le biochar a affecté le taux d’expression de plusieurs gènes clés impliqués dans le fonctionnement des MFAs incluant ceux contrôlant le dégagement des gaz à effet de serre. Par ailleurs, l’utilisation des eaux traitées par les MFAs comme eau d’irrigation n’a pas affecté le développement des plantes de tomate. Au contraire, des bactéries connues pour leur stimulation de la croissance des plantes comme Flavobacterium, Rhizobium, Azospirillum et Pseudomonas ont été détectées en abondance. Finalement, en présence de pesticides, le biochar a exercé un effet protecteur sur les communautés microbiennes des MFAs permettant ainsi de maintenir leur performance à réduire les charges polluantes dans les effluents de serre. Toutefois, l’effet du biochar sur la capacité des marais à réduire la concentration des pesticides a été spécifique au type de pesticide. Ces travaux suggèrent que l’amendement des MFAs avec du biochar peut être une pratique utile pour améliorer et optimiser le fonctionnement des MFAs en atténuant certains de leurs inconvénients comme le dégagement des gaz à effet de serre. Ils ont démontré également la faisabilité et l’importance de la valorisation des eaux traitées par les MFAs. / Recently, the use of constructed wetlands (CWs), which form a biological and passive system of wastewater treatment, has been proposed as an alternative to conventional treatments of greenhouse effluents. The performance of CWs can be improved by the enrichment of their substrates with various products affecting their microbial communities, thus reducing the impact of some related problems such as the release of greenhouse gases. Biochar, which is the product of biomass pyrolysis, is used as an amendment in the soil. However, the consequences of its use with substrates in wastewater treatment systems such as CWs are little known until today. The objectives of this thesis were (1) to evaluate the effect of a biochar on the diversity and activity of microorganisms in CWs, (2) to evaluate the effect of biochar on the efficiency of CWs to reduce pesticides in greenhouse effluents, (3) to evaluate the effect of biochar on microorganisms in CWs in the presence of pesticides, and finally (4) to assess the effect of using water treated in CWs as irrigation water on tomato growth and rhizosphere microbial diversity. The obtained results demonstrated that biochar did not have a major effect on the composition of bacterial populations in CWs substrates and effluents. However, biochar affected the expression rate of several key genes in CWs functioning, including those involved in the release of greenhouse gases. Also, the use of CWs s treated waters to grow tomato plants in hydroponic crops did not present any physiological or microbiological risk to tomato plants. In fact, plant growth-promoting bacteria such as Flavobacterium, Rhizobium, Azospirillum and Pseudomonas were detected in abundance in the rhizosphere of tomato plants. Finally, in the presence of pesticides, biochar showed a protective effect on the microbial communities of CWs and thus makes it possible to maintain CWs performance in reducing pollutant loads in greenhouse effluents. However, the effect of biochar on CWs performance in reducing pesticides is specific to the type of pesticide. This work highlights the utility of biochar in improving the functioning of CWs and in circumventing some of their disadvantages such as the release of greenhouse gases. The feasibility and the importance of the valorization of water treated by CWs was also demonstrated.

Le lactosérum, co-produit de la transformation fromagère, peut être valorisé en concentrant ses protéines par ultrafiltration (UF). Le principal inconvénient de l’UF est le colmatage des membranes, notamment par les protéines et le phosphate de calcium, qui entraîne une réduction des performances du procédé. Depuis quelques années, il est reconnu que les membranes peuvent être colmatées par des cellules bactériennes et des biofilms lors de l’UF du lactosérum. De nombreux auteurs ont souligné la présence de biofilms sur les membranes et investigué différents paramètres régissant la diversité bactérienne de ces biofilms. Toutefois, aucune étude n’a encore démontré l’impact concret du colmatage bactérien sur les performances de l’UF du lactosérum. L’objectif général de cette étude était donc de quantifier les baisses de performance causées par le dépôt de cellules bactériennes et la formation de biofilms lors du l’UF du lactosérum. Le premier objectif a démontré que le dépôt de cellules bactériennes pouvait exacerber les baisses de flux causées par le colmatage des protéines sériques en UF frontale, alors qu’il avait peu d’effet sur le colmatage minéral. Une neutralisation partielle des charges électrostatiques entre les bactéries et les protéines réduirait les répulsions et entraînerait la formation d’un gâteau de particules plus compact sur la membrane. Les résultats du deuxième objectif ont permis de confirmer, en UF tangentielle de lactosérum doux, que le colmatage bactérien provenant de la microflore intrinsèque du système de filtration pouvait diminuer les flux de perméation après 18 h de filtration. Le colmatage bactérien a augmenté la résistance hydraulique des membranes, permettant le calcul de résistances spécifiques au colmatage bactérien (Rbio) qui représentaient de 31 à 44% de la résistance totale de la couche de colmatage. Ces résultats démontrent que le colmatage bactérien peut influencer négativement les performances de l’UF du lactosérum et soulignent l’importance de développer des solutions pour mitiger ce colmatage. / Whey, the main co-product of cheese manufacturing, can be valorized through protein concentration by ultrafiltration (UF). The main drawback of UF is fouling, mainly by protein and calcium phosphate, which lowers the process performance. It has recently been acknowledged that membranes can also be fouled by bacterial cells and biofilms during whey UF. Numerous authors have demonstrated the presence of biofilms on membranes and investigated many parameters that can modulate the bacterial diversity of these biofilms. However, the impact of biofouling on the performance of whey UF is still unknown. The general objective of this study was therefore to quantify the loss of performance caused by bacterial cell deposition and biofilm formation during whey UF. The first objective demonstrated that bacterial cell deposition could increase the flux drop caused by whey protein fouling during dead-end UF, while it had minor effects on mineral fouling. Partial neutralization of bacterial cells and protein electrostatic charges may have reduced repulsions led to the formation of a more compact cake. The results of the second objective confirmed, during crossflow UF of sweet whey, that biofouling from the intrinsic microflora of the filtration system could lower permeation fluxes after 18 h of filtration. Biofouling also increased membrane hydraulic resistances, allowing the calculation of biofouling-specific resistances (Rbio), which accounted for 31 to 44% of the total fouling layer resistances. These results demonstrate that biofouling can negatively affect the performance of whey processing by UF and highlight the need for solutions to mitigate biofouling.

Les Campylobacter spp. représentent la plus grande cause de diarrhée bactérienne à travers le monde avec un coût économique élevé. Les méthodes phénotypiques utilisées au laboratoire de microbiologie médicale sont longues, ne différencient que Campylobacter jejuni des autres Campylobacter spp. et ne distinguent pas entre elles les deux sous-espèces de Campylobacter jejuni. Le développement de tests moléculaires capables de pallier à ces déficiences est donc important dans une perspective épidémiologique. Ce travail de recherche avait pour but de développer un essai PCR multiplex tuf-napA pour l’identification de Campylobacter jejuni au niveau de ses deux sous-espèces et de Campylobacter coli. Ce multiplex a ensuite été appliqué aux isolats de Campylobacter spp. du CHUL au CHUQ pour la période d’étude de janvier 2007 à janvier 2010 afin de définir l’épidémiologie moléculaire à l’hôpital. La capacité du gène tuf à servir comme gène cible pour discriminer les Campylobacter spp. a été établie ici pour la première fois. / Campylobacter spp. are the leading cause of bacterial diarrhea worldwide with a high economic cost. The phenotypic methods used in medical microbiology laboratories are time-consuming, differentiate only Campylobacter jejuni from other Campylobacter spp. and do not distinguish between the two subspecies of Campylobacter jejuni. The development of molecular tests able to overcome these deficiencies is important from an epidemiological perspective. This research concentrates on the development of a PCR assay tuf-napA multiplex for the identification of Campylobacter jejuni at the level of its two sub-species as well as Campylobacter coli. This multiplex was then applied to Campylobacter spp. isolates at the CHUL of CHUQ for the study period from January 2007 to January 2010 to define the molecular epidemiology in the hospital. The ability of tuf gene to serve as target gene for discriminating Campylobacter spp. was established here for the first time.

Dans presque tous les environnements, les microorganismes cohabitent avec d'autres microorganismes. Cette coexistence donne lieu à des interactions qui peuvent jouer un rôle crucial dans l'altération et la préservation des produits laitiers. Cependant, ces interactions microbiennes et leurs rôles dans la détérioration des produits laitiers restent mal connus. De plus, le manque de méthodes expérimentales à haut débit limite notre capacité à explorer les interactions microbiennes pour des applications alimentaires. L'objectif de ces travaux était de développer de nouvelles approches systémiques pour caractériser des cultures d'intérêt laitier ainsi que leurs interactions écologiques et fonctionnelles. Pour ce faire, des méthodes à haut débit ont été développées à l'aide d'une plateforme automatisée et de l'analyse d'image pour cartographier les interactions microbiennes de l'environnement laitier. Les résultats de ces travaux ont démontré que les approches de culture à haut débit sont robustes pour quantifier les interactions microbiennes écologiques et fonctionnelles. Il a été montré que les interactions microbiennes pouvaient engendrer de la résilience chez les bactéries lactiques face au stress. À grande échelle, et dans un contexte de diversité microbienne élevée, il a été démontré que les interactions microbiennes dépendent largement des souches et ne peuvent être généralisées. Un total de 1142 interactions bidirectionnelles entre des microorganismes de l'environnement laitier a été cartographié. La directionnalité, la force et les types d'interactions écologiques variaient en fonction de l'origine d'isolement des souches. Tandis que la coopération prédominait parmi les microorganismes isolés du fromage, l'exploitation demeurait le type d'interaction privilégié chez les microorganismes issus du lait cru. Les souches coopérantes avaient, en moyenne, des comportements écologiques plus similaires que les souches concurrentes, ce qui suggère l'existence de cliques microbiennes. De plus, certaines souches ayant la capacité d'influencer la croissance globale de la communauté microbienne ont été identifiées. Par ailleurs, un nouveau phénotype d'interaction a été rapporté pour la première fois entre *Pseudomonas aeruginosa* AN63 et *Lactococcus cremoris* ATCC 19257, cette dernière produisant un pigment rose rouge lorsqu'elle est en interaction avec *Pseudomonas aeruginosa* AN63. De manière globale, ces résultats offrent un portrait inédit des relations sociales entre les microorganismes de l'environnement laitier. Le jumelage des profils écologiques et fonctionnels apporte une nouvelle perspective au criblage des cultures d'intérêt pour les produits laitiers. La méthode développée et le jeu de données attenant ouvrent de nouvelles perspectives sur l'identification de combinaisons de souches ayant des comportements souhaitables pour diverses applications et d'éviter celles qui pourraient entraîner des problèmes de qualité. Par exemple, des consortiums de cultures bio-protectrices capables de prolonger naturellement la durée de conservation des produits laitiers pourraient être développés. À long terme, les résultats de cette étude pourraient contribuer à la réduction du gaspillage alimentaire. / In almost all environments, microorganisms coexist with other microorganisms. This coexistence leads to interactions that can play a crucial role in both the spoilage and preservation of dairy products. However, these microbial interactions and their roles in the deterioration of dairy products remain poorly understood. Furthermore, the lack of high-throughput experimental methods limits our ability to explore microbial interactions for food applications. The objective of this study was to develop new systemic approaches to characterize dairy-related cultures, as well as their ecological and functional interactions. To achieve this, high-throughput methods were developed using an automated platform and image analysis to map microbial interactions in the dairy environment. The results of this work demonstrated that high-throughput culturing approaches are robust for quantifying ecological and functional microbial interactions. It was shown that microbial interactions can confer resilience to lactic acid bacteria under stress. On a large scale, and in a context of high microbial diversity, microbial interactions were found to be largely strain-dependent and cannot be generalized. A total of 1142 bidirectional interactions between microorganisms from the dairy environment were mapped. The directionality, strength, and types of ecological interactions varied depending on the strains' isolation sources. While cooperation predominated among microorganisms isolated from cheese, exploitation remained the preferred type of interaction for microorganisms from raw milk. Cooperative strains exhibited, on average, more similar ecological behaviors than competitive strains, suggesting the existence of microbial cliques. Additionally, some strains capable of influencing the overall growth of the microbial community were identified. Furthermore, a new interaction phenotype was reported for the first time between *Pseudomonas aeruginosa* AN63 and *Lactococcus cremoris* ATCC 19257, the latter producing a red-pink pigment when interacting with *Pseudomonas aeruginosa* AN63. Overall, these results provide a novel perspective on the social relationships between microorganisms in the dairy environment. The developed method and the accompanying dataset open new avenues for identifying combinations of strains with desirable behaviors for various applications, while avoiding those that could lead to quality issues. For instance, bio-protective culture consortia capable of naturally extending the shelf life of dairy products could be developed. In the long term, the findings of this study could contribute to reducing food waste.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / L'obtention d'un aperçu microscopique de la structure interne et de la biologie de la glace de mer a traditionnellement été limitée à des méthodes d'échantillonnage destructives et intrusives par carottes de glace. Dans cette étude, nous présenterons un système révolutionnaire d'imagerie microscopique in situ conçu pour étudier les microstructures internes et les micro-organismes présents dans la glace de mer, sans avoir recours aux techniques d'échantillonnage conventionnelles. Ce nouveau système offre une vue inédite en temps réel de la vie dans cet environnement unique. La nature complexe et hétérogène de la glace de mer, avec sa matrice de glace, ses canaux de saumure, ses bulles d'air et ses diverses impuretés, a posé de nombreux défis d'ingénierie pour la mise au point de ce système d'imagerie. Le système développé est un microscope de terrain à multi-illumination et à géométrie d'imagerie réflective. Nous avons effectué des tests de validation dans la glace de mer de première année entre le 20 avril et le 3 mai 2023 dans la baie de Baffin. Malgré la fragilité inhérente à la matrice de la glace de mer, notre système d'imagerie nous a permis de capturer des images de microstructures et de micro-organismes avec des détails satisfaisants. La conception matérielle et logicielle de l'endoscope est présentée ainsi que les résultats de l'acquisition des images de la microstructure et de micro-organismes. Ces résultats démontrent collectivement le potentiel de ce nouveau système d'imagerie microscopique in situ à révolutionner la façon dont nous étudions la glace de mer et à fournir une compréhension plus approfondie de ses microstructures complexes et de ses micro-organismes vivants. Cette innovation recèle un immense potentiel pour faire progresser notre compréhension de la dynamique écologique, des processus biogéochimiques et des adaptations des micro-organismes dans la glace de mer. / Gaining microscopic insight into the internal structure and biology of sea ice has traditionally been limited to destructive and intrusive ice core sampling methods. In this study, we introduce a groundbreaking in situ microscopic imaging system designed to study the internal micro-structures and microorganisms within sea ice, all without the need for conventional sampling techniques. This novel system offers a never-before-seen real-time view of life within this unique environment. The complex and heterogeneous nature of sea ice, including its water crystal lattice, brine channels, air bubbles, and various impurities, presented numerous engineering challenges for developing this imaging system. The developed system is a field microscope with multi-illumination and *en-face* geometry. We conducted validations tests in first-year Arctic interior sea ice between April 20th and May 3rd 2023 in Baffin Bay. Despite the inherent fragility of the sea-ice matrix, our imaging system allowed us to capture images of microstructures and biota in satisfying detail. The hardware and software design of the endoscope are presented along with acquisition results of the microstructure and biota images. These findings collectively demonstrate the potential for this new in situ microscopy imaging system to revolutionize the way we study sea ice and provide a deeper understanding of its complex microstructures and living microorganisms. This innovation holds immense potential for advancing our understanding of ecological dynamics, biogeochemical processes, and microorganism adaptations in sea ice environments.

Alors que l'océan Arctique subit d'importants changements, plusieurs incertitudes demeurent quant à la provenance de l'azote assimilé par le phytoplancton. Cette information est pourtant cruciale puisque c'est l'azote qui limite principalement la production primaire au cours de la saison de croissance dans l'Arctique. Conséquemment, cet élément limite aussi la productivité de l'écosystème entier. Aucune étude ne s'est encore intéressée à la présence du processus de fixation d'azote gazeux (N2) dans cette région bien que certains indices semblent montrer qu'il y soutienne une partie de la production primaire. C'est afin de vérifier une telle possibilité que cette étude a pris place. Les expériences ont permis de déceler la présence de fixation du N2 dans plusieurs secteurs de l'ouest de l'océan Arctique et d'observer que les bactéries hétérotrophes (diazotrophes) en seraient les principales responsables. Le manuscrit fait état de l'importance locale et globale du processus de fixation du N2 en considérant sa distribution et la communauté diazotrophe retrouvée.

De nombreux écosystèmes forestiers subissent les effets de l'acidification d'origine anthropique, à travers ses effets délétères sur la biodiversité et le fonctionnement de ces écosystèmes. Pour contrer ces effets, des amendements calco-magnésiens peuvent être utilisés pour améliorer les caractéristiques physico-chimiques des sols et des cours d'eau afin de restaurer l'état sanitaire des forêts et le fonctionnement des cours d'eau. En particulier, il a été démontré que les amendements, pouvaient permettre la reprise de la décomposition des litières, qui est un processus clé dans le fonctionnement des cours d'eau forestiers. Dans ce contexte, le premier objectif de cette étude était d'étudier si les amendements calco-magnésiens, à travers leurs effets sur les caractéristiques des sols, pouvaient induire des changements au sein des communautés microbiennes des sols. Le deuxième objectif était d'identifier quels facteurs pouvaient être responsables, à l'échelle microbienne, du ralentissement de la décomposition des litières dans les cours d'eau acidifiés. Les résultats ont montré que des amendements raisonnés et à grande échelle pouvaient avoir un effet durable sur les communautés bactériennes des sols. Les principaux changements taxonomiques ont notamment révélé que le ratio entre Proteobacteria et Acidobacteria était supérieur dans les sols amendés par rapport à leurs témoins, confirmant que ce ratio pouvait être un indicateur de l'amélioration de la qualité des sols. Les résultats obtenus dans la seconde partie de ce travail ont révélé que la diversité d'espèces sporulantes d'hyphomycètes aquatiques était fortement altérée dans les cours d'eau acidifiés, alors que la diversité fongique, analysée par méthodes moléculaires n'était pas affectée. Ces dernières ont révélé une plus faible proportion d'hyphomycètes aquatiques et une plus importante proportion de champignons d'origine terrestre sur les feuilles exposées dans un cours d'eau impacté. L'analyse des activités microbiennes a permis de mettre en évidence que l'aluminium était un facteur pouvant entrainer la diminution de la décomposition des feuilles, ce métal induisant notamment une limitation en phosphore pour les micro-organismes décomposeurs. Ces effets pourraient en retour avoir des répercussions sur les niveaux trophiques supérieurs et sur tout le fonctionnement de l'écosystème / Many terrestrial and freshwater forested ecosystems are affected by anthropogenic acidification, which can led to deleterious effects on biodiversity and ecosystem functioning. To counteract acidification, liming can be used to improve soil and water physicochemical characteristics in order to restore tree health and headwater stream functioning. In particular, liming has been shown to enhance leaf litter breakdown, which is a key ecosystem process in headwater streams. In this context, the aims of this study were, first to investigate if liming, through its effects on soil chemical characteristics, could induce changes on soil microbial communities, and second to identify what factors could be responsible, at the microbial level, of reduced leaf litter breakdown in acidified headwater streams. Results showed that moderate large-scale liming can induce sustainable changes in soil bacterial communities. Major taxonomic changes revealed notably that the ratio between Proteobacteria and Acidobacteria was higher in limed soils compared to their control counterparts, confirming that this ratio could be a microbial indicator of soil quality improvement. Results obtained in the second part of this work showed that sporulating aquatic hyphomycete diversity on leaves was strongly impaired in acidified streams, whereas fungal diversity investigated by molecular analyses was not depressed. The latter showed a lower proportion of aquatic hyphomycetes and a higher proportion of terrestrial fungi on leaves when exposed in an acidified stream compared to a circumneutral one. Microbial activity analyses bring out that Al may be an important factor that could reduce microbial leaf litter processing, this metal inducing notably a P limitation for microbial decomposers. These effects may in turn have repercussions on higher trophic levels and whole ecosystem functioning

Le vin est un milieu peu propice à la croissance de la levure mais il est néanmoins possible de la faire croître sur base de vin enrichit en nutriments et dilué pour diminuer la concentration en éthanol. En vue de l’élaboration des vins effervescents par une seconde fermentation, produire la levure Saccharomyces cerevisiae dans ces conditions est indispensable pour l’acclimater mais il s’agit d’un enjeu complexe qui doit prendre en compte de nombreux paramètres physico-chimiques mais aussi économiques. En effet, les paramètres opératoires peuvent induire des conditions de croissance pouvant affecter le développement de la levure. Seule la levure S. cerevisiae (Fizz+) a été utilisée car elle est spécialement sélectionnée pour cette seconde fermentation en vase clos. Le principal enjeu était donc d’obtenir une bonne adaptation de la levure à croître dans un milieu hydro-alcoolique, conditions contraignantes pour elle, mais aussi d’obtenir une production maximale.Nous avons tout d’abord étudié en fioles Erlenmeyer (250 mL) l’influence de divers paramètres : conditions physico-chimiques, concentrations en nutriments, concentration minimale en levure sèche active nécessaire à une bonne activité ainsi que son temps de réhydratation.Dans un deuxième temps, nous avons effectué des propagations en mode batch dans un bioréacteur (5 L) pour valider les conclusions réalisées à la suite de l’étude en Erlenmeyer et ainsi étudier l’influence de différentes aérations sur la production de S. cerevisiae. Les données obtenues ont servi de base pour comparer les améliorations apportées par le procédé développé en mode fed-batch. Les concentrations en levures obtenues suite à l’optimisation des conditions du milieu de culture en cinq litres sont supérieures d’un facteur cinq à celles obtenues dans la pratique en cave.Ensuite l’étude s’est concentrée sur le développement d’un nouveau procédé d’alimentation en nutriments pour cultiver S. cerevisiae en métabolisme respiratoire dans des cuves réalisées par la société partenaire du projet, OEno Concept. La nouveauté réside dans la façon de réguler la température de la culture qui se fait simultanément à l’apport des nutriments suite au dégagement de chaleur lors de la croissance de S. cerevisiae. Un brevet a été déposé sur cette technologie. Ce nouveau procédé a permis une augmentation de la productivité cellulaire, d’un facteur supérieur à quatre, car il a permis aux levures de s’adapter à cet environnement stressant et a favorisé l’oxydation du glucose au détriment de la fermentation. / Wine is an aggressive/stressful growth medium; it is depleted of micronutrients, rich in ethanol and very poor in assimilable nitrogen. Despite all these difficulties, it is possible to grow yeast in a medium largely based on wine by diluting the ethanol concentration and enriching the medium with micronutrients, a carbon source and assimilable nitrogen. It is, desirable to propagate Saccharomyces cerevisiae in such environment in order to produce a culture of yeast adapted to a second fermentation of alcoholic beverages. Production of microorganism in wine growing environment, is a complex issue that must take into account many, physicochemical and economic parameters. Indeed, the operating parameters can affect the development of yeast in a bioreactor. Therefore, it is important to know the most influential parameters on growth. The strain S. cerevisiae (Fizz+), a commercial strain that has been selected for the second fermentation in bottles, was used during this project. The propagation process served to increase the amount of yeast as well as to adapt the yeast to grow in an alcoholic environment. We first studied in shake-flasks cultures various physicochemical conditions such as nutrients concentration, the rehydration time and the minimum concentration of active dry yeast necessary for good yeast activity.In a second step, we performed batch fermentations in bioreactors (5 L) to confirm the conclusions from the shake-flask cultures and additionally to study the influence of aeration on S. cerevisiae production. The data obtained served as a basis for performing fed-batch cultures. The yeast concentrations obtained as a result of the optimization of the conditions of the culture medium in five liters were five times greater than those obtained in actual industrial production processes. The next step was to develop an automated fed-batch culture to grow S. cerevisiae respiratively in partnership with the industrial partner of the project, OEno Concept. The novelty of the process is the way in which the growth medium feed-rate is linked to the heat produced by the growing S. cerevisiae.This research has allowed an increase in cell productivity, by a factor greater than four, thanks to the novel process in stressful growth environment promoting respiration with regard to fermentation.

Les micro-organismes entomopathogènes sont les ennemis naturels des insectes. Ils infectent leurs hôtes en pénétrant dans leurs corps et/ou en excrétant des composés insecticides. En parallèle, il a été démontré que la plupart des insectes hébergent de multiples micro-organismes symbiotiques qui jouent un rôle dans la nutrition et la défense de leurs hôtes. En conséquence, au cours du processus de colonisation, les micro-organismes entomopathogènes interfèrent avec ces micro-organismes bénéfiques. Ainsi, les interactions entre les insectes et les micro-organismes pathogènes peuvent induire la production d'insecticides et/ou de métabolites antimicrobiens. A partir d'insectes vivants infectés par des champignons entomopathogènes nous avons isolé 57 micro-organismes. Les extraits à l'acétate d'éthyle de ces micro-organismes ont été évalués pour leurs activités antimicrobiennes et insecticides sur quatre micro-organismes pathogènes pour l'Homme et sur les larves du moustique Aedes aegypti. Le criblage biologique a mis en évidence l'activité de plusieurs souches dont 6 ont été sélectionnées pour une étude chimique plus approfondie : deux champignons du genre Mucor, Isaria farinosa, Pestalotiopsis theae et les bactéries des genres Pantoea et Asaia. L'étude de ces extraits a permis l'isolement de 41 composés dont 10 sont nouveaux, parmis lesquels on retrouve des dérivés tétrahydrofuraniques, des dérivés d'acides tétramiques ou encore une macrolactone au squelette original. Des activités insecticides mais aussi antimicrobiennes ont été trouvées pour ces composés. La capacité métabolique de deux souches a également été explorée par une approche OSMAC couplée à des analyses métabolomiques par UHPLC-HRMS2. Si la recherche de composés insecticides et antimicrobiens représente un défi mondial pour la santé publique face au phénomène croissant de résistance aux antibiotiques et de toxicité des insecticides, ce travail montre que l'étude des interactions spécifiques entre les micro-organismes entomopathogènes et leurs insectes cibles peut conduire à la découverte de nouveaux composés prometteurs, d'intérêt pharmaceutique. / Entomopathogenic microorganisms are natural enemies of insects. They infect their hosts by penetrating the body and producing insecticidal compounds. However, it has also been shown that most insects host multiple symbiotic microbes which perform many important functions like nutrition and defense. During the process of colonization, entomopathogenic microorganisms interact with these beneficial microbial species. Thus, we expect that interactions between insects and insect pathogenic microorganisms should trigger the production of insecticides and/or antimicrobial metabolites.In this project, 57 microorganisms were isolated from the cuticles of live, entomopathogen infected insects . Ethyl acetate extracts of each strain were evaluated for their antimicrobial and insecticidal activities on four human pathogenic microorganisms and Aedes agypti mosquito larvae. The screening highlighted several bioactive strains, and 6 were selected for further chemical investigations. Among the selected ones were two fungal strains of the Mucor genus, Pestalotiopsis theae and Isaria farinosa and bacterial strains of the Pantoea sp. and an Asaia sp genera. The chemical study allowed us to isolate 41 compounds, of which 10 were new: tetrahydrofuran and tetramic acids derivatives, or a macrolactone with an original skeleton among others. Some of those presented insecticidal and antimicrobial activities. The biosynthetic potential of two strains was also investigated by an OSMAC approach coupled to metabolomics analyses by UHPLC-HRMS2. The search for insecticidal and antimicrobial molecules represents a global challenge for public health, to face the increasing phenomenon of antibiotic resistance but also insecticide toxicity. This work demonstrated that studying specific interactions between entomopathogenic microorganisms and their target insects may lead to the discovery of new promising compounds of pharmaceutical interest.