Face à l'épuisement des réserves en carburants fossiles et afin de subvenir à une demande toujours croissante en énergie pour le transport, les scientifiques se tournent désormais vers une ressource quasi-inépuisable et renouvelable : la biomasse. Au sein de la biomasse, les microalgues représentent une source potentielle de biocarburant car elles peuvent contenir des fortes teneurs en lipides et hydrocarbures. Leur croissance extrêmement rapide, l'utilisation du CO2 et de l'énergie solaire pour leur croissance et l'absence de compétition avec l'agriculture traditionnelle confèrent aux micro-algues une très forte attractivité. Deux voies de conversion ont été abordées. Dans un premier temps, nous avons étudié l'hydroconversion de triglycérides avec une molécule modèle (GTO) et charges réelles (huile de poisson et huile de Nannochloropsis obtenu par extraction au CO2 supercritique) sur catalyseurs de type CoMoS et NiMoS sur alumine. Des rendements élevés en alcanes (60- 70%pds) semblables à des carburants fossiles ont été obtenus. Dans un second temps, nous avons étudié la liquéfaction hydrothermale de la Spiruline, peu représentative d'algues lipidiques mais disponible, et d'autres algues (Porphyridium cruentum, Nannochloropsis sp., Ourococcus, Dunaliela salina) pour optimiser ce procédé selon les différentes conditions opératoires avec l'obtention d'un rendement optimal en bio-huile de 35%pds. Cependant, les teneurs élevées en azote et oxygène (8-10%pds) de la bio-huile ne permettent pas de la valoriser directement comme carburant. Cela nous a amené à effectuer une valorisation de la bio-huile avec des catalyseurs hétérogènes de type CoMo, NiMoS, NiMoS-Y supportés sur alumine et SrMoO4-N pour éliminer l'azote et l'oxygène de la bio-huile. Le catalyseur avec le résultat plus satisfaisant a été le SrMoO4-N, avec une teneur finale en alcanes de 70%pds

La modélisation métabolique est un outil performant pour mieux comprendre, prédire et optimiser les bioprocédés, particulièrement lorsqu'ils impliquent des molécules d'intérêt. Malheureusement, l'utilisation de cette approche de modélisation pour des métabolismes dynamiques est difficile à cause du manque de données expérimentales nécessaires pour définir et calibrer les cinétiques des réactions appartenant aux chemins métaboliques. C'est pourquoi, les modèles métaboliques sont souvent utilisés sous l'hypothèse de croissance équilibrée. Cependant, pour certains procédés comme la croissance photoautotrophique des microalgues, l'hypothèse de croissance équilibrée ne semble pas raisonnable à cause de la synchronisation de leur cycle circadien sur la lumière du jour. Cependant, une compréhension approfondie du métabolisme des microalgues est nécessaire afin d'optimiser les rendements de production des bioprocédés basés sur ces microorganismes, comme par exemple la production de biocarburants.Dans cette thèse, DRUM, une nouvelle approche de modélisation métabolique dynamique qui prend en compte la croissance non-équilibrée, a été développée. La première étape de l'approche consiste à découper le réseau métabolique en sous-réseaux décrivant des réactions qui sont spatialement et fonctionnellement proches et supposés satisfaire une croissance équilibrée. Les métabolites interconnectant les sous-réseaux peuvent alors avoir un comportement dynamique. Puis, grâce à l'analyse de modes élémentaires, chaque sous-réseau est réduit à des réactions macroscopiques, pour lesquelles des cinétiques simples sont supposées. Enfin, un système d'équations ordinaires différentielles est obtenu pour décrire la consommation des substrats, la production de biomasse, les produits excrétés et l'accumulation de certains métabolites intracellulaires.DRUM a été appliquée à l'accumulation des lipides et des carbohydrates de la microalgue Tisochrysis lutea soumise à des cycles jour/nuits en condition d'azote normal et de carence azotée. Le model décrit avec précision les données expérimentales. DRUM a également été appliquée à la microalgue Chlorella Sorokiniana en croissance hétérotrophique, montrant que la croissance équilibrée est valide dans ce cas-là. / Metabolic modeling is a powerful tool to understand, predict and optimize bioprocesses, particularly when they imply intracellular molecules of interest. Unfortunately, the use of metabolic models for time varying metabolic fluxes is hampered by the lack of experimental data required to define and calibrate the kinetic reaction rates of the metabolic pathways. For this reason, metabolic models are often used under the balanced growth hypothesis. However, for some processes such as the photoautotrophic metabolism of microalgae, the balanced-growth assumption appears to be unreasonable because of the synchronization of their circadian cycle on the daily light. Yet, understanding microalgae metabolism is necessary to optimize the production yield of bioprocesses based on this microorganism, as for example production of third-generation biofuels.In this PhD thesis, DRUM, a new dynamic metabolic modeling framework that handles the non-balanced growth condition and hence accumulation of intracellular metabolites was developed. The first stage of the approach consists in splitting the metabolic network into sub-networks describing reactions which are spatially and functionally close, and which are assumed to satisfy balanced growth condition. The left metabolites interconnecting the sub-networks behave dynamically. Then, thanks to Elementary Flux Mode analysis, each sub-network is reduced to macroscopic reactions, for which simple kinetics are assumed. Finally, an Ordinary Differential Equation system is obtained to describe substrate consumption, biomass production, products excretion and accumulation of some internal metabolites.DRUM was applied to the accumulation of lipids and carbohydrates of the microalgae Tisochrysis lutea under day/night cycles in normal and nitrogen starvation conditions. The resulting model describes accurately experimental data. It efficiently predicts the accumulation and consumption of lipids and carbohydrates. DRUM was also applied to the microalgae Chlorella Sorokiniana in dark heterotrophic growth, showing that the balanced-growth assumption was valid in this case.

Il n’est pas constaté d’autofloculation naturelle dans les cultures hypersalines de D. salina. De plus, cette dernière ne flotte pas sans déstabilisation de la suspension. La floculation induite par augmentation du pH lors de l’ajout de soude a été choisie dans cette étude pour permettre la flottation. Des efficacités de récupération supérieures à 90% et des facteurs de concentration autour de 20 sont atteints. Un mécanisme d’autofloculation, avec précipitation de Mg(OH)2 est proposé pour expliquer la floculation par balayage de D. salina. L’influence du débit d’injection de soude ajoutée est aussi étudié pour anticiper les contraintes relatives à l’industrialisation du procédé. Ce débit n’a pas d’effet sur l’efficacité de récupération des algues et réduit le facteur de concentration seulement pour les injections abruptes.L’augmentation naturelle du pH de culture par l’intermédiaire de l’activité photosynthétique pourrait permettre de réduire le taux de base consommé. Les cellules non-récoltées restent en vie durant l’augmentation du pH et pourraient être utilisées comme inoculum d’une nouvelle culture. / Natural autoflocculation was not observed in a Dunaliella salina hypersaline culture and the microalgae did not float without destabilization of the algal suspension. High-pH-induced flocculation by sodium hydroxide addition was chosen to induce flotation. Recovery efficiencies greater than 90% and concentration factors of around 20 were reached. An autoflocculation mechanism, with precipitation of magnesium hydroxide, is proposed to explain a sweeping flotation of D. salina cells. The influence of the flow rate of sodium hydroxide addition was also studied to anticipate the constraints related to the industrialization of this process. The flow rate of sodium hydroxide addition had no effect on the recovery efficiency and reduced the concentration factor only for abrupt injections. Natural increase of culture pH by photosynthetic activity could reduce the amount of base consumed. Non-harvested cells remained viable during pH increase and could be used as inoculum for a new culture.

Les microalgues rouges de l’espèce Rhodella violacea produisent un exopolysaccharide soluble dans le milieu de culture. Au cours de ce travail, les conditions optimales de production ont été déterminées en étudiant l’activité photosynthétique et le milieu de culture des microalgues. La croissance cellulaire et la production d’EPS de R. violacea sont optimales avec un milieu de culture f/2 modifié, supplémenté en azote et en phosphore. L’irradiance optimale est de 420 μmol de photons.m-2.s-1, sous une température de 24°C avec un pH de 8,3. La culture de la microalgue en photobioréacteur de 5 L a permis la production optimale de 0,5 g.L-1 de polymère. Le polysaccharide produit est un protéoglycane de type xylane sulfaté et de haute masse molaire (1,2 106 g.mol-1), contenant également du rhamnose, du glucose, de l’arabinose, du galactose et de l’acide glucuronique. L’effet antiparasitaire des polymères de microalgues et de macroalgues a été testé sur des microsporidies, in vitro avec des fibroblastes de prépuce humain infestés par Encephalitozoon cuniculi et in vivo contre la nosémose des abeilles causée par Nosema ceranae. L’exopolymère de R. violacea empêche la croissance des microsporidies in vitro et in vivo, et conduit à une diminution de la mortalité des abeilles. D’autres molécules testées ont également une action antiparasitaire, les EPS de Porphyridium purpureum et marinum, et des carraghénanes sulfatés permettent également de diminuer la croissance des microsporidies et la mortalité des abeilles. / Red microalgae from Rhodella violacea species product a soluble exopolysaccharide release in the media. In this study, optimal culture conditions for exopolysaccharide production were investigated, following photosynthesis activity and culture conditions. This study allowed us to determinate R. violacea optimal media for growth and exopolysaccharide production, which is f/2 media supplemented in nitrogen and phosphorus. Optimal physicochemical parameters are an irradiance of 420 μmol photons.m-2.s-1, a temperature of 24°C, and a pH of 8.3. Photobioreactor of 5 L used to cultivate R. violacea in optimal conditions, gave 0.5 g.L-1 of EPS. Structural analysis of the EPS revealed the production of a proteoglycan, principally composed by xylose, sulfated and with a high molecular mass (1.2 106 g.mol-1). The polymer is complex, as it contains different monosaccharide: rhamnose, galactose, arabinose and glucuronic acid. The antiparasitic effect of polymers from microalgae, and macroalgae were investigated on microsporidia, in vitro against Encephalitozoon cuniculi using Human foreskin fibroblasts, and in vivo against Nosema ceranae using bees. Exopolysaccharide from R. violacea decreases microsporidia growth in vivo and in vitro. In addition, in vivo the polymer allows decrease in bees’ mortality. Polysaccharide from others origins also have antiparasitic effet, such as exopolymer from Porphyridium purpureum and marinum, and sulphated carragheenans which reduce microsporidia growth, and decrease bees’ mortality.

Face à l'épuisement des réserves en carburants fossiles et afin de subvenir à une demande toujours croissante en énergie pour le transport, les scientifiques se tournent désormais vers une ressource quasi-inépuisable et renouvelable : la biomasse. Au sein de la biomasse, les microalgues représentent une source potentielle de biocarburant car elles peuvent contenir des fortes teneurs en lipides et hydrocarbures. Leur croissance extrêmement rapide, l'utilisation du CO2 et de l'énergie solaire pour leur croissance et l'absence de compétition avec l'agriculture traditionnelle confèrent aux micro-algues une très forte attractivité. Deux voies de conversion ont été abordées. Dans un premier temps, nous avons étudié l'hydroconversion de triglycérides avec une molécule modèle (GTO) et charges réelles (huile de poisson et huile de Nannochloropsis obtenu par extraction au CO2 supercritique) sur catalyseurs de type CoMoS et NiMoS sur alumine. Des rendements élevés en alcanes (60- 70%pds) semblables à des carburants fossiles ont été obtenus. Dans un second temps, nous avons étudié la liquéfaction hydrothermale de la Spiruline, peu représentative d'algues lipidiques mais disponible, et d'autres algues (Porphyridium cruentum, Nannochloropsis sp., Ourococcus, Dunaliela salina) pour optimiser ce procédé selon les différentes conditions opératoires avec l'obtention d'un rendement optimal en bio-huile de 35%pds. Cependant, les teneurs élevées en azote et oxygène (8-10%pds) de la bio-huile ne permettent pas de la valoriser directement comme carburant. Cela nous a amené à effectuer une valorisation de la bio-huile avec des catalyseurs hétérogènes de type CoMo, NiMoS, NiMoS-Y supportés sur alumine et SrMoO4-N pour éliminer l'azote et l'oxygène de la bio-huile. Le catalyseur avec le résultat plus satisfaisant a été le SrMoO4-N, avec une teneur finale en alcanes de 70%pds / Given the depletion of fossil fuels and to meet a growing demand for transportation energy, scientists are now turning towards an almost inexhaustible and renewable resource: biomass. As biomass, microalgae represent a potential source of biofuel because they may contain high levels of lipids and hydrocarbons. Their extremely fast growth, the use of CO2 and solar energy for their growth and the absence of competition with traditional agriculture makes microalgae very appealing. Two thermochemical routes of valorisation of μ-algae have been investigated. At first, we studied the hydroconversion of triglycerides with a model molecule (GTO) and then real feedstocks (fish oil and Nannochloropsis oil obtained by supercritical CO2 extraction) on CoMoS and NiMoS type catalysts. High yields of alkanes (60-70 wt%) similar to fossil fuels were obtained. In a second step, we studied the hydrothermal liquefaction of Spirulina and other algae without heterogeneous catalyst to optimize the process for different operating conditions with the obtention of a maximum bio-oil yield of 35 %wtt. However, the high levels of nitrogen and oxygen (8-10 wt%) does not allow to directly use it as fuel . This has led us to perform an upgrading of the bio-oil with heterogeneous catalysts of CoMo, NiMoS, NiMoS-Y and SrMoO4-N types to remove nitrogen and oxygen in the bio-oil. The most performant catalyst was SrMoO4-N, with a final content of 70 %wt of alkanes

Les microalgues accumulent de grandes quantités d’huile, et sont de bons candidats pour la production de biocarburants. Mais des verrous techniques et biologiques doivent être levés pour une production rentable. Augmenter la teneur en huile par cellule et découvrir des protéine clés du métabolisme des triglycérides sont des objectifs importants. Nous avons mis en place une approche de génétique classique ciblée sur l’isolement de mutants d’insertion affectés dans la remobilisation des lipides de réserves suite à la re-supplémentation en azote après carence. Nous avons mis au point un protocole de criblage à haut débit basé sur la semi-quantification de ces lipides qui nous a permis d’isoler plus de 30 mutants. Nous avons identifié les loci d’insertion pour certains en utilisant la méthode Genome Walker. Le marqueur de résistance à l’antibiotique a été trouvéé dans des gènes codant pour des kinases, une protéine de type polycystine avec répétitions d’un domaine homologue de type lipoxygénase, des protéines du métabolisme de l’amidon, ou encore une méthyltransférase. Ces mutants forment un set de candidats devant être validés par complémentation pour une meilleure compréhension du métabolisme des lipides. Nous avons vu que la plupart des mutants défectueux dans la remobilisation des lipides de réserve sont aussi affectés dans celle de l’amidon. Ce lien potentiel entre les 2 processus est renforcé par le fait que dans 2 mutants connus de synthèse de l’amidon nous avons pu mettre en évidence un défaut de remobilisation des triglycérides. Ainsi, nous avons montré un lien d’interdépendance entre les dégradations des 2 formes majoritaires de réserves carbonées des microalgues. / Microalgae are able to accumulate high amounts of oil reserves, which make them promising candidates for biofuel production. Nevertheless, some technical and biological bottlenecks have to be overcome before a profitable industrial production. Increasing oil content per cell and discovering key proteins of oil metabolism is a major goal. We took a forward genetic approach and focused on isolating insertional mutants affected in oil remobilization following nitrogen resupply after a starvation phase. We setup and developed a medium- to highthroughput semi-quantitative oil content screening protocol, which has enabled isolation of >30 mutants. We identified the insertion loci in some of these mutants through the “genome walker” PCR-based method. The antibiotic marker was found to be inserted in genes encoding various proteins including serine-threonine kinases, a polycystin-related protein containing repetitions of a lipoxygenase homology domain, an E3 ubiquitin ligase, a starch metabolism protein and a methyltransferase. Mutants isolated provide a first set of candidate genes that remain to be validated by complementation and should contribute to a better understanding of lipid homeostasis in green microalgae. During the course of this work, we observed that most mutants defected in oil remobilization were also impaired in starch degradation. The occurrence of a link between the degradation of starch and oil was further strengthened by the fact that in two known starch-less mutants the oil remobilization process was found to be defected. This is the first evidence of an interdependency between the degradation processes of the major types of carbon reserves in microalgae.

Les organismes marins, dont les microalgues, constituent un champ d’investigation majeur pour la découverte de nouveaux médicaments anticancéreux. Pour mettre en évidence de nouvelles molécules anticancéreuses, nous avons adopté une démarche bioguidée sur des extraits de microalgues marines présentant une activité antiproliférative. Ce travail a conduit à l’isolement de la violaxanthine, pigment caroténoïde époxydé, et à la démonstration de son activité antiproliférative, cytotoxique, pro-apoptotique et pro-nécrotique sur la lignée cellulaire de cancer du sein MCF-7. Des caroténoïdes tels que la fucoxanthine sont déjà connus pour présenter une activité anticancéreuse liée à leur fonction époxyde. Cependant, cette étude est la première à montrer le potentiel de la violaxanthine.Afin d’isoler d’autres pigments microalgaux potentiellement anticancéreux, des méthodes de CLHP efficaces ont été développées pour leur analyse et leur purification. Puis, des méthodes classiques d’extraction de pigments issus de microalgues ont été comparées à des méthodes d’extraction innovantes. Cette étude a permis de montrer l’intérêt de la technologie micro-onde en termes d’efficacité et de rapidité pour l’extraction des pigments de microalgues frustulées (diatomées). Plus largement, ce travail confirme le potentiel des microalgues marines comme source de molécules anticancéreuses, et démontre l’intérêt de la technologie micro-onde pour l’extraction de molécules à activité biologique issues de produits naturels. / Marine organisms, including microalgae, constitute a major field of investigation for the discovery of new anticancer drugs. To obtain new anticancer compounds, we used a bio-guided methodology on microalgae extracts showing antiproliferative activity. This work led to the isolation of violaxanthin, an epoxycarotenoid pigment, and to the demonstration of its antiproliferative, cytotoxic, pro-apoptotic and pro-necrotic activity. Carotenoids such as fucoxanthin are already known to have anticancer activity related to the epoxide. However, this is the first study demonstrating the potential of violaxanthin.In order to isolate other pigments with anticancer activity , efficient HPLC methods were developed for their analysis and purification. Then, conventional methods of pigments extraction from microalgae were compared to innovative methods of extraction. This study demonstrates the interest of microwave technology in terms of efficiency and rapidity for the pigments extraction from frustulated microalgae (diatoms).To conclude, this work confirms the potential of marine microalgae as a source of anticancer drugs, and demonstrates the interest of microwave technology for the extraction of biologically active molecules from natural products.

Les diatomées sont des microalgues ubiquistes d'une diversité exceptionnelle. Cela en fait de bons indicateurs de la qualité des écosystèmes aquatiques et sont utilisées depuis plus de 50 ans. Depuis l'année 2000, la Directive Cadre Européenne sur l'Eau impose leur utilisation pour évaluer la qualité écologique des cours d'eau. Un cadre typologique doit être utilisé afin de comparer des rivières comparables entre elles, c'est-à-dire des rivières de mêmes régions bioclimatiques, coulant sur les mêmes substrats géologiques et à des altitudes comparables. Différentes classifications écorégionales ont été définies sur la base de ces paramètres. Nous avons montré qu'à une échelle couvrant 4 pays (Espagne, France, Italie, Suisse) et à une régionale (Nord-est de la France), les écorégions et la géologie sont déterminantes pour expliquer les communautés. Les paramètres caractérisant la pollution sont moins importants. Contrairement à certains auteurs, nous n'avons pas observé d'homogénéisation des communautés lorsque le niveau de pollution augmente. D'autre part nous n'avons pas observé de communautés restreintes géographiquement : cela permettrait de rassembler des écorégions distinctes géographiquement mais présentant les mêmes caractéristiques physiques. Les diatomées présentent une diversité spécifique très importante qui peut être un frein à leur utilisation en routine. Nous avons montré qu'en augmentant la précision de détermination (de la subdivision à l'espèce), les performances d'évaluation de la pollution augmentait mais beaucoup moins que le nombre de taxons. Les performances d'évaluation entre le genre et l'espèce sont d'ailleurs proches, alors qu'il y a dix fois plus d'espèce que de genres. Nous avons montré aussi que des métriques simplificatrices (formes de vie, guildes écologiques) permettaient d'évaluer aussi bien le niveau en nutriment que des indices diatomiques basés sur les espèces. Ces métriques apportent des informations supplémentaires en termes de structure de biofilm qui ne sont accessible aux données en espèce. Enfin, la pollution des rivières par les micropolluants devient une préoccupation sociétale croissante. Nous avons émis l'hypothèse que les diatomées pouvaient être de bons candidats pour évaluer la pression en herbicides. Quatre expérimentations de 2 mois ont été réalisées en mésocosmes lotiques. Nous avons montré que les diatomées vivant entourées de matrices polysaccharidiques épaisses étaient plus résistantes aux pesticides dissous. Au contraire les diatomées présentant une surface cellulaire de contact importante avec l'eau étaient défavorisées. Ce type de métrique pourrait être utilisé in situ à plus large échelle. Nous concluons sur l'intérêt d'intégrer ces métriques à la bioindication par les diatomées. Mais également nous soulignons l'importance de croiser la phylogénie et l'écologie pour mieux comprendre quelles pressions environnementales ont forcées les diatomées à s'adapter. Si ces pressions peuvent être reliées à des pressions anthropiques, la bioindication par les diatomées en sera améliorée. / Diatoms are ubiquitous microalgae of an extreme diversity. This made them good indicators of aquatic ecosystems quality and they are used since 50 years for this purpose. Since year 2000, the European Water Framework Directive requires their use to assess the ecological quality of watercourses. A typological framework has to be used in order to compare comparable rivers between each other, that is, rivers of the same bioclimatic regions, flowing on the same geological substrate at similar altitudes. Various ecoregional classifications were defined on the basis of these parameters. We showed at a scale covering 4 countries (Spain, France, Italy and Switzerland) and at a regional scale (north-east France) that ecoregions and geology are determinant to explain communities. Parameters characterizing pollution were less important. Unlike some authors, we did not observe any homogenization of the communities when pollution level was increasing. Moreover, we did not observe geographically restricted communities: this would enable to aggregate ecoregions geographically distinct but presenting the same physical characteristics. Diatoms display a very important specific diversity which can be a problem for their routine use. We showed that when increasing determination precision (from sub-division to species), pollution assessment performances were increasing but much less than the number of taxa. Assessment performances between genus and species are similar anyway, whereas there are ten time more species than genera. We also showed that using simplifying metrics (life-forms, ecological guilds) enable assessing nutrient level as well as diatom indices based on species. These metrics bring additional information about biofilms structure that is not available with species data. At last, micropollutants pollution in rivers is of increasing concern to citizens. We hypothesized that diatoms could be good candidates to assess herbicide pressure. Four experiments lasting 2 months were conducted in lotic mesocosms. We showed that diatoms surrounded by thick exopolysaccharid matrices were more resistant to dissolved pesticides. On the over hand, diatoms presenting an important cell surface contact with water were disadvantaged. This kind of metric could be used in situ at a larger scale. We conclude on the interest to integrate such metrics to diatom bioassessment. But we also strength the importance to cross phylogeny and ecology to better understand which environmental pressure forced diatoms adapt. If these pressures can be related to anthropogenic pressures, diatom bioassessment will be improved.

Au sevrage, la séparation de la mère, le changement d’environnement et la transition d’un régime lacté à un régime solide et complexe déstabilisent les fonctions de digestion et de défense du porcelet. Le sevrage entraîne l’apparition de diarrhées nécessitant souvent l’utilisation d’antibiotiques pour contrôler les infections digestives. L’émergence de souches bactériennes antibiorésistantes est devenue un enjeu de santé publique majeur. Développer des méthodes alternatives aux antibiotiques pour promouvoir la santé du porcelet sevré est une nécessité. L’objectif de la thèse est d’évaluer le potentiel de deux microalgues –la Spiruline et la Chlorelle– pour promouvoir la santé digestive du porcelet au sevrage.Deux essais ont été effectués chez des porcelets sevrés dans des conditions d’hygiène contrastées –standard ou dégradées– recevant ou non 1% de Spiruline ou de Chlorelle dans l’aliment. En conditions d’hygiène standard, la supplémentation en Spiruline ou en Chlorelle a amélioré la digestibilité des nutriments et la morphologie intestinale sans impact sur la croissance du porcelet sevré. En conditions d’hygiène dégradée, la supplémentation en Spiruline ou en Chlorelle a altéré les performances de croissance sans affecter sensiblement les indicateurs de la santé digestive. Dans un troisième essai, une administration orale en microalgues en amont et en aval du sevrage a été testée afin d’évaluer la capacité de la Spiruline ou de la Chlorelle à limiter la déstabilisation précoce du système digestif au sevrage. L’administration orale de Spiruline a favorisé la croissance e / Weaning is a critical step in pig farms. Separation from the sow, change in the environment and dietary transition from liquid milk to a solid diet induces a destabilization of digestive and defense functions in weaned pig. Weaning leads to digestive disorders and growth alteration that often require antibiotic use to alleviate pathogen invasion and mortality. Bacterial resistance to antibiotics has become a major concern for public health. Thus, it has become necessary to find new strategies to promote digestive health in weaned pigs. The aim of this thesis is to evaluate the potential of two microalgae – Spirulina and Chlorella – as new functional ingredients to promote digestive health in piglets at weaningTwo trials were conducted in pigs weaned in contrasted sanitary conditions –good or poor–and that received 1% of Spirulina or Chlorella in starter diet. In good sanitary conditions, dietary supplementation with Spirulina and Chlorella both enhanced nutrient digestibility and intestinal morphology but did not affect growth performance. In poor sanitary conditions, both Spirulina and Chlorella supplementation altered growth performance with slight effect on indicators of digestive health. In a third trial, oral administration of the two microalgae before and after weaning was assayed to evaluate the ability of Spirulina and Chlorella to limit the early intestinal changes caused by weaning. Spirulina administration before and after weaning enhanced growth in suckling piglets and reduced risk of diarrhoea outcome in weaned pigs. Potential mechanisms of action of Spirulin

Les bactéries et microalgues marines sont acteurs clés du fonctionnement des écosystèmes océaniques et leur contribution dans les cycles biogéochimiques majeurs est largement reconnue. Dans ce contexte, il apparaît essentiel de mieux comprendre les interactions existant entre bactéries et microalgues. Dans l’environnement marin, les interactions spécifiques entre microorganismes nécessitent une forte proximité qui n’est souvent rendue possible que par un attachement cellulaire. La première partie de ce travail de thèse a consisté à sélectionner les microalgues qui présentaient des bactéries physiquement attachées. Deux diatomées appartenant aux genres Thalassiosira et Chaeoceros ont été retenues afin d’étudier leur microflore épibionte issue d’associations à long terme (culture de microalgues établies depuis plusieurs années) et à court terme (microalgues prélevées directement dans l’environnement). Ces travaux ont permis de mettre en évidence une forte ressemblance des communautés épibiontes dans les associations à long terme, qui s’opposait à la forte différence des épibiontes issus des associations à court terme. Les communautés d’épibiontes bactériens étaient majoritairement composées d’alpha- et gammaprotéobactéries, mais aussi de Bacteroidetes et d’actinobactéries. Cette étude a également permis de mettre en évidence que la surface des microalgues représentait un écosystème particulier puisque près de la moitié des épibiontes isolés correspondaient à de nouveaux taxons (genres et espèces). Une de ces souches qui constitue un nouveau genre a été complètement caractérisée, contribuant à l’enrichissement de la diversité bactérienne décrite. Enfin, la nature des interactions entre les deux diatomées et leurs bactéries épibiontes a été analysée par l’intermédiaire de co-cultures, afin d’identifier une interaction forte, qui pourra être examinée par transcriptomique. De très nombreuses interactions commensalismes ont été mises en évidence, reflet de la reminéralisation de la matière organique par les bactéries. Cependant, un faible impact des bactéries sur la croissance des microalgues a été observé. Les conditions expérimentales qui excluent au maximum les stress abiotiques et biotiques, masquent peut-être les interactions qui pourraient se produire dans un environnement naturel plus fluctuant. Ces résultats témoignent de la complexité des interactions biotiques, fournissent des méthodes et des organismes modèles permettant de les étudier et soulèvent de nombreuses hypothèses exaltantes pour les travaux futurs. / Marine microalgal and bacterial contribution to the global biogeochemical cycles is largely recognized and lead to define them as key actors of oceanic ecosystems. In this context, it is essential to better understand the interactions occurring between bacteria and microalgae. In the marine environment, specific interactions between microorganisms require tight physical association that is made possible by cellular attachment. In this work, we first selected microalgae with physically attached bacteria. Two diatoms belonging to the genus Thalassiosira and Chaetoceros were selected to study the epibiotic microflora from long-term (microalgae in culture) and short-term (microalgae directly collected from natural communities) associations. This work highlighted strong similarities between epibiotic assemblages from long-term associations and a higher difference for epibiotic communities from short-term associations. The bacterial epibiotic assemblages were mainly composed of Alpha- and Gammaproteobacteria but also Bacteroidetes and Actinobacteria. This study also highlighted that the surface of microalgae represented a peculiar ecosystem where nearly half isolates constituted new taxa (genera and species). One of them representing a new genus has been completely characterized, contributing to the enrichment of the described bacterial diversity. Finally, the nature of interactions between diatoms and their epibiotic bacteria was analyzed by co-culturing to identify strong interactions, to be further examined by transcriptomics. Numerous commensal interactions have been identified, corresponding to the bacterial remineralization of organic matter. However, only small effects of bacteria on microalgal growth were observed. The experimental conditions that exclude a maximum of abiotic and biotic stresses may mask potential interactions that could occur in an unstable natural environment. These results reflect the complexity of biotic interactions, provide methods and model organisms to study them, and raise many exciting hypotheses for future work.