L’objectif de cette thèse était de développer un cadre conceptuel et méthodologique permettant d’évaluer l’impact global de l’alimentation sur la santé des consommateurs, en prenant en compte les dimensions microbiologiques, chimiques et nutritionnelles. Cette méthodologie a été développée à l’aide d’un cas d’étude portant sur l’alimentation des nourrissons (lait maternel et formules infantiles), incluant les facteurs suivants : C. sakazakii, Cryptosporidium, arsenic, polychlorobiphényles de type dioxine et acide docosahexaénoïque. Cinq modèles mathématiques probabilistes ont été développés pour quantifier les risques / bénéfices associés à chaque facteur. Ils ont été ensuite harmonisés, quand cela a été possible, à l’aide d’un indicateur commun de santé publique, le DALY. Les résultats ont été obtenus par simulation de Monte Carlo de second ordre afin de quantifier séparément l’incertitude et la variabilité. Les techniques probabilistes ont permis de prendre en compte d’une part la variabilité inhérente à la biologie (hétérogénéité entre individus d’une même population) et d’autre part l’incertitude liée au manque de connaissances et de données. De plus, la séparation de la variabilité et de l’incertitude a consolidé l’évaluation, permettant une interprétation plus cohérente des résultats et donc fournissant des informations plus complètes aux décisionnaires. La méthode mise en oeuvre dans ce travail de thèse pourra servir de base pour d’autres cas d’études et pourra aussi être utilisée pour continuer le développement méthodologique de l’évaluation risque-bénéfice. Cette démarche s’inscrit dans une approche plus générale d’analyse multi-critères des systèmes agronomiques et alimentaires / The objective of the present PhD project was to develop a conceptual and methodological framework to assess the overall impact of food consumed on human health, including microbiological, chemical and nutritional dimensions. This methodology was developed using a case study on infant milk-based diet (breast milk and infant formulas) taking into account the following selected factors: C. sakazakii, Cryptosporidium, arsenic, dioxin like polychlorinated biphenyls and docosahexaenoic acid. Five probabilistics mathematicals models were developed to quantify risks / benefits associated with these factors. When possible, they were harmonized using a common public health indicator, the DALY. Results were obtained by second-order Monte Carlo simulations in order to quantify separately the uncertainty and the variability. Probabilistic techniques enabled to take into account on the one hand the biology related to variability (heterogeneity between individuals of the same population) and on the other hand the uncertainty linked to the lack of knowledge and data. In addition, separation of variability and uncertainty strengthened the evaluation by enabling a more accurated interpretation of results and by providing more comprehensive information for policy makers. The method used in this PhD thesis can be considered as a robust basis for other case studies and can be also used to continue methodological development in risk-benefit assessment. This approach is also part of a broader area: the multi-criteria decision analysis of agronomic and food systems

Contexte. L'alimentation apporte à la fois des nutriments nécessaires au fonctionnement physiologique normal de l'organisme et des contaminants susceptibles d'impacter sur la santé. Il convient donc de prendre en compte ces deux aspects dans la détermination des consommations optimales du point de vue de la santé publique. Les produits de la mer représentent un cas d'étude intéressant car ils apportent à la fois des acides gras polyinsaturés oméga 3 à longue chaine (AGPI LC n-3), des vitamines et des oligoéléments, mais aussi du méthylmercure, de l'arsenic ou encore de polluants organiques persistants. Objectifs. L'objectif de la thèse était de déterminer dans quelles quantités la consommation de produits de la mer présentait un bénéfice nutritionnel, tout en limitant le risque lié aux contaminants apportés par l'alimentation. Méthodes. Les analyses ont principalement porté sur les données de l'étude Calipso menée sur 996 forts consommateurs de produits de la mer (au moins deux occurrences par semaine) de 18 ans et plus. Leurs apports nutritionnels et leur exposition aux contaminants ont été estimés à partir du recueil des consommations alimentaires et de biomarqueurs. Ce travail a permis, au regard de la couverture des besoins nutritionnels et des risques nutritionnels et sanitaire, la sélection de nutriments et contaminants pertinents, à l'apport desquels et à l'exposition auxquels les produits de la mer contribuent majoritairement. L'analyse risque-bénéfice a consisté en l'utilisation d'un modèle d'optimisation sous contraintes pour déterminer des consommations optimales de produits de la mer. L'objectif était d'optimiser les apports nutritionnels et l'exposition aux contaminants, sous contrainte d'atteinte des apports nutritionnels conseillés (ANC) et de non dépassement des valeurs toxicologiques de référence (VTR), en tenant compte des apports par le reste du régime. Résultats. Chez les forts consommateurs de produits de la mer, le risque sanitaire lié à l'exposition aux méthylmercure et l'arsenic inorganique ne sont pas négligeables. Chez ces mêmes consommateurs, les produits de la mer apparaissent également comme contributeurs majeurs d'apport en vitamine D et certains minéraux. Par ailleurs, une consommation de plus de 200 g/sem de poissons très gras n'entraine pas de bénéfice supplémentaire en termes de biomarqueur de santé cardiovasculaire. Tenant compte de ces éléments, il a été déterminé une consommation dite optimale, permettant à la fois de minimiser l'exposition à l'arsenic inorganique et d'augmenter l'apport de vitamine D en population générale, tout en garantissant l'atteinte de l'ANC pour les AGPI LC n-3, le sélénium et l'iode, le non dépassement des VTR établies pour le méthylmercure, le cadmium, les dioxines et polychlorobiphényles, ainsi que le non dépassement des limites de sécurité établies pour le zinc, le calcium et le cuivre. Cette consommation est de 200 g/semaine environ de certaines espèces de poissons gras et de 50 g/semaine environ de poissons maigres, mollusques ou crustacés. Conclusion. Une consommation optimale de produits de la mer entrainant à la fois un bénéfice nutritionnel et un risque sanitaire maitrisé a pu être définie. Il ressort de ce travail la nécessité de réduire les expositions à l'arsenic et d'affiner les résultats en utilisant le modèle pour certaines populations, en tenant compte des spécificités de ces populations.

L'objectif du travail est de mettre en place des méthodes d'évaluation des risques microbiologiques et des bénéfices nutritionnels lors de la transformation des légumes, en vue d'une analyse risque-bénéfice. Le risque (industriel) considéré est l'altération des conserves de haricots verts due à la bactérie thermophile Geobacillus stearothermophilus, et le bénéfice nutritionnel est la teneur en vitamine C des haricots verts appertisés. Des paramètres de référence ont d'abord été acquis, par une méta-analyse par approche bayésienne pour la partie risque. Les paramètres de résistance thermique D à 121.1°C et pH 7, zT et zpH de G.stearothermophilus ont ainsi été estimés respectivement à 3.3 min, 9.1°C et 4.3 unités pH en moyenne en milieu aqueux. Les modèles risque et bénéfice ont ensuite été analysés par la méthode de simulation de Monte Carlo à deux dimensions, permettant une propagation séparée de la variabilité et de l'incertitude. Les pertes en vitamine C prédites par le modèle entre la matière première et les légumes appertisés sont de 86% en moyenne, et le taux de non-stabilité à 55°C prédit est de 0.5% en moyenne, globalement en accord avec la réalité. Une analyse risque-bénéfice a ensuite visé à optimiser le bénéfice tout en gardant le risque à un niveau acceptable, par exploration de scénarios d'interventions possibles basés sur les résultats d'analyses de sensibilité. Enfin, un modèle d'évaluation des risques dus à la bactérie pathogène Bacillus cereus dans une purée de courgettes a été confronté à des données de contamination dans des produits incubés, par le biais d'une inférence bayésienne.

L'objectif du travail est de mettre en place des méthodes d'évaluation des risques microbiologiques et des bénéfices nutritionnels lors de la transformation des légumes, en vue d'une analyse risque-bénéfice. Le risque (industriel) considéré est l'altération des conserves de haricots verts due à la bactérie thermophile Geobacillus stearothermophilus, et le bénéfice nutritionnel est la teneur en vitamine C des haricots verts appertisés. Des paramètres de référence ont d'abord été acquis, par une méta-analyse par approche bayésienne pour la partie risque. Les paramètres de résistance thermique D à 121.1°C et pH 7, zT et zpH de G.stearothermophilus ont ainsi été estimés respectivement à 3.3 min, 9.1°C et 4.3 unités pH en moyenne en milieu aqueux. Les modèles risque et bénéfice ont ensuite été analysés par la méthode de simulation de Monte Carlo à deux dimensions, permettant une propagation séparée de la variabilité et de l'incertitude. Les pertes en vitamine C prédites par le modèle entre la matière première et les légumes appertisés sont de 86% en moyenne, et le taux de non-stabilité à 55°C prédit est de 0.5% en moyenne, globalement en accord avec la réalité. Une analyse risque-bénéfice a ensuite visé à optimiser le bénéfice tout en gardant le risque à un niveau acceptable, par exploration de scénarios d'interventions possibles basés sur les résultats d'analyses de sensibilité. Enfin, un modèle d'évaluation des risques dus à la bactérie pathogène Bacillus cereus dans une purée de courgettes a été confronté à des données de contamination dans des produits incubés, par le biais d'une inférence bayésienne. / The aim of this work is to set up microbiological risk and nutritional benefit assessment methods in the transformation of vegetables, in view of a risk-benefit analysis. The considered (industrial) risk is the alteration of green bean cans due to thermophilic bacteria Geobacillus stearothermophilus, and the nutritional benefit is the vitamin C content in appertized green beans. Reference parameters have first been acquired, by a meta-analysis using Bayesian inference for the risk part. Thermal resistance parameters D at 121.1°C and pH 7, zT and zpH of G.stearothermophilus have been respectively estimated at 3.3 min, 9.1°C and 4.3 pH units on average in aqueous media. The risk and benefit models have then been analyzed by a two-dimensional Monte Carlo simulation method, allowing a separated propagation of uncertainty and variability. The vitamin C losses between fresh and appertized green beans predicted by the model are of 86% on average, and the predicted non-stability at 55°C rate is of 0.5% on average, in good accordance with reality. A risk-benefit analysis has then been carried out to optimize benefit while keeping risk at an acceptable level, by exploring possible intervention scenarios based on some sensibility analysis results. Finally, a risk analysis model involving pathogenic bacteria Bacillus cereus in a courgette puree has been confronted to incubated product contamination data, by means of a Bayesian inference.

Véritable carrefour de problématiques économiques, biologiques, sociologiques, culturelles et sanitaires, l’alimentation suscite de nombreuses polémiques. Dans un contexte où les échanges mondiaux facilitent le transport de denrées alimentaires produites dans des conditions environnementales diverses, où la consommation de masse encourage les stratégies visant à réduire les coûts et maximiser le volume de production (OGM, pesticides, etc.) il devient nécessaire de quantifier les risques sanitaires que de tels procédés engendrent. Notre intérêt se place ici sur l’étude de l’exposition chronique, de l’ordre de l’année, à un ensemble de contaminants dont la nocivité à long terme est d’ores et déjà établie. Les dangers et bénéfices de l’alimentation ne se restreignant pas à l’ingestion ou non de substances toxiques, nous ajoutons à nos objectifs l’étude de certains apports nutritionnels. Nos travaux se centrent ainsi autour de trois axes principaux. Dans un premier temps, nous nous intéressons à l'analyse statistique des très fortes expositions chroniques à une ou plusieurs substances chimiques, en nous basant principalement sur des résultats issus de la théorie des valeurs extrêmes. Nous adaptons ensuite des méthodes d'apprentissage statistique de type ensembles de volume minimum pour l'identification de paniers de consommation réalisant un compromis entre risque toxicologique et bénéfice nutritionnel. Enfin, nous étudions les propriétés asymptotiques d'un certain nombre d'estimateurs permettant d'évaluer les caractéristiques de l'exposition, qui prennent en compte le plan de sondage utilisé pour collecter les données. / At a crossroads of economical, sociological, cultural and sanitary issues, dietary analysis is of major importance for public health institutes. When international trade facilitates the transportation of foodstuffs produced in very different environmental conditions, when conspicuous consumption encourages profitable strategies (GMO, pesticides, etc.), it is necessary to quantify the sanitary risks engendered by such economic behaviors. We are interested in the evaluation of chronic types of exposure (at a yearly scale) to food contaminants, the long-term toxicity of which is already well documented. Because dietary risk and benefit is not limited to the abuse or the avoidance of toxic substances, nutritional intakes are also considered. Our work is thus organized along three main lines of research. We first consider the statistical analysis of very high long-term types of exposure to one or more chemical elements present in the food, adopting approaches in keeping with extreme value theory. Then, we adapt classical techniques borrowed from the statistical learning field concerning minimum volume set estimation in order to identify dietary habits that realize a compromise between toxicological risk and nutritional benefit. Finally, we study the asymptotic properties of a number of statistics that can assess the characteristics of the distribution of individual exposure, which take into account the possible survey scheme from which the data originate.