Salmonella embedded biofilms were formed on whole black peppercorns and treated with ethanol vapor under atmospheric pressure conditions and under vacuum assisted pressure conditions. The effect of ethanol vapor, heat and vacuum pressure on the survival of multiple Salmonella enterica serovars within a biofilm contained on low moisture food products (Aw 0.30-0.40) was observed in this study. Samples were exposed to zero, one, five and ten minute ethanol vapor treatments at atmospheric boiling temperature (Atmospheric Pressure Boiling Method, AB), and at reduced temperature and pressure conditions, -20 inHg (Vacuum-Assisted Boiling Method, VB). The AB treatments showed 4.0 log CFU/g reductions on nonselective media that included native microbiota, and 6.0 log CFU/g reductions on Salmonella selective media. The VB treatments showed 2.69 log reductions on Tryptic Soy Agar and 4.55 log reductions on Xylose Lysine Tergitol-4 agar. Ethanol vapor treatments should be further investigated as an alternative to ethylene oxide or ionizing radiation processes to treat dry spices to control Salmonella. / Master of Science in Life Sciences

Titre de l'écran-titre (visionné le 13 juillet 2023) / Ce projet porte sur l'impact de l'hyperglycémie sur la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires et de métalloprotéinases matricielles par les cellules gingivales à la suite d'une stimulation de la réponse inflammatoire par des biofilms sous-gingivaux dysbiotiques. La maladie parodontale est une maladie inflammatoire induite par l'infiltration de bactéries parodontopathogènes et conduit à la destruction irréversible de l'ensemble des tissus de soutien de la dent. Celle-ci induit une inflammation qui joue un rôle important dans le développement d'une dysbiose du microbiome sous-gingival. Il a été suggéré qu'une dysbiose du microbiome sous-gingival augmentait le risque de parodontite chez des patients diabétiques à cause d'une inhibition de leurs réponses immunitaires et métaboliques. Cependant, l'impact de l'hyperglycémie sur la régulation de la réponse inflammatoire gingivale est peu connu et la modulation de cette réponse est peu étudiée. Nous avançons l'hypothèse qu'un environnement hyperglycémique peut affecter les interactions hôte-microbiome et par conséquent influencer la réponse inflammatoire d'un patient atteint de parodontite. Pour cela nous avons étudié la réponse inflammatoire d'un modèle de co-culture de fibroblastes gingivaux et de macrophages stimulés par des échantillons de plaque dentaire provenant d'individus sains ou atteints de parodontite, et ce, en présence de concentrations normales ou élevées de glucose. Le profil de sécrétion de cytokines pro-inflammatoires et métalloprotéinases matricielles a été par la suite analysé. Nous avons observé une augmentation significative des niveaux de sécrétions de plusieurs cytokines reflétant l'impact de l'environnement hyperglycémique sur la modulation de l'inflammation. Les résultats que nous avons obtenus permettront éventuellement de planifier des traitements parodontaux personnalisés et adaptés, ainsi que de développer des stratégies de prévention individualisées pour mieux contrôler le développement et la progression de la maladie parodontale chez les patients diabétiques.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le processus de fabrication du jus de canneberge comprend des étapes de clarification (ultrafiltration; UF) et de concentration (osmose-inverse; OI), deux procédés baromembranaires sensibles au colmatage biologique. Ce phénomène entraîne une perte de productivité, une détérioration de la qualité du jus, une utilisation excessive des produits de nettoyage et un remplacement précoce des membranes. Malgré les recherches approfondies sur le colmatage biologique dans les domaines du traitement des eaux usées et de la transformation laitière, peu de données sont disponibles dans l'industrie des jus de fruits. Aucune information n'a été recueillie sur les membranes d'UF et d'OI utilisées lors de la production de jus de canneberge quant à l'identité des microorganismes adhérents, la structure et la composition des biofilms formés, leur impact sur la qualité des jus produits, et l'efficacité des systèmes de nettoyage mis en place pour garantir leur élimination. Ainsi, pour mieux comprendre le colmatage biologique lors de la filtration des jus de canneberge, des isolements systématiques ont été effectués sur des milieux de culture non sélectifs pour dresser les profils microbiens de prélèvements effectués à la surface de six membranes d'UF et de trois membranes d'OI industrielles. Les résultats ont montré que le taux de contamination et les profils microbiens variaient entre les membranes, avec une prédominance de la levure *Candida krusei*. Pour évaluer l'impact de ces microbiotes sur la composition physico-chimique du jus de canneberge, une inoculation de ce dernier a été réalisée avec les contaminants bactériens et fongiques majoritaires. Ces inoculations ont entraîné une diminution de la concentration totale en proanthocyanidines et en acides organiques, ainsi qu'une modulation de la concentration de 19 composés volatils, impliqués dans les attributs sensoriels du jus. Parmi les composés volatils identifiés, la souche de *C. krusei* LMA-1532 a augmenté de manière significative la concentration d'alcool amylique et isoamylique, lesquels sont utilisés comme biocarburant. Une analyse des gènes impliqués dans leur production a été réalisée pour établir une corrélation entre le phénotype et le génotype. De plus, la recherche de ces gènes a été étendue aux autres souches de *C. krusei*, afin de déterminer si les souches identifiées dans l'environnement de la canneberge pourraient être envisagées comme des candidates pour la production de ces composés. Pour approfondir notre compréhension de l'espèce dominante, une analyse de génomique comparative a également été effectuée, mettant en évidence des similarités entre les souches de *C. krusei* isolées et celles provenant d'autres environnements tels que les plantes, les fruits, et les fèces. Malgré leur isolement dans l'environnement très acide de la canneberge, les souches ont présenté des profils génomiques similaires, suggérant l'existence d'un mécanisme commun de tolérance à l'acidité. Cette étude identifie pour la première fois les microorganismes présents à la surface des membranes de filtration et leur impact sur la qualité des jus. Les conclusions de cette étude permettront une sélection plus précise des traitements de nettoyage pour prévenir le colmatage biologique des membranes lors de la production du jus de canneberge. Par ailleurs, l'analyse des génomes enrichit notre connaissance de l'espèce colmatante principale, *C. krusei*, qui suscite un intérêt croissant en raison de son potentiel biotechnologique. / The manufacturing process of cranberry juice involves steps of clarification (ultrafiltration; UF) and concentration (reverse osmosis; RO), both of which are pressure-driven membrane processes sensitive to biological fouling. This phenomenon leads to decreased productivity, deterioration of juice quality, excessive use of cleaning agents, and premature membrane replacement. Despite extensive research on biological fouling in wastewater treatment and dairy processing, limited data are available in the fruit juice industry. No information has been gathered on UF and RO membranes used in cranberry juice production regarding the identity of adhering microorganisms, the structure and composition of formed biofilms, their impact on juice quality, and the effectiveness of cleaning processes for their removal. To better understand biological fouling during cranberry juice filtration, systematic isolations were conducted on non-selective culture media to profile microbial communities from the surfaces of six UF and three industrial RO membranes. Results showed contamination rates and microbial profiles varied among membranes, with a predominance of the yeast *Candida krusei*. To assess the impact of this microbiota on the physico-chemical composition of cranberry juice, inoculation with predominant bacterial and fungal contaminants was performed. These inoculations led to a decrease in total proanthocyanidin and organic acid concentrations, as well as modulation of the concentration of 19 volatile compounds influencing juice sensory attributes. Among identified volatile compounds, the *C. krusei* strain LMA- 1532 significantly increased the concentration of amyl and isoamyl alcohols, which are used as biofuels. Gene analysis involved in their production was conducted to establish a correlation between phenotype and genotype. Furthermore, gene exploration was expanded to other *C. krusei* strains to determine if those identified in the cranberry environment could be considered candidates to produce these compounds. To deepen our understanding of the dominant species, a comparative genomic analysis revealed similarities between isolated *C. krusei* strains and those isolated from other environments such as plants, fruits, and feces. Despite isolation in the highly acidic cranberry environment, the strains exhibited similar genomic profiles, suggesting the existence of a common acidity tolerance mechanism. This study identifies, for the first time, microorganisms present on filtration membrane surfaces and their impact on juice quality. These findings pave the way for better anticipation of biological fouling through more targeted selection of cleaning treatments. Moreover, the study enhances our understanding of the primary fouling species, *C. krusei*, which is gaining increasing interest due to its biotechnological potential.

Dans les systèmes mettant en jeu des biofilms, le temps de séjour hydraulique (TSH) peut être un élément clé pour le développement du biofilm. Nous avons cherché à caractériser l'influence de ce paramètre sur le développement du biofilm et la compétition entre les bactéries fixées et les bactéries planctoniques. Des Réacteurs Annulaires Rotatifs (RAR) ont été mis en œuvre afin d'estimer expérimentalement la répartition de la biomasse totale entre le liquide et le biofilm. Puis à l'aide d'outils moléculaires (PCR-SSCP) et de traitements statistiques des empreintes moléculaires obtenues, les structures des communautés microbiennes libres et attachées ont été estimées et reliées aux paramètres opératoires. Dans un troisième temps, un modèle microbien simple à une dimension (1D) a été adapté pour intégrer une certaine diversité microbienne (10 espèces). La confrontation entre les données expérimentales et les simulations permet d'expliquer l'évolution de la diversité entre le liquide et le biofilm suivant différentes valeurs du TSH. Les résultats obtenus confirment l'importance du TSH sur la formation du biofilm et l' évolution de la diversité dans le biofilm et la flore planctonique. Si le temps de séjour est élevé (8 heures), alors la croissance dans la phase liquide est importante au détriment de celle du biofilm. Pour des temps de séjour courts (0,3 et 1 heure), la croissance du biofilm est favorisée. La biomasse planctonique est principalement issue du détachement du biofilm. Les sorties du modèle indiquent que la diversité diminue durant la croissance du biofilm. / In biofilm systems, hydraulic retention time (HRT) may have a significant impact on biofilm development. The influence of this parameter on biofilm development and competition between planktonic and attached bacteria has been investigated. Rotating Annular Reactors (RAR) have been used to determine biomass distribution between the bulk phase and the biofilm. Molecular tools (PCR-SSCP) and statistical treatment of molecular fingerprints have been applied to evaluate the impact of operating parameters on the structure of fixed and attached microbial communities. Then, a simple biofilm model (1D) has been adapted to include microbial diversity (10 species). Comparing experimental data and simulation results, it is possible to explain the evolution of diversity at different HRTs. At high HRT, (8 hours) planktonic bacteria are favoured compared to biofilm microorganisms. At low HRT, biofilm growth is favoured by planktonic bacteria wash-out. Simulat ions indicate a decrease of diversity over biofilm growth period.

On considère généralement les biofilms comme des indicateurs biologiques d’alerte, les organismes les composant ayant des temps de génération relativement courts et présentant une grande diversité de preferenda environnementaux et de sensibilité aux altérations anthropiques. Dans ces travaux, les effets de pesticides sur les biofilms de rivière ont été étudiés à différentes échelles de représentativité, allant de mélanges complexes à faible dose en utilisant des extraits d’échantillonneur passif POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) à des molécules testées seules, en passant par des mélanges simples.L’exposition chronique et à faible dose aux extraits de POCIS a révélé des impacts au niveau de la croissance, de la structure (assemblages de diatomées) et du fonctionnement du biofilm en lien avec son exposition passée. De plus les expériences utilisant des molécules testées seules (pesticides et métabolites) et les mélanges simples ont permis de caractériser la toxicité relative des composés présents dans les extraits de POCIS en lien avec leur mode d’action et d’explorer la réponse de descripteurs encore peu utilisés en écotoxicologie comme la construction de Rapid Light Curves (RLCs).Ce travail confirme la pertinence de l’utilisation des extraits d’échantillonneurs passifs comme le POCIS pour mieux appréhender les effets des pesticides en mélanges sur le biofilm de rivière ainsi que l’intérêt des RLCs en tant que descripteur précoces d’exposition aux pesticides. / Biofilms can be regarded as biological warming systems, because they are generally composed of short generation time organisms presenting a large range of environmental preferenda and various sensibilities to anthropogenic disturbance. In the present study, effects of pesticides on river biofilms have been studied at different levels of representativeness, from complex mixtures at low dose represented by POCIS passive sampler extracts (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) to molecules tested alone via simple mixtures.Chronic exposure to low dose of POCIS extracts revealed impacts on growth related, structural (diatom assemblages) and functional parameters related to biofilm exposure history. Moreover experiment using single molecules and simple mixtures allowed to characterised the relative toxicity of compounds present in the POCIS extracts in link with their specific mode of action and explore the response of descriptor not very used in ecotoxicology field like the construction of Rapid Light Curves (RLCs).This work confirms the relevance of the use of passive sampler extracts as POCIS in order to better understand the effects of pesticides in mixture on river biofilms as well as the interest of RLCs as early exposure descriptors of pesticides exposure.

La recherche visait à développer une technologie de biofilm à base de biofilms de microalgues pour le traitement des effluents riches en phosphore en vue de la production de produits de valeur secondaires, tels que la récupération du phosphore.Des recherches fondamentales ont été menées pour sélectionner des souches de microalgues efficaces en termes de traitement efficace des eaux usées et de production de biomasse algale, afin de mettre au point un procédé avec une faible addition d'électricité et de réactifs chimiques. Au total, 21 souches de microalgues ont été sélectionnées et sept souches ont été sélectionnées en fonction de leur taux de croissance. Le taux de croissance et l'efficacité d'élimination des éléments nutritifs de six souches ont été évalués dans différentes conditions de traitement des eaux usées synthétiques. Chlorella vulgaris ACUF_809 a montré une efficacité d'élimination du phosphate supérieure à celle des souches sélectionnées. Chlorella sp. ACUF_802 a également été caractérisé par l'effet des conditions limitant l'azote et le phosphore dans le milieu de croissance. Des expériences en laboratoire ont été effectuées pour évaluer les performances de formation de biofilm sur des tissus. L’activité photosynthétique, le pourcentage de colonisation et la croissance de la biomasse ont été étudiés pour deux Chlorella spp. Les différences dans les performances de formation de biofilm étaient observées entre les souches. Il a été constaté que l’analyse combinée de méthodes optiques non destructives est une méthode efficace pour surveiller les premières étapes du développement d’un biofilm. L'épaisseur moyenne du biofilm (106,37 ± 47 µm) a été mesurée. En outre, la distribution et la localisation des phosphates au cours du développement des biofilms C: pyrenoidosa ACUF_808 et C. vulgaris ACUF_809 ont été examinées au fil du temps, tout en préservant le contexte spatial. En utilisant des mesures physiologiques combinées, des techniques microscopiques, spectroscopiques et spectrométriques de masse ont été déterminées pour déterminer la croissance cellulaire, l'adhésion cellulaire, la performance physiologique, l'élimination des nutriments (phosphate et nitrate) et l'accumulation de phosphate visualisée au niveau des cellules dans les biofilms.La production de biomasse et l'efficacité d'élimination des nutriments par les microalgues Scenedesmus vacuolatus et C. vulgaris ACUF_809 à partir d'eaux usées synthétiques dans un nouveau photobioréacteur (PBR) de biofilm en laboratoire ont été étudiées. Le développement de biofilms sur du tissu de coton a été suivi dans le PBR dans des conditions semi-discontinues pendant 41 jours. S. vacuolatus ACUF_053 a obtenu l’élimination complète des éléments nutritifs et cinq étapes de développement du biofilm ont été identifiées: 1) fixation, 2) formation de biofilm, 3) maturation I, 4) sélection / adaptation et 5) maturation II. En revanche, le développement du biofilm de C. vulgaris ACUF_809 a montré une croissance de la biomasse plus régulière et une efficacité d'élimination constante. Cette recherche offre de nouvelles informations fondamentales dans le domaine de la formation de biofilms de microalgues pouvant être utilisées dans un plus large éventail d'applications scientifiques, notamment la possibilité d'un traitement couplé des eaux usées avec une récupération potentielle du phosphate / The aim of this Ph.D. research was to develop a bench scale microalgae biofilm technology for phosphorus rich effluents treatment toward the production of secondary valuable products, i.e. phosphorus recovery.Fundamental research was conducted to select efficient microalgae strains in terms of successful wastewater treatment and algal biomass production, in order to develop a process with low addition of electricity and chemical reagents. A total of 21 microalgae strains were screened and seven strains were selected according to their growth rate. The growth rate and nutrient removal efficiency of six strains were evaluated under different synthetic wastewater conditions, Chlorella vulgaris ACUF_809 showed superior efficiency of phosphate removal compared with the strains screened. Chlorella sp. ACUF_802 was characterized additionally by the effect of nitrogen and phosphorus limitating conditions in the growth medium. Laboratory scale experiments were done to evaluate the biofilm formation performance on textile fabrics. Photosynthetic activity, colonization percentage and biomass growth were investigated for two isolated Chlorella spp. Diffferences in biofilm formation performance were obswerved between the strains. It was found that combined analysis of non-destructive optical methods is an effective methodology for monitoring the early stages of biofilm development. Biofilm average thickness (106.37 ± 47 µm) was measured. Furthermore, as a promising valuable recovery product, phosphate distribution and localization during C: pyrenoidosa ACUF_808 and C. vulgaris ACUF_809 biofilms development were examined over time and keeping the spatial context unaltered. Using physiology measurements combined to advance microscopic, spectroscopic and mass spectrometric techniques were determined cellular growth, cell adhesion, physiological performance and nutrient (phosphate and nitrate) removal and visualized phosphate accumulation at single-cell level within the biofilms.Biomass production and nutrient removal efficiency by the microalgae Scenedesmus vacuolatus and C. vulgaris ACUF_809 from synthetic wastewater in a new laboratory configuration biofilm photobioreactor (PBR) was studied. Biofilm development on cotton fabric was followed in the PBR under semi-batch conditions during 41 days. Complete nutrient removal was obtained by S. vacuolatus ACUF_053 and five stages in the development of the biofilm were identified: 1) attachment, 2) biofilm formation, 3) maturation I, 4) selection/adaptation and 5) maturation II. In contrast, C. vulgaris ACUF_809 biofilm development showed a more regular biomass growth and constant removal efficiency. This research offers novel fundamental information in the field of microalgae biofilms formation with a scope for a wider range of scientific applications, including the possibility of coupled wastewater treatment with potential recovery of phosphate

L’anthropisation médicamenteuse des eaux usées favorise l’émergence et la diffusion dans l’environnement de microorganismes résistants aux antibiotiques. Les effluents hospitaliers pourraient être doublement impliqués en véhiculant antibiotiques et bactéries multirésistantes. L’objectif de ce travail est de caractériser les effluents hospitaliers d’un Centre Hospitalo-Universitaire en évaluant simultanément les concentrations d’antibiotiques (fluoroquinolones et imipénème) et la diversité des bactéries résistantes à ces antibiotiques au sein de biofilms constitués in situ. Les concentrations en antibiotiques mesurées par chromatographie en phase liquide - spectrométrie de masse après collecte via un échantillonnage passif pendant 15 jours sont égales à 2,08±0,88μg/L (ciprofloxacine), 101,06±18.47 μg/L (ofloxacine), 6,43±0.56 μg/L (norfloxacine) et indétectable pour l’imipénème. Comparées aux données de consommation à l’hôpital pendant cette même période, les concentrations estimées sont 5,84±1,78μg/L (ciprofloxacine), 11.22±1.09μg/L (ofloxacine), 7.68±3,7μg/L (norfloxacine) et 3,61±0,24ug/L (imipénème). La mesure du risque potentiel écotoxicologique s’est avérée positive pour la ciprofloxacine et la norfloxacine (hazard quotient >1). En parallèle, des bactéries résistantes aux fluoroquinolones (n=115) ou aux carbapénèmes (n=38) ont été isolées de biofilms formés dans les effluents hospitaliers. 60 % des isolats, constitués majoritairement de bacilles à Gram négatif, notamment Aeromonas spp et Klebsiella spp, sont résistants à plusieurs familles d’antibiotiques dont certains sont exclusivement utilisés à l’hôpital. La majorité des souches hébergent des éléments génétiques mobiles dont des plasmides conjugatifs porteurs de la résistance à l’imipénème ou aux fluoroquinolones. La présence combinée de bactéries résistantes aux antibiotiques hébergeant des éléments génétiques mobiles en lien avec ces résistances et de faibles concentrations en antibiotiques permet de qualifier l’interface hôpital-environnement comme un lieu propice au transfert des résistances. / The presence of pharmaceutical compounds in waste water favors the emergence and the spreading of antibiotic resistant microorganisms. The hospital effluents could be involved gathering antibiotics and multiresistant bacteria. The aim of this work is to characterize the hospital effluents of a teaching hospital measuring simultaneously the concentrations of antibiotics (fluoroquinolones and imipenem) and the diversity of the bacteria resistant to these antibiotics within hospital effluent biofilms.The antibiotics concentrations were measured by liquid-phase chromatography - mass spectrometry via a passive sampling during 15 days. The measured environmental concentrations were 2.08 ± 0.88μg/L (ciprofloxacin), 101.06 ± 18.47 μg/L (ofloxacine), 6.43 ± 0.56 μg/L (norfloxacine). Imipenem was not detected. Compared with the data of hospital consumption during the same period, the predicted estimated concentrations are 5.84±1.78µg/L(ciprofloxacin), 11.22 ± 1.09µg/L (ofloxacin), 7.68 ± 3.7µg/L, 7.68 ± 3.7μg/L (norfloxacin) and 3.61 ± 0.24ug/L (imipenem). The ecotoxicological risk was confirmed for the ciprofloxacin and the ofloxacin (hazard quotient > 1).In parallel, fluoroquinolones (n=115) and carbapenem (n=38) resistant bacteria were isolated from hospital effluent biofilm. Sixty % of isolates, mainly composed by Gram negative bacilli in particular Aeromona spp and Klebsiella spp, are resistant to several antibiotics among which some are exclusively used at the hospital. The majority of these strains have mobile genetic elements such as conjugative plasmids harboring imipenem or fluoroquinolones resistances.The presences of both antibiotics resistant bacteria harboring mobile genetic elements in connection with these resistances and low antibiotics concentrations make the hospital effluent a convenient place for the transfer of resistance between the hospital and the environment.

Les biofilms ont longtemps été décrits comme des organisations évolutives de microorganismes, attachés à une surface et englués dans une matrice contenant, entre autre, des polysaccharides. En partant de ce constat BioFilm Control a souhaité cribler des microorganismes pour la production d’exopolysaccharides, en utilisant le BioFilm Ring Test® (BRT). Le principe repose sur la coincubation de microorganismes avec des particules magnétiques en microplaque. Les particules sont plus ou moins attirées par un aimant en fonction du stade d’organisation du biofilm. En se formant, il piège, dans sa matrice visqueuse, les particules qui perdent leur mobilité. Celle-ci est révélée par une aimantation qui provoque l’apparition d’un spot (pas de biofilm) ou non (biofilm). Une analyse d’images quantifie ce processus et permet de le standardiser. La démarche a consisté dans un premier temps à vérifier le comportement de microorganismes modèles producteurs de polysaccharides (bactéries et microalgues) avec le BRT. L’étude a été étendue au criblage d’une banque de lactobacilles. Les résultats inattendus ont orienté l’étude vers l’analyse du rôle exact des polysaccharides et plus généralement de l’implication des macromolécules dans la structuration du biofilm. Pour cela, la dégradation séquentielle de chaque famille macromoléculaire a été réalisée via des enzymes dépolymérisantes sur les biofilms de Leuconostoc mesenteroides et Bacillus sp. Au regard des résultats obtenus, l’utilisation du BRT a été étendue à la caractérisation qualitative et quantitative d’enzymes de dégradation de polysaccharides. / Biofilms were described for a long time as evolutionary structures elaborated by microorganisms, fixed on a surface and maintained in a polysaccharidic matrix. From this assessment, BioFilm Control chose to screen microorganisms for their capacity to produce exopolysaccharides (EPS), using theBioFilm Ring Test® (BRT). The principle is the co-incubation of magnetic particles with microbial culture on microplates. The mobility of particles depends on the stage of biofilm formation. During this formation, particles are trapped in the matrix and loose their mobility. Revelation is induced by magnet which causes a spot in the absence of biofilm. The pictures analysis quantifies this phenomenon and standardizes different results. This approach was realised, at first step, by the test of EPS-producing bacteria or microalgae with the BRT. The study was extended to the screening of a lactobacilli collection. Unexpected results guided the research toward the understanding of the role of macromolecules in biofilm structuring. To study their implication, sequential enzymatic degradation has been achieved for each macromolecular family of Leuconostoc mesenteroïdes and Bacillus sp. biofilms. Using the results, BRT was then appreciated as a suitable method to detect and quantify polysaccharide degrading enzymes.

: Les grains de kéfir sont des ferments lactiques constitués d'une microflore complexe et diversifiée. Celle d'un grain de kéfir (KJ) a été caractérisée par une approche méthodologique classique d'isolements microbiens sur des milieux de culture sélectifs et, pour les bactéries lactiques, par une approche indépendante d'isolements bactériens par culture. Cette dernière consistait en l'analyse de la séquence des régions V1 et V2 de l'ADNr 16S, amplifiées à partir de l'ADN extrait du grain. La sensibilité de la méthode a été augmentée à cette occasion en dissociant les amplifications géniques des populations lactiques minoritaires et majoritaires du grain. La flore identifiée dans le grain KJ comprenait Acetobacter sp., Kazachstania exigua, Lactobacillus kefiranofaciens subsp. kefirgranum, Lb. kefiri, Lb. parakefiri, Lactococcus lactis subsp. lactis et Leuconostoc mesenteroides, et était dépourvue de microcoques, de pédiocoques, de Weissella viridescens, de bactéries indicatrices de défauts d'hygiène, de Salmonella sp. et de Listeria monocytogenes. Dans le but de vérifier le caractère complet des espèces mises à jour, une reconstitution du grain à partir des micro-organismes qui en ont été isolés a été envisagée. Des conditions expérimentales favorables à la formation de grains dans un substrat lacté ont été recherchées à partir d'extraits du grain KJ renfermant un consortium microbien a priori complet. Ces essais de reconstitution n'ont pas conduit à la formation de grains de kéfir mais l'un d'eux a conduit à la formation de biofilms. Cet évènement a été reproduit dans du lait de façon répétable avec des consortiums reconstitués à partir des micro-organismes individuels isolés du grain KJ.

En milieu aquatique, 90% des microorganismes se présentent sous forme de biofilm plutôt que dans un état planctonique. Les biofilms peuvent se former sur la plupart des surfaces humides, en particulier, les milieux poreux en raison de leur grande surface spécifique. La formation du biofilm dans les milieux poreux représente un domaine précieux pour la recherche scientifique en raison de sa pertinence pour de nombreux processus industriels, telles que le traitement des eaux, la bio-médiation des sols, la récupération du pétrole et le stockage du CO2. Cependant, le développement du biofilm n’est pas simplement une agrégation passive de cellules, il implique des interactions biologiques, physiques et chimiques avec le microenvironnement. Les études macroscopiques ont démontré que les conditions hydrodynamiques dans les milieux poreux jouent un rôle décisif sur la dynamique d'accumulation des biofilms, ce qui influence à son tour les propriétés hydrodynamiques comme la porosité, la perméabilité et la chute de pression. Dans cette thèse nous avons mis au point une méthodologie et un dispositif expérimental permettant la caractérisation de la structure d’un biofilm.A partir de cette procédure, une étude expérimentale sur l’influence de l’écoulement sur la formation et la structure des biofilms a été effectuée sur une souche bactérienne Pseudomonas putida. Les biofilms sont développés dans des micros cellules d’écoulement de type Hèle-Shaw (en PDMS ou PMMA) et alimentés en continue avec un milieu nutritif. La caractérisation de la colonisation avant croissance du biofilm a été également réalisée afin de pouvoir caractériser la variabilité statistique et la reproductibilité des expériences. La formation du biofilm sur un support solide dans un écoulement cisaillé a été évaluée après 24h, 48h et 72h de développement pour deux conditions hydrodynamiques, Re=0.04 (0.0021 Pa) et Re=2 (0.094 Pa). Les observations ont été effectuées sous microscope confocal à l’aide de marqueurs fluorescents. Des images 2D sont prises en différentes positions puis sont utilisées pour effectuer une reconstruction 3D du biofilm avec l’évaluation la distribution spatiale sur une zone de 12*12mm². Nous avons ensuite mis en évidence que les biofilms formés sont peu sensibles aux conditions de colonisation initiales. Nous avons également observé une stratification du biofilm selon la hauteur. La couche interne présente une faible épaisseur (5~10 µm) mais avec une structure dense, tant dis que la couche externe présente plutôt une structure filamenteuse. Le rapport des fractions volumiques entre ces deux couches peut varier de 3 jusqu’à 12, selon le temps de formation. Cet écart est autant plus important pour le cas de faible cisaillement que celui de fort cisaillement. Ceci montre que la partie supérieure du biofilm semble être contrôlée par les conditions hydrodynamiques. En analysant la distribution spatiale du biofilm, nous avons constaté une forte hétérogénéité après 48h de développement présente dans la structure, ainsi qu’une diminution de la fraction volumique de la biomasse après 72h, pour les deux conditions hydrodynamiques imposées. Ceci évoque de probables détachements ou des érosions du biofilm. A propos de la cinétique de croissance, on constate un taux de croissance apparent différents pour chaque temps d’observation. Ces valeurs sont largement inférieures aux taux de croissance observé en culture libre. Ce résultat indique également un possible effet de l’hydrodynamique sur la croissance du biofilm. Cette étude nous permet, à partir des mesures à l’échelle microscopique, d’obtenir des informations sur la structure et le taux de croissance apparent du biofilm, ainsi que l’effet de l’hydrodynamique sur ses propriétés à l’échelle de quelques pores. Ce changement d’échelle, permettra à terme de développer des outils pour simuler et/ou modéliser l’évolution de la morphologie et la distribution spatiale d’un biofilm dans un milieu poreux. / In the aquatic environment, 90% of microorganisms are present as a biofilm rather than free-swimming cells. Biofilms may develop on most of humid surfaces, in particular, in porous media for their high specific surface area. Biofilm formation in porous media is very interesting subject for many scientific researchers, because of its relevance to many industrial processes such as water treatment, soil bio- mediation, oil recovery and CO2 storage. However, the development of the biofilm is not just a passive aggregation of bacteria cells. It involves biological, physical and chemical interactions with the bacteria’s micro-environment. Several studies in macroscopic scale have shown that hydrodynamic conditions in porous media play an essential role on the dynamics of biofilm growth, which in turn affects hydrodynamic properties of porous media such as porosity, permeability and pressure drop. In this thesis we have developed an experimental device and an appropriate methodology for the characterization of biofilm’s structure. An experimental study on the influence of fluid flow on the formation and structure of biofilms was performed using a bacterial strain Pseudomonas putida. Biofilms were grown in micro Hele-Shaw flow cell (in PDMS or PMMA) under laminar flows (Re=0.04~2) and fed continuously with a nutrient medium. Characterization of initial colonization was also carried out in order to examine the statistical variability and reproducibility of experiments. Biofilm formation on a solid support under a sheared flow (Re=0.04 (0.0021 Pa) and Re = 2 (0.094 Pa)) was evaluated after 24, 48 and 72h of development. Observations were made under a confocal laser scanning microscopes using fluorescent tag. 2D images were taken at different positions in the flow cell and used to perform a 3D reconstruction of biofilm’s structure and an evaluation of its spatial distribution for an observation area of 12 *12mm². The results show that biofilms formation is not sensitive to initial colonization. A stratification of biofilm was also observed. The inner layer has a thin thickness (5~10 µm), but with a dense structure, while the outer layer show rather a filamentous structure. The ratio of volume fractions between these two layers varies from 3 to 12, depending on the formation time. This difference is more important in the case of low shear stress than that of high shear stress, which means that the upper part of the biofilm seems to be controlled by the hydrodynamic conditions. By analyzing the spatial distribution of the biomass, we found that after 48h, the biofilm present a significant heterogeneity and the volume fraction of biomass decreases after 72h for both two hydrodynamic conditions, which suggests probable detachments or erosions of biofilm. Concerning the growth kinetics, different apparent growth rates were observed for each observation time. These values are significantly below the growth rates observed in free culture medium. This result also indicates a possible effect of hydrodynamics on the growth of biofilm. This experimental study of biofilm formation in micro-scale allowed us to obtain the information on the biofilm structural and its apparent growth rate, as well as the hydrodynamic effect on its properties across several pores of the porous media. This scaling up makes it’s possible to develop eventually mathematical models to simulate the evolution biofilm’s morphology and its spatial distribution in the porous medium.