Les amibes libres sont des protozoaires retrouvés dans de nombreux environnements où ils ingèrent par phagocytose des bactéries, des champignons, des virus ou d'autres protozoaires. Le modèle d'étude principal de cette thèse, divisée en deux grandes parties, a été Acanthamoeba castellanii. La première partie de la thèse a concerné l'étude de la préférence trophique des amibes, en présence de différents micro-organismes. Parmi ceux-ci, deux bactéries, Klebsiella pneumoniae et Staphylococcus aureus, se sont montrées les plus attractives pour les protozoaires étudiés. Des extraits bactériens ont été fractionnés et leur étude a permis de mettre en évidence la nature protéique des composés chimioattractifs impliqués dans ce dialogue intergenre. Certaines données de la littérature ont rapporté les similitudes entre A. castellanii et d'autres cellules phagocytaires que sont les macrophages. La seconde partie de la thèse a permis de comparer les activités de phagocytose d'A. castellanii et de la lignée macrophagique Thp-1 vis-à-vis de quatre micro-organismes : le champignon filamenteux Aspergillus fumigatus, les bactéries Klebsiella pneumoniae et Staphylococcus aureus, et un Adénovirus sérotype B3. L'influence des deux types de cellules phagocytaires sur la croissance des micro-organismes a également été étudiée. Ces travaux ont permis de mettre en évidence des différences de comportements des amibes libres par rapport aux macrophages vis-à-vis de micro-organismes pathogènes, montrant qu'il n'est pas toujours possible d'extrapoler les résultats d'études amibes libres/micro-organismes aux relations macrophages/micro-organismes. / Free living amoebae (FLA) are protoza found in various environments where they can feed by phagocytosis on bacteria, fungi, viruses or other protozoa. Acanthamoebae castellanii was used as the main model in this thesis, divided in two parts. The first part of the thesis relied on the trophic preference of amoebae, in presence of different microorganisms. Amongst them, two bacteria, Klebsiella pneumoniae and Staphylococcus aureus, appeared as the most attractive for the studied protozoa. Bacterial extracts have been fractionned and their study has shown the protein nature of the chemoattractants involved in this interspecies crosstalk.Literature data have reported similarities between A. castellanii and other phagocytic cells such as macrophages. The second part of the thesis allowed us to compare phagocytic activities of A. castellanii and Thp-1 macrophagic cells towards four microorganisms: the filamentous fungus Aspergillus fumigatus, the bacteria Klebsiella pneumoniae and Staphylococcus aureus and an Adenovirus B3 serotype. The influence of the two phagocytic cells on the microorganisms' growth has also been investigated. This has evidenced the behavior differences between FLA and macrophages towards pathogenic microorganisms, showing that results obtained by studying amoebae and microorganisms relationships could not be extrapolated in all cases to the relationships between macrophages and microorganisms.

Les coûts de remise en forme que les macro et micro parasites imposent aux hôtes peuvent s'expliquer par trois facteurs principaux : (1) Les hôtes utilisent des réponses immunitaires contre les parasites pour prévenir ou contrôler l'infection. Les réponses immunitaires nécessitent de l'énergie et des nutriments pour produire et / ou activer les cellules immunitaires et les immunoglobulines, ce qui est coûteux, provoquant des compromis avec d'autres processus physiologiques comme la croissance ou la reproduction. (2) Le taux métabolique de l'hôte peut être augmenté parce que les dommages aux tissus et la réparation ultérieure de l'infection causée par le parasite peuvent être coûteux. (3) Le taux métabolique des hôtes peut augmenter et donc augmenter également leurs besoins en ressources. La compétition entre macro-parasites et hôtes peut priver les ressources de l'hôte. Les coûts de remise en forme que les macro et micro parasites imposent aux hôtes peuvent s'expliquer par trois facteurs principaux : (1) Les hôtes utilisent des réponses immunitaires contre les parasites pour prévenir ou contrôler l'infection. Les réponses immunitaires nécessitent de l'énergie et des nutriments pour produire et / ou activer les cellules immunitaires et les immunoglobulines, ce qui est coûteux, provoquant des compromis avec d'autres processus physiologiques comme la croissance ou la reproduction. (2) Le taux métabolique de l'hôte peut être augmenté parce que les dommages aux tissus et la réparation ultérieure de l'infection causée par le parasite peuvent être coûteux. (3) Le taux métabolique des hôtes peut augmenter et donc augmenter également leurs besoins en ressources. La compétition entre macro-parasites et hôtes peut priver les ressources de l'hôte. / The fitness costs that macro- and micro-parasites impose on hosts can be explained by three main factors: (1) Hosts use immune responses against parasites to prevent or control infection. Immune responses require energy and nutrients to produce and/or activate immune cells and immunoglobulins, and that is costly, causing trade-offs against other physiological processes like growth or reproduction. (2) The host’s metabolic rate can be increased because tissue damage and subsequent repair from the infection caused by parasite may be costly. (3) The metabolic rate of hosts may increase and hence also increase their resource requirements. Competition between macroparasites and hosts may deprive resources of host. Birds are hosts for many symbionts, some of them parasitic, that could decrease the fitness of their hosts. There is a huge diversity in potential parasites carried in a bird’s plumage and some can cause infection. Nest lining feathers are chosen and transported by adult birds including barn swallows Hirundo rustica to their nests, implying that any heterogeneity in abundance and diversity of microorganisms on feathers in nests must arise from feather preferences. we found that the effects of microorganisms on the behavior of birds may be a combination of positive and negative effects. There may be positive effects of antimicrobial activity on birds through the process of bacterial interference, consisting of certain bacteria impeding the establishment of competing bacterial strains by producing antibiotic substances. Meanwhile, the negative effects may imply that pathogenic or/and feather-degrading microorganisms may reduce fitness components of their hosts. These effects of microorganisms and hence the microbiome can be affected by the behavior of bird hosts.

Les objectifs de cette étude consistent à dresser un portrait de la présence de coliformes totaux et fécaux dans une source d'eau potable et à développer des modèles décrivant la variabilité temporelle de ces indicateurs. Le cas à l'étude est la principale source d'eau potable de la Ville de Québec, à savoir la rivière Saint-Charles. Le portrait temporel comprend une description de la présence saisonnière, journalière et intra-journalière des coliformes totaux et fécaux dans la source d'eau. Ce portrait est basé sur des données historiques acquises par la Ville et des données issues d'une campagne d'échantillonnage intensive réalisée dans le cadre de ce projet. La présence des coliformes totaux et fécaux dans l'eau a été analysée en fonction de divers paramètres environnementaux et de la qualité de l'eau. Des modèles multivariés basés sur des séries temporelles ont été développés afin d'expliquer et de prédire la présence des coliformes totaux et fécaux dans l'eau. Les modèles obtenus décrivent de manière très satisfaisante la variabilité temporelle des coliformes dans la source d'eau à l'étude. Selon les résultats de cette étude, les paramètres expliquant la présence des coliformes dans l'eau diffèrent selon la saison de l'année. L'analyse des modèles démontre que la pluviométrie, la hauteur d'eau au barrage, les heures d'ensoleillement, la turbidité, l'alcalinité et la température extérieure sont les meilleurs prédicteurs des variations temporelles des coliformes dans la source d'eau potable.

Les agents phytopathogènes telluriques constituent un problème majeur touchant les productions serricoles de concombre (Cucumis sativus L.) et de tomate (Solanum lycopersicum L.). Les traitements biologiques efficaces sont limités pour lutter contre ces agents pathogènes. Cette étude avait pour objectifs d’évaluer (1) l’effet antagoniste in vitro de Bacillus pumilus Meyer et Gottheil souche PTB180 et Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn souche PTB185 envers Rhizoctonia solani J.G. Kühn, Pythium ultimum Trow, Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary, Phytophthora capsici Leonian, Fusarium oxysporum Schltdl. et F. oxysporum f.sp. radicis-lycopersici Jarvis & Shoemaker, (2) l’effet répresseur d’une application préventive des bactéries sur la pourriture du collet et la fonte des semis causées par R. solani, sur concombre ou tomate en serre et (3) l’effet des bactéries sur la croissance et la productivité des plants de tomate cultivés en serre. Lors des essais in vitro, PTB180 et PTB185, utilisés seuls et en mélange (1:1), ont fortement inhibé la croissance mycélienne des six agents phytopathogènes. Sur plantules de concombre et de tomate, le mélange (1:1) des deux souches a permis une réduction significative (p<0,05) de la sévérité des symptômes de la pourriture du collet. PTB185 et le mélange (1:1) des deux souches ont augmenté significativement la hauteur et la masse sèche des plants infectés par R. solani. Les essais sur graines de tomate montrent que PTB180 a augmenté significativement le taux de levée des graines et que PTB185 a réduit significativement la mortalité post-levée tout en favorisant la croissance des plantules. Les tests réalisés sur plants de tomate sains n’ont pas montré d’effet significatif de PTB180 et PTB185 sur la croissance et la productivité des plants. Les bactéries à l’étude pourraient éventuellement représenter une alternative aux fongicides de synthèse pour lutter contre les agents phytopathogènes.

Les apports importants d'eau douce en provenance d'un grand bassin versant constituent l'une des caractéristiques principales de la baie d'Hudson, une mer subarctique située au Canada. Dans la baie d'Hudson, le couplage entre l'eau salée et l'eau douce exerce une grande influence sur l'ensemble des paramètres physiques, biogéochimiques et biologiques. Au cours des dernières décennies, la baie d'Hudson a subi d'importantes modifications associées aux changements climatiques mais aussi à l'installation de grandes infrastructures hydroélectriques qui régulent les apports d'eau douce par les rivières. Alors que ces changements sont susceptibles d'avoir un impact sur les écosystèmes dans la baie, peu d'attention a été portée sur la composition et la distribution des communautés planctoniques qui sont pourtant un maillon essentiel des réseaux trophiques marins. Au sein du projet BaySys qui vise à fournir une base scientifique afin de séparer les impacts liés aux changements climatiques de ceux de la régulation des cours d'eau dans la baie d'Hudson, cette thèse de doctorat a pour objectif d'établir un état des lieux de la diversité et de la distribution spatiale des communautés microbiennes présentes dans la baie d'Hudson. Pour répondre à cet objectif, nous avons utilisé une approche de séquençage haut débit des gènes de l'ARNr et de l'ARNr 18S et 16S afin de déterminer l'influence des paramètres environnementaux mesurés sur le terrain sur les communautés de protistes et de procaryotes. Les résultats ont montré que le débit des rivières modifie la composition des communautés de protistes au niveau des estuaires dans la rivière Nelson, Churchill et Grande Rivière de la Baleine. Dans la rivière Nelson, la forte circulation estuarienne permet la remontée d'eau riches en nutriments qui favorise la présence de diatomées du genre Rhizosolenia. Cependant, à l'échelle de la baie, les apports d'eau douce au printemps et a l'été au niveau des cotes entraine une forte stratification qui limite la croissance du phytoplancton et favorise les taxa hétérotrophes, notamment les Dinoflagellés. Dans ces eaux de surface fortement stratifiées, nous avons pu mettre en évidence la présence de 7 espèces phytoplanctoniques potentiellement toxiques. Le changement de régime de la glace de mer au printemps entraine une succession d'organismes eucaryotes et procaryotes associés à la dégradation des efflorescences de phytoplancton. Ces changements de communautés en surface modifient l'origine des apports de matière organique dans les écosystèmes profonds de la baie. En générant un nouvel état des lieux de la composition des communautés de protistes et de procaryotes à différentes échelles spatiales, les résultats de cette étude permettent de mieux comprendre l'influence des apports d'eau douce sur les communautés microbiennes dans la baie d'Hudson. Cette thèse constitue ainsi un nouvel outil pour mieux appréhender l'influence des perturbations d'origine anthropique sur les réseaux microbiens marins dans la baie d'Hudson. / The Hudson Bay is a sub-Arctic sea in Canada that receives massive freshwater inflows from a large watershed. In Hudson Bay, the freshwater-marine coupling has a strong influence on physical, biogeochemical and biological processes. In recent decades, Hudson Bay has undergone significant changes associated with climate change and the installation of large hydroelectric infrastructures that regulate freshwater inflows from rivers. While these changes are likely to have an impact on ecosystems in the bay, little attention has been paid to the composition and distribution of planktonic communities, which are an essential link in marine food webs. As part of the BaySys project, which aims to provide a scientific basis to separate climate change effects from those of regulation of freshwater on physical, biological and biogeochemical conditions in Hudson Bay, this PhD thesis aims to establish a baseline of the diversity and spatial distribution of microbial communities in Hudson Bay. To address this objective, we used a high-throughput sequencing approach for 18S rRNA and 16S rRNA genes to determine the potential influence of environmental parameters measured in the field on protist and prokaryote communities. The results showed that river flow altered the composition of protist communities in the estuaries of the Nelson, Churchill and Great Whale rivers. In the Nelson River estuary, strong estuarine circulation allows the upwelling of nutrient-rich water which favours the presence of diatoms of the genus Rhizosolenia. At the bay scale in spring and summer, the freshwater inflow leads to a strong stratification which limits the growth of phytoplankton species and favours heterotrophic taxa, particularly dinoflagellates. In these highly stratified surface waters, we were able to identify the presence of 7 potentially toxic phytoplankton species. The changing of the sea ice regime in spring resulted in a succession of eukaryotic and prokaryotic organisms associated with the degradation of phytoplankton blooms. These changes modified the diatom sinking particles reaching the bottom of the Hudson Bay. By generating a new picture of the composition of protists and prokaryotes at different spatial scales, the results of this study provide a better understanding of the influence of freshwater inputs on microbial communities in Hudson Bay. This study thus constitutes a new tool to better understand the influence of anthropogenic disturbances on marine microbial networks in Hudson Bay.

Une exploration métabolique détaillée a été entreprise chez trois insectes sains ou subissant divers types de maladies soit des infections par Bacillus thuringiensis 3a3b, par polyédrie nucléaire (Baculovirus) ou par microsporidies (Protozoaires). Les Invertébrés expérimentés étaient trois insectes forestiers dévastateurs soit la tordeuse des bourgeons de l’épinette, Choristoneura fumiferana C. (Lepidoptera : Tortricidae), la Livrée des forêts, Malacosoma disstria H. (Lepidoptera : Lasiocampidae) et le Diprion de swaine, Neodiprion swainei M. (Hymenoptera : Diprionidae). Cette étude avait pour but de déterminer les possibilités qu'offre la Biochimie clinique, d'une part pour comprendre les perturbations métaboliques que les micro-organismes examinés causent chez leurs hôtes et donc le mode d'action de ces entomopathogènes chez les insectes susceptibles, d'autre part pour définir les limites dans lesquelles se situent les constantes biologiques chez les trois insectes sains ou subissant les pathologies expérimentées. De plus, pour comparaison cette étude a été aussi réalisée chez ces insectes en inanition totale. Cette exploration biochimique a donc été accomplie sur l'hémolymphe et sur l'organisme entier des larves des insectes en question et ce, à l'aide des micro-méthodes couramment employées en chimie clinique. Ces, analyses ont porté principalement sur la composition ionique de l'hémolymphe, sur la teneur en réserves énergétiques (protéinestotales, lipides) et en différents métabolites (glucose, glycérol, azot euréique) ainsi que sur les activités de divers enzymes dans l'hémolymphe. Il a été ainsi constaté que chaque type de stress ou infection provoque des altérations métaboliques spécifiques chez l'hôte… / Montréal Trigonix inc. 2018

Les écosystèmes côtiers sont des milieux complexes au sein desquels les communautés microbiennes, jouant un rôle majeur dans leur fonctionnement et leur maintien, s’adaptent et sont tolérantes à des conditions environnementales fluctuantes. En effet, au rythme des marées et de l'activité de la macrofaune, des oscillations oxie/anoxie influencent la composition et la dynamique des communautés microbiennes et par conséquent leur implication métabolique. Afin d’appréhender le devenir du pétrole dans ces écosystèmes, il est donc indispensable d’apporter des connaissances sur l’écologie des microorganismes intervenant dans son élimination, notamment dans des conditions oscillantes anoxie/oxie. Ainsi, ce travail de thèse a eu pour objectif de décrypter l’assemblage de communautés microbiennes hydrocarbonoclastesde sédiments intertidaux soumises à des oscillations anoxie/oxie en présence de pétrole lors d’une expérience en bioréacteurs. Les réponses écologiques des communautés bactériennes globales et de micro-organismes sulfato-réducteurs en conditions oscillantes ont pu être décrites en comparaison avec celles obtenues en conditions d’oxie ou d’anoxie permanentes, par l’analyse des données obtenues par séquençage haut-débit des gènes de l’ARN 16S et dsrB au niveau transcriptionnel. Ces études comparatives ont mis en évidence des profils écologiques en réponseaux conditions oscillantes, pouvant être répandus dans différents environnements marins côtiers. En réponse à ces conditions particulières, de nombreux microorganismes semblent avoir le potentiel à tolérer et/ou s’adapter aux différentes conditions d'oxygénation. Cette capacité d’acclimatation rapide des communautés bactériennes aux conditions oscillantes se sont accompagnées de capacités de dégradation équivalentes ou supérieures dans ces conditions par rapport à la condition d’oxie permanente montrant l’influence des oscillations anoxie/oxie sur le devenir du polluant dans les environnements pollués soumis à ces conditions. / Coastal ecosystems are complex environments in which microbial communities, playing a major role in their functioning and maintain, are tolerant and adapt to changing environmental conditions. Indeed, the tides and the macrofauna’s activity generate oxic/anoxic oscillations which influence the composition and dynamics of microbial communities and consequently their metabolic in volvement. To understand the fate of oil in these ecosystems, it is essential to provide knowledge on the ecology of microorganisms involved in these systems, taking into account anoxic/oxicoscillating conditions. Thus, this thesis aimed to decipher the organization of hydrocarbonoclastic microbial communities inhabiting intertidal sediments, when they are subjected to anoxic/oxic oscillations in an experiment in bioreactors with oil addition. Ecological responses of bacterial communities and sulfate-reducing microorganisms in oscillating conditions have been described comparing with those obtained with permanent oxic or anoxic conditions, using high-throughputsequencing analyses of the 16S rRNA and dsrB genes at the transcriptional level. These comparatives studies have highlighted ecological profiles in response to the oscillating conditions, which can be prevalent in different coastal marine environments. In response to these particular conditions, many organisms seem to have the potential to tolerate and / or adapt to the different conditions of oxygenation. This rapid acclimation capacity of bacterial communities tothese changing conditions have been accompanied by equivalent or greater degradation capacity under these conditions compared to the permanent oxic condition, showing the influence of the anoxic/oxic oscillations on the fate of pollutant in environments subjected tothese conditions.

Rhodococcus fascians is a Gram-positive phytopathogenic bacterium which induces the development of leafy galls, local amplifications of multiple buds, on most infected plants. This process is linked to the production of phytohormones along with the presence of essential virulence-associated genes like the plasmid loci att and fas and the chromosomal gene vicA. However, the presence of these genes is not sufficient to ensure the infection phenotype development, indicating that other genes play a role in R. fascians pathogenicity. In this work, we studied the metabolic modifications occurring when the bacterium interacts with its host using a proteomic approach. A comparison between virulent and avirulent strains showed variations in the expression of catalases. In the virulent strain, besides the transitory induction of the att locus expression, the bacterium changes its metabolism from the Krebs cycle to the glyoxylate shunt, a process which is frequently observed in bacteria confronted to a hostile environment. The expression of the shunt-specific enzyme isocitrate lyase increased, while expression of fumarate hydratase and pyruvate dehydrogenase decreased. Hence, we focused on the link between the glyoxylate shunt and virulence. A screening of a R. fascians mutant library based on the capacity of bacteria to use acetate as the sole carbon source, a metabolic pathway depending on the glyoxylate shunt, resulted in the identification of a new gene essential for R. fascians pathogenicity. This gene encodes a glycosyl transferase, an enzyme known to be involved in the bacterial cell wall biosynthesis but possibly also implicated in cytokinin secretion. A mutant in this gene harboured an altered colony phenotype and could not induce malformations on infected plants. Accordingly, our results were integrated in the leafy gall pathology model recently presented by Stes et al. (2011). Finally, the several questions that are raised by this work, allowed us to suggest further research perspectives in order to unveil a little more of the R. fascians mysterious ways to interact with the plant./Rhodococcus fascians est une bactérie Gram-positive phytopathogène qui induit le développement de galles feuillées, des amplifications locales de multiples bourgeons, sur la plupart des plantes infectées. Ce processus est lié à la production de phytohormones ainsi qu’à la présence de gènes essentiels associés à la virulence tels que les loci plasmidiques att et fas et le gène chromosomique vicA. Cependant, la présence de ces gènes ne suffit pas à garantir le développement du phénotype d’infection, indiquant que d’autres gènes jouent un rôle dans la pathogénicité de R. fascians. Dans ce travail, nous avons étudié les modifications métaboliques qui se produisent lorsque la bactérie interagit avec son hôte par une approche protéomique. Une comparaison entre les souches virulente et avirulente a mis en évidence des variations d’expression au niveau des catalases. Dans la souche virulente, outre l’induction transitoire de l’expression du locus att, la bactérie change son métabolisme pour passer du cycle de Krebs au shunt du glyoxylate, un processus fréquemment observé chez les bactéries confrontées à un environnement hostile. L’expression de l’isocitrate lyase, enzyme spécifique au shunt, augmente, tandis que celle de la fumarate hydratase et de la pyruvate déhydrogénase diminue. Nous nous sommes donc intéressés au lien entre le shunt du glyoxylate et la virulence. Le screening d’une banque de mutants de R. fascians basé sur la capacité de la bactérie à utiliser l’acétate comme seule source de carbone, une voie métabolique dépendant du shunt du glyoxylate, a permis d’identifier un nouveau gène essentiel pour la pathogénicité de R. fascians. Ce gène code pour une glycosyl transferase, une enzyme impliquée dans la biosynthèse de la paroi bactérienne mais également dans la sécrétion des cytokinines. Un mutant dans ce gène présente un phénotype de colonie altéré et ne peut induire de malformations chez les plantes infectées. Finalement, nos résultats et les pistes d’interprétations que nous avons émisent nous permettent de compléter le modèle de l’interaction R. fascians-plante proposé récemment par Stes et al. (2011). Des perspectives de recherches visant une meilleure compréhension de ce pathosystème sont proposées. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'ingénierie de la photosynthèse est une voie prometteuse en vue de produire à la fois des vecteurs énergétiques et des molécules plateformes pour palier la raréfaction des ressources fossiles. Le défi à relever est de taille car il faut réussir à mettre au point des procédés solaires de production de biomasse à constante de temps courte (quelques jours), là où une centaine de millions d'années a été nécessaire à la formation du pétrole. Cet objectif pourrait être atteint en cultivant des micro-organismes photosynthétiques dans des photobioréacteurs dont les performances cinétiques en surface et en volume seraient optimales. Une telle optimisation nécessite avant tout une analyse fine des transferts radiatifs au sein du procédé. L'analyse radiative des photobioréacteurs qui est ici proposée s'ouvre sur la détermination des propriétés d'absorption et de diffusion des suspensions de micro-organismes photosynthétiques, à partir de leurs caractéristiques morphologiques, métaboliques et structurales. Une chaîne de modélisation est construite, mise en oeuvre et validée expérimentalement pour des micro-organismes de formes simples ; à terme, la démarche développée pourra directement être étendue à des formes plus complexes. Puis, l'analyse du transfert radiatif en diffusion multiple est introduite et illustrée par différentes approximations qui apparaissent pertinentes pour une conceptualisation des photobioréacteurs, menant ainsi à la construction d'un intuitif nécessaire à leur optimisation. Enfin, la méthode de Monte Carlo est mise en oeuvre afin de résoudre rigoureusement la diffusion multiple en géométries complexes (géométries qui découlent d'une conception optimisée du procédé) et afin de calculer les performances cinétiques à l'échelle du photobioréacteur. Ce dernier calcul utilise une avancée méthodologique qui permet de traiter facilement le couplage non-linéaire du transfert radiatif à la cinétique locale de la photosynthèse (et qui laisse entrevoir de nombreuses autres applications dans d'autres domaines de la physique du transport). Ces outils de simulation mettent à profit les développements les plus récents autour de la méthode de Monte Carlo, tant sur le plan informatique (grâce à une implémentation dans l'environnement de développement EDStar) que sur le plan algorithmique : formulation intégrale, algorithmes à zéro-variance, calcul de sensibilités (le calcul des sensibilités aux paramètres géométriques est ici abordé d'une manière originale qui permet de simplifier significativement sa mise en oeuvre, pour un ensemble de configurations académiques testées). Les perspectives de ce travail seront d'utiliser les outils d'analyse développés durant cette thèse afin d'alimenter une réflexion sur l'intensification des photobioréacteurs, et d'étendre la démarche proposée à l'étude des systèmes photoréactifs dans leur ensemble. / Photosynthesis engineering is a promising mean to produce both energy carriers and fine chemicals in order to remedy the growing scarcity of fossil fuels. This is a challenging task since it implies to design process for solar biomass production associated with short time constant (few days), while oil formation took hundred million of years. This aim could be achieved by cultivating photosynthetic microorganisms in photobioreactors with optimal surface and volume kinetic performances. Above all, such an optimization necessitate a careful radiative study of the process. A radiative analysis of photobioreactors is here proposed that starts with the determination of the absorption and scattering properties of photosynthetic microorganisms suspensions, from the knowledge their morphological, metabolic and structural features. A model is constructed, implemented and validated for microorganisms with simple shapes ; the extension of this approach for the treatment of complex shapes will eventually be straightforward. Then, multiple scattering radiative transfer analysis is introduced and illustrated through different approximations that are relevant for the conceptualization of photobioreactors, leading to the construction of physical pictures that are necessary for the optimization of the process. Finally, the Monte Carlo method is implemented in order to rigorously solve multiple scattering in complex geometries (geometries that correspond to an optimized design of the process) and in order to calculate the kinetic performances of the reactor. In this trend, we develop a novel methodological development that simplies the treatment of the non-linear coupling between radiative transfer and the local kinetic of photosynthesis. These simulation tools also benefit from the most recent developments in the field of the Monte Carlo method : integral formulation, zero-variance algorithms, sensitivity evaluation (a specific approach for the evaluation of sensitivities to geometrical parameters is here developed and shown to correspond to a simple implementation in the case of a set of academic configurations that are tested). Perspectives of this work will be to take advantage of the developed analysis tools in order to stimulate the reflexion regarding photobioreactor intensification, and to extend the proposed approach to the study of photoreactive systems engineering in general.

Cupriavidus metallidurans CH34 is a Gram-negative & / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished