Un modèle a été développé pour prédire l'évolution de contamination de L. monocytogenes, dans de la viande de porc, soumise au procédé de fabrications des lardons. Les expériences ont été réalisées dans de la viande de porc hachée et ionisée (aliment modèle des lardons). Elles ont permis de développer un modèle combiné composé :- d'un modèle de transfert thermique, qui prédit l'évolution de la température ; - de modèles de microbiologie prévisionnelle, prédisant la destruction thermique et la croissance de L. monocytogenes. L'évolution de la température est correctement prédite par le modèle de transfert de chaleur. Le modèle combiné prédit correctement , dans de nombreuses conditions, la destruction thermique de Listeria au cours de l'étuvage, puis sa croissance ou sa survie, en fonction de la température, du pH, de l'a indice w, de la nature et de la concentration en inhibiteur(s). Le modèle combiné prédit également la frontière entre les domaines de croissance et d'absence de croissance

Outil d’évaluation des risques microbiologiques d’origine alimentaire, et d’optimisation des procédés de transformation, la microbiologie prévisionnelle ne considère pas l’influence de l’état physiologique des microorganismes sur leur comportement. L’objectif de ce travail est d’identifier des marqueurs permettant de rendre compte de l’impact de l’adaptation cellulaire face à un stress acide. Dans ce cadre, la résistance acide de Bacillus weihenstephanensis a été étudiée et des ARNm ont été identifiés en tant que biomarqueurs de résistance.(i) La résistance acide a été quantifiée via des méthodes culturales pour différents passés cellulaires. L’adaptation à un stress salin est défavorable à la résistance acide en comparaison à des conditions optimales de croissance ou à une adaptation spécifique au stress acide. Néanmoins,la résistance acide de B. weihenstephanensis est modulée de la même façon par l’acidité de l’environnement, indépendamment des conditions de culture préalablement rencontrées.(ii) Un outil basé sur la technologie Pall GeneDisc®a été développé pour permettre la quantification de l’expression génique par RT-qPCR.(iii) La corrélation des données Omic et de résistance acide a permis la sélection de biomarqueurs permettant de différencier les cellules les plus résistantes des cellules les plus sensibles présentent au sein d’une population bactérienne.(iv) Des corrélations linéaires et non linéaires ont également permis de définir des ‘direct biomarker’ qui correspondent aux gènes dont l’expression peut être linéairement corrélée à la résistance; et des ‘long-acting biomarker’ qui correspondent aux gènes dont l’expression transitoire est corrélée à une résistance acide stable.(v) Une analyse multivariée a été utilisée afin de prendre en compte les interactions entre l’expression des différents gènes impliqués dans la résistance acide et a permis la sélection de 9 gènes comme biomarqueurs de résistance acide. Enfin, des premières données prometteuses ont été obtenues. Il serait ainsi possible d’utiliser l’expression génique d’une population bactérienne à un instant donné pour prévoir sa survie dans un environnement létal. / Predictive microbiology is a tool to assess food microbiological risks and optimise food processes. However predictive microbiology which predicts the bacterial behaviour does not take bacterial physiological state into consideration. The aim ofthis work is to identify molecular biomarkers to assess the impact of bacterial adaptation on the subsequent acid resistance. In this study, the acid resistance of Bacillus weihenstephanensis wasinvestigated and mRNAs were identified as acid resistance biomarkers.(i) The bacterial acid resistance of different mildstress adapted cells was quantified using cultural methods. Mild salt-adapted cells were less resistant than cells grown in optimal conditions;and the latter less resistant than acid-adaptedcells. However, the bacterial resistance of B.weihenstephanensis followed the same patternwhen facing acidic changes of the environment and that, whatever the environmental condition previously encountered.(ii) For RT-qPCR gene expression quantifications a specific rotative PCR device based on the PallGeneDisc® Technology was developed.(iii) Omic data and bacterial acid resistances correlation allows the selection of biomarkers to track the more resistant and the more sensitive cells present within the bacterial population.(iv) Both linear and non linear correlations allowed to define two types of biomarkers: ‘Directbiomarker’ for which expression patterns uponmild stress treatment were linearly correlated to the subsequent acid resistance and ‘long-actingbiomarkers’ which were transiently up-regulatedduring mild stress exposure and correlated to increased acid resistance over time.(v) A multivariate analysis was performed to correlate the acid bacterial resistance and the gene expression of vegetative cells. This mathematical method provides the advantage to take gene expressions and their interactions into account and allowed the selection of 9 genes as acid resistance biomarkers of B. weihenstephanensis. Finally, some promising results were also obtained. There by, it would be feasible to use gene expression at a given time to predict the bacterialsurvival behaviour in lethal acid conditions.

Dans ce travail, un modèle d'appréciation quantitative des risques microbiens a été développé pour proposer des mesures de maitrise sanitaire et les relier à des métriques du risque. A partir d'observations réalisées dans un hôpital, nous avons pu caractériser le procédé de fabrication et de distribution de deux plats de boeuf en sauce, de manière à prédire l'évolution du danger Clostridium perfringens tout au long de ce procédé en utilisant les outils de la microbiologie prévisionnelle. Dans le modèle d'exposition, nous avons construit un modèle décrivant la germination puis la croissance de Clostri- dium perfringens pendant deux étapes du procédé, et un modèle décrivant la destruction thermique finale des cellules végétatives de Clostridium perfrin- gens. Ensuite, pour estimer un risque de diarrhée lié à la consommation de ces plats, nous avons construit un modèle dose réponse. De manière à pouvoir prédire la gamme des situations possibles, nous avons cherché à décrire, dans chacun des modèles, la variabilité de la réponse biologique modélisée en utilisant des données issues de méta analyse, obtenues dans des conditions variées. L'utilisation de l'inférence bayésienne sur des données issues de méta analyse nous a permis de décrire séparément variabilité et incertitude, suivant les recommandations des instances internationales. Des simulations de Monte Carlo à deux dimensions sur l'ensemble du procédé nous ont ensuite permis d'estimer le risque moyen de maladie lié à la consommation des plats et d'estimer l'incertitude sur ce risque moyen. Ces simulations nous ont aussi permis d'identifier deux étapes importantes pour la maitrise du risque et de proposer, pour chacune de ces étapes, des mesures de maitrise sanitaire, dont nous avons ensuite mesuré l'efficacité. / In this study, a quantitative risk assessment model was developed in order to propose control measures making it possible to reach some `risk based' targets. A survey, carried out in an hospital, made it possible to describe a food chain, from raw material until consumption, of two beef-in-sauce products, such as to predict the evolution of Clostridium perfringens along the whole process using predictive microbiology tools. In the exposure assessment model, we described Clostridium perfringens germination, outgrowth and growth in a first model, applied on two process steps, and final thermal inactivation of Clostridium perfringens vegetative cells in a second model. Then, in order to estimate the risk of diarrhea after the consumption of the two products, we established a dose response model. In order to predict in our model the full range of possible outcomes, we aimed at describing, in each proposed model, the variability on the modelled biological response using meta analysis data, obtained on various experimental conditions. Performing Bayesian inference on these published data, we separated variability and uncertainty, according to recommendations of international organizations. Second order Monte Carlo simulations on the whole process made it possible to estimate the mean risk of diarrhea after to the consumption of the products and to estimate the uncertainty on this median risk. Based on these simulations, two key steps for food safety were then identified in the process, leading us to propose, for each step, control measures and to measure their efficacy.

L’objectif de ce travail est de développer une démarche permettant de prédire l’évolution de la charge microbienne à la surface de carcasses de porc lors d’un transport frigorifique selon les conditions opératoires (température et humidité de l’air de soufflage) et des conditions initiales (profil de température en sortie de chambre froide d’abattoir). La croissance microbienne dépendant notamment de la température et de l’activité de l’eau, il est nécessaire d’étudier les transferts de chaleur et de matière de type diffusif au sein des carcasses et de type convectif autour des carcasses. Ces derniers dépendent de la circulation d’air dans le véhicule frigorifique lorsqu’il est chargé de centaines de demi-carcasses ce qui rend la géométrie particulièrement complexe.De ce fait, ce travail fait appel à diverses disciplines : mécanique des fluides, transferts thermiques et microbiologie prévisionnelle. Le couplage de ces trois disciplines permet d’apporter des réponses scientifiques quant à la qualité sanitaire des carcasses de porc.En travaillant sur un dispositif expérimental reproduisant une semi-remorque chargée de carcasses de porc à l’échelle réduite, les écoulements d’air ont pu être caractérisés par vélocimétrie laser Doppler 2D dans deux configurations de distribution d’air (avec et sans conduits). De plus, les coefficients de transfert convectifs locaux ont pu être estimés à la surface de différentes parties des carcasses de porc et à différentes positions dans la semi-remorque à l’échelle réduite. Un schéma simplifié des écoulements d’air a été établi, il permet de localiser les « zones à risque » dans la semi-remorque chargée (faible circulation d’air et faible coefficients de transfert convectif).En se basant sur les résultats de l’étude expérimentale à l’échelle laboratoire et sur ceux récoltés au cours de vrais transports frigorifiques, la variabilité des paramètres caractérisant l’air circulant autour des carcasses a pu être estimée. Ces informations ont servi de conditions aux limites d’un modèle de transfert de chaleur et de matière (eau) au sein de la partie la plus sensible au niveau microbiologique: le jambon. Ce modèle 3D, résolu par la méthode des éléments finis, permet de prédire l’évolution de la température, de la teneur en eau et de la charge microbienne (Pseudomonas) à la surface de la partie maigre du jambon pour différents scénarios de transport frigorifique. Les résultats ont montré que si le transport commence alors que le cœur des carcasses est encore tiède (15°C au lieu de 7°C selon la réglementation actuelle) la croissance des microorganismes à la surface des carcasses de porc n’est globalement pas plus importante entre l’abattage et l’arrivée sur le site de découpe.Enfin, une étude de terrain a permis de valider les données obtenues à l’échelle du laboratoire et de réaliser une étude énergétique. Il apparait que quelle que soit le pourcentage de carcasses tièdes dans la semi-remorque, la capacité frigorifique du système de production de froid est généralement suffisante pour évacuer la chaleur des carcasses.Cette étude a permis de développer des méthodes de caractérisation des écoulements et des transferts dans une géométrie particulièrement complexe. Elle a montré l’intérêt de coupler des modèles de transfert et de microbiologie prévisionnelle. Les expérimentions à l’échelle laboratoire ont été construites en reproduisant au plus près les conditions réelles grâce à l’appui de spécialistes de la filière viande. Ainsi les carcasses modèles ont été réalisées dans des moules obtenus par impression 3D d’après des scanners X de vraies carcasses. Les résultats de cette étude sont directement utilisables par la profession et les pouvoirs publics pour l’adaptation de la réglementation des transports réfrigérés. La démarche développée pourra être adaptée pour des problèmes similaires dans des enceintes ventilées très encombrées. / The objective of this work is to develop an approach allowing to predict the evolution of the microbial load on the surface of pork carcasses during a refrigerated transport according to the operating conditions (temperature and humidity of the blowing air) and initial conditions (temperature profile at the outlet of the slaughterhouse cold room). Since microbial growth depends mainly on temperature and water activity, it is necessary to study heat and mass transfer the transfer within and around the carcasses. These phenomena depend on the circulation of air in the refrigerated vehicle loaded with hundreds of half-carcasses which makes the geometry particularly complex.Thus, this work involves various disciplines: fluid mechanics, heat transfer and predictive microbiology. The coupling of these three disciplines makes it possible to provide scientific answers as to the sanitary quality of the pork carcasses.By conducting experiments on a semitrailer loaded with pork carcasses on a reduced scale, the air flows could be characterized by 2D Doppler laser velocimetry in two air distribution configurations (with and without air ducts). In addition, local convective heat transfer coefficients could be estimated at the surface of different parts of pork carcasses and at different positions in the reduced-scale trailer. A simplified model of the airflow has been established, that makes it possible to identify the "risk zones" in the loaded semi-trailer (low air circulation and low convective transfer coefficients).Based on the results of the experimental laboratory scale study and those collected during actual refrigerated transport, the variability of the parameters characterizing the air circulating around the carcasses could be estimated. This information served as boundary conditions for a model of heat and mass (water) transfer within the most sensitive part at the microbiological level: the ham. This 3D model, solved by the finite element method, makes it possible to predict the evolution of the temperature, the water content and the microbial load (Pseudomonas) on the surface of the lean part of the ham for different scenarios. The results showed that if the transport begins while the heart of the carcasses is still warm (15°C instead of 7°C according to current regulation) the growth of microorganisms on the surface of pork carcasses is generally not more between slaughter and arrival at the cutting site.Finally, a field study validated the data obtained at the laboratory scale and carried out an energy study. It appears that whatever the percentage of warm carcasses in the semi-trailer, the cooling capacity of the cooling system is generally sufficient to evacuate the heat of the carcasses.This study has made it possible to develop a method that characterizes airflow and heat transfer methods in a particularly complex geometry. It showed the interest of coupling transfer models and predictive microbiology models. Experiments at the laboratory scale were built by reproducing the real conditions as closely as possible thanks to the support of specialists in the meat sector. Thus the model carcasses were made in molds obtained by 3D printing from X-Ray scanners of real carcasses. The results of this study are directly usable by the profession and the public authorities for the adaptation of the refrigerated transport regulations. The approach developed may be adapted for similar problems in very congested ventilated enclosures.

Dans ce travail, un modèle d'appréciation quantitative des risques microbiens a été développé pour proposer des mesures de maitrise sanitaire et les relier à des métriques du risque. A partir d'observations réalisées dans un hôpital, nous avons pu caractériser le procédé de fabrication et de distribution de deux plats de boeuf en sauce, de manière à prédire l'évolution du danger Clostridium perfringens tout au long de ce procédé en utilisant les outils de la microbiologie prévisionnelle. Dans le modèle d'exposition, nous avons construit un modèle décrivant la germination puis la croissance de Clostri- dium perfringens pendant deux étapes du procédé, et un modèle décrivant la destruction thermique finale des cellules végétatives de Clostridium perfrin- gens. Ensuite, pour estimer un risque de diarrhée lié à la consommation de ces plats, nous avons construit un modèle dose réponse. De manière à pouvoir prédire la gamme des situations possibles, nous avons cherché à décrire, dans chacun des modèles, la variabilité de la réponse biologique modélisée en utilisant des données issues de méta analyse, obtenues dans des conditions variées. L'utilisation de l'inférence bayésienne sur des données issues de méta analyse nous a permis de décrire séparément variabilité et incertitude, suivant les recommandations des instances internationales. Des simulations de Monte Carlo à deux dimensions sur l'ensemble du procédé nous ont ensuite permis d'estimer le risque moyen de maladie lié à la consommation des plats et d'estimer l'incertitude sur ce risque moyen. Ces simulations nous ont aussi permis d'identifier deux étapes importantes pour la maitrise du risque et de proposer, pour chacune de ces étapes, des mesures de maitrise sanitaire, dont nous avons ensuite mesuré l'efficacité.