Le phosphore apporté aux cultures par les engrais de synthèse est très peu disponible pour les plantes dans les sols hautement fixateurs en P. Seulement 5 à 20 % de la dose apportée reste disponible la première année d' application (Khiari et Parent, 2005). La mise en contact de solides de lisier de porc déshydratés (SLP) augmenterait l' efficacité d' utilisation du phosphore. Toutefois, il est important de développer des critères d ' acceptabilité pour leur donner une valeur fertilisante commerciale et réduire du coup les risques de pollution par le phosphore. La caractérisation de 9 solides de lisier de porc (SLP) montre qu' ils possèdent un bon pouvoir tampon comparativement à la tourbe, une salinité acceptable, une valeur fertilisante intéressante et pour ceux qui ont subit un compostage complet, une bonne stabilité biologique. Une substitution de la tourbe par un SLP issu d'une Centrifugeuse Mobile (CM) montre que le meilleur taux de disponibilité de P des engrais organo-minéraux est obtenu avec la fonnule suivante: 12% tourbe. 480/0 CM, 200/0 phosphate mono ammoniacal et 20 % phosphate di-ammoniacal surtout dans les sols argileux.

Le Québec compte environ 3,9 millions de porcs dans environ 1890 entreprises porcines. Un porc génère en moyenne 7,6 litres de lisier par jour. Selon une évaluation réalisée par le Ministère de l'Agriculture, des Pêcheries et de l'Alimentation du Québec (MAPAQ) en 2004, un peu plus de 20% des entreprises porcines seraient en surplus de phosphore dans les régions de Chaudière-Appalaches et de la Montérégie. Ces dernières années, plusieurs solutions ont été développées comme la séparation du lisier, soit par des méthodes physicochimiques directement dans le bâtiment (ex. sous les lattes), soit à l'aide de procédés de traitement. Les traitements du lisier génèrent à leur tour un résidu solide. Dans cette étude, le lisier étudié a été séparé par centrifugation avec addition de biocharbon pour obtenir une fraction solide avec des pourcentages plus élevés de matière sèche. Les conditions optimales obtenues par la méthode de réponse de surface pour la séparation de la matière sèche du lisier de porc étaient 33,84% de matière sèche avec l'addition de 6% de biocharbon, un pH de 13 et 90 minutes de temps de centrifugation.

Le microbiome du sol contribue à plusieurs rôles écologiques favorables à une agriculture durable. L’étude métagénomique des communautés du sol permet une nouvelle compréhension de l’impact des pratiques culturales sur l’écologie microbienne du sol. L’objectif du projet était de vérifier les impacts du travail de sol (labour ou travail réduit),de la fertilisation (fumier de poulet, lisier de bovin laitier, lisier de porc, engrais minéraux NPK ou PK) et de la gestion des résidus de culture (retournés ou exportés) après sept et huit années sur les communautés bactériennes et fongiques dans deux sols contrastés(loam sableux [LS] et argile limoneuse [AL]). La conservation des résidus a augmenté les diversités bactériennes dans le LS chaque année et fongiques dans chaque type de solet année. Cette pratique a influencé les Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chloroflexi, Bacteroidetes, Gemmatimonadetes, Cyanobacteria et Nitrospirae, davantage en 2016 qu’en 2015 et différemment selon le type de sol. L’application de lisier de porc a diminué la diversité fongique de chaque type de sol et année tout en favorisant l’abondance relative des Pyronemataceae, en comparaison à tous les autres traitements de fertilisation. Ces résultats ont été corrélés à des teneurs élevées en Cu des sols. La diversité des champignons mycorhiziens arbusculaires n’a pas été clairement affectée par les pratiques culturales. Les Glomus,Paraglomus et Claroideoglomus, les trois genres mycorhiziens les plus abondants, ont été affectés par le travail du sol dans le LS, par la fertilisation dans l’AL alors que la gestion des résidus a eu des effets dans l’AL en 2015 et dans le LS en 2016. En conclusion, les communautés bactérienne et fongique ont été influencées par les résidus pour chaque type de sol et année. La fertilisation, l’application de lisier de porc corrélé aux teneurs de Cu du sol, a influencé les communautés fongiques / Soil microbiome is involved in many ecological services contributing to sustainable agriculture. Metagenomic techniques now allow a whole new level of comprehension of soil microbial communities. The aim of our research project was to define the impacts of tillage (plowing or reduced tillage), fertilization (poultry manure, dairy cattle slurry, pigs lurry, NPK and PK mineral fertilizers) and residues management (returned or exported)on bacterial and fungal soil communities on two soils with contrasting texture (sandy loam [LS] and silty clay [AL]) after seven and eight years. Residues conservation increased bacterial diversity in the sandy loam each year and fungal diversity in each soil type and year. Residues conservation also impacted Proteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Planctomycetes, Verrucomicrobia, Chloroflexi, Bacteroidetes, Gemmatimonadetes, Cyanobacteria and Nitrospirae, more in 2016 than 2015, and differently according to soil types. Pig slurry application reduced fungal diversity. This type of fertilizer was furthermore linked to higher relative abundance of Pyronemataceae compared to other fertilizers for each soil type and year. These effects were correlated to high copper concentration in soil. Arbuscular mycorrhizal fungi diversity was not clearly impacted by the treatments. Glomus, Paraglomus and Claroideoglomus, the three more abundant mycorrhizal genera, were affected by soil tillage in LS each year, by fertilization in AL each year and by residues management in AL for 2015 and in LS for 2016. In conclusion, bacterial and fungal communities were influenced the most by residues conservation. Fertilization via pig slurry applications was correlated with high soil copper concentration and impacted the most fungal community.

Dans la perspective d'assurer la protection de l'environnement, le gouvernement du Québec a rendu conditionnel l'octroi de certaines aides financières destinées aux entreprises agricoles au respect de normes environnementales précises. Cette recherche exploratoire vise à vérifier les éventuels choix d'ajustements stratégiques des exploitations porcines après l'instauration de l'écoconditionnalité. Les choix d'ajustements ont été analysés à partir des caractéristiques propres aux entreprises, de la perception des producteurs face à l'écoconditionnalité et des actions déjà posées par les entreprises afin d'améliorer leur gestion des lisiers. Une enquête téléphonique a été conduite auprès d'un échantillon de 50 entreprises porcines. L'analyse des données a permis de dresser un portrait des entreprises étudiées, de mettre en lumière l'état des connaissances des répondants sur le mécanisme des aides conditionnelles et de préciser leur stratégie d'adaptation. Les principaux résultats de cette recherche permettent de conclure qu'il semble exister une relation significative d'une part entre certaines des composantes de la stratégie des répondants et des caractéristiques des entreprises et, d'autre part, entre une des composantes de leur stratégie et leur perception quant à l'application des sanctions en cas de non conformité.

La baisse de la teneur en protéines alimentaires a été promue pour réduire les impacts environnementaux de la production porcine, car elle permet d'améliorer la valorisation des ressources protéiques par les animaux, tout en réduisant l'excrétion azotée et les émissions associées, et ce sans affecter les performances de croissance. Une approche par méta-analyse et une revue des analyses de cycle de vie publiées ont montré un manque de connaissances sur les effets de très basses teneurs en protéines, ainsi qu'un effet du contexte de production sur les bénéfices de la stratégie. L'objectif de cette thèse étaient donc d'évaluer les bénéfices environnementaux de la baisse de la teneur en protéines chez le porc à l'engrais, en testant de très basses teneurs en protéines pour identifier des points de ruptures éventuels et en prenant en compte l'effet du contexte de production. Deux essais ont été réalisés pour valider l'effet de très faibles teneurs en protéines sur les performances de croissance et la balance azotée et les émissions gazeuses en contexte québécois. Les performances de croissance étaient constantes, même avec de très basses teneurs en protéines, dans le premier essai. Cependant, avec des niveaux de performances plus élevés, un maximum d'efficacité azotée a été identifié dans le second essai, associé à une réduction plus modérée de l'excrétion azotée et des émissions d'ammoniac avec une baisse de la teneur en protéines de 24 g/kg. Cet essai a confirmé que le facteur d'émission de l'ammoniac est fixe alors que celui de l'oxyde nitreux augmente avec la baisse de la teneur en protéines. Une analyse de cycle de vie a ensuite été réalisée avec une approche par modélisation pour évaluer l'effet de différents niveaux de baisses de la teneur en protéines dans trois contextes contrastés (Québec, Brésil et France). Cette étude a montré que seuls les impacts causés par les émissions d'ammoniac étaient toujours réduits avec la baisse de la teneur en protéines (acidification et eutrophisation terrestre). Pour les autres impacts, l'effet de la baisse de la teneur en protéines dépendait des matières premières utilisées avec des bénéfices observés uniquement en contexte français. Les pratiques nutritionnelles et la génétique animale conditionnaient la baisse possible de la teneur en protéines, mais aussi les impacts actuels de l'élevage porcin et l'amplitude de la variation des impacts avec la baisse de la teneur en protéines. L'approche par analyse de cycle de vie pourrait être perfectionnée, notamment en prenant en compte l'effet de la baisse de la teneur en protéines sur les pratiques de fertilisation. Cette thèse a identifié des limites à la baisse de la teneur en protéines comme stratégie pour réduire les impacts environnementaux de la production porcine, dépendant du contexte de production, et malgré des performances de croissance maintenues. Il serait donc intéressant d'évaluer le potentiel de la baisse de la teneur en protéines en combinaison à d'autres stratégies de réduction des impacts environnementaux, ciblant notamment le choix des matières premières, comme la formulation multi-objectif d'éco-aliments. / Dietary crude protein reduction has been presented as a strategy to reduce environmental impacts of pig production, thanks to improved valorization of protein resources, reducing nitrogen excretion and associated emissions, without impacting pig performance. A meta-analysis and a review of published life cycle assessments showed a lack of data on very low crude protein diets, and an effect of production context on environmental benefits of low crude protein strategies. The objective of this thesis was to evaluate the environmental benefits of crude protein reduction in fattening pig diets, by testing the effect of very low crude protein diets to identify eventual break-off points and taking into account production contexts. Two trials were performed to explore effect of very low crude protein diets on pig performance, nitrogen excretion and gaseous emissions, in Quebec context. Growth performances were constant in the first trial, even with very low crude protein diets. However, a maximum was identified for nitrogen efficiency in the second trial, where performance levels were higher. It limited potential for reduction of nitrogen excretion and ammonia emissions with very low crude protein diets. The second trial confirmed that ammonia emission factor was fixed, but nitrous oxide emission factor increased with crude protein reduction. A modelling approach was then used to perform a life cycle assessment, evaluating the effect of different levels of crude protein reduction on environmental impacts of pig production, in three contrasted contexts (Quebec, Brazil, France). This study showed that only the impacts mainly linked to ammonia emissions were consistently reduced with low crude protein diets (acidification and terrestrial eutrophication). For other impacts, effect of crude protein reduction depended on raw materials used, with positive effects only in the French context. Pig farming practices determined the potential crude protein reduction, as well as current levels of environmental impacts and magnitude of their variation with crude protein reduction. The life cycle assessment methodology used could be perfected, in particular with a better inclusion of the effect of low crude protein diets on fertilizing practices. This thesis identified limits to crude protein reduction as an environmental strategy, influenced by production context, and despite constant growth performances. Evaluating potential of low crude protein strategies combined with other environmental impact reduction strategies, focusing more on raw materials used, such as multiobjective feed formulation, would be an interesting next step.

Chaque année, l'industrie acéricole produit d'importantes quantités de sous-produits, composés essentiellement de sirops déclassés ne répondant pas aux normes de qualité et de résidus de filtration (appelés « râches ») provenant du processus pour obtenir un sirop d'érable limpide. Par souci de durabilité et d'efficacité économique, il est crucial d'explorer de nouvelles voies pour valoriser ces sous-produits. Parallèlement, l'industrie porcine recherche des solutions pour améliorer la santé de ses porcelets, notamment pendant la période critique du sevrage, marquée par des épisodes diarrhéiques qui entrainent des pertes de poids et des dysbioses, résultant en un retard de croissance. Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'explorer le potentiel de valorisation de certains des sous-produits de l'industrie acéricole par le développement de nouveaux produits à haute valeur ajoutée destinés à la nutrition animale. De façon plus spécifique, ce projet de doctorat avait comme objectif de développer et caractériser un produit synbiotique à base de sous-produits de l'érable et d'évaluer son potentiel comme supplément nutritionnel en production porcine. Dans une première partie, nous avons caractérisé les sous-produits acéricoles en analysant leurs propriétés physicochimiques (degré Brix, viscosité, couleur, pH), leur composition chimique (carbohydrates, acides organiques, polyphénols et minéraux) ainsi que leur digestibilité in vitro. D'une part, pour la râche, les analyses physicochimiques ont montré une très grande variabilité entre les échantillons en fonction de l'origine du produit et de la saison. D'autre part, l'analyse des sirops déclassés (filant et bourgeon) a démontré une composition similaire au sirop d'érable standard, avec notamment une teneur élevée en polyphénols et la présence de polysaccharides, suggérant un fort potentiel d'utilisation comme source de molécules prébiotiques. La deuxième partie a portée sur l'évaluation du potentiel probiotique de Bacillus velezensis FZB42 (=DSM 23117) pour l'alimentation animale. La croissance de la souche, sa susceptibilité aux antibiotiques et ses caractéristiques génomiques telles que les gènes de virulence ainsi que sa survie aux conditions physiologiques du tube digestif de porcelet, ont été évalués à l'aide de différentes approches in vitro. Ces résultats ont mis en lumière le potentiel de B. velezensis FZB42 comme souche probiotique pour le développement du produit synbiotique à base de sous-produits de l'érable. Dans la troisième partie de la thèse, nous avons développé, en partenariat avec des chercheurs de l'Université de Sherbrooke, un procédé de fermentation utilisant la souche bactérienne Bacillus velezensis FZB42, en vue de la création du produit synbiotique à base de sous-produits de l'érable. Les conditions optimales de fermentation ont été établies, d'abord en petits volumes, puis validées dans un bioréacteur de 25 litres. Un procédé de séchage par atomisation a ensuite été développé et optimisé pour le conditionnement du produit synbiotique et sa conservation à long terme. Ce synbiotique a par la suite été évalué à l'aide du modèle digestion in vitro TIM-1. Les résultats obtenus ont montré sa capacité de survie en atteignant le côlon. La quatrième et dernière partie de cette étude a consisté en un test in vivo, où des porcelets en post-sevrage ont été nourris avec une moulée additionnée du supplément synbiotique. Les résultats ont démontré une amélioration des performances zootechniques, à savoir, une meilleure croissance, un gain de poids quotidien plus élevé et un ratio nourriture / poids au moins égal à celui obtenu avec les antibiotiques. La supplémentation avec ce synbiotique a entraîné une augmentation des concentrations d'acides gras à chaîne courte dans le côlon. De plus, une modulation positive du microbiote colique a été observée, avec une diminution de la proportion du genre Terrisporobacter et une augmentation de la proportion du genre Streptococcus. En conclusion, les recherches entreprises dans le cadre de cette thèse ont permis de réaliser une caractérisation poussée des sous-produits de l'industrie acéricole et de développer une formule synbiotique à base de ces produits et contenant B. velezensis comme souche probiotique. Ce synbiotique ayant ensuite été consommé par des porcelets en post-sevrage. Ces résultats répondent, non seulement à un enjeu économique et écologique pour l'industrie acéricole par la valorisation des sirops d'érable déclassés et des râches, mais également à un enjeu sanitaire global, en contribuant à la lutte contre la résistance aux antibiotiques. / Every year, the maple syrup industry produces significant quantities of by-products, primarily composed of downgraded syrups that do not meet quality standards and filtration residues (referred to as "râches") from the process to achieve clear maple syrup. For sustainability and economic efficiency, it is crucial to explore new ways to valorize these by-products. Meanwhile, the pork industry is looking for solutions to improve the health of its piglets, especially during the critical weaning period marked by diarrheal episodes that lead to weight loss and dysbiosis, resulting in growth retardation. Thus, the goal of this thesis is to explore the potential for valorizing certain by-products of the maple syrup industry by developing new high-value products for animal nutrition. More specifically, this doctoral project aimed to develop and characterize a synbiotic product based on maple by-products and evaluate its potential as a nutritional supplement in pig production. In the first part, we characterized the maple by-products by analyzing their physicochemical properties (?Brix, viscosity, color, pH), chemical composition (carbohydrates, organic acids, polyphenols, and minerals), and in vitro digestibility. On the one hand, for the « râche », physicochemical analyses showed a great variability among samples depending on the product's origin and season. On the other hand, the analysis of downgraded syrups (ropy and buddy), showed a composition similar to standard maple syrup, notably high in polyphenols and the presence of polysaccharides, suggesting a strong potential for use as a source of prebiotic molecules. The second part focused on evaluating the probiotic potential of Bacillus velezensis FZB42 (=DSM 23117) for animal feed. The strain's growth, antibiotic susceptibility, and genomic characteristics, such as virulence genes, as well as its survival under physiological conditions of the piglet digestive tract, were evaluated using different in vitro approaches. These results highlighted the potential of B. velezensis FZB42 as a probiotic strain for the development of the synbiotic product based on maple by-product. In the third part of the thesis, we developed, in partnership with researchers from the University of Sherbrooke, a fermentation process using the bacterial strain Bacillus velezensis FZB42, aimed at creating the synbiotic product based on maple by-products. Optimal fermentation conditions were established, first in small volumes and validated in a 25-liter bioreactor. Then a spray drying process was developed and optimized for the packaging and long-term preservation of the synbiotic product. Subsequently, this symbiotic was evaluated using the in vitro digestion model TIM-1. The results showed its ability to survive, reaching the colon. The fourth and final part of this study consisted of an in vivo test, in which post-weaning piglets were fed a feed supplemented with the synbiotic. The results demonstrated improved zootechnical performance, namely better growth, higher daily weight gain, and at least an equal feed-to-weight ratio compared to that obtained with antibiotics. Supplementation with this synbiotic led to an increase in short-chain fatty acid concentrations in the colon. Additionally, positive modulation of the colonic microbiota was observed, with a decrease in the proportion of the genus Terrisporobacter and an increase in the proportion of the genus Streptococcus. In conclusion, the research undertaken in this thesis enabled a thorough characterization of the maple syrup industry by-products and the development of a symbiotic formula based on these products and containing B. velezensis as a probiotic strain. This synbiotic was subsequently consumed by post-weaning piglets. These results address not only an economic and ecological challenge for the maple syrup industry by valorizing downgraded syrups and râches but also a global health issue by contributing to the fight against antibiotic resistance.

Suite à l’éjaculation, les spermatozoïdes ne sont pas aptes à féconder un ovocyte. Ces derniers doivent subir une maturation dans le tractus génital femelle afin d’acquérir le pouvoir fécondant soit la capacitation. Bien qu’elle fût découverte depuis plus de soixante ans, les modifications protéiques de la surface de la membrane des spermatozoïdes ne sont toujours pas complètement élucidées. Particulièrement chez le cheval et le porc, l’étude des protéines de surface des spermatozoïdes lors de la capacitation aurait un impact direct sur l’amélioration des techniques de reproduction avancées. La présente étude a pour premier objectif d’abord d’établir les meilleures conditions afin de promouvoir et caractériser la capacitation des spermatozoïdes équins et porcins en condition in vitro. Le deuxième objectif est d’optimiser un protocole d’isolement de protéines de surface des spermatozoïdes en utilisant la biotinylation. La démarche est de rendre ce processus complètement imperméable afin d’étudier seulement les protéines de surface. / After ejaculation spermatozoa must undergo a maturation to be able to fertilize an oocyte. The collective events that lead to this capability are named capacitation. Although capacitation was first discovered more than sixty years ago, the events and regulation of this maturation are still not fully understood. Also, the equine and porcine species has several reproductive issues believed to be caused by defects in sperm capacitation. Thus, the study of stallion sperm surface protein modification during capacitation could help to ameliorate advanced reproductive technologies in the horse and the pig. The aim of the first study was to establish the best in vitro conditions to promote horse sperm capacitation and to characterize the sperm using different tests. Our second objective was to optimize a surface biotinylation protocol to prevent biotin labeling of internal sperm proteins in order to study the surface membrane protein changes during capacitation.

Le surplus de production de lisier de porc dans certaines régions a mené au développement de technologies permettant de prendre en charge celui-ci, afin de réduire les risques de contamination pour l'environnement. La biofiltration à support organique, constitue une alternative au transport du lisier en traitant in situ ce polluant. Le désir d'optimiser l'enlèvement de l'azote par ce procédé et le besoin d'acquérir de meilleures connaissances au niveau des transformations de ce composant dans le système ont conduit à l'élaboration d'un projet d'envergure visant à mieux comprendre le comportement de l'azote. Ce projet de doctorat s'inscrit donc dans cette mission et avait pour objectifs principaux de développer des outils analytiques permettant de caractériser la biomasse nitrifiante et dénitrifiante présente sur le support du procédé et d'utiliser ces outils pour suivre la colonisation de biofiltres pilotes. La respirométrie azotée de type LSS et le blocage à l'acétylène ont donc été adaptés afin d'évaluer respectivement l'activité nitrifiante et dénitrifiante potentielle d'échantillons du milieu filtrant, tandis que le PCR en temps réel a été utilisé pour quantifier les microorganismes oxydant l'ammoniaque (AOB), Nitrobacter, Nitrospira, les bactéries dénitrifiantes possédant le gène nirS ainsi que les bactéries totales. Trois biofiltres pilotes ont été montés, alimentés avec du lisier de porc ayant des ratios DBOsrNTK différents (3, 6 et 9) et suivis durant 180 jours. Ceux-ci étaient constitués de milieu filtrant organique surmonté d'une couche grossière, principalement composée de pouzzolane. Un échantillonnage régulier des affluents et des effiuents gazeux et liquides des biofiltres, ainsi qu'à différentes hauteurs dans le procédé, ont permis d'observer le profil de la concentration des formes azotées dans les trois biofiltres et de déterminer, par bilan de masse, l'activité observée des couches de milieu filtrant. De plus, un échantillonnage du support a permis de caractériser la biomasse de l'azote dans chaque couche en évaluant son activité potentielle et en la quantifiant par PCR en temps réel. La présence de bactéries nitrifiantes, mise en évidence par leur activité potentielle, a pu être notée dès le début de la période de suivi, mais la nitrification n'a pu être observée qu'aux environs du 40e jour d'opération. Leur activité potentielle a augmenté graduellement jusqu'à la fin des essais. La dénitrification était présente durant toute la durée du suivi et semblait suivre un cycle de croissance-décroissance, particulièrement à partir du jour 80. Pour les trois conditions d'opération, le potentiel à nitrifier et à dénitrifier s'est retrouvé majoritairement en surface du procédé, dans les couches grossières des biofiltres, très peu de biomasse ayant colonisé le milieu filtrant organique. De plus, le potentiel à transformer l'azote, que ce soit par la nitrification ou la dénitrification, était toujours plus élevé que ce qui pouvait être observé dans le procédé. Ceci suggère qu'il serait possible d'optimiser l'enlèvement de l'azote en favorisant l'un ou l'autre des métabolismes. Il existe un lien très fort entre la nitrification et la dénitrification, particulièrement dans les couches grossières des biofiltres. Également, de très fortes concentrations de bactéries dénitrifiantes possédant le gène nirS et de bactéries nitrifiantes ont été retrouvées dans les échantillons environnementaux de milieu filtrant provenant des biofiltres, proposant que ceux-ci croissent à proximité les uns des autres. Ces deux observations appuient fortement l'hypothèse d'une nitrification et dénitrification simultanée (NDS) à l'intérieur du procédé. La quantification réalisée a permis de constater qu'on retrouve une plus forte concentration de Nitrobacter par rapport à Nitrospira, contredisant plusieurs études récentes ayant démontré la tendance inverse dans les procédés à biomasse en suspension traitant des effluents municipaux. De plus, il a été possible de démontrer que les bactéries dénitrifiantes possédant le gène nirS contribuent fortement à l'activité dénitrifiante potentielle mesurée à l'aide du blocage à l'acétylène. Par contre, la respirométrie azotée ne semble pas être en mesure de bien décrire l'évolution de chaque groupe impliqué dans la nitrification, mais de le faire plutôt pour le comportement global de cette biomasse. Finalement, très peu de différences ont pu être observées au niveau des performances et de la colonisation des biofiltres alimentés à des ratios de 3 et 6. Par contre, celui alimenté à un ratio de 9 a montré des divergences majeures comparées aux deux autres. En effet, une hausse importante du pH , une perte d'efficacité au niveau de l'enlèvement de la DCO et de l'alcalinité et une forte coloration ont pu être observées après seulement quelques semaines d'opération. De plus, la biomasse nitrifiante, quoique démontrant un potentiel important, semble avoir eu de la difficulté à s'établir dans le procédé à ce ratio. Les résultats obtenus pourront être utilisés pour mieux cibler les changements à apporter pour l'optimisation de l'enlèvement de l'azote. Également, ceux-ci permettent de mieux comprendre de quelle façon la biomasse impliquée dans les transformations de l'azote colonise le biofîltre ainsi que son comportement à l'intérieur du procédé. / Producing pig manure in excess in some regions has brought new technological advances allowing its treatment, in order to reduce contamination risks associated with its presence in natural ecosystems. BIOSOR™-Manure, an organic biofilter, is an interesting alternative to its transportation as it treats pig manure on site. The necessity to optimize nitrogen removal by this process and to get a better knowledge about its transformation inside the System has led to a scientific project aiming at those needs. This PhD project constituted a part of it and had as objectives to develop analytical methods to characterize nitrifying and denitrifying biomasses present on the biofilter media and to utilize them to monitor pilot biofilters colonization. LSS nitrogen respirometry and acetylene blockage technique were adapted to respectively evaluate potential nitrifying and denitrifying activities of media samples, while real-time PCR was realized to quantify ammonia oxidizing bacteria (AOB), Nitrobacter, Nitrospira, denitrifying bacteria containing nirS gene and total bacteria. Three pilot biofilters were installed, fed with pig manure having different BODs:TKN ratios (3, 6 and 9) and monitored during 180 days. They were all the same, being made with an organic layer surmounted by a coarse layer (pozzolana). Regular sampling of liquid and gaseous influents and effluents and at different depths allowed the observation of each section for its concentration of gaseous and aqueous nitrogen. Those data were used to calculate a nitrogen mass balance in order to determine the observed activity in each layer. Moreover, regular media sampling was made to characterize the nitrogen biomass by evaluating its potential activity and its quantity. Nitrifiers' presence, followed by potential nitrifying activity, was noted at the beginning of the monitoring period, but nitrification was only observed after approximately 40 days of operation. Its potential activity gradually increased until the end of the project. Denitrification was present ail along and seemed to follow a growth-decay cycle, particularly after 80 days. For the three operational conditions, almost ail of the potential nitrifying and denitrifying activities could be observed near the surface of the process, in the coarse layers, very little biomass being able to colonize the organic media. Moreover, nitrogen removal potential was always higher as that could be seen in the process, both for nitrification and denitrification. It suggests that it is possible to optimize nitrogen removal by promoting one or another of the metabolism. There was a strong correlation between nitrification and denitrification, particularly in the coarse layers. Also, we found high concentrations of nirS denitrifiers and nitrifying bacteria in the same environmental samples, proposing that those grow near each other. Both these observations support the hypothesis that there is simultaneous nitrification and denitrification (SND) inside this process. Quantification showed higher concentration of Nitrobacter compared to Nitrospira, contradicting previous recent studies that demonstrated the reverse trend in suspended biomass processes treating urban wastewaters. Also, it has been possible to fmd that nirS denitrifiers strongly contributed to the potential denitrifying activity, evaluated with the acetylene blockage technique. However, nitrogen respirometry did not seem to describe well each nitrifying group evolution, but only allowed to understand the global behavior of this biomass. Finally, very few differences could be observed between biofilters fed with 3 and 6 BODs:TKN ratios, both for performances and colonization. However, the biofilter fed with a higher ratio (9) showed important dissimilarities compared to the others. In fact, an important increased of pH, a decrease of efficiency for COD and alkalinity removal and a strong brown coloration could be observed only a few weeks after the start-up. Moreover, nitrifying biomass, while showing a good potential activity, seemed to have difficulties to colonize the System. Results could be used, in order to optimize nitrogen removal, to change operational conditions a better way, know knowing what the biomass is capable of and where it can be found in the process. Also, these data allow a better understanding of how the nitrifying and denitrifying biomass colonizes the biofilters and of its behavior inside the System.

La première partie de ce travail de thèse s'est intéressée à l'impact des régimes alimentaires des porcs sur la quantité de soufre présente dans les déjections. La charge en soufre apportée par chacun des ingrédients qui composent la formulation a été analysée. La rétention et l'excrétion du soufre ingéré par les animaux (porcs) ont été évaluées par une étude in-vivo. Le soufre absorbé par les animaux est faiblement retenu, au-delà des besoins nutritionnels, il est excrété principalement sous la forme de sulfates, par la voie urinaire. La dynamique des sulfates dans le lisier a été évaluée par une simulation de stockage anaérobie, ils sont consommés et transformé en sulfure d'hydrogène, lequel est, soit transféré vers la phase gazeuse, soit stocké dans la phase liquide. La principale voie de production étant la réduction dissimilatrice des sulfates. La deuxième partie de ce travail de thèse est consacrée au devenir du soufre dans les unités de méthanisation agricoles où la production d'hydrogène sulfuré est sous la dépendance des mélanges de co-substrats digérés. Un inventaire des différents substrats utilisables par les unités de méthanisation à la ferme a donc été réalisé. Les teneurs en soufre total ainsi que les potentiels méthanogènes pour chacun de ces substrats ont été déterminés et un potentiel sulfurogène (concentration maximale d'hydrogène sulfuré du biogaz pour un substrat donné) a été défini. Grâce à ces données, un ratio C/S a pu être défini, lequel a permis de classer les différents substrats quant à leur potentialité à produire de l'hydrogène sulfuré. Les algues vertes d'échouage, substrat à faible ratio C/S, ont été testées sur des pilotes de digestion anaérobie en co-digestion avec des lisiers de porcs. Pour ces algues, le faible potentiel de production de biogaz couplé aux fortes teneurs en hydrogène sulfuré du biogaz mesuré avec nos essais limite fortement l'intérêt de leur utilisation dans les filières de méthanisation à la ferme.

Les antibiotiques ont longtemps été utilisés dans les pratiques d'élevage comme additifs alimentaires pour améliorer la croissance des animaux, comme les porcelets en post-sevrage, ainsi que pour traiter les infections bactériennes, notamment celles causées par Escherichia coli et Salmonella. Cependant, cette pratique a largement contribué à l'émergence de la résistance aux antibiotiques chez les bactéries commensales et pathogènes, ce qui a conduit à un réel problème de santé publique. Face à l’incidence accrue des infections causées par les bactéries pathogènes résistantes aux antibiotiques, la recherche de solutions alternatives est devenue une urgence et les peptides antimicrobiens naturels (AMPs) et plus particulièrement les bactériocines apparaissent parmi les alternatives prometteuses qui ont été proposées. La microcine J25 (MccJ25) est un peptide antimicrobien produit par Escherichia coli connu pour exercer une puissante activité inhibitrice contre les Enterobacteriaceae, y compris Salmonella. Grâce à sa structure en lasso, la MccJ25 présente une faible sensibilité aux protéases et aux conditions dénaturantes et pourrait ainsi avoir une plus grande stabilité durant un tractus gastrointestinal (GI). Toutes caractéristiques font de la MccJ25 une molécule à fort potentiel d’utilisation comme alternative aux antibiotiques dans le domaine vétérinaire. L’objectif général de cette thèse était d’évaluer le potentiel de MccJ25 comme alternative aux antibiotiques pour l’inhibition de Salmonella dans les conditions physiologiques du tube digestif du porc. Dans la première partie de cette étude, la stabilité et l’activité inhibitrice de la MccJ25 ont été évaluées dans les différents compartiments du tractus GI en utilisant le simulateur dynamique in vitro TIM-1. La MccJ25 a démontré une plus grande stabilité au niveau de l'estomac, tandis qu'une dégradation modérée a été observée dans le compartiment duodénal. Les formes de dégradation de la MccJ25 ont été analysées par LC-MS/MS et selon l’approche des réseaux moléculaires utilisant les outils de la plateforme GNPS, et en présence d'enzymes protéolytiques simulant les conditions duodénales. Les principales enzymes responsables de la dégradation de la MccJ25 ont ainsi pu être identifiées. Dans un deuxième temps, les concentrations minimales inhibitrices (CMI) et bactéricides (CMB) de la MccJ25 ont été déterminées in vitro contre Salmonella enterica subsp. enterica serovar Newport ATCC6962 dans le milieu LB ainsi que dans le milieu Macfarlane qui simule les conditions coliques du porc. Cette activité inhibitrice a été également comparée à celle de deux autres antimicrobiens, la réutérine et la rifampicine. Enfin, dans un troisième temps, l’activité de la MccJ25 contre Salmonella Newport et son impact sur la composition et l’activité métabolique du microbiote colique du porc ont été évalués en utilisant le modèle in vitro de fermentation en continu PolyFermS qui simule les conditions du côlon proximal porcin. L’activité inhibitrice contre Salmonella Newport a été évaluée par la méthode de de diffusion sur gélose, tandis que l’impact sur les différents groupes bactériens du microbiote colique porcin a été quantifié par la méthode de qPCR-PMA et par séquençage Illumina MiSeq. De façon remarquable, la MccJ25 n'a pas induit de modification significative de la composition du microbiote colique, alors qu'elle a fortement inhibé la croissance de Salmonella Newport, contrairement à la réutérine ou la rifampicine. Par ailleurs, l’analyse de l’activité métabolique du microbiote colique à l’aide du logiciel R et effectuée à partir des données de LC-MS, a démontré un effet significatif de la MccJ25 sur le métabolome intracellulaire alors qu’aucun effet significatif n’a été observé sur le métabolome extracellulaire. En conclusion, l’application d’approches microbiologiques, métagénomiques et métabolomiques très originales, variées et complémentaires nous a permis de confirmer le potentiel de la MccJ25 quant à la possibilité de son utilisation comme une alternative aux antibiotiques dans les pratiques d’élevage. Sa stabilité dans les premières étapes de digestion, sa spécificité à l'égard de Salmonella et le fait que son introduction dans le microbiote intestinal n'entraîne pas de dysbiose, la désignent comme un bon candidat dans la lutte contre la salmonellose. Des études complémentaires seront cependant nécessaires afin de confirmer ces résultats in vivo en conditions réelles d’élevage. / Antibiotics have long been used in animal husbandry practices as feed additives to improve animal growth as well as to treat bacterial infections, including those caused by Escherichia coli and Salmonella. However, this practice has largely contributed to the emergence of antibiotic resistance in commensal and pathogenic bacteria, which has led to a real public health problem. The increased incidence of infections caused by antibiotic-resistant pathogenic bacteria, has promoted the search for new alternatives and natural antimicrobial peptides (AMPs), including bacteriocins are among the promising alternatives that have been proposed. Microcin J25 (MccJ25) is an antimicrobial peptide produced by Escherichia coli and known to exert a potent inhibitory activity against Enterobacteriaceae, including Salmonella. Thanks to its lasso structure, MccJ25 has a low sensitivity to proteases and to denaturing conditions suggesting a higher stability in the gastrointestinal tract (GI) conditions. These characteristics make MccJ25 a molecule with high potential for use as an alternative to antibiotics in the veterinary field. The general objective of this thesis was to evaluate the potential of MccJ25 as an alternative to antibiotics for the inhibition of Salmonella in the physiological conditions of the digestive tract of piglet. In the first part of this study, the stability and the inhibitory activity of MccJ25 were evaluated in the different compartments of the GI tract using the dynamic simulator TIM-1. MccJ25 demonstrated higher stability in the stomach compartment; however, a moderate degradation was observed when the peptide entered the duodenum. Degradation products of MccJ25 in duodenal conditions and in the presence of different proteolytic enzymes were further analyzed using LC-MS/MS and subsequent molecular networking analysis using the Global Natural Product Social Molecular Networking platform (GNPS). Thus, the enzymes responsible for the degradation of MccJ25 have been identified. In the second part of the present study, the minimal inhibitory (MIC) and bactericidal (MBC) concentrations of MccJ25 were determined in vitro against Salmonella enterica subsp. enterica serovar Newport ATCC6962 in LB medium as well as in MacFarlane medium that simulates the swine colonic conditions. This inhibitory activity was also compared to that of two other antimicrobials namely reuterin and rifampicin. Finally, the activity of MccJ25 against Salmonella Newport and its impact on the composition and the metabolic activity of the swine colonic microbiota were evaluated using the in vitro continuous fermentation model PolyFermS that simulates the swine proximal colon conditions. The inhibitory activity against Salmonella Newport was evaluated using the agar diffusion assay, while the impact on the different bacterial groups of the swine colonic microbiota was quantified by qPCRPMA method and Illumina MiSeq sequencing. Interestly, MccJ25 did not induce any significant modification of the composition of the colonic microbiota, whereas it strongly inhibited the growth of Salmonella Newport, unlike reuterin and rifampicin. However, the analysis of the metabolic activity of the colonic microbiota using the R software and the LC-MS data, demonstrated a significant effect of MccJ25 on the intracellular metabolome. No significant effect was obtained with extracellular metabolome. In conclusion, the application of very original, varied and complementary microbiological, metagenomic and metabolomic approaches allowed us to confirm the potential of MccJ25 for use as an alternative to antibiotics in the veterinary sector. Its stability in the early stages of digestion, its specificity with regard to Salmonella and the fact that its addition into the intestinal microbiota does not cause any dysbiosis, suggested it as a good candidate as an anti-Salmonella. However, additional studies remain necessary to confirm these results in vivo under real animal use conditions.