Thèse soutenue

Modélisation de cultures mixtes de levures pour leur mise en oeuvre optimale dans les bioprocédés

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Auteur / Autrice : Paul René Brou
Direction : Cédric BrandamSandra Beaufort
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
Date : Soutenance le 10/10/2018
Etablissement(s) : Toulouse, INPT
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie chimique (Toulouse ; 1992-....)
Jury : Président / Présidente : Patricia Taillandier
Examinateurs / Examinatrices : Cédric Brandam, Sandra Beaufort, Patricia Taillandier, Marina Bély, Nicolas Rozès, Behnam Taidi
Rapporteurs / Rapporteuses : Marina Bély, Nicolas Rozès

Résumé

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Les potentialités liées aux cultures mixtes de micro-organismes sont immenses et ouvrent de vastes possibilités pour l’innovation dans les bioprocédés. Cependant, étant donné la complexité des phénomènes régulant la physiologie d’un seul micro-organisme, leur mise en oeuvre en culture mixte est d’autant plus difficile à maîtriser que des interactions entre ces micro-organismes viennent s’ajouter. Le travail présenté dans ce manuscrit est une étude d'un couple de levures oenologiques constitué de Saccharomyces cerevisiae et de Torulaspora delbrueckii. Son objectif est d'acquérir des informations expérimentales afin d’analyser et in fine modéliser l'évolution des cultures pures et des cultures mixtes. L'analyse des données expérimentales acquises lors des cultures pures de chaque levure a permis de quantifier l'effet favorable de la concentration initiale d'azote assimilable sur la croissance et la vitesse de fermentation des deux levures. Elle a aussi mis en évidence une prolongation de la phase de latence de T. delbrueckii induite par une augmentation des facteurs anaérobies. Les cultures mixtes ont été réalisées en présence et en absence de membrane de séparation permettant ainsi d'observer les effets du contact physique sur l'évolution des cocultures. Le contact physique influence la dynamique des populations. En culture mixte, S. cerevisiae domine T. delbrueckii dans un milieu synthétique classique. Une augmentation de la concentration initiale de facteurs anaérobies inverse complètement cette domination. L'analyse des résultats expérimentaux nous a orienté vers le développement d'un modèle «stoechio-cinétique» structuré dans lequel l'azote assimilé par la levure se répartit en deux compartiments: le compartiment constitutif et le compartiment de stockage. Ce modèle a permis une représentation fidèle des cinétiques observées en culture pure. La prise en compte des interactions s'est faite en intégrant la compétition pour les substrats, les interactions indirectes et les interactions directes. L'ensemble des hypothèses émises lors de ce travail de modélisation souligne la nécessité d'approfondir les connaissances scientifiques concernant le métabolisme deT. delbrueckii en anaérobiose stricte et l'effet des facteurs anaérobies sur les interactions microbiennes.