Effets des ondes acoustiques hautes fréquences sur la décontamination microbiologique et la physiologie des végétaux

Effects of high frequency acoustic waves on microbiological decontamination and plant physiology

• Auteur / Autrice : Aurélien Pitot Aimaretti
• Direction : Huguette Sallanon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 06/11/2023
• Etablissement(s) : Avignon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et agrosciences (Avignon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Qualisud (Montpellier)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : electronie
• Partenaire(s) de recherche : Financement : Provence-Alpes-Côte d'Azur
• Jury : Président / Présidente : Christian Chervin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Broussolle, Jean-Christophe Meile
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Adnane Hitmi, Frédéric Violleau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contamination

Physiologie végétale

Ondes sonores

Décontamination

Plantes

Mots clés libres

Décontamination

Végétaux

Ondes acoustiques

Physiologie

Microbiologique

Physiology

Plant

Decontamination

Microbiological

Acoustic waves

Résumé

L’industrie des produits frais coupés utilise, pour ses opérations de lavage et de décontamination des végétaux, des substances chimiques à base de chlore et d’importantes quantités d’eau. Ces pratiques se heurtent de plus en plus aux attentes sanitaires des consommateurs et aux contraintes environnementales. Des solutions alternatives doivent être trouvées ; c’est dans cette optique que ce travail de thèse s’intéresse aux ondes acoustiques hautes fréquences. Le projet de recherche s’articule autour de deux axes majeurs qui sont d’une part, la désinfection des eaux de lavage via un sonoréacteur en vue d’un recyclage et d’autre part, la décontamination des végétaux grâce à un nettoyage par ondes ultrasonores hautes fréquences nommées mégasons. Les niveaux de performances, les mécanismes mis en jeu et la compatibilité de cette technologie sur la laitue 4ième gamme et sa microflore ont été évalués. Les résultats obtenus montrent, pour les deux axes de recherche, que cette technologie est fonctionnelle. Le sonoréacteur utilisant des ultrasons de basses fréquences désinfecte les eaux de lavage de laitues avec des valeurs de l’ordre de 90%. Son efficacité antibactérienne est également observable sur souches pathogènes : Escherichia coli, Salmonella enterica et Listéria monocytogenes. La microscopie électronique à balayage confirme l’inactivation des microorganismes, principalement grâce à l’effondrement des bulles de cavitation transitoire. L’exposition des laitues Batavia aux mégasons donne des niveaux de réduction microbiologiques équivalents à ceux du chlore 80 ppm et cela, juste après traitement et au cours de la conservation en barquette à 4°C. La qualité visuelle et organoleptique ainsi que la durée de vie des produits ne sont pas altérées. Les paramètres physiologiques et métaboliques comme la perméabilité membranaire, la concentration en minéraux, la teneur en vitamine C et la respiration ne révèlent aucun changement significatif. L’efficacité de décrochage desmicroorganismes par les mégasons à la surface des végétaux semble varier en fonction des groupes bactériens composant la flore totale. Des analyses complémentaires en metabarcoding permettront de préciser les résultats obtenus sur milieux sélectifs. Afin d’amorcer de nouvellesperceptives d’applications au projet, une étude sur l’imbibition et la germination de semences de haricots par traitements mégasonniques a été réalisée. Les résultats montrent une implication de l’eau ayant subi les mégasons dans l’entrée en germination plus précoce des graines. Desinfra-doses de H2O2 pourraient agir dans le processus. Les informations recueillies au cours de ces travaux ont permis d’optimiser laconception et la fabrication, au sein de l’entreprise Electronie, de deux nouveaux prototypes (un bac à mégasons et un sonoréacteur) issus de brevets antérieurs. Un système améliorant les performances de désinfection du sonoréacteur a également fait l’objet d’une déclaration d’invention. Le projet poursuit son développement et entre dans une phase plus industrielle avec la collaboration étroite de professionnels du secteur agroalimentaire.

The fresh cut industry uses chlorine-based chemicals and large quantities of water for its washing and decontamination operations. These practices are increasingly coming up against consumers' health expectations and environmental constraints. Alternative solutions must befound ; It is with this in mind that this thesis work focuses on high-frequency acoustic waves. The research project revolves around two major axes, which are, on the one hand, the disinfection of wash water via a sonoreactor for recycling and on the other hand, the decontamination of plants through cleaning by high-frequency ultrasonic waves called megasounds. The performance levels, the mechanisms involved and the compatibility of this technology on 4th range lettuce and its microflora were evaluated. The results obtained show, for both lines of research, that this technology is functional. The sonoreactor using low-frequency ultrasounds disinfects lettuce washing water with values of the order of 90%. Its antibacterial efficacy is also observable on pathogenic strains : Escherichia coli, Salmonella enterica and Listeria monocytogenes. Scanning electron microscopy confirms the inactivation of microorganisms, mainly through the collapse of transient cavitation bubbles. Exposure of Batavia lettuce to megasounds gives microbiological reduction levels equivalent to those of chlorine 80 ppm and this, just after treatment and during storage in trays at 4 ° C. The visual and organoleptic quality as well as the shelf life of the products are not altered. Physiological and metabolic parameters such as membrane permeability, mineral concentration, vitamin C content and respiration show no significant changes. The efficiency of stall microorganisms by megasounds on the surface of plants seems to vary according to the bacterial groups composing the total flora. Additional metabarcoding analyses will make it possible to specify the results obtained on selective media. In order to initiate new perspectives of applications to the project, a study on the imbibition and germination of bean seeds by megasonic treatments was carried out. The results show an involvement of water having undergone megasounds in the earlier germination of seeds.Infradoses of H2O2 could act in the process. The information gathered during this work made it possible to optimize the design and manufacture, within the company Electronie, of two new prototypes (a megasounds tank and a sonoreactor) from previous patents. A system improving the disinfection performance of the sonoreactor was also the subject of a declaration of invention. The project continues its development and enters a more industrial phase with the close collaboration of professionals from the agri-food sector.