Composition du jury :

• Mme Céline Casenave: Rapporteure
• M. Jesús-María Frías-Celayeta: Rapporteur
• M. Jesús-Andrés Picо́-Marco: Rapporteur
• M. Denis Efimov: Examinateur
• M. Jean-Philippe Steyer: Examinateur

Mot clés :

 Modélisation mécaniste, procédés alimentaires, interactions bactéries/phages 

Résumé :

 Avec l’augmentation de la demande pour les produits fromagers, l’optimisation des procédés de production est devenue essentielle. L’une des premières étapes de la fabrication du fromage est l’acidification du lait, qui influence fortement les propriétés organoleptiques, la texture et la sécurité du produit final. Elle consiste à convertir le lactose, sucre du lait, en acide lactique par des bactéries lactiques. Cependant, ces bactéries sont sensibles aux attaques de virus appelés bactériophages. Ces attaques peuvent entraîner la lyse bactérienne, retardant ou arrêtant l’acidification, ce qui engendre des pertes économiques dues au rejet du lait et à la nécessité de nettoyer les installations. Cela souligne l’importance d’une meilleure compréhension des interactions phages-bactéries en fromagerie. Une approche novatrice pour étudier ces interactions est la modélisation mécaniste dynamique. Cette étude vise donc à contribuer à une meilleure compréhension des interactions phages-bactéries dans les processus de fermentation du lait en établissant un modèle dynamique. Pour ce faire, une méthode de mesure à haut débit du pH a été utilisée pour générer des données sur l’acidification dans différentes conditions initiales de bactéries et de phages. Le modèle développé a donné des résultats satisfaisants, prédisant avec précision les données expérimentales et identifiant correctement le résultat de l’acidification. Une analyse de sensibilité a révélé les phénomènes dominants, ce qui a aussi aidé à concevoir de nouvelles expériences informatives. Une analyse théorique du modèle a révélé trois phases temporelles de l’attaque : d’abord, la phase de contamination, un court laps de temps où les phages s’adsorbent aux bactéries ; puis la phase de propagation, dominée par la propagation des phages et l’infection des bactéries sensibles ; et enfin, la phase de décharge, caractérisée par la lyse bactérienne et la libération de nouveaux phages. Une composante dynamique rapide a été identifiée et séparée des dynamiques lentes. En utilisant l’approximation de l’état quasistationnaire, une relation analytique entre les conditions initiales des bactéries et des phages et le pH final a été établie. Cela montre que l’acidification ne dépend pas uniquement du rapport des conditions initiales. Cette approximation a permis de réduire le modèle, économisant 83 % du temps de simulation. Enfin, un outil a été développé pour prédire le nombre d’acidifications réussies possibles avant qu’un nettoyage ne soit nécessaire. Les résultats sont basés sur des données faciles à obtenir, comme la quantité de bactéries utilisée et les résultats d’une acidification précédente. Cela représente une première étape vers la conception d’un outil d’aide à la décision pour les fromagers. Cette étude améliore la compréhension des dynamiques d’attaque des phages lors de l’acidification du lait et permet des prédictions précises grâce à un système d’équations différentielles ordinaires et un modèle réduit.