THÈSE L'UNIVERSITÉ DE BRETAGNE OCCIDENTALE

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  • THSE

    prsente devant

    LUNIVERSIT DE BRETAGNEOCCIDENTALE

    COLE DOCTORALE DES SCIENCES DE LA MATIREDE LINFORMATION ET DU VIVANT

    POUR LOBTENTION DU GRADE DE

    DOCTEUR

    Mention Microbiologie

    par

    Stphane GAILLARD

    Modlisation de la thermorsistance, de laviabilit et du comportement la

    recroissance de Bacillus cereus, en fonction dela temprature, du pH et de lactivit

    aqueuse.

    Soutenue le : 19 dcembre 2003

    Devant la commission dexamen forme de :

    Dr. J.M. MEMBR Directeur de Recherche, INRA RapporteurPr. J. VAN IMPE Universit Catholique de Louvain RapporteurDr. I. LEGURINEL Matre de confrences, UBO ExaminateurDr. L. PERRIER Ingnieur de Recherche, DANONE ExaminateurDr. N. SAVY PRAG, UBO ExaminateurPr. P. MAFART UBO Directeur de Thse

  • Remerciements

    Les travaux de recherche prsents dans ce manuscrit ont t raliss au sein duLaboratoire Universitaire de Microbiologie Applique de Quimper (LUMAQ) dirigpar le Professeur Adrien BINET, en collaboration avec le ple de comptences enscurit alimentaire du groupe DANONE.

    Je tiens exprimer toute ma reconnaissance au Professeur Pierre MAFART,mon Directeur de thse, qui tout au long de ces annes, ma suivi et encourag. Jetiens le remercier pour son infinie patience et pour la trs grande libert quil maaccorde dans la conduite de ce travail. Les discussions que nous avons eues et lesconseils quil ma prodigus se sont toujours rvls fructueux et formateurs. Pourtout cela, je tiens lui tmoigner toute ma gratitude et mon profond respect.

    Jadresse galement toute ma gratitude au Professeur Jan VAN IMPE de lUni-versit Catholique de Louvain et au Docteur Jeanne-Marie MEMBR de lINRAde Lille qui me font lhonneur dtre rapporteurs de cette thse. Je les remercievivement davoir accept de juger ce travail.

    Lensemble des travaux a t financ par le groupe DANONE dans le cadre duneconvention CIFRE. Je tiens tout particulirement remercier le Docteur StphanARINO, mon co-directeur de thse, sans qui cette tude naurait pas t possible.Je tenais ce quil fasse partie de ce jury en gage de lexpression de ma reconnais-sance. Cependant, malgr la meilleure volont du monde, il ne pourra pas mhonorerde sa prsence. Je lui exprime mes profonds regrets. Je souhaite donc adresser devifs remerciements au Docteur Louise PERRIER de DANONE VITAPOLE qui aaccept dexaminer ce travail en prenant place au sein du jury.

    Je remercie sincrement le Docteur Ivan LEGURINEL de mavoir permis demener cette thse dans une ambiance trs conviviale. Je lui suis trs reconnaissantde mavoir fait confiance en me laissant lentire libert de concilier ma recherche etmon enseignement. Son soutien et ses encouragements pour les travaux pratiqueset dirigs de Gnie Industriel Alimentaire mont beaucoup touch. Cest pour moiloccasion de lui exprimer toute ma gratitude.

    Je tiens adresser mes profonds remerciements au Docteur Nicolas SAVY poursa disponibilit et ses prcieux conseils au niveau des statistiques et des math-matiques. Je lui suis galement trs reconnaissant de mavoir fait dcouvrir LATEX.

  • ii

    Cest un trs grand plaisir de le voir prendre place dans le jury pour examiner cettethse.

    Jadresse galement mes remerciements Christian DAR, notre gourou de lin-formatique, qui ma initi et converti au systme Debian GNU/Linux. Merci davoirtoujours t fidle au poste en cas de problmes. Je lui souhaite une trs bonne conti-nuation dans ses nouvelles fonctions Brest.

    Je souhaite galement remercier chaleureusement tous les membres du labora-toire qui mont, chacun leur manire, soutenu, aid et encourag dans ce travail, enparticulier Olivier COUVERT, Louis COROLLER, Yannick FLEURY et StphanieSAVY.

    Enfin, je tiens remercier ma famille qui, jusquau bout, ma soutenu et aid,ainsi que tous les fragueurs , fragueuses et plongeurs qui ont frquent lelaboratoire y crant cette ambiance si attachante. Cette thse leur est ddie.

  • Table des matires

    Rsum vii

    Liste des tableaux ix

    Table des figures xi

    Introduction 1

    1 Etude Bibliographique 51.1 La spore bactrienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

    1.1.1 Gnralits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1.2 Morphologie de la spore bactrienne . . . . . . . . . . . . . . 61.1.3 Origine de la rsistance thermique . . . . . . . . . . . . . . . 8

    1.2 Etude du traitement thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.2.1 Les modles cintiques ou modles primaires . . . . . . . . . 121.2.2 Les modles environnementaux ou modles secondaires . . . 15

    1.2.2.1 Influence de la temprature . . . . . . . . . . . . . 151.2.2.2 Influence du pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.2.2.3 Influence de lactivit de leau . . . . . . . . . . . . 20

    1.2.3 Quantification des traitements thermiques . . . . . . . . . . 221.3 La rcupration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

    1.3.1 La modlisation primaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.3.2 La modlisation secondaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

    1.3.2.1 Influence de la temprature dincubation . . . . . . 271.3.2.2 Influence du pH de rcupration . . . . . . . . . . 291.3.2.3 Influence de lactivit de leau . . . . . . . . . . . . 30

    1.3.3 La rcupration et le calcul des barmes . . . . . . . . . . . 311.4 Etude du comportement la recroissance . . . . . . . . . . . . . . . 32

    1.4.1 La modlisation primaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321.4.2 La modlisation secondaire du taux de croissance . . . . . . 34

    1.4.2.1 Les modles polynmiaux . . . . . . . . . . . . . . 341.4.2.2 Les modles racine carre . . . . . . . . . . . . 341.4.2.3 Le Gamma Concept de Zwietering . . . . . . . 351.4.2.4 Les modles cardinaux . . . . . . . . . . . . . . . . 35

    1.4.3 La modlisation du temps de latence . . . . . . . . . . . . . 361.5 Bacillus cereus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

  • iv TABLE DES MATIRES

    1.6 Microbiologie prvisionnelle, le contexte . . . . . . . . . . . . . . . . 41

    2 Matriel et mthodes 432.1 Matriel biologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.2 Etude du traitement thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

    2.2.1 Les milieux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.2.1.1 Etude du pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.2.1.2 Etude de laW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

    2.2.2 Cintique de survie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.2.3 Plans exprimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

    2.3 La rcupration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.3.1 Les milieux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.3.2 Cintique de rcupration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.3.3 Plans exprimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

    2.4 Etude de la latence et de la croissance . . . . . . . . . . . . . . . . 472.4.1 Les milieux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.4.2 Mthode de dnombrement en milieu liquide (NPP) . . . . . 482.4.3 Calibration du spectrophotomtre . . . . . . . . . . . . . . . 482.4.4 La manipulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492.4.5 Organisation des manipulations . . . . . . . . . . . . . . . . 492.4.6 Influence de la taille de linoculum . . . . . . . . . . . . . . 49

    2.5 Traitement des donnes exprimentales . . . . . . . . . . . . . . . . 512.5.1 Estimation des paramtres des modles . . . . . . . . . . . . 51

    2.5.1.1 Lestimateur des moindres carrs . . . . . . . . . . 512.5.1.2 Rgions de confiance des paramtres . . . . . . . . 512.5.1.3 Eustachage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

    2.5.2 Evaluation de la qualit dun modle . . . . . . . . . . . . . 532.5.2.1 Critre quantitatif : le R2ajuste . . . . . . . . . . . . 532.5.2.2 Critre qualitatif : lanalyse des rsidus . . . . . . . 54

    3 La modlisation primaire de la survie 573.1 Rsultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

    3.1.1 Allure des courbes de survie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573.1.2 Choix du modle primaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

    3.1.2.1 Caractristiques de la distribution de Weibull . . . 583.1.2.2 Signification des paramtres et . . . . . . . . . 603.1.2.3 Reparamtration . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

    3.1.3 Evaluation du modle sur une cintique . . . . . . . . . . . . 633.1.3.1 Estimation des paramtres . . . . . . . . . . . . . . 633.1.3.2 Evaluation de la qualit dajustement . . . . . . . . 64

    3.1.4 Application lensemble des cintiques . . . . . . . . . . . . 663.1.4.1 Calcul des paramtres . . . . . . . . . . . . . . . . 663.1.4.2 Qualit de lajustement . . . . . . . . . . . . . . . 66

    3.2 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673.2.1 Observation du comportement de p . . . . . . . . . . . . . . 673.2.2 Evaluation du modle avec une valeur de p fixe . . . . . . . 70

  • TABLE DES MATIRES v

    3.2.2.1 Estimation des paramtres . . . . . . . . . . . . . . 703.2.2.2 Utilisation du jackknife pour le calcul des paramtres

    et de leurs intervalles de confiance . . . . . . . . . 713.2.2.3 Evaluation de la qualit dajustement . . . . . . . . 74

    3.2.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

    4 La modlisation secondaire de la survie 794.1 Rsultats relatifs au traitement thermique . . . . . . . . . . . . . . 79

    4.1.1 Influence de la temprature . . . . . . . . . . . . . . . . . . 794.1.2 Influence de lactivit de leau . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

    4.1.2.1 Choix du modle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814.1.2.2 Ajustement et qualit du modle . . . . . . . . . . 814.1.2.3 Bilan et interprtations . .