ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE DE LA REPONSE DE LACTOCOCCUS LACTIS NCDO2118 AUX CONDITIONS HYDRODYNAMIQUES LOCALES EN REACTEUR COUETTE

摘要

Cette thèse présente les résultats de travaux visant à étudier les interactions entre les conditions hydrodynamiques et le comportement bactérien en bioréacteur. En s'intéressant plus particulièrement aux phénomènes agissant aux petites échelles, nous avons cherché à identifier, caractériser et quantifier les couplages hydro-bio à l'échelle de la cellule. Ici, la souche Lactococcus lactis a été choisie comme modèle microbiologique, alors qu’un réacteur de type Couette a été préféré afin d’engendrer des contraintes hydrodynamiques connues et définies. Il a été démontré que dans des conditions spécifiques d’écoulement (Modulated Wavy Vortex Flow), les bactéries lactiques s’agrègent au sein d’une matrice riche en polysaccharides. Le lien entre ce phénotype atypique et les contraintes locales liées à l’écoulement a été étudié { l’aide de simulation numérique directe de l’écoulement combiné { un suivi de particule. Cette approche permet d’établir les profils temporels des contraintes subies et de comparer la nature des forces disruptives subies au mécanisme d’agrégation séparation des cellules bactériennes au sein de leur matrice. Ce travail de recherche donne ainsi d’autres exemples d’interactions cellule – environement en bioreacteurs, mettant en exergue des effets mécaniques.-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------The aim of this work is to reach a better understanding of environmental effects on bacterial behaviour in bioreactors. Particular attention has been paid to hydrodynamically-induced stresses at the cell scale, with a view to characterizing and quantifying these local interactions. As a “model experiment”, Lactococcus lactis NCDO2118 has been cultivated in a CouetteudBioreactor, a device generating a known and defined flow field. Under specific flow regime (Modulated Wavy Vortex Flow), the cells end up being entrapped in a polysaccharidic matrix. The phenotype of the cells has been demonstrated to be strongly affected by the flow conditions. The stress signal encountered by the cells has been characterized, through umerical simulation (Direct Numerical Simulation) and lagrangian particle tracking, and linked to the phenotypic expression. These studies provide further examples of bacterial response to local hydrodynamic conditions.