Étude des mécanismes d’inactivation des microorganismes suite à un traitement à l’ozone

Notre thèse s’inscrit dans le cadre de la compréhension des mécanismes d’inactivation de microorganismes, principalement des spores bactériennes, suite à un traitement à l’ozone. Les objectifs généraux, au départ, étaient de mettre en place une stratégie expérimentale dans le but de déterminer les espèces et les phénomènes impliqués dans les mécanismes d’inactivation des spores en combinant diverses techniques pluridisciplinaires. Rappelons que les récentes avancées en stérilisation par plasma sont principalement dues aux études menées sur les mécanismes d’inactivation des microorganismes. Dans ce contexte, en nous appuyant sur une synthèse des études publiées dans la littérature scientifique, nous avons élaboré une étude expérimentale en deux étapes : l’étude de la stérilisation à l’ozone en milieu sec puis en milieu humide. Au cours de ces études, nous avons principalement étudié la cinétique d’inactivation des microorganismes, les dommages occasionnés à ces derniers par de tels traitements et nous avons identifié les espèces responsables de l’inactivation pour, enfin, proposer un mécanisme d’inactivation en spécifiant le rôle et l’importance des différents phénomènes en jeu. L’originalité de notre approche s’appuie sur la corrélation faite entre ces deux types de traitement (ozone sec et humidifié) ainsi que la diversité et la complémentarité des moyens de caractérisation utilisés.  Dans un second volet, nous avons mis en évidence pour la première fois la possibilité de conférer à une surface de Pétri de polystyrène (PS) une importante activité biocide suite à un traitement à l’ozone. Nous avons mené une étude de caractérisation des propriétés de ces surfaces démontrant, principalement, leur grande efficacité biocide sur une large gamme de microorganismes, l’importance de l’interaction microorganismes/surface traitée, l’existence de la rémanence biocide, les modifications physico-chimiques induites en surface… L’étude des modifications physico-chimiques et microbiologiques nous a permis d’approcher les mécanismes d’inactivation en identifiant, de manière non exhaustive, les phénomènes impliqués. Enfin, nous avons examiné l’applicabilité de cette méthode à divers types de polymères montrant que le degré d’activité biocide induite dépend de la nature du substrat. The thesis deals with the inactivation mechanisms of microorganisms (mainly endospores) after an ozone treatment. The general objective of this work was to provide an experimental strategy to identify the phenomena and chemical species involved in microorganism inactivation mechanism using multidisciplinary techniques. Recall that the recent advances in plasma sterilization are mainly due to comprehensive studies dealing with the inactivation mechanisms of microorganisms. In this context, based on a review of published studies, we proposed a two-step experimental study of ozone sterilization in both dry and humid media. In the course of this work, we have examined the inactivation kinetics of some microorganisms, their damage after treatments; we have also identified the chemical species responsible for inactivation, and proposed an inactivation mechanism (for each type of ozone treatment) by describing the importance and role of the different implicated phenomena. The originality of our approach rests on the correlation achieved between the dry and humid ozone treatment, and by the diversity and complementarity of the characterization techniques used. In a second part, we show for the first time the possibility to confer biocide activity to surfaces of polystyrene (PS) Petri dishes after their exposure to ozone. A characterization study of these treated surfaces mainly shows a high inactivation efficacy on various microorganisms, the importance of the microorganisms/treated-surface interaction, the biocide persistence of the treated surfaces and physico-chemical modifications. The study on physico-chemical and microbiological changes gives us elements for identifying the phenomena involved in the inactivation mechanisms. Finally, we have shown the possibility to confer biocide properties to polymeric surfaces in general with the same experimental process observing that the biocide efficacy depends on the nature of the polymer.

Keyphrases: Stérilisation, Ozone sec et humide, Spectroscopie optique d'absorption, Caracterisation de surface, Sterilization, Dry and humid ozone, Absorption spectroscopy, Spore bacterienne, Bacterial spore, Polymeres thermosensibles, Thermo-sensitive polymers, Surface characterization