Biofilms et usure des emballages alimentaires : définition des limites de réemploi des contenants en plastiques biodégradables pour la sécurité alimentaire

Le secteur agro-alimentaire, premier consommateur de plastiques, est responsable de plus de 70% des plastiques accumulés dans l'environnement. Face à ce constat, la réglementation européenne et la loi AGEC visent à réduire les emballages à usage unique avec un objectif de 10% d'emballages réemployables d'ici 2027.
Le réemploi des emballages alimentaires concerne notamment la restauration collective, les commerces proposant la vente en vrac, et les consommateurs utilisant leurs propres contenants. Si l'inox et le verre sont privilégiés pour leur facilité de nettoyage et de désinfection, leur poids important constitue un inconvénient majeur. Les matériaux plastiques apparaissent comme une alternative prometteuse, mais leur exposition répétée aux cycles de lavage, séchage et usage peut altérer leurs propriétés fonctionnelles. Cette dégradation, causée par les frottements, les variations thermiques et les détergents, s'accompagne de pratiques de nettoyage parfois inadaptées des consommateurs, favorisant la prolifération de bactéries pathogènes. L'altération progressive des surfaces augmente leur rugosité, créant un environnement propice au développement de biofilms.
Cette thèse vise à comprendre et prédire la relation entre l'état de surface des matériaux plastiques biodégradables au cours des cycles de réemploi et la dynamique d'adhérence des biofilms alimentaires microbiens. L'étude portera sur deux emballages primaires modèles : une barquette en PP (plastique conventionnel) et une barquette en PHBV (matériau biodégradable).
Le projet s'articule autour de quatre tâches :
1 - L'étude approfondie des propriétés de surface des matériaux au cours des cycles de réemploi, visant à établir une échelle de dégradation des surfaces plastiques. Des cycles d’usage/lavage seront réalisés pour simuler les conditions réelles de réemploi d’emballages, incluant les circuits de liaison chaude et froide de la restauration collective. L'état de surface sera évalué par microscopie électronique, AFM et mesures d'angle de contact, permettant d'établir une corrélation entre les cycles d'usage et les marqueurs d'usure.
2 - La réalisation de challenge-tests avec des biofilms synthétiques composés de contaminant microbiens modèles (e.g. coliformes fécaux). Les matériaux ensemencés seront placés en conditions optimales de croissance dans un milieu de culture. L'état microbiologique sera caractérisé par microscopie et analyses microbiologiques avant et après lavage, permettant d'évaluer la persistance du biofilm en fonction du niveau d'usure.
3 - La validation en conditions réelles impliquera une boucle de réemploi avec un aliment réel de type plat préparé. Cette phase étudiera la corrélation entre les cycles de réemploi, l'usure des emballages et la formation de biofilms, en comparant les résultats obtenus avec la communauté microbienne synthétique et les biofilms naturels issus du conditionnement alimentaire. Cette étape permettra de valider les modèles développés dans les phases précédentes.
4. L'élaboration de recommandations pour les pouvoirs publics concernant les conditions optimales de réemploi des emballages alimentaires en plastique, définissant notamment les seuils d'usure acceptables.
Cette thèse contribuera à enrichir un domaine encore peu exploré, situé à l'interface entre science des matériaux et microbiologie. Elle permettra de développer des protocoles innovants pour simuler l'usure des surfaces et cultiver des biofilms synthétiques représentatifs. Les résultats attendus comprennent la création d'un indicateur d'usure des surfaces d'emballages alimentaires, l'identification des seuils d'usure critiques favorisant l'adhérence des biofilms, et l'élaboration d'un modèle prédictif de la ré-employabilité d'un emballage. Ce dernier permettra d'optimiser la gestion des circuits de réemploi en déterminant le nombre optimal de cycles avant que le risque de formation et de persistance d'un biofilm ne devienne significatif.

Candidature : https://adum.fr/as/ed/voirproposition.pl?langue=fr&site=gaia&matricule_prop=62597

Le doctorant rejoindra l'équipe ePOP (eco-efficient Polymeric and Organic Packaging) de l'UMR IATE, qui travaille depuis plus de 15 ans dans le domaine de l’emballage alimentaire durable.
Il sera encadré par V Guillard (PR, directrice de thèse), F Coffigniez (MCU) et L Chatellard (MCU) apportant chacune leur expertise dans le domaine du génie des procédés, de la caractérisation et la modélisation des transferts de matière, des sciences des aliments et matériaux, et de la microbiologie. Cette direction collégiale couvrira tant l'accompagnement technique au laboratoire que les orientations scientifiques et stratégiques du projet.
Le suivi du doctorant s'organisera à plusieurs niveaux. Un accompagnement rapproché sera assuré par des points hebdomadaires et des bilans mensuels avec l'équipe encadrante, complétés par des échanges informels selon les besoins. Le doctorant présentera régulièrement l'avancement de ses travaux lors des réunions mensuelles de l'équipe ePOP, et lors de l’animation scientifique de l’UMR IATE. Son projet sera également évalué par le comité de suivi de thèse. En parallèle, l’ancrage du travail de thèse dans les activités du projet ANR SCIRDE (Safe and Circular by Design food packaging), coordonné par l’équipe d’accueil ePOP, permettra au doctorant de bénéficier des apports d’un projet de recherche collaboratif (15 partenaires publics, privés) et d'interagir avec une communauté scientifique élargie. Des collaborations plus étroites avec l’équipe BioDymia de l’Université de Lyon et les centres techniques Aérial et Actalia, partenaires du projet SCIRDE, sont envisagés pour la réalisation notamment des challenges tests.
Le doctorant bénéficiera aussi de l’expertise locale de chercheurs en caractérisation des matériaux (e.g., L2C) et de plateforme de caractérisation microscopique (e.g., AFM, MEB) pour les caractérisations de surface.
Pour enrichir sa formation, le doctorant suivra les formations complémentaires proposées par l'école doctorale ou d'autres organismes en lien avec sa thématique de recherche.

Le.la candidat.e devra justifier d’un master ou équivalent en biologie ou science des aliments ou de l’environnement, et d’une certaine appétence pour les questions relatives à la lutte contre la pollution plastique.

La pluridisciplinarité du sujet exigera du. de la candidat.e à développer une bonne capacité à appréhender des concepts variés. Motivé.e, organisé.e, fiable, le.la candidat.e devra faire preuve d’esprit d’initiative et d’innovation et devra apprécier le travail en équipe.

Une pratique aisée de l’anglais sera nécessaire à l’écrit comme à l’oral.

Niveau d'anglais requis: Intermédiaire: Vous pouvez parler la langue de manière compréhensible, cohérente et avec assurance sur des sujets de la vie courante qui vous sont familiers.