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

Sujet de thèse: "Biofilms et usure des emballages alimentaires: définition des limites de réemploi des contenants en plastiques biodégradables pour le sécurité alimentaire"

Contexte. La production mondiale de plastique, dont plus de 40 % est destinée à l'emballage, génère une pollution majeure, en particulier dans le secteur agro-alimentaire. Pour y remédier, la loi française AGEC (2020) impose qu'au moins 10 % des emballages mis sur le marché en 2027 soient issus du réemploi. Les contenants en inox et en verre sont aujourd'hui privilégiés, mais le plastique, plus léger, représente une alternative prometteuse. Des études ont toutefois montré que les cycles répétés de lavage altèrent progressivement la surface des plastiques, favorisant l'adhérence de biofilms bactériens et soulevant des risques sanitaires. Or, il n'existe actuellement aucune méthode fiable pour déterminer le degré d'usure acceptable ni le nombre maximal de cycles de réemploi avant mise au rebut d'un contenant plastique. Ces lacunes freinent le développement du réemploi, notamment pour les plastiques biodégradables dont la valorisation en fin de vie est pourtant essentielle à une économie circulaire efficace.

Objectifs. Ce projet de thèse vise à comprendre et prédire le lien entre l’état de surface des matériaux plastiques biodégradables au cours des cycles de réemploi et la dynamique d’adhérence et de développement d’un biofilm microbien persistent qui peut compromettre la sécurité alimentaire. Pour cela, la thèse mettra en place une méthodologie d'évaluation de l'usure de surface des matériaux en fonction des cycles d’usage/lavage et des risques associés d’adhésion et persistance du biofilm. Les résultats permettront d'établir des recommandations sur les critères d’usure permettant de déterminer quand un emballage doit être retiré du circuit de réemploi.

Méthodologie. La thèse s'appuie sur deux emballages modèles : une barquette en PP (plastique conventionnel) et une barquette en PHBV (biodégradable), produites par un partenaire industriel. Ces contenants d'environ 500 ml seront soumis à des cycles répétés d'usage alimentaire et de lavage, simulant les circuits de restauration collective en liaison chaude ou froide. Le travail est structuré en quatre tâches séquentielles. La première consiste à évaluer l'état de surface des matériaux au fil des cycles de réemploi, en établissant une échelle de dégradation à partir de techniques d'imagerie (microscopie, AFM), de profilométrie de rugosité et de mesures d'angle de contact. Des tests d'abrasion contrôlée, imitant l'usage d'ustensiles, seront également réalisés. La deuxième tâche repose sur des challenge-tests microbiologiques : un biofilm synthétique composé de micro-organismes modèles sera déposé sur les surfaces à différents niveaux d'usure, afin d'évaluer son adhérence, sa croissance et sa persistance après lavage. La troisième tâche vise à valider ces résultats en conditions réelles, en utilisant un aliment réel (plat préparé) et en étudiant à la fois des biofilms synthétiques et des biofilms naturels issus de l'aliment. Enfin, la quatrième tâche synthétisera l'ensemble des résultats pour formuler des recommandations à destination des pouvoirs publics, définissant les seuils d'usure acceptables et les conditions optimales de réemploi. Plusieurs collaborations sont prévues avec des centres techniques (IPC, Actalia, Aérial) et des équipes de recherche (BioDymia, L2C), notamment dans le cadre du projet ANR SCIRDE (2025-2028).

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 Valérie Guillard (PR, directrice de thèse), Fanny Coffigniez (MCU) et Lucile 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 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, 2025-2029), 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, Actalia et IPC, partenaires du projet SCIRDE, sont envisagés pour la réalisation notamment de certaines activités de la thèse.

Le.la candidat.e devra justifier d’un master ou équivalent en biologie, science des aliments ou microbiologie alimentaire, avec une expérience complémentaire ou un intérêt avéré pour les sciences des matériaux ou chimie des polymères. La pluridisciplinarité du sujet exigera du. de la candidat.e à développer une bonne capacité à appréhender des concepts variés. Le candidat devra montrée un intérêt particulier pour les questions relatives à la lutte contre la pollution plastique. 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.