L’exposition au soleil, et donc aux rayons ultraviolets, est de plus en plus fréquente chez l’homme dans les pays occidentaux. En effet, les modes de vie ont fortement changé ces dernières années, avec pour résultat une augmentation non négligeable des loisirs en extérieur. Ceci a pour conséquence une augmentation de l’apparition des cancers cutanés, dont le pronostic de survie est souvent mauvais et l’issue fatale. De plus, les traitements associés à ces maladies sont lourds et n’agissent pas toujours de façon efficace. Les campagnes d’information et de prévention face aux dangers du soleil restent donc les principales mesures efficaces pour lutter contre le cancer cutané lié à une surexposition au soleil. La recherche de nouveaux produits permettant de protéger de manière efficace la peau des effets néfastes des rayons UV reste donc un défi permanent et primordial pour la recherche dans l’industrie cosmétique. Dans un premier temps, le travail a consisté à développer des nouvelles formulations de produits solaires contenant des concentrations élevées en filtres UV, conditionnées sous forme d’aérosol, celles-ci valables pour le marché européen. Une émulsion E/H et une émulsion E/Si ont donc été réalisées. Elles contenaient au final 27% de filtres UV pour l’émulsion E/H et 16,5% de filtres UV pour l’émulsion E/Si, dont 4% de filtres inorganiques pour les deux types d’émulsion. Leur viscosité était de 6800 mPa.s pour l’émulsion E/H et de 2800 mPa.s pour l’émulsion E/Si. Ces formulations étaient stables lorsqu’elles étaient conservées pendant 2 mois à 40°C et également lorsqu’elles subissaient 5 cycles de température entre 5°C et 40°C. La mise en aérosol de ces émulsions a nécessité l’utilisation de 22% de gaz propulseur (mélange : butane, propane, isobutane). La taille des gouttelettes étant un paramètre important de la caractérisation des aérosols pour le choix des matériaux à utiliser ainsi que pour sécurité afin d’éviter toute inhalation pulmonaire, l’influence de différents éléments sur celle-ci a été étudiée. Nous avons ainsi montré que la concentration en gaz, la viscosité, la présence ou non de filtres inorganiques ainsi que le choix des valves et diffuseurs utilisés jouent un rôle dans la taille des gouttelettes émises, celle-ci ne pouvant pas être inférieure à 30 µm de diamètre. La taille des gouttelettes émises était supérieure à 50 µm avec pas plus de 0.1% ayant une taille inférieure à 10 µm et maximum 25% des gouttelettes ayant une taille comprise entre 10 et 30 µm. Les produits formulés contenaient de grandes quantités en filtres solaires, organiques et inorganiques (27% pour l’émulsion E/H et 16,6% pour l’émulsion E/Si), il était donc important de vérifier qu’aucun des filtres présents dans les émulsions ne passaient à travers la peau lors de l’application des produits solaires. En effet, ceux-ci doivent rester à la surface de l’épiderme afin de maintenir l’efficacité des produits solaires et d’éviter des effets néfastes systémiques éventuels en pénétrant la peau. Une étude in vitro utilisant de la peau humaine excisée et des cellules de diffusion de Franz nous a permis de constater que les filtres inorganiques présents dans les formulations restaient en surface de la peau, et seulement deux des filtres organiques (l’EMC et MBBT) présentaient un potentiel de pénétration cutanée négligeable et non nocif pour la santé humaine (maximum 1,21 µg/ml/cm2 pour EMC et maximum 0,14 µg/ml/cm2 pour MBBT). De plus, après 24 h d’expérience, plus de 50% des filtres restaient à la surface de la peau, ce qui permettait de maintenir l’efficacité des produits solaires. Afin de mener à bien cette étude, des méthodes analytiques pour l’analyse simultanée des filtres solaires organiques d’une part, par CLHP (Chromatographie Liquide Haute Performance), et inorganiques d’autre part, par ICP-OES (Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry), ont été mises au point et validées. Une étude in vivo non invasive, basée sur le prélèvement des couches successives du stratum corneum, a été réalisée par la suite. Cette dernière a été effectuée par la méthode du « tape stripping », qui utilise des disques adhésifs rigides, et sur 9 volontaires pendant une période de 8 h. Elle a permis de confirmer les résultats obtenus avec la méthode in vitro. Une bonne corrélation entre ces deux types d’étude a été observée. Enfin, la dernière partie du travail a porté sur l’EMC, un des filtres organiques utilisé dans la plupart des produits solaires mis sur le marché et dans les émulsions E/H et E/Si formulées. Ce filtre présente une sensibilité à la lumière et aux rayons UV. L’encapsulation lipidique de celui-ci a donc été envisagée afin de produire des nanoparticules dont la matrice lipidique a pour but de protéger l’EMC contre une dégradation causée par les rayons UV. Trois lipides différents ont été investigués et ont montré des résultats positifs de protection vis-à-vis des rayonnements UV. En effet, après 2 h d’irradiation par les UV, une perte d’efficacité de 30% de l’EMC pur a été observée contre 10% à 21% pour l’EMC encapsulé par les différents lipides. De plus, les nanoparticules n’ont pas montré de potentiel d’augmentation de pénétration cutanée de l’EMC.

Le comportement de différents systèmes ternaires eau/huile/surfactif dans des puces microfluidiques de configuration « flow focusing » a été étudié sur la base du concept de "formulation optimale". L’influence des variables de formulation (nature du surfactif, polarité de l'huile (caractérisée par son "Equivalent Alkane Carbon Number" ou EACN), salinité de la phase aqueuse, température) et des variables de procédé (débit des phases aqueuses et huileuses, diamètre et mouillabilité des micro-canaux) sur le comportement de flux des systèmes biphasiques eau/huile en présence de surfactifs non ioniques (e.g. alcools gras polyéthoxylés), anioniques (e.g. dodécylsulfate de sodium) et cationiques (sels d'alkylammonium) a été examiné. La prédominance du comportement « jet flow » à l’approche de la « formulation optimale » permet la comparaison des tensioactifs, comme la méthode des balayages de formulation mais en nécessitant moins de réactif et moins de temps. Des émulsions Tween 80-Span 20/esters/eau, pour des applications en cosmétique, ont ainsi été formulées et caractérisées. Par ailleurs, les avantages de la technologie des microréacteurs ont été démontrés par le développement d’un réacteur à flux continu pour l’oxydation catalytique par le peroxyde d'hydrogène en émulsions de Pickering exemptes de solvant et stabilisées par des complexes à base de cyclodextrines. La comparaison des résultats obtenus à ceux des réactions menées en réacteur classique a mis en évidence un accroissement considérable de la vitesse de réaction. / The behavior of various ternary surfactant/oil/water systems in microfluidic chips with flow focusing configuration has been studied based on the concept of "optimal formulation." The influence of formulation variables (nature of the surfactant, polarity of oil (characterized by its "Equivalent Carbon Number Alkane" or EACN) salinity of the aqueous phase, temperature) and process variables (flow rate of the aqueous and oil phases, diameter and wettability of the micro-channels) on the flow behavior of water/oil biphasic systems in the presence of nonionic surfactants (e.g. polyoxyethylene fatty alcohols), anionic (e.g. sodium dodecyl sulfate) and cationic (alkylammonium salts) was examined. The predominance of the "jet flow" behavior in the vincinity of the so called “optimal formulation” allows the comparison of surfactants, similarly to scans formulation consuming less products and requaring a shorter time. Emulsions Tween 80-Span 20/esters/water for applications in cosmetics, have been prepared and characterized. Furthermore, the benefits of the microreactors technology were demonstrated by the development of a continuous flow reactor for the catalytic oxidation with hydrogen peroxide in free solvent Pickering emulsion stabilized by complexes with cyclodextrins. Comparison of the results performed in batch reactor showed a significant improvement in the reaction rate.

L'époxydation par dioxirane a été considérée comme étant réalisable dans un milieu à deux phases : un solvant organique pour diluer l'oléfine à époxyder et un milieu aqueux dans lequel est dissous l'oxydant peroxymonosulfate. Cette incompatibilité de phase nécessite généralement une grande quantité d'oxydant, le rendement en oxygène ne dépassant pas 25%. C'est pourquoi, malgré les avantages majeurs de cette technique (conversion de substrat et sélectivité en époxyde très élevées, conditions ambiantes...), elle n'est encore utilisée qu'à l'échelle du laboratoire. Le but de cette étude est de développer un procédé d'époxydation par dioxirane capable de produire plusieurs centaines de millilitres d'époxydes. La technique utilise un catalyseur à base d'acétone qui réagit avec l'oxone pour former du diméthyldioxirane, qui époxyde les terpènes in-situ. L'oxone est un oxydant aqueux, pour remédier à son incompatibilité avec le terpène (hydrophobe), l'utilisation d'un tensioactif a permis de disperser le terpène dans le milieu aqueux sans solvant organique par formation de micelles (microémulsion), améliorant ainsi le transfert de matière et réduisant la perte d'oxygène. Dans des conditions ambiantes et un temps de réaction de 1h 30, plusieurs centaines de millilitres de R-limonène, α-pinène, β-pinène, α-terpinène, γ-terpinène, β-myrcène et farnésène sont facilement époxydés avec une conversion et une sélectivité de près de 100%. A l'exception, pour les terpinènes, environ 15 % de sous-produits, principalement du p-cymène, ont été formés. Des rendements en oxygène allant jusqu'à 80 % sont obtenus, alors qu'ils sont inférieurs à 29 % sans microémulsion. La haute sélectivité des époxydes, le milieu réactionnel aqueux sans solvant organique, les conditions ambiantes, la simple cétone (acétone) comme catalyseur et la séparation facile des époxydes du milieu aqueux rendent ce procédé innovant plus compétitif pour la mise à l'échelle et facile à reproduire. OR Le dioxyde de limonène synthétisé est un mélange de quatre diastéréoisomères, qui n'ont pas la même importance en tant que précurseurs de polymérisation. Certains procédés catalytiques qui ont été développés pour la synthèse de résines époxy, de polycarbonates ou même de polyuréthanes non isocyanates à partir de cis/trans dioxyde de limonène présentent une réactivité faible ou nulle pour le cis dioxyde de limonène (cis-LDO). Une deuxième partie de cette étude se concentre sur le développement d'un procédé permettant de produire exclusivement du dioxyde de trans-limonène. La technique utilise une cétone chirale comme catalyseur qui réagit avec l'oxone pour former un dioxirane chiral OR correspondant qui époxyde sélectivement le R-limonène. L'effet de divers solvants organiques et l'importance du tensioactif (pour la formation de micelles) ont été évalués. Il a été constaté que lorsque l'époxydation est réalisée à l'aide d'une cétone chirale en présence d'une microémulsion, on obtient une conversion et une diastéréosélectivité élevées. Le catalyseur cétonique chiral testé de cette manière a donné un rendement en LDO proche de 100 %, composé presque exclusivement de trans-LDO (97 %). Lorsque le catalyseur acétone a été utilisé à la place de la cétone chirale, un mélange de cis et de trans-LDO a été obtenu avec une sélectivité pour les diastéréoisomères trans de seulement 39%. Le processus d'époxydation diastéréosélective mis au point est facile à reproduire, très simplifié et très encourageant pour la mise en œuvre dans l'industrie. / The dioxirane epoxidation was considered to be carried out in a two-phase medium: an organic solvent to dilute the olefin to be epoxidized and an aqueous medium in which the peroxymonosulphate oxidant is dissolved. This phase incompatibility generally requires a large quantity of oxidant, oxygen yield does not exceed 25%. This is why, despite the major advantages of this technique, it is still only used on a laboratory scale. The aim of this study is to develop a dioxirane epoxidation process capable of producing several hundred milliliters of epoxides. The technique employs acetone catalyst that reacts with oxone to form dimethyldioxirane, which epoxidizes terpenes in-situ. Oxone is an aqueous oxidant. To remedy its incompatibility with the terpene (hydrophobic), the use of surfactant enabled the terpene to be dispersed in the aqueous medium, without organic solvent, by micelle formation (microemulsion), thus improving mass transfer and reducing oxygen loss. Under ambient conditions and a reaction time of 1h 30, several hundred milliliters of R-limonene, α-pinene, β-pinene, α-terpinene, γ-terpinene, β-myrcene and farnesene are easily epoxidized with conversion and selectivity of almost 100%. The exception was for terpinenes, for which around 15% of by-products was formed (mainly p-cymene). Oxygen yields of up to 80% are achieved, which is less than 29% without microemulsion. The high selectivity of epoxides, the organic solvent-free aqueous reaction medium, the ambient reaction conditions, the simple ketone (acetone) as catalyst and the easy separation of epoxides from the aqueous medium make this innovative process more competitive for scale-up and easy to reproduce. OR In any case, the limonene dioxide synthesized is a mixture of four diastereoisomers, which are not equally important as monomers. Some catalytic processes developed for the synthesis of epoxy resins, polycarbonates or even non-isocyanate polyurethanes from cis/trans-limonene dioxide exhibit low or complete absence of reactivity of cis-limonene dioxide (cis-LDO). A second part of this study focuses on the development of a process for exclusively producing trans-LDO. The technique involves uses a chiral ketone as a catalyst that reacts with oxone to form the corresponding chiral dioxirane which epoxidises R-limonene. The effect of various organic solvents and the importance of the surfactant (for micelle formation) were evaluated. It was found that when epoxidation is performed using a chiral ketone in presence of a microemulsion, high conversion and diastereoselectivity was reached. The chiral ketone catalyst tested in this way gave an OR LDO yield close to 100%, consisting almost exclusively of trans-LDO (97%). When acetone catalyst was employed instead of the chiral ketone, a mixture of cis and trans-LDO was obtained with a selectivity to trans diastereoisomers of only 39%. The diastereoselective epoxidation process developed is easy to reproduce, very simplified and encouraging for industrial implementation.

Depuis la légalisation des extraits de cannabis et du cannabis comestible en 2018 au Canada, plusieurs industries ont commencé la production de produits transformés contenant des cannabinoïdes, un marché en forte croissance générant d'importants revenus. Puisque la législation permettant la vente de produits dérivés du cannabis pour des fins alimentaires au Canada est très récente (2019), peu d'études ont été réalisées sur l'impact de la matrice alimentaire sur la stabilité et la bioaccessibilité de ces composés actifs. En effet, les travaux publiés se sont plutôt intéressés à l'incorporation du cannabis dans des matrices à usage pharmaceutique ou utilisant des ingrédients non comestibles. Ainsi, avec la demande grandissante de produits comestibles, il devient primordial d'approfondir les recherches afin d'offrir une gamme de produits sécuritaires et innovants pour les consommateurs. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, une huile de cannabis a été nanoémulsifiée et séchée par atomisation afin d'obtenir une poudre hydrosoluble enrichie en cannabinoïdes. Trois émulsifiants différents (isolat de protéines de lactosérum et de soya et Tween 80) ont été utilisés en combinaison avec de la maltodextrine. Tout d'abord, l'étude des propriétés physicochimiques de la poudre générée a été réalisée. Par la suite, la stabilité et la bioaccessibilité des cannabinoïdes ont été évaluées. Bien que les isolats protéiques aient montré une meilleure efficacité d'encapsulation que le Tween 80, ce surfactant non-ionique a permis une meilleure bioaccessibilité des composés actifs. Ces résultats peuvent être en partie expliqués par la dénaturation et l'agrégation des protéines à l'interface de la nanoémulsion lors du séchage par atomisation. Par conséquent, l'évaluation de l'impact des divers émulsifiants a d'abord permis d'approfondir les connaissances au niveau de la nanoencapsulation par atomisation de composés lipophiles comme les cannabinoïdes. Ce projet a également permis de mettre en relief l'importance de la structuration de l'interface d'une nanoémulsion sur sa stabilité au séchage par atomisation et sur la bioaccessibilité des cannabinoïdes durant la digestion. Ces résultats permettront de développer des stratégies plus efficaces pour la formulation de produits à base de cannabis comestibles afin de mieux répondre au marché grandissant de produits transformés du cannabis. / Since the legalization of cannabis extracts and edible cannabis in 2018 in Canada, several industries have started producing processed products containing cannabinoids, a fast-growing market that generates significant revenue. Due to the recent opening of legislation allowing the sale of cannabis-derived products for food purposes in Canada (2019), few studies have been conducted on the impact of the food matrix on the stability and bioaccessibility of these active compounds. To date, existing work in the literature has focused more on the incorporation of cannabis into pharmaceutical formats using inedible ingredients. With the growing demand for edible products, it is essential to extend scientific knowledge to offer consumers a safe, innovative, and effective product. As part of this master's project, cannabis oil was homogenized to form a nanoemulsion and spray-dried to obtain a water-soluble powder enriched with encapsulated cannabinoids. Three emulsifiers (whey protein isolate, soy protein isolate, and Tween 80) were used in combination with maltodextrin to assess their impact on various aspects. At first, the study of the physicochemical properties of the powder obtained was carried out. Secondly, the stability and bioaccessibility of the cannabinoids were evaluated. Although the protein isolates showed better encapsulation efficiency, the non-ionic surfactant allows better bioaccessibility of the active compounds. The denaturation and aggregation of proteins can partly explain these results of the changes observed at the interface of the nanoemulsion during spray drying. The results obtained showed the importance of choosing the proper emulsifier for the encapsulation by atomization of lipophilic compounds such as cannabinoids. This project has highlighted the importance of structuring a nanoemulsion's interface on its stability to spray drying and the bioaccessibility of cannabinoids during digestion. These results will allow the development of more effective strategies for formulating edible cannabis products to better respond to the growing market for processed cannabis products.

Ce travail propose une description du comportement mécanique sous écoulement de matériaux tels que les mousses liquides et les émulsions.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les polyuréthanes forment une importante famille de polymère ; ils sont obtenus industriellement à partir d’isocyanates, des dérivés du phosgène. Dans l’optique de s’affranchir de ces composés toxiques et de promouvoir l’utilisation de la biomasse, cette thèse s’intéresse à la synthèse de dispersions aqueuses de polyuréthanes sans isocyanates et dérivés d’huiles végétales. Deux voies de synthèse de polyuréthane sans isocyanate sont étudiées : la transuréthanisation et l’aminolyse des carbonates cycliques. Des synthons biscarbamates et bis-carbonates cycliques dérivés d’acides gras ont ainsi été développés, et leur polymérisation en masse avec des diols ou diamines étudiée. Les deux voies de synthèse permettent d’obtenir des polyuréthanes pour des températures de 20 à 130°C en quelques heures ; le méthanolate de sodium est identifié comme un catalyseur efficace lors de la transuréthanisation tandis que l’aminolyse des carbonates cycliques ne nécessite pas de catalyse. Les masses molaires (Mn) obtenues sont de l’ordre de 5-17kg.mol-1, ces résultats sont cohérents avec la littérature. La polymérisation en mini-émulsion (aqueuse) a alors été utilisée pour la synthèse de polyuréthanes par aminolyse des carbonates cycliques. De nombreuses expériences de formulation des mini-émulsions ont permis d’aboutir à des mini-émulsions et latex de polyuréthanes stables. / Polyurethanes are a major polymer family; they are industrially obtained from phosgene derivatives: isocyanates. In order to avoid the use of such toxic compounds and to promote the use of biomass, this thesis investigates the synthesis of aqueous dispersions of nonisocyanate polyurethanes derived from vegetable oils. Two synthesis pathways have been studied; transurethanization and aminolysis of cyclic carbonates. Bis-carbamates and biscyclic carbonates were synthesized from fatty acids, and their polymerizations with diols or diamines were studied in bulk. The two routes allow the production of polyurethanes in a few hours at 20-130°C. Sodium methoxide is used as catalyst for transurethanization reactions while the other synthesis pathway does not require catalysts to proceed. Polyurethanes obtained have molar mass (Mn) around 5-17kg.mol-1, which is in accordance with the literature. The polymerization in aqueous miniemulsion was then investigated for the synthesis of polyurethane by aminolysis of cyclic carbonates. Many formulation experiments were necessary to achieve stable miniemulsion and latex; aqueous dispersions of bio-based non-isocyanate polyurethanes were then obtained.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

La phosvitine (45 kDa) de la granule du jaune d’oeuf est une phosphoprotéine reconnue pour ses propriétés émulsifiantes. Un traitement de la granule par hautes pressions hydrostatiques (HPH) a récemment permis le transfert de la phosvitine vers le plasma, la fraction soluble diluée. Ainsi, ce projet avait pour objectif d’évaluer les performances du procédé d’ultrafiltration (UF) lors de la concentration du plasma enrichi en phosvitine afin de générer un ingrédient aux propriétés émulsifiantes améliorées. Une pressurisation (400 MPa, 5min) a été appliquée sur une granule (G1) (10 % m/m), afin d’obtenir après centrifugation, une deuxième granule (G2) et un plasma (P2). Le P2 a été ultrafiltré sur une membrane en polyéthersulfone de 10 kDa pour concentrer la phosvitine. La phosvitine a été identifiée et caractérisée dans le P2 pressurisé (1,73 % m/m) et son rétentat d’UF (26,00 % m/m), validant sa rétention totale par la membrane d’UF. Des flux de perméation similaires ont été obtenus durant l’UF, et ce peu importe les conditions, démontrant que la présence de phosvitine n’impacte pas les performances du procédé. Par conséquent, la combinaison des HPH et de l’UF s’est avérée efficace pour la récupération sélective de la phosvitine et sa concentration. Les propriétés émulsifiantes des rétentats (témoin et pressurisé) ont été évaluées. L’émulsion préparée avec le rétentat enrichi en phosvitine était plus stable à la floculation et au crémage. La microscopie confocale à balayage laser a montré un réseau de protéines agrégées dans lequel sont encapsulées les gouttelettes d’huile, dans l’émulsion avec le rétentat enrichi en phosvitine. Le profil protéique de la crème a montré la présence de plusieurs protéines dont la β-phosvitine, suggérant un effet positif de la β-phosvitine sur les propriétés émulsifiantes du rétentat d’UF enrichi en phosvitine par pressurisation et centrifugation de la granule du jaune d’oeuf. / Phosvitin (45 kDa) from egg yolk granule is a phosphoprotein known for its emulsifying properties. Recently, a high hydrostatic pressure (HHP) treatment on the egg yolk granule, has induced the transfer of phosvitin to the soluble plasma fraction. This project aimed to evaluate the performance of ultrafiltration (UF) treatment for the generation of a fraction enriched in phosvitin, to produce an ingredient with improved emulsifying properties. An HHP treatment (400 MPa during 5 min) was applied to the granule (G1) (10 % w/w), in order to obtain a second granule (G2) and a plasma (P2) after centrifugation. The P2 fraction was ultrafiltered on a 10 kDa-polyethersulfone membrane to concentrate phosvitin. Phosvitin was identified and characterized in pressure-treated fraction P2 (1.73 ± 0.07% w/w) as well as in its corresponding UF retentate (26.00 ± 4.12% w/w) validating its total retention by the membrane. Similar permeation fluxes were obtained during UF, regardless of the conditions, demonstrating that the presence of phosvitin does not affect the performance of the process. Therefore, the combination of HHP and UF represents an interesting processing for the recovery and the concentration of phosvitin. The emulsifying properties of both retentates (control and pressure-treated) were evaluated. The emulsion prepared with the phosvitin-enriched retentate was more stable to flocculation and creaming. Confocal laser scanning microscopy showed a network of aggregated protein similar to a gel, which encapsulated oil droplets in emulsion made with UF retentate of pressure-treated plasma. SDS-PAGE profiles of the proteins recovered in the washed cream fraction showed the presence of several proteins, including β-phosvitin. Overall, the phosvitin enriched UF concentrate obtained from the plasma of pressurized egg yolk granule show better emulsifying properties than the plasma control suggesting a positive effect of β-phosvitin on the emulsifying properties.

Les émulsions stabilisées par des particules minérales présentent des propriétés originales en raison du caractère « solide » des interfaces. La première partie du manuscrit décrit la fabrication d'émulsions monodisperses, de taille allant du micromètre au centimètre, via un mécanisme de croissance homogène (coalescence limitée). Ces émulsions modèles sont concentrées par centrifugation et l'on mesure la relation entre la pression osmotique et la fraction volumique des gouttes. Les résultats sont interprétés en considérant le caractère « solide » des interfaces (élasticité, plasticité) lié à la forte attraction latérale qui existe entre les particules adsorbées. Les propriétés de surface sont explorées indépendamment en mesurant la déformation de gouttes isolées soumises à un cisaillement contrôlé. Enfin, les propriétés rhéologiques des émulsions à interfaces « solides » sont comparées à celles des émulsions stabilisées par des tensioactifs, à interfaces « fluides ».