Ce travail de thèse porte sur l'élaboration de tubes souples pour cosmétiques, à partir de matériaux issus des agro-ressources. Les tubes commerciaux, actuellement en PE, possèdent des propriétés mécaniques adéquates et une perméabilité à la vapeur d'eau faible. Cette dernière étant plus importante pour les polymères issus des agro-ressources, elle en limite le développement. Cependant, l'ajout d'argile nanométrique est une solution de choix pour réduire la perméabilité d'une matrice polymère.Des nanocomposites PLA/PBS/argile et PHA/PBS/argile ont ainsi été étudiés. Deux argiles, la Dellite® 67G (D67G) et la Cloisite® 30B (Cl30B), qui différent de part leur modifiant organique, ont été utilisées. Les nanocomposites ont été élaborés par mélange à l'état fondu dans une extrudeuse bivis de laboratoire. Les analyses en DRX couplées à la rhéologie ont montré une structure partiellement intercalée/exfoliée pour tous les nanocomposites. Le niveau d'exfoliation augmente avec le taux de Cl30B mais présente un optimum avec la D67G. Le module d'Young augmente avec le taux d'argile et la présence de gros agrégats résiduels d'argile est à l'origine d'un comportement cassant pour des hauts taux de charges. Même si l'ajout de Cl30B a diminué significativement les perméabilités des différents mélanges (jusqu'à 50 %), leur perméabilité à la vapeur d'eau est toujours supérieure à celle du PE. Un test de vieillissement accéléré (spécifique aux tubes en PE) réalisé sur des tubes remplis de crème a montré une perte de masse du contenu des tubes agro-ressourcés (au minimum 16 %) largement supérieure à celles des tubes en PE (< 1 %). / This PhD thesis deals with the elaboration of flexible tubes for cosmetics, made from agro-resources. Nowadays, flexible tubes for cosmetic applications are made with PE for its good mechanical properties and its very low water vapor permeability. What can limit the development of polyesters made from agro-resources in the packaging area is precisely their bad water vapor barrier properties. Now incorporating nanoclays in a polymer matrix is one of the most promising techniques to decrease the permeability of the matrix.Then PLA/PBS/clay and PHA/PBS/clay were studied. Two organoclays, with two different organic modifiers, were used: the Dellite® 67G (D67G) and the Cloisite® 30B (Cl30B). The nanocomposites were prepared by melt mixing in a laboratory scale twin screw extruder. XRD and rheological measurements indicated a mixed partial intercalated and exfoliated structure. The exfoliation level was shown to increase with Cl30B content but had an optimum using D67G. The Young's modulus increased when increasing clay content and the presence of residual large clay aggregates leads to brittle blends for the high clay content. Even if the incorporation of Cl30B enhances significantly the water vapor barrier properties of PLA/PBS and PHA/PLA blends (up to 50%), it could not yet concurrence PE. An accelerated ageing test (specific for PE tubes) on our tubes filled with cream showed very important weight loss (16%) compared to the PE tubes (<1%).

Dans un contexte où les procédés industriels polluants et mobilisant des ressources non renouvelables sont sans cesse remis en cause, des modifications structurelles en vue de mettre en place des modes de production durables et d’assoir la croissance sur une base pérenne, s’imposent notamment aux pays en développement dans leurs stratégies d’industrialisation.Dans ce contexte, la valorisation de la spiruline, une ressource naturelle renouvelable, à usage multiple et aux propriétés exceptionnelles s’inscrit dans cette logique.Outre ses vertus thérapeutiques et nutritionnelles, la spiruline est non seulement sans danger pour l’environnement, mais elle présente également un intérêt écologique du fait de ses propriétés photosynthétiques.Sur le plan socio-économique, la spiruline pourrait apporter une réponse significative aux problèmes du sous-développement et notamment la malnutrition et la pauvreté. En effet, sa valorisation permet de générer des revenus réguliers aux personnes qui s’y emploient et permet ainsi, l’autonomisation financière des couches vulnérables.Aujourd’hui, la valorisation de la spiruline se répand un peu partout en Afrique mais la viabilité et le succès des projets dépendent de divers défis à relever.L’objectif de notre travail est donc de montrer en quoi, comment et sous quelles conditions les stratégies de développement durable basées sur la valorisation de la spiruline peuvent être un vecteur de développement pour les pays d’Afrique Subsaharienne. / In a context of major questioning about polluting industrial processes and mobilising non-renewable resources, structural modifications in order to set up sustainable production methods and to establish the economical growth in a long-term base, are namely necessary for african countries in their development stratégies.In this way, spirulina valorisation, a renewable resource, for multiple use and with outstanding properties, belongs in this logical.Besides its therapeutic values and nutritional qualities, spirulina is not only safe for environment, but also it presents interest due to photosynthesis.In terms of socio-economics, spirulina could bring significant response to underdevelopment problems, and namely malnutrition and poverty. Indeed, its valorisation permit to generate regular incomes to the persons who work in and also, permit financial empowerment of vulnerable population groups.Nowadays, spirulina valorisation spread accross Africa but continuity and succes of spirulina projects depend on various challenges to be met.Therefore, the aim of this work is to demonstrate in what way, how and under which conditions, sustainable development strategies based on spirulina valorisation can be a vector of development for Subsahara Africa countries.

Chez les patients mucoviscidosiques (CF), l'épithélium des voies aériennes est souvent lésé et remodelé. Que le remodelage soit lié à l'infection et/ou l'inflammation inhérentes à la pathologie ou à un processus de régénération dérégulée reste à déterminer. Le premier objectif de cette thèse a été de déterminer le rôle de l'inflammation dans le remodelage et la régénération de l'épithélium bronchique CF. Grâce à un modèle in vitro de culture en interface air-liquide, nous avons montré qu'en absence d'infection et d'inflammation exogènes, la régénération épithéliale CF est anormale et retardée, et que l'épithélium régénéré est remodelé, en comparaison d'un épithélium régénéré non-CF. En outre, en générant une inflammation chronique dans les cultures CF et non-CF, nous avons pu attribuer un rôle pour l'inflammation endogène (mémoire inflammatoire) des cellules CF dans l'augmentation de la hauteur épithéliale et dans le développement de l'hyperplasie des cellules basales, un rôle essentiel de l'inflammation exogène dans le développement de l'hyperplasie des cellules mucipares, et l'absence d'influence de l'inflammation dans le retard de différenciation des cellules ciliées épithéliales CF. Le second objectif de cette thèse a été d’identifier une molécule susceptible d’être anti-remodelage et/ou pro-régénératrice. Les résultats obtenus montrent qu’une molécule issue des agro-ressources régionales régule l'augmentation de la hauteur épithéliale et l'hyperplasie des cellules basales et sécrétoires, favorise la différenciation des cellules ciliées, et réduit l'inflammation et de synthèse de la mucine MUC-5AC, tant dans les cultures CF quand dans les cultures non-CF soumises à une inflammation chronique. Enfin, la molécule restaure la sécrétion des ions chlorure CFTR-dépendante dans les cultures CF. Cette molécule semble donc être un candidat médicament prometteur pour le traitement de la CF. / The airway epithelium of cystic fibrosis (CF) patients is frequently injured and remodeled. Whether these alterations are related to infection and/or inflammation or to a dysregulated regeneration process remains to be elucidated. The first objective of this study was to determine the involvement of inflammation in remodeling and regeneration of the CF airway epithelium. Using an in vitro model of airway epithelial cell culture at the air-liquid interface, we demonstrated that, in absence of exogenous infection and inflammation, the CF airway epithelium regeneration was abnormal, delayed, and led to the reconstitution of a remodeled epithelium, in comparison to a non-CF regenerated airway epithelium. Moreover, by inducing a chronic inflammation in non-CF and CF cultures, we were able to attribute a role of the endogenous inflammation of CF cells (inflammatory memory) in the airway epithelium height increase as well as in the basal cell hyperplasia development, an essential involvement of exogenous inflammation in the development of goblet cell hyperplasia, and the absence of implication of inflammation in the ciliated cell differentiation delay. The second objective of this study was to identify an anti-remodeling and/or pro-regenerative molecule. The results we obtained showed that a molecule derived agro-resources regulated the increase in the airway epithelium height as well as the basal and goblet cell hyperplasia development, favored the ciliated cell differentiation, decreased the inflammation and the production of the MUC5-AC mucin, in the CF cultures an in the chronically inflamed non-CF cultures. Finally, this molecule restored chloride secretion through CFTR in CF cultures. In conclusion, the chosen molecule seems to be a promising therapeutics for cystic fibrosis.

Le fractionnement de quatre biomasses herbacées modèles présentes ou cultivées dans l’estuaire de la Loire est étudié pour la production d’agrofibres adaptées à leur usage dans les matériaux composites écoconçus pour la construction. Les biomasses caractérisées chimiquement et physicochimiquement sont traitées par trois technologies de complexité croissante : le broyeur à marteaux permettant une fragmentation transversale et longitudinale radiale, le défibrage mécanique orientant les contraintes de façon longitudinale radiale et tangentielle, et le défibrage thermomécanique permettant un raffinage à l’échelle de la fibre élémentaire. Le Foin des Marais, modèle de mélange d’herbacées composé de tiges portant des feuilles, endémiques de prairies mésohygrophiles, est une source d'agrofibres cellulo-hémicellulosiques peu lignifiées (ratio cellulose/hémicelluloses/lignines 50/40/10) présentant un très fort taux de composés hydrosolubles (17 à 27% de MS), très hydrophiles (ratio liquide/solide à saturation L/Ssat entre 5,2 et 9,7), relativement fines (facteur de forme L/D >10) et de petites dimensions (moins de 5 cm) permettant l’obtention d’une grande gamme de densité de mats (37 à 112 kg/m3) et ayant une bonne aptitude à l’auto-assemblage sous contrainte. La Rouche, modèle de mélange d’herbacée composés de feuilles ayant des tiges, endémique de prairies hygrophiles, est une source d'agrofibres cellulo-hémicellulosiques peu lignifiées (ratio 50/40/10) présentant un fort taux de composés hydrosolubles (16% de MS), hydrophiles (L/Ssat entre 4,1 et 10,7), fournissant une large gamme de morphologie d’agrofibres allant jusqu’à 13cm de long pour des L/D de 100, formant des mats de 32 à 121 kg/m3, et ayant une bonne aptitude à l’autoassemblage. La Canne de Roseau (Phragmites australis), modèle de tiges creuses rigides, endémiques des bas marais, est une source d'agrofibres rigides beaucoup plus lignifiées (ratio 50/30/20) contenant peu de composés hydrosolubles (6 à 8% de MS), thermostables jusqu’à 220°C et relativement peu hydrophiles (L/Ssat de 3,4) si elles ne sont pas trop déstructurées, ne générant que de agrofibres courtes (moins de 5 cm) et de faible finesse (L/D <15). Les tiges de Mélilots jaune et blanc (Melilotus officinalis et Melilotus alba), dicotylédones à croissance secondaire adaptée à la culture sur les terrains de l’estuaire de la Loire, s’est avéré produire deux classes d’agrofibres. La première est composée d’agrofibres longues, extractibles du cortex de la tige, souples et essentiellement cellulosiques (ratio 75/15/10) pouvant aller jusqu’à 16cm de long (L/D>100), formant des mats de 38 à 42 kg/m3; la seconde classe d’agrofibres macroporeuses courtes et rigides extractibles du bois, beaucoup plus lignifiées (ratio 65/15/20), ayant très peu d’extractibles (2 à 3% de MS), et peu hydrophiles (L/Ssat entre 2,5 et 2,8). Un nouveau procédé d’extraction d’agrofibres longues (dm à cm) courtes (cm à mm), et ultra courtes (mm à μm) est développé. Des agrofibres sélectionnées sont mises en oeuvre avec de la colle de caséine dans des agrocomposites basse densité type blocs isolants thermiques (40 à 82 mW/m*K) et phoniques (indice d'affaiblissement sonore entre 0,18 et 1,2 dB(A)/mm) ; avec de la colle d’os dans des agrocomposites haute densité type panneaux de particules et de fibres (D jusqu’à 1,3 g/cm3, Eflexion jusqu’à 3,9 GPa et σmax flexion jusqu’à 39 MPa) ; ainsi qu’avec une matrice thermoplastique recyclable (PP+PPMA) chargées jusqu’à 40% en agrofibres et présentant une tenue mécanique jusqu’à 5 fois plus élevée en traction et en flexion. Parallèlement, les graines de Mélilots sont caractérisées, et se révèlent être riche en protéines (31 à 32% de MS) et avoir un fort potentiel en fraction extractible aqueuse (34 à 36% de MS) contenant des galactomannanes. Le raffinage de cette agroressources a été entrepris en vue de l'obtention de liants pour des agrocomposites. / The fractionation of four Loire estuary herbaceous biomasses models, endemic or cultivated, have been studied for their agrofibre production potential and adapted for their use in composite materials for ecodesigned construction. Chemically and physicochemically characterized biomasses have been processed by three increasingly complex technologies: hammer-mill that provides transversal and radial longitudinal fragmentation, mechanical defibration orienting the constraints in radial and tangential longitudinal way, and thermomechanical defibration that provides a refining at the scale of elementary fibre. Hay of Swamps, a herbaceous model made of a mix of stem bearing leaves, endemic of mésohygrophile land, is a source of few lignified cellulo-hemicellulosic agrofibres (50/40/10 ratio cellulose/hemicelluloses/lignin) with a very high rate of water-soluble compounds (17 to 27% of DM), very hydrophilic (saturation liquid/solid ratio L/Ssat between 5.2 and 9.7), relatively thin (shape factor L/D >10) and small size (less than 5 cm) allowing mats with large density range (37 to 112 kg/m3) with good self-assembling properties. Rouche, a herbaceous model made of a mix of leaves with stem, endemic of hygrophile land, is a source of little lignified cellulo-hemicellulosic agrofibres (50/40/10 ratio) with a high rate of water-soluble compounds (16% de DM), hydrophilic (L/Ssat between 4.1 et 10.7), producing a large agrofibres morphology range, up to 13cm long and L/D to 100, and allowing mats with density of 32 to 121 kg/m3, with good self-assembling properties. Reed (Phragmites australis), stiff hollow stems model, endemic of low-marsh, is a source of highly lignified stiff agrofibres (50/30/20 ratio) with a low rate of water-soluble compound (6 to 8% of DM), thermostable up to 220°C and relatively little hydrophilic (L/Ssat= 3.4) if they are not too much destructured, producing only short agrofibres (less than 5 cm) with low thinness (L/D <15). Yellow and white sweet clovers stem (Melilotus officinalis and Melilotus alba), secondary growth dicotyledon able to be cultivated on estuary land, provides two kinds of agrofibre. The first kind is stem cortex extractable long agrofibres, flexible and primarily cellulosic (75/15/10 ratio) up to 16cm long (L/D>100 and allowing light mat with density of 38 to 42 kg/m3. The second kind is secondary xylem extractable macroporous short and stiff agrofibres, highly lignified (ratio 65/15/20), with a very low rate of water-soluble compounds (2 to 3% of DM), and little hydrophilic (L/Ssat between 2.5 and 2.8). A new extraction process of long (from decimetric to centimetric length), short (from centimetric to millimetric length), and ultra-short (from millimetric to micrometric length) agrofibres had been developed. Selected agrofibres are processed with casein glue in low density agrocomposites such as insulating material (40 to 82 mW/m*K and sound reduction factor between 0.18 to 1.2 dB(A)/mm) ; with bones glue in high density agrocomposites such as particle board and fibreboard (D until 1.3 g/cm3, Eflexion until 3.9 GPa et σmax flexion until 39 MPa) ; thus with a recyclable thermoplastic matix (PP+PPMA) loaded until 40% of agrofibres, having a tensile and flexure mechanical strength almost 5 time higher. In parallel the sweet clover seeds had been characterized, and demonstrate to be rich in proteins (31 to 32% of DM) and to have a great potential in being water-extractable (34 to 36% of DM) containing, among other, galactomannans. The refining of this agroresources has been undertaken in the development of new binding materials for agrocomposites.

La valorisation non alimentaire de la biomasse végétale représente un enjeu actuel majeur dans le contexte du développement de la bioraffinerie végétale. En Champagne-Ardenne, la transformation des co-produits d'origine agricole fait l'objet d'études importantes. Le son et la paille, co-produits abondants de la filière blé, sont riches en hémicelluloses, polysaccharides constitués essentiellement de pentoses, majoritairement de D-xylose. La principale voie de valorisation des pentoses tels que le xylose est leur fonctionnalisation par voie chimique, mais l'utilisation d'enzymes telles que des xylanases et des β-xylosidases représente une voie de synthèse plus respectueuse de l'environnement et permettant, en outre, d'accéder à de nouvelles molécules inaccessibles par la voie chimique classique (DP plus importants). L'étude conduite dans le cadre de la thèse a concerné l'évaluation et l'amélioration de la synthèse enzymatique par transglycosylation d'alkyl xylosides et oligoxylosides catalysée par une β-xylosidase et deux xylanases. Une seconde voie de valorisation enzymatique a été étudiée, à savoir la synthèse de xylosides et oligoxylosides présentant des propriétés biologiques pouvant notamment être exploitées pour des applications cosmétiques. A travers la mutagénèse dirigée au niveau du sous-site aglycone d'une β-xylosidase de Bacillus halodurans, nous avons montré l'importance de résidus aromatiques de ce sous-site sur les capacités d'hydrolyse et de transglycosylation de l'enzyme. Les résultats obtenus nous ont permis de dégager quelques pistes d'ingénierie du sous-site aglycone de la xylosidase pour optimiser les rendements de transglycosylation en présence d'alcools à longues chaînes carbonées. L'étude de l'effet des conditions réactionnelles sur la synthèse d'alkyl oligoxylosides catalysée par deux xylanases (l'une de Thermobacillus xylanilyticus, l'autre commerciale) a montré la possibilité de produire les alkyl oligoxylosides par voie enzymatique avec des rendements satisfaisants, notamment en réduisant les problèmes physiques d'accessibilité de l'alcool au site actif de l'enzyme. Nous avons également mis en évidence des profils de synthèse différents d'une enzyme à l'autre mais également en fonction des conditions réactionnelles, notamment en ce qui concerne le DP moyen. Notre étude montre également que la synthèse d'alkyl oligoxylosides est possible directement à partir de son de blé prétraité par voie hydrothermale. En ce qui concerne les propriétés physico-chimiques des produits de transglycosylation, nous avons montré que, tout en étant non purifiés, les pentyl et octyl β-D-oligoxylosides obtenus par synthèse enzymatique présentent des propriétés comparables à celles de produits commerciaux utilisés pour leurs propriétés tensio-actives. L'étude de méthodes de synthèse enzymatiques et chimio-enzymatique de xylosides et d'oligoxylosides ciblés pour certaines propriétés biologiques a montré que les deux xylanases étudiées précédemment pouvaient utiliser en tant qu'accepteur, en plus des alcools linéaires, des alcools aromatiques, des diols ou encore un ester ou un alcyne, ce qui a permis d'accéder à des produits originaux. Des tests biologiques réalisés sur des fibroblastes humains, ont montré que les xylosides et oligoxylosides ainsi produits ne sont pas cytotoxiques. Des tests sur l'initiation de la biosynthèse de glycosaminoglycanes, menés avec certains produits, ont conduit à des résultats positifs pour la biosynthèse d'acide hyaluronique. / Non-food valorization of plant biomass currently represents a major challenge in the context of plant biorefinery. In Champagne-Ardenne, the processing of agricultural by-products is the subject of numerous studies. Wheat bran and straw are abundant agricultural by-products and are rich in hemicelluloses, which are polysaccharides essentially constituted by pentoses, mainly D-xylose. The major route for the valorization of pentoses such as xylose is their functionalization by chemical means. Nevertheless, the use of enzymes, such as xylanases and β-xylosidases, represents a more environmentally friendly way and can also lead to the synthesis of new molecules inaccessible through conventional chemistry. The study conducted during the PhD concerned the evaluation and the improvement of the enzymatic synthesis by transglycosylation of alkyl xylosides and oligoxylosides catalyzed by a β-xylosidase and two xylanases. The second pathway for enzymatic valorization investigated was the synthesis of xylosides and oligoxylosides with biological properties that could be applied for cosmetic use.By site-directed mutagenesis in the aglycone subsite of a β-xylosidase from Bacillus halodurans, we have shown the role of aromatic residues on the hydrolysis and transglycosylation capabilities of the enzyme. The results obtained allowed us to identify some engineering of the aglycone subsite of the β-xylosidase to optimize the transglycosylation yields in the presence of alcohols with long carbon chains.The study of the effect of the reaction conditions on the synthesis of alkyl oligoxylosides catalyzed by two xylanases (one from Thermobacillus xylanilyticus and other is commercially available) has shown the ability to produce alkyl oligoxylosides by enzymatic synthesis with acceptable yields. We also pointed out that, depending on the reaction conditions, the products obtained were different particularly as regards the average DP. Our study has also shown that the synthesis of alkyl oligoxylosides is possible directly from hydrothermally pretreated wheat bran. Concerning the physico-chemical properties of transglycosylation products, we have demonstrated that non purified pentyl and octyl β-D-oligoxylosides obtained by enzymatic transglycosylation exhibit similar properties than commercial products used for their surface-active properties. The study of enzymatic an chemo-enzymatic methods for the synthesis of xylosides and oligoxylosides targeted for their biological properties showed that both xylanases previously studied could use linear alcohols but also aromatic alcohols, diols, ester or alkyne alcohols as acceptors for the preparation of original compounds. Biological tests performed on human fibroblasts pointed out that the xylosides and oligoxylosides produced are not cytotoxic. Initiation of the biosynthesis of glycosaminoglycans tested with some of the products has led to positive results for the synthesis of hyaluronic acid by the fibroblasts.