Dans un contexte énergétique en crise, les sources alternatives d'énergie et d'économie d'énergie sont primordiales. Fort de ce constat, la station d'épuration de demain se doit d'atteindre un bilan énergétique positif. Dans cet objectif, de nombreux travaux de recherche se focalisent au niveau mondial sur la valorisation matière et énergétique à travers un procédé d'intérêt : la digestion anaérobie des boues. Afin d'optimiser ce procédé, la connaissance de la matière organique entrante est cruciale pour ne plus la subir mais la contrôler et en prédire les impacts sur les performances des digesteurs, notamment grâce à la modélisation. Une méthodologie de caractérisation de la matière organique des boues a donc été mise en place et testée afin de prédire les variables du modèle de digestion anaérobie basées sur la biodégradabilité et la bioaccessibilité. Cette méthode repose sur la mesure de la fluorescence en 3 dimensions réalisée sur les extractions chimiques de la boue, extractions simulant son accessibilité. Les résultats obtenus sur 52 échantillons de boues (primaires, secondaires, digérées, et traitées thermiquement) ont mis en évidence avec succès la corrélation entre cette méthode et la biodégradabilité anaérobie ainsi que la bioaccessibilité des boues. Le temps analytique classique de 30 jours pour les tests de potentiel méthane est par ailleurs réduit à 5 jours. Grâce à ces résultats, les variables d'entrée du modèle des processus biologiques ont pu être caractérisées ainsi que les composés réfractaires à la digestion. Une validation de la méthodologie a également été réalisée par le biais de la modélisation de 2 réacteurs pilotes expérimentaux. Une analyse de scenarios utilisant le modèle calibré a aussi montré que grâce à la prédiction de la bioaccessibilité et de la biodégradabilité, un temps de séjour minimum des digesteurs peut être calculé via une corrélation linéaire et ainsi optimiser le dimensionnement des digesteurs. De plus, cette approche s'est avérée être d'un grand potentiel en termes d'applications pour l'instrumentation et l'aide à la décision afin d'optimiser les performances des procédés de digestion anaérobie. / In an energetic crisis context, alternative sources of energy and saving costs has become of first importance. From this observation, the wastewater treatment plants of the future aim at a positive energetic balance and worldwide research on sludge treatment today focuses on energetic and material valorization through the optimization of anaerobic digestion processes. To this end, knowledge of the input organic matter is crucial to avoid suffering from these disturbances and to control, predict or drive the process through modeling. In the present study, a methodology of sludge characterization is investigated to describe biodegradability and bioaccessibility variables used in anaerobic digestion models. This method is based on the three dimensional fluorescence spectroscopy measurement performed on the chemical extraction of sludge simulating accessibility. Results obtained in 52 sludge samples (primary, secondary digested and thermally treated) show that the method can be successfully correlated with the sludge biodegradability and bioaccessibility within 5 days instead of the 30 days usually needed for the biochemical methane potential tests. Based on these results, input variables of dynamic models of biological processes occurring in anaerobic digestion have been characterized as well as recalcitrant fluorescent compounds. Validation has been performed with modeling of experimental data obtained from two different laboratory scale reactors. Scenarios analysis with the calibrated model have shown that using the measurements of sludge bioaccessibility and biodegradability, a minimal hydraulic retention time could be calculated with a linear correlation leading to the improvement of digesters design. Moreover, this approach has a high potential for applications such as instrumentation or decision support systems to improve both control and optimization of anaerobic digestion processes.

This work focused on the design of functional capsules made of chemically modified polysaccharides. The layer-by-layer capsules have attracted great interest due to their Indeed, as an advanced multifunctionality which can be advantageously used for pharmaceutical and biomedical applications. Polysaccharides, which are generally biocompatible and biodegradable, are very attractive materials for the construction of bio-related multilayer systems. Considering the intrinsic antibacterial properties of chitosan (CHI), this polysaccharide was selected and quaternized to prepare in physiological conditions contact-killing capsules by combination with hyaluronic acid (HA). The relationship between the antibacterial activity of the quaternized chitosan derivatives (QCHI) and that of QCHI-based capsules was investigated. Then, in order to encapsulate small hydrophobic drugs within the wall of capsules, alkylated derivatives of HA were used as the negatively charged partner of QCHI for the capsules formation. The encapsulation of the hydrophobic dye, nile red (NR), in the hydrophobic shell of capsules was determined. At last, to release the payload under mild conditions was studied by synthesizing rapidly degradable capsules composed of hydrolysable cationic dextran derivatives and HA. The degradation of the layer-by-layer assemblies, both multilayer films and microcapsules is discussed.

This work focused on the design of functional capsules made of chemically modified polysaccharides. The layer-by-layer capsules have attracted great interest due to their Indeed, as an advanced multifunctionality which can be advantageously used for pharmaceutical and biomedical applications. Polysaccharides, which are generally biocompatible and biodegradable, are very attractive materials for the construction of bio-related multilayer systems. Considering the intrinsic antibacterial properties of chitosan (CHI), this polysaccharide was selected and quaternized to prepare in physiological conditions contact-killing capsules by combination with hyaluronic acid (HA). The relationship between the antibacterial activity of the quaternized chitosan derivatives (QCHI) and that of QCHI-based capsules was investigated. Then, in order to encapsulate small hydrophobic drugs within the wall of capsules, alkylated derivatives of HA were used as the negatively charged partner of QCHI for the capsules formation. The encapsulation of the hydrophobic dye, nile red (NR), in the hydrophobic shell of capsules was determined. At last, to release the payload under mild conditions was studied by synthesizing rapidly degradable capsules composed of hydrolysable cationic dextran derivatives and HA. The degradation of the layer-by-layer assemblies, both multilayer films and microcapsules is discussed. / Ce travail de thèse porte sur la conception de capsules fonctionnelles à base de polysaccharides chimiquement modifiés. Les capsules couche par couche connaissent actuellement un essor important lié à leur multifonctionnalité pouvant être avantageusement mise à profit dans les domaines pharmaceutique et biomédical. Les polysaccharides, généralement biocompatibles et biodégradables, constituent des matériaux de choix pour la construction de systèmes multicouches. Compte tenu des propriétés antibactériennes intrinsèques du chitosane (CHI), ce polysaccharide a été choisi puis quaternisé afin de préparer dans des conditions physiologiques des capsules par complexation avec l'acide hyaluronique (HA), capables de tuer les bactéries par simple contact. La relation entre l'activité antibactérienne des dérivés quaternisés du chitosane (QCHI) et celle des capsules préparées à partir de QCHI a été étudiée. En outre, afin d'encapsuler des médicaments hydrophobes dans la paroi des capsules, des dérivés alkylés du HA ont été utilisés en tant que partenaire chargé négativement du QCHI pour la formation des capsules. L'encapsulation d'une sonde fluorescente hydrophobe, le nile rouge (NR), dans le réservoir hydrophobe des capsules a été réalisée avec succès. Enfin, pour libérer des médicaments encapsulés dans des capsules dans des conditions douces, des capsules rapidement dégradables comprenant des dérivés cationiques hydrolysables du dextrane et de HA ont été préparées. La dégradation des assemblages couches par multicouches a été analysée par différentes approches à la fois à partir de capsules et de films plans.