L'objectif de la présente thèse a été d'étudier les possibilités de valorisation des déchets de biomasse (Penicillium oxalicum var. Armeniaca, Tolypocladium sp.) issus de procédés de fermentation en tant que biosorbants du plomb, du cadmium, du mercure et du chrome hexavalent. Alors que la biomasse de Tolypocladium (biomasse T) a été utilisée en l'état, la biomasse de Penicillium a dû subir un traitement alcalin (biomasse P3). Dans un premier temps, la biosorption a été étudiée à partir de solutions synthétiques monométalliques. Le pH initial optimal pour les espèces cationiques est proche du pH neutre, alors que celui de l'espèce anionique est inférieur à 3 (milieu acide). Le biosorbant P3 a montré des capacités de fixation plus importantes pour tous les métaux étudiés par rapport au biosorbant T. Les capacités maximales de fixation peuvent atteindre, dans des conditions opératoires optimales, 270 mg Hg g-1 biomasse P3 (à pH 5), 160 mg Hg g-1 biomasse T (à pH 7), 70 mg Cr(VI) g-1 biomasse P3 (à pH 3) et 55 mg Cr(VI) g-1 biomasse T (à pH 2). Ces valeurs figurent parmi les valeurs les plus élevées citées dans la littérature. Au contraire pour le plomb et le cadmium les performances sont décevantes. La cinétique de biosorption du mercure et du chrome est du second ordre. L'influence des phénomènes de diffusion sur la vitesse globale du procédé a été largement discutée. Pour les espèces cationiques, le mécanisme de chélation des métaux sur les groupes aminés a été proposé pour la biomasse P3, alors que l'échange d'ions sur les groupes carboxyliques s'est révélé plus probable pour la biomasse T. Pour ce qui concerne les espèces anioniques (ions chromates) la fixation procède par attraction electrostatique sur les groupes aminés protonés. Concernant la biomasse T, le mécanisme combiné d'adsorption/réduction observé pendant les expérimentations en régime statique n'a pas été clarifié. La biosorption à partir de solutions mixtes a été également étudiée. La sélectivité de la biomasse P3 pour le mercure a été confirmée. Aucun mécanisme de compétition n'a été identifié. Le travail expérimental s'est conclu par des expérimentations en régime dynamique (colonne à lit fixé) en utilisant la biomasse de Tolypocladium, immobilisée sur une terre des diatomées. Le procédé est contrôlé par diffusion intraparticulaire. Les courbes de percée dépendent de plusieurs paramètres tels que la concentration initiale et le diamètre des particules.

Actuellement, 80 à 85% des cuirs sont tannés au chrome. Ce procédé permet d'obtenir d'excellentes propriétés physico-mécaniques dans des conditions économiques optimales. Les sels de chrome sous forme trivalente utilisés lors de la fabrication du cuir ne sont pas nocifs; cependant sous certaines conditions et associés à d'autres substances, le chrome trivalent peut se transformer en chrome hexavalent, très allergisant et pouvant s'avérer dangereux pour la santé du consommateur. Depuis le 1er mai 2015, la présence de chrome hexavalent dans le cuir est soumise à la législation européenne; la teneur en chrome hexavalent ne doit pas excéder plus de 3 mg/kg de poids sec total du cuir (REACh ANNEXE 17, §47). A ce jour, de nombreux travaux de recherche ont été réalisés et des premières hypothèses ont été avancées pour expliquer la formation du chrome hexavalent dans le cuir. L'objectif de ce projet de recherche a été de rationaliser et d'approfondir ces différentes études pour essayer de mieux appréhender cette problématique. Ce projet de thèse a permis d'améliorer la spécificité et la fiabilité la méthode d'analyse pour la détermination de la teneur en chrome hexavalent en introduisant la chromatographie ionique. Ensuite, l'influence de la composition du cuir (matière grasse, indice d'iode, pH, chrome total et chrome extractible) sur la formation de chrome hexavalent dans le cuir a été étudiée afin d'expliquer l'origine et d'éventuels mécanismes d'oxydation du chrome trivalent (en chrome hexavalent). Enfin, cette étude s'est intéressée aux facteurs environnementaux (température, humidité relative, lumière et durée d'exposition), aux conditions de fabrication du cuir ou encore au cycle de vie du cuir (transport, transformation en produit fini, utilisation par le consommateur) afin de déterminer l'impact de ces paramètres sur la formation du chrome hexavalent. A l'issue de ce travail, une méthode de vieillissement "artificiel" représentative de l'évolution réelle d'un cuir a été proposée, et ce quelles que soient les caractéristiques et la nature du cuir / Currently, 80 to 85% of leather is tanned with chrome. This process allows to obtain excellent physico-mechanical properties with optimum economic conditions. The chromium salts in trivalent form used in the manufacturing of leather are not harmful; however under some conditions and associated with other substances, trivalent chromium can be transformed into hexavalent chromium, highly allergenic and potentially harmful to the health of the consumer. Since 1st May 2015, the presence of hexavalent chromium in leather is subject to European legislation; the hexavalent chromium content must not exceed 3 mg/kg of the total dry weight of leather (REACh ANNEX 17, § 47). To date, a great amount of research has been done and initial hypothesis have been able to explain the formation of hexavalent chromium in leather. The objective of this research project was to rationalize and to deal with these various studies in order to understand this problem in more detail. In this thesis project, the introduction of ion chromatography has improved the specificity and reliability of the analysis method for the determination of hexavalent chromium. Secondly, the influence of leather composition (fat liquor, iodine value, pH, total chromium and extractible chromium) on the formation of hexavalent chromium in leather was studied. The objective was to explain the potential oxidation mechanisms of trivalent chromium (in hexavalent chromium). The third part of this study deals with environmental factors (temperature, relative humidity, light and duration of exposure), leather manufacturing conditions or the life cycle of leather (transport, transformation into finished product, consumer use). The aim was to determine the impact of these parameters on the formation of hexavalent chromium. To conclude, an "artificial" ageing method representing the natural evolution of leather, and which corresponds to the characteristics and the nature of the leather, has been proposed

Dans cette thèse, nous avons déterminé les mécanismes qui régissent l'efficacité des particules de fer zérovalent (ZVI) dans la dépollution des sols et des eaux souterraines. Dans les milieux contaminés par des polluants accepteurs d'électrons, le ZVI est injecté in situ sous forme de suspensions de particules micro et/ou nanométriques. La première étude a porté sur la caractérisation de poudres industrielles et de particules synthétisées au laboratoire à partir de thé vert. Afin de comparer la réactivité de l'ensemble des particules, un test en milieu fermé a été mis en oeuvre avec une solution de nitrate. Ce test a permis de différencier les particules en mettant en évidence des mécanismes réactionnels et des cinétiques de réduction qui dépendent du type de poudre utilisé. La seconde étude a porté sur la dégradation du chrome hexavalent (dans une matrice sol et eau) en combinant le ZVI à du thiosulfate de sodium. Les résultats ont été probants et ont mené au dimensionnement d'un pilote sur un site de Soléo Services. Enfin, deux cas de remédiation de sites pollués aux solvants chlorés ont été étudiés. Des expériences de laboratoire ont été menées pour expliquer l'impact des conditions opératoires sur l'efficacité du traitement / This thesis aims at a better understanding of mechanisms governing the efficiency of zerovalent iron (ZVI) particles in soil and groundwater remediation. In these processes ZVI is injected in situ as micro and/or nanoparticles slurry in areas contaminated by electron acceptor pollutants. At first, we characterized industrial powders and particles synthetized with green tea in the laboratory. In order to compare the reactivity of all the particles, a batch test has been carried out with nitrate solution. Differences in pathways and kinetic reduction have been exhibited. Secondly, we combined ZVI with sodium thiosulfate to investigate hexavalent chromium degradation (soil and water matrices). The results are conclusive and were used to design a pilot on a Soléo Services site.Finally, remediation cases of sites contaminated by chlorinated solvents have been investigated. Lab experiments have been run to explain the influence of operating conditions on the treatment efficacy

Au cours des dernières décennies, un contexte alarmant de déclin des paramètres du sperme etd’accroissement constant des pathologies génitales masculines a été décrit dans de nombreuxpays industrialisés.Notre travail évalue dans un premier temps l’évolution des paramètres spermatiques chez11 330 hommes ayant consulté pour infertilité conjugale au Centre de ProcréationMédicalement Assistée du CHU de Marseille entre 1988 et 2007. Les données ont étérecueillies de manière rétrospective et analysées par régression linéaire multi-variée afin detenir compte de l’effet lié à l’âge. Nous montrons une diminution significative des principauxparamètres du sperme: concentration en spermatozoïdes (-1.4% par an), numération totale enspermatozoïdes (-1.5% par an), mobilité progressive rapide (-5.6% par an) et morphologienormale (-1.9% par an). Les possibles biais de selection ont été discutés. L’effet del’environnement sur notre fonction de reproduction est l’une des hypothèses principalesévoquées pour expliquer ce phénomène.Nous montrons ensuite comment un modèle de culture de tubes séminifères de rat en chambrebicamérale, couplé à des techniques d’étude de la méiose en immunocytochimie peut êtreutilisé comme nouvel outil de reprotoxicologie. Nous décrivons tout d’abord avec l’anticorpsanti-SCP3 la prophase de première division méiotique chez le rat in-vivo et nous validons lemodèle de culture par comparaison entre les résultats des cellules obtenues in vivo et ceux descellules obtenues ex-vivo. Nous montrons ensuite grâce à ce système l’impact du ChromeHexavalent et du Cadmium sur la méiose du rat. Ces 2 métaux lourds, largement présent dansnotre environnement, peuvent être responsables d’atteintes importantes des cellulesméiotiques, y compris à de faibles doses pouvant correspondre à celles retrouvées chez desindividus exposés dans leur vie quotidienne et/ou professionnelle. / In recent decades, an alarming decline of sperm parameters and a constant increase in malegenital diseases has been described in many industrialized countries.In a first time, our study evaluates the evolution of sperm parameters in 11 330 menconsulting for infertility of their couple in the Reproduction Biology Laboratory of anUniversity Hospital in Marseilles between 1988 and 2007. Data were collected retrospectivelyand analyzed by multivariate linear regression to take into account the effect related to age.We show a significant decrease of the main sperm parameters: sperm concentration (-1.4%per year), total sperm count (-1.5% per year), rapid progressive motility (-5.6% per year) andnormal morphology (-1.9 % per year). Possible selection bias were discussed. The effect ofenvironment on our reproductive function is one of the main hypothesis to explain thisphenomenon.Secondly, we show how a rat seminiferous tubule culture in a bicameral chamber system,coupled with study of meiosis by immunocytochemistry can be used as a new tool ofreprotoxicology. We first describe with an anti-SCP3 antibody the first prophase of ratmeiosis and we validate the model of culture by comparing the results obtained on cellsobtained after in vivo spermatogenesis and those of cells obtained ex-vivo. Then, we showusing this system, the impact of hexavalent chromium and cadmium on rat meiosis. These twoheavy metals, widely present in our environment, may cause substantial impairment ofmeiotic cells, including low doses which can fit with those found in individuals exposed intheir personnal life and / or occupational training.

L’utilisation du chrome hexavalent pour le traitement de surface des matériaux de l’aéronautique est en passe d’être interdite par la réglementation REACH. Dans l’objectif de trouver une solution alternative, PROTEC industrie et le CEA travaillent en collaboration sur le développement d’une nouvelle solution sans-chrome permettant de remplacer les revêtements classiquement utilisés. Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit s’inscrit dans le cadre du laboratoire commun MESTREL financé par le programme ANR Labcom, réunissant les deux entités citées ci-dessus. La solution proposée est basée sur le greffage d’un revêtement organique inspiré de la chimie des sels de diazoniums à la surface de l’Al2024-T3, alliage de référence du secteur aéronautique. Cette thèse vise initialement à déterminer les conditions pour lesquelles les propriétés du film greffé se rapprochent le plus de celles de son prédécesseur. Pour cela, des caractérisations spectroscopiques et électrochimiques des films greffés ont été réalisées. Les protocoles de microscopies électrochimiques développés ont notamment permis de sonder le niveau de passivation de la couche. La haute porosité du film greffé, nous a ainsi permis d’imaginer et de développer un système bicouche innovant combinant les propriétés anticorrosion des solutions actuelles aux hautes propriétés d’adhérence du film organique fonctionnalisé. En parallèle, une méthode de dépôt hors-cuve a été développée pour générer un gain économique important et faciliter le traitement de pièces de grandes dimensions. / The use of hexavalent chromium for anticorrosion surface treatments in aeronautics field will soon be banned by the REACH reglementation. Looking for an innovative solution, PROTEC industry and the CEA research center work in collaboration with the aim of developing a chromium free replacement treatment, which can substitute current solution and give competitive results both in adhesion and corrosion protection. The thesis project presented in this manuscript is part of a common laboratory named MESTREL, including the two entities. The proposed solution is based on the grafting of a polymeric film inspired by the diazonium chemistry on an Al2024-T3 surface, reference alloy in the aeronautic field. The principal objective of the thesis is to determinate the best conditions of grafting, -giving similar properties to chromium treatment. To this end, spectroscopic and electrochemical characterizations have been performed. Electrochemical Microscopy protocols are developed to assess the passivation properties of the film The high porosity of the film has allowed to develop a new innovative bilayer process combining anticorrosive properties of current solution and adhesion properties of the functionnal coating. At the same time, an out-of-tank deposition technique is developed. The goal is to enable economic benefits and facilitate treatment of very large aeronautic pieces.

La détection sensible et sélective des métaux lourds, en particulier les métaux detransition, est d’une grande importance pour la santé publique ainsi que pour la surveillancede l’environnement. Les méthodes actuelles de référence, de par leur non portabilité, limitentla possibilité de disposer de mesures à haute résolution spatiale et temporelle. Lesmicrocapteurs optiques offrent un moyen attrayant et pratique pour surmonter ces limitationsde coût global et de temps d’analyse, en permettant la mesure en temps réel sur site.Pour démontrer ce potentiel, ces travaux de thèse sont orientés sur la détermination duchrome hexavalent Cr(VI) en solution à l’aide d’une réaction colorimétrique avec le 1,5-diphénylcarbazide (DPC), permettant de créer un complexe présentant un maximumd’absorption dans le domaine du visible. Ces travaux s’inscrivent dans la volonté dedévelopper un véritable laboratoire sur puce, intégrant la fonction fluidique parélectromouillage sur diélectrique pour créer la réaction colorimétrique, ainsi que la fonctionde mesure par intégration d’un capteur optique dédié à la mesure d’absorption dans desmicrovolumes (< μL). Pour la mesure d'absorption sur de si faibles volumes, l'utilisation demicrorésonateurs vise à augmenter de façon importante le chemin optique effectif et ainsi lasensibilité du capteur.Nous décrivons nos travaux sur la conception, la fabrication de la plateformemicrofluidique digitale ainsi que du résonateur optique en anneaux à des dimensionssubmicroniques par photolithographie par projection. Les matériaux polymères sontprivilégiés pour une intégration totale bas coût à terme, ainsi qu’un substrat verre, dont lespropriétés sont particulièrement adaptées aux applications optiques dans le domaine duvisible. / The selective and sensitive detection of heavy metals, such as transition metals, is ofparamount importance for health and safety an environmental monitoring. Current referencemethods, due to their lack of portability, are limiting factors to obtain high-resolution spatialand temporal data. Optical sensors offer an attractive and convenient way to overcome theselimitations of cost and time per analysis by offering real time, on-site measurementcapabilities.In order to demonstrate this potential, this thesis is focused on the detection and quantificationof hexavalent chromium Cr(VI) in water samples by a colorimetric reaction based on areaction with the 1,5-diphenylcarbazide (DPC), that produces a complex possessing anabsorption maximum in the visible range. This works endorse the goal of creating a true labon-chip, integrating both the fluidic function based on ElectroWetting on Dielectric (EWOD)to create the colorimetric reaction, and the sensing function based on the integration of anoptical sensor able to measure absorption variations in micro-volumes (< μL). In order toobtain sufficient sensitivity on such small volumes, optical microring resonators are used inthis work, due to their ability to enhance the effective optical path length by constructiveinterferences.This thesis describes the conception and fabrication of the EWOD microfluidic platform, aswell as the conception, simulation and fabrication of submicronic microring resonators usingstepper lithography. Polymer materials and glass substrates are selected, due to their greatoptical properties in the visible range, their compatibility with the EWOD platform, and theirintegrability at a reasonable cost.