Há interesse mundial no desenvolvimento de pesquisas envolvendo produção e extração de colorantes naturais, devido a sérios problemas de segurança industrial associados ao uso de colorantes sintéticos. Este trabalho objetivou produzir colorantes naturais de Penicillium purpurogenum DPUA 1275 por cultivo submerso (em frascos agitados e em biorreator) e estudar a extração dos colorantes vermelhos. Para a produção, os estudos iniciais mostraram que 5 discos de micélio, sacarose e extrato de levedura como fontes de carbono e nitrogênio, respectivamente, e 336 horas de cultivo eram condições adequadas para a produção dos colorantes. Visando à otimização da produção, realizaram-se planejamentos fatoriais, com as variáveis independentes: tempo de cultivo; velocidade de agitação; pH; temperatura; concentração de sacarose e de extrato de levedura. As variáveis-respostas foram produção de colorantes amarelos, laranjas e vermelhos. Dos resultados obtidos, as variáveis mais significativas ao processo foram concentrações de extrato de levedura e de sacarose. A produção dos colorantes vermelhos foi otimizada, alcançando a produção de 2,97 UA490nm, nas condições 48,90 e 11,80 g/L de sacarose e extrato de levedura, respectivamente, 30°C, pH 4,5 150 rpm e 336 horas de cultivo. Nos experimentos em biorreator, o melhor resultado foi obtido na frequência de agitação de 500 rpm e na mudança do pH do meio para 8,0, após 96 horas de bioprocesso. Ademais, avaliou-se a estabilidade dos colorantes vermelhos presentes no meio fermentado em diferentes condições (pH, temperatura, sais, polímeros e tensoativos). Referente a pH e temperatura, os colorantes vermelhos mostraram-se mais estáveis nas condições alcalinas e a 70 °C. Tanto os sais (NaCl e Na2SO4) quanto os polímeros (PEG 1.000, 6.000 e 10.000 g/mol e NaPA 8.000 g/mol a 5 e 15%) e os tensoativos (Tween 20, CTAB e SDS) não causaram perda da cor nas condições avaliadas. Estudos de solubilidade e de coeficiente de partição octanol-água mostraram que os colorantes vermelhos apresentam solubilidade superior em solventes polares e característica mais hidrofílica. Nos estudos de extração, as técnicas avaliadas foram Sistemas Poliméricos de Duas Fases Aquosas (SPDFA) formados pelo sistema PEG/NaPA e Colloidal Gas Aphrons (CGA). Pela primeira técnica, os colorantes vermelhos migraram preferencialmente para a fase PEG. Os polímeros PEG 6.000 g/mol, na presença de NaCl 0,1 e 0,5 M, e PEG 10.000 g/mol, com Na2SO4 0,5M, se destacaram dentre as condições analisadas com coeficiente de partição (K) próximo a 13, em ambos os casos, e seletividade de proteínas (SeP) próximas a 3. Para a técnica de CGA, o CTAB proporcionou os melhores resultados, seguido do Tween 20. Porém, o valor de K foi inferior ao obtido com SPDFA, com um máximo de 5 (CTAB 2 mM/pH 9,0). Os resultados obtidos demonstram um novo produtor de colorantes naturais, as quais têm potencial de aplicação em diversos segmentos industriais. Ademais, os resultados obtidos mostraram a eficiência das técnicas utilizadas para extração dos colorantes vermelhos, com destaque para SPDFA, que apresentou maiores valores de K. / There is worldwide interest in developing research projects involving the production and extraction of natural colorants due to serious safety problems associated with industrial use of synthetic ones. The aim of this work was to investigate the production of natural colorants from Penicillium purpurogenum DPUA 1275 by submerged culture (rotatory shaker and bioreactor) besides studying the red colorants extraction. To the production step, initial studies showed that 5 agar mycelial discs, sucrose and yeast extract as carbon and nitrogen sources, respectively, and 336 hours of bioprocess promoted the best results. To optimize the colorants production a serie of factorial designs were performed. The independent variables studied were: fermentation time, agitation speed, pH, temperature, sucrose and yeast extract concentration under the responses production of yellow, orange and red colorants. From these results, the most significant variables for the process were sucrose and yeast extract concentration. The red colorants production was optimized achieving 2.97 UA490nm, in the following conditions: 48.90 and 11.80 g/L of sucrose and yeast extract, respectively, 30 °C, 4.5 pH, 150 rev min-1 and 336 hours of culture. In the experiments performed in bioreactor, the condition that promoted the best results was 500 rpm and pH adjusted for 8.0 after 96 hours of bioprocess. Furthermore, we evaluated the red colorants stability at different conditions (pH, temperature, salts, polymers and surfactants). Concerning to pH and temperature, the red colorants were more stable under basic conditions and 70 °C; not only the salts (NaCl and Na2SO4) but also the polymers (PEG 1000, 6000 and 10000 g/mol and NaPA 8000 g/mol) and the surfactants (Tween 20, CTAB and SDS) not promoted loss of color upon the conditions evaluated. Studies of red colorants solubility and octanol water coefficient showed that these compounds exhibit a higher solubility in polar solvents and present hydrophilic characteristics. Subsequently, the extraction of red colorant was evaluated through two extraction methods: Polymeric Systems Aqueous Two Phase (ATPS) composed by PEG and NaPA and Colloidal Gas Aphrons (CGA). For the first technique, the red colorant preferentially migrated to the PEG phase. The best results were obtained with PEG 6000 g/mol in the presence of 0.1 to 0.5 M NaCl and with PEG 10000 g/mol with 0.5 M Na2SO4. To both cases the partition coefficient (K) was close to 13 and the Selectivity in terms of proteins (SeP) was close to 3. For the CGA technique, CTAB gave the best results followed by Tween 20. However, the K values were lower than the ones obtained with ATPS with a maximum of 5 in the following condition: CTAB 2 mM/pH 9.0. For the SeP, the values obtained for both techniques were close. The results above show a new producer of natural colorants which have potential application in various industries. Moreover, the results show the efficiency of the techniques used to extract the red colorants, especially to ATPS that presented higher K values.

Há interesse mundial no desenvolvimento de pesquisas envolvendo produção e extração de colorantes naturais, devido a sérios problemas de segurança industrial associados ao uso de colorantes sintéticos. Este trabalho objetivou produzir colorantes naturais de Penicillium purpurogenum DPUA 1275 por cultivo submerso (em frascos agitados e em biorreator) e estudar a extração dos colorantes vermelhos. Para a produção, os estudos iniciais mostraram que 5 discos de micélio, sacarose e extrato de levedura como fontes de carbono e nitrogênio, respectivamente, e 336 horas de cultivo eram condições adequadas para a produção dos colorantes. Visando à otimização da produção, realizaram-se planejamentos fatoriais, com as variáveis independentes: tempo de cultivo; velocidade de agitação; pH; temperatura; concentração de sacarose e de extrato de levedura. As variáveis-respostas foram produção de colorantes amarelos, laranjas e vermelhos. Dos resultados obtidos, as variáveis mais significativas ao processo foram concentrações de extrato de levedura e de sacarose. A produção dos colorantes vermelhos foi otimizada, alcançando a produção de 2,97 UA490nm, nas condições 48,90 e 11,80 g/L de sacarose e extrato de levedura, respectivamente, 30°C, pH 4,5 150 rpm e 336 horas de cultivo. Nos experimentos em biorreator, o melhor resultado foi obtido na frequência de agitação de 500 rpm e na mudança do pH do meio para 8,0, após 96 horas de bioprocesso. Ademais, avaliou-se a estabilidade dos colorantes vermelhos presentes no meio fermentado em diferentes condições (pH, temperatura, sais, polímeros e tensoativos). Referente a pH e temperatura, os colorantes vermelhos mostraram-se mais estáveis nas condições alcalinas e a 70 °C. Tanto os sais (NaCl e Na2SO4) quanto os polímeros (PEG 1.000, 6.000 e 10.000 g/mol e NaPA 8.000 g/mol a 5 e 15%) e os tensoativos (Tween 20, CTAB e SDS) não causaram perda da cor nas condições avaliadas. Estudos de solubilidade e de coeficiente de partição octanol-água mostraram que os colorantes vermelhos apresentam solubilidade superior em solventes polares e característica mais hidrofílica. Nos estudos de extração, as técnicas avaliadas foram Sistemas Poliméricos de Duas Fases Aquosas (SPDFA) formados pelo sistema PEG/NaPA e Colloidal Gas Aphrons (CGA). Pela primeira técnica, os colorantes vermelhos migraram preferencialmente para a fase PEG. Os polímeros PEG 6.000 g/mol, na presença de NaCl 0,1 e 0,5 M, e PEG 10.000 g/mol, com Na2SO4 0,5M, se destacaram dentre as condições analisadas com coeficiente de partição (K) próximo a 13, em ambos os casos, e seletividade de proteínas (SeP) próximas a 3. Para a técnica de CGA, o CTAB proporcionou os melhores resultados, seguido do Tween 20. Porém, o valor de K foi inferior ao obtido com SPDFA, com um máximo de 5 (CTAB 2 mM/pH 9,0). Os resultados obtidos demonstram um novo produtor de colorantes naturais, as quais têm potencial de aplicação em diversos segmentos industriais. Ademais, os resultados obtidos mostraram a eficiência das técnicas utilizadas para extração dos colorantes vermelhos, com destaque para SPDFA, que apresentou maiores valores de K. / There is worldwide interest in developing research projects involving the production and extraction of natural colorants due to serious safety problems associated with industrial use of synthetic ones. The aim of this work was to investigate the production of natural colorants from Penicillium purpurogenum DPUA 1275 by submerged culture (rotatory shaker and bioreactor) besides studying the red colorants extraction. To the production step, initial studies showed that 5 agar mycelial discs, sucrose and yeast extract as carbon and nitrogen sources, respectively, and 336 hours of bioprocess promoted the best results. To optimize the colorants production a serie of factorial designs were performed. The independent variables studied were: fermentation time, agitation speed, pH, temperature, sucrose and yeast extract concentration under the responses production of yellow, orange and red colorants. From these results, the most significant variables for the process were sucrose and yeast extract concentration. The red colorants production was optimized achieving 2.97 UA490nm, in the following conditions: 48.90 and 11.80 g/L of sucrose and yeast extract, respectively, 30 °C, 4.5 pH, 150 rev min-1 and 336 hours of culture. In the experiments performed in bioreactor, the condition that promoted the best results was 500 rpm and pH adjusted for 8.0 after 96 hours of bioprocess. Furthermore, we evaluated the red colorants stability at different conditions (pH, temperature, salts, polymers and surfactants). Concerning to pH and temperature, the red colorants were more stable under basic conditions and 70 °C; not only the salts (NaCl and Na2SO4) but also the polymers (PEG 1000, 6000 and 10000 g/mol and NaPA 8000 g/mol) and the surfactants (Tween 20, CTAB and SDS) not promoted loss of color upon the conditions evaluated. Studies of red colorants solubility and octanol water coefficient showed that these compounds exhibit a higher solubility in polar solvents and present hydrophilic characteristics. Subsequently, the extraction of red colorant was evaluated through two extraction methods: Polymeric Systems Aqueous Two Phase (ATPS) composed by PEG and NaPA and Colloidal Gas Aphrons (CGA). For the first technique, the red colorant preferentially migrated to the PEG phase. The best results were obtained with PEG 6000 g/mol in the presence of 0.1 to 0.5 M NaCl and with PEG 10000 g/mol with 0.5 M Na2SO4. To both cases the partition coefficient (K) was close to 13 and the Selectivity in terms of proteins (SeP) was close to 3. For the CGA technique, CTAB gave the best results followed by Tween 20. However, the K values were lower than the ones obtained with ATPS with a maximum of 5 in the following condition: CTAB 2 mM/pH 9.0. For the SeP, the values obtained for both techniques were close. The results above show a new producer of natural colorants which have potential application in various industries. Moreover, the results show the efficiency of the techniques used to extract the red colorants, especially to ATPS that presented higher K values.

L’encapsulation dans des nanomatériaux de polymères de colorants ioniques à l’aide de contre-ions hydrophobes volumineux apparaît être une méthode très efficace pour générer des nanoparticules (NPs) fluorescentes ultra-brillantes pour la bioimagerie. Nous avons d’abord étendu cette approche par contre-ions aux colorants cyanine opérant dans la gamme du bleu au proche infra-rouge. A partir de NPs chargés en cyanines, une methode de code-barre multicolore pour le traçage cellulaire à long terme a été développé. Ensuite, le rôle des contre-ions hydrophobes volumineux dans l’auto-assemblage des colorants cationiques à l’intérieur des NPs de polymères a été étudié en testant une large collection d’anions. Nous avons montré qu’une forte hydrophobicité du contre-ion augmente l’encapsulation du colorant, régule son clustering et empêche l’agrégation de nanoparticules, alors qu’une grande taille empêche l’auto-inhibition de fluorescence. Enfin, nous avons introduit les contre-ions à base d’aluminates et de barbiturates, qui sur-performent les tetraphénylborates fluorés. Ce travail procure une base solide au concept d’émission et d’encapsulation augmentées par contre-ions pour la préparation de NPs chargés en colorants fluorescents. / Encapsulation of ionic dyes with help of bulky hydrophobic counterions into polymer nanomaterials emerged as powerful method for generating ultrabright fluorescent nanoparticles (NPs) for bioimaging. Here, this counterion-based approach is extended to cyanine dyes, operating from blue to near-infrared range. Based on cyanine-loaded NPs, a multicolour cell barcoding method for long-term cell tracking is developed. Second, the role of bulky hydrophobic counterion in self-assembly of cationic dyes inside polymeric NPs is studied by testing a large library of anions. We show that high hydrophobicity of a counterion enhances dye encapsulation, prevents particle aggregation and tunes dye clustering, while large size prevents dyes from self-quenching. Third, counterions based on aluminates and barbiturates are shown to outperform fluorinated tetraphenylborates. This work provides a solid basis for counterion-enhanced encapsulation and emission concept in preparation of dye-loaded fluorescent NPs.

Le caramel liquide, obtenu par le traitement thermique des sucres, est couramment utilisé pour modifier le goût ou la couleur des produits agroalimentaires.Parmi les promoteurs de caramélisation autorisés, l'ammoniaque (pour les caramels colorants de classe III) et les sels d'ammonium (pour ceux de classe IV) sont source de composés néoformés indésirables (CNI) comme le 2-acétyl-4-(1,2,3,4-tétrahydroxybutyl)imidazole (THI), immunosuppresseur, et le 4-méthylimidazole (4MeI), agent convulsif. Ces molécules ont des teneurs limitées par la réglementation Européenne à 10 et 250 ppm respectivement. Pour améliorer la connaissance de la chimie du caramel et la qualité des caramels colorants en contrôlant la formation des CNI, il est nécessaire de développer des méthodes analytiques fiables, rapides et faciles à mettre en œuvre. Ce travail de thèse présente le développement de nouvelles méthodes basées sur la chromatographie en phase liquide à deux-dimensions (LC-LC). Ces méthodes très sélectives permettent de minimiser le temps d'analyse puisque la préparation de l'échantillon se réduit à une simple dilution dans l'eau et les deux séparations chromatographiques en cascade sont réalisées sur un système totalement automatisé. La validation des méthodes par les profils d'exactitude a permis d'assurer que 90 % des résultats sont à moins de 20 % de la valeur vraie dans le domaine de concentration 10 à 50 ppm pour le THI, 20 à 500 ppm pour le 4MeI, 200 à 2500 ppm pour le fructose, saccharose, lactose, maltose et maltotriose et 500 à 2500 ppm pour le glucose.Ces méthodes sont enfin appliquées au suivi de la réaction de caramélisation et au contrôle qualité des produits finis.

Ce travail consiste en une analyse statistique de la séparation des sources des enregistrements d'imagerie VSD afin de 1) séparer le signal neuronal des artefacts, et 2) d'étudier la dynamique des motifs spatio-temporels de l'activité créés par les populations neuronales qui partagent des statistiques communes. À cette fin, nous avons effectué des enregistrements en imagerie VSD des zones 17 et 18 du cortex du chat anesthésié et paralysé, en réponse à des réseaux sinusoïdaux de luminance en mouvement et en plein champ. Nous avons développé une méthode d'analyse pour l'imagerie VSD qui sépare la réponse neuronale des artefacts, et extrait les motifs de l'activité qui sont fonctionnellement liés à des populations différentiables. Notre méthode de débruitage permet d'effectuer des analyses sur des essais unitaires, par exemple pour étudier la variabilité intrinsèque de chaque réponse de la population neuronale enregistrée pour une même stimulation. En outre, nous avons pu séparer des populations de neurones qui montrent différents profils de réponse à l'orientation et/ou à la direction des stimuli à l'aide de la PCA et de l'ICA. La compression et la projection de l'activité de V1 sur trois axes de composantes principales nous a permis d'étudier la dynamique des états corticaux et de démontrer la séparabilité des trajectoires d'état en fonction de l'orientation. Nos résultats indiquent que le codage neuronal de la préférence à l'orientation au niveau de la population plutôt que des canaux individuels est plus efficace. Nous espérons à l'avenir fournir un cadre de mesure pour la quantification et l'interprétation des réponses à des stimuli plus naturels

Le cerveau des mammifères est composé de deux hémisphères. Bien qu'anatomiquement séparés, ceux-ci coopèrent l'un avec l'autre par l'intermédiaire de faisceaux de fibres qui constituent les commissures cérébrales. Parmi ces commissures, le corps calleux est la plus importante, tout au moins par le nombre de fibres qui la constitue (200 à 800 millions suivant les espèces). Bien que le rôle de cette commissure soit resté longtemps inconnu, il est maintenant bien établi qu'elle transporte des messages aussi divers que des messages visuels, limbiques, auditifs, somesthésiques et moteurs d'un hémisphère à l'autre. En conséquence, le corps calleux s'est révélé être impliqué dans des fonctions cognitives supérieures telles la perception sensorielle, l'apprentissage, la mémoire et la motricité. En dépit de l'établissement de ces concepts importants, la connaissance du corps calleux et de son rôle dans les fonctions cognitives supérieures restent encore extrêmement incomplètes que ce soit au cours du développement ou chez l'adulte. Or, ces questions sont essentielles puisqu'elles posent directement le problème du rôle de l'intégration interhémisphérique dans l'élaboration des fonctions cognitives dans les conditions normales; elles touchent également le problème du rôle de cette même intégration dans les processus de réorganisation et de compensation qui peuvent se développer dans les conditions pathologiques, conduisant à une restructuration des fonctions cognitives. Ce travail de thèse a été réalisé dans le contexte expérimental de C. Milleret et de ses collaborateurs qui étudient les caractéristiques anatomo-fonctionnelles et topographiques des cartes corticales calleuses localisées au niveau des aires visuelles corticales primaires 17 et 18 de chaque hémisphère chez le mammifère et qui sont associées au traitement de la région médiane verticale centrale du champ visuel. Cette région centrale du champ visuel est des plus stratégiques d'un point de vue perceptif puisqu'elle participe à la fusion des deux hémichamps visuels. En utilisant les techniques d'électrophysiologies in vivo et anatomiques (reconstructions 3D d'axones marqués à la biocytine), il a déjà été montré que ces connexions interhémisphériques sont presque exclusivement limitées à la bordure de transition entre les aires visuelle primaires A17 et A18. De plus, les neurones des aires visuels primaires qui sont activés par les axones interhémisphériques présentent des caractéristiques fonctionnelles bien précises. Certaines caractéristiques anatomo-fonctionnelles et topographiques des cartes corticales calleuses sont déjà bien identifiées mais elle se révèlent encore insuffisantes pour préciser le rôle du corps calleux dans les processus d'intégration visuelle interhémisphérique, en particulier en l'absence de données précises des caractéristiques dans les domaines temporels et spatiaux et la façon dont elles sont modifiées dans des conditions de développent visuel asymétriques. Ceci résulte aussi du faible nombre de travaux faisant appel à une approche computationnelle et la modélisation pour aborder ces questions. En particulier, les relations entre les caractéristiques morphologiques des axones calleux et les propriétés spatiales (cartes fonctionnelles) et temporelles (latences de transfert et propriétés spectrales) des populations neurales qu'elle mettent en relation sont encore très imprécises. Caractérisation quantitative des distributions des terminaisons d'axones calleux. Dans sa première partie, notre étude propose de préciser les extensions spatiales et les caractéristiques morphologiques des arborisations d'axones calleux obtenus dans les conditions de développement visuel normal (NR) et dans les conditions de déprivation monoculaire précoces (MD) afin de les différentier quantitativement. Dans cet objectif, deux groupes d'axones reconstruits en 3D sont tout d'abord décrits qualitativement par les méthodes conventionnelles d'anatomie. Cette méthode rencontre néanmoins des difficultés pour caractériser précisément les morphologies des axones, en particulier l'extension de leur terminaisons sur la surface du cortex, leur orientation et leur degré de fragmentation. Pour répondre à ces questions, deux méthodes computationnelles complémentaires et de complexité croissante ont été développées pour caractériser les distributions de terminaison axonales calleuses et mettre en évidences les différences entre les deux groupes. Celles-ci nous ont permis de montrer les plus grandes extensions spatiales ainsi que le plus grand degré de fragmentation des distributions des terminaisons des axones calleux du groupe MD. Dans un dernier chapitre, la simulation de propagation de potentiel d'action dans les structures axonales a permis de montrer que les différences morphologiques constatées dans le groupe MD, ne semblent pas se répercuter sur la dispersion temporelle du signal entre les terminaisons. Ainsi, la distribution temporelle du signal controlatéral demeure pour la grande majorité confinée dans un intervalle inférieur à 2ms, dispersion compatible avec des hypothèses de synchronisation. Développement de la technique d'imagerie optique par colorant sensibles au potentiels Avec la perspective d'explorer expérimentalement les propriétés spatio-temporelles de l'intégration visuelle interhémisphérique et afin de corroborer les résultats présenté dans la première partie de la thèse, la mise en place d'un poste expérimental d'imagerie optique au sein de notre laboratoire est présentée dans la deuxième partie. Cette méthode permet de visualiser in vivo les domaines d'activation spécifique à différents attributs au sein des cartes corticales calleuses et d'approcher certaines caractéristiques temporelles de l'activité neuronale. Réalisé en parallèle avec les travaux de modélisation des axones calleux, le montage complet du poste a montré d'abord permis de cerner les limitations du système initial. Dans un deuxième temps l'adaptation du système à la problématique interhémisphérique, réalisée au fils des mois, a montré d'importants progrès après plusieurs modifications spécifiques. La mise en place du poste expérimental a pu bénéficier de l'expertise en imagerie optique de l'équipe de recherche du Dr. S. Tanaka au RIKEN Brain Science Institute au Japon, où l'auteur a effectué plusieurs séjours au cours desquelles ont pu être initiées un certain nombres d'adaptation importantes comme le développement du protocole d'enregistrement en Voltage Sensitive Dye (VSD), permettant l'enregistrement de l'activité neurale avec un grande précision temporelle, ainsi que le développement de techniques de traitement des signaux appropriées. La mise en place du poste expérimental dans les locaux parisiens a pu être achevée fin 2006 avec l'obtention de données prometteuses pour la poursuite du programme expérimental, comme l'enregistrement à 3 ms/image de l'activation corticale bilatérale et ainsi que celle du transfert interhémisphérique. Ces résultats ouvrent les perspectives de recherche visant la combinaison des données anatomiques morphologiques avec les données d'enregistrement d'activations spatio-temporelles in vivo de l'intégration visuelle hémisphérique au sein des cortex visuels primaires.

Le thème central de ce travail est le développement expérimental d'une méthode spectroscopique intracavité laser visant à augmenter la sensibilité des expériences de fluorescence induite par laser (LIF) et analysée par spectrométrie par transformée de Fourier (FTS) haute résolution. Cette augmentation passe par la réalisation du couplage d'une cavité externe résonante avec la technique FTS. L'échantillon moléculaire est placé à l'intérieur de la cavité qui stocke l'énergie d'un laser à colorant mono-mode accordable en étant maintenue en permanence en résonance grâce à un système optoélectronique d'asservissement. L'accroissement de puissance intracavité permet alors l'observation de niveaux quantiques moléculaires inaccessibles par les méthodes LIF traditionnelles. Cette technique (ICLIF) est validée par l'étude du radical d'intérêt astrophysique NiH produit par une nouvelle source polyvalente à pulvérisation cathodique, développée en parallèle dans le cadre de ce travail.

El fang biològic es produeix en les plantes de tractament d'aigües residuals urbanes i industrials. El tractament i la gestió dels fangs és un dels problemes més importants en el camp del tractament de les aigües residuals. Aquesta situació es preveu que es veurà agreujada en el futur, per un increment del volum de fang produït associat a l'exigència de nivells més alts de depuració i per l'augment dels nombre d'estacions depuradores en funcionament. D'altre banda, les limitacions que presenten les opcions tradicionals de gestió dels fangs, fa necessari buscar solucions innovadores i efectives per a solucionar el problema que suposa la gestió d'aquests fangs biològics. Els fangs biològics són de naturalesa carbonosa i amb un alt contingut de matèria orgànica. Aquestes característiques, permeten la conversió del fang en un sòlid adsorbent de tipus carbonós. Aquesta conversió ofereix el doble benefici de reduir el volum de fang que ha de ser gestionat i alhora produir un adsorbent amb un cost inferior a la dels adsorbents convencionals (carbons actius comercials).Fins el moment, els tractaments alta temperatura han demostrat la seva efectivitat per du a terme el procés de transformació dels excedents de fang biològic en un sòlid adsorbent carbonós (carbó actiu). Com a alternativa a aquests processos a alta temperatura, es proposa un nou procés d'obtenció d'un sòlid adsorbent carbonós a partir dels excedents de fangs biològics, mitjançant un tractament a baixa temperatura, combinant el tractament per microones amb l'addició d'un reactiu químic (H2SO4).La present tesi analitza el tractament dels excedents de fangs biològics utilitzant un tractament mitjançant microones i l'addició d'àcid sulfúric (H2SO4), al mateix temps analitza la possibilitat d'utilitzar els sòlids adsorbents obtinguts per a millorar la qualitat de les aigües residuals.Paràmetres d'operació com poden ser la quantitat d'àcid sulfúric addicionada al fang, el nivell de potència del forn microones i el temps de tractament, es modificaran per tal de determinar la influència que poden tenir sobre la qualitat del sòlid adsorbent. Un cop determinada la qualitat dels diferent sòlids adsorbents s'avalua la seva capacitat per a l'eliminació de colorant i metalls en fase líquida. Els resultats obtinguts es comparen amb els obtinguts per un carbó actiu derivat de fangs i un carbó actiu comercial. / The sewage sludge is produced by urban and industrial wastewater treatment plants. The treatment and disposal of sewage sludge is an expensive and environmentally sensitive problem growing world-wide. In recent years, sewage sludge is being generated in ever increasing amounts and meanwhile environmentally quality standards are becoming more stringent. Furthermore, with some traditional disposal routes coming under pressure and others being phased out, it is necessary to seek cost-effective and innovate solutions to the problem incurred by sewage sludge disposal. Sewage sludge is carbonaceous in nature and rich in organic materials. Hence it has the potential to be converted into a useful carbonaceous adsorbent material. This conversion could offer the combined benefits of reducing the volume of sewage sludge and producing a valuable adsorbent with lower cost than commercial activated carbons. At the moment, the high temperature treatments have been show the feasibility of the conversion of sewage sludge in an activated carbon. As alternative to these high temperature treatments, a novel way of carbonaceous adsorbent preparation was attempted combining microwaves heating and the addition of chemical compounds. The possibility of obtaining a carbonaceous adsorbent material from surplus biological sludge has been investigated. This present work analyze the treatment of the sewage sludge using microwave heating and the addition of a chemical reagent (H2SO4), and the applications of the sludge based microwave treated adsorbent to improving the quality of the wastewater.Operational parameters such as the amount of H2SO4 added, the level power of microwave oven and the processing time were modified to ascertain their influence on the quality of carbonaceous adsorbent obtained. Once determined the quality of the different carbonaceous adsorbent obtained, these adsorbents were employed for dye and metal removal in liquid phase. The results obtained were compared with the adsorption capacity of a sludge based activated carbon and a commercial activated carbon.

<p align="justify">Les laques de garance, les pigments artistiques dont les procédés de fabrication étaient souvent des secrets jalousement gardés, ont depuis longtemps éveillé l'intérêt des chimistes. Le premier mode opératoire de laque de garance décrit scientifiquement est dû à Marggrave en 1754, chimiste allemand célèbre surtout pour la découverte du sucre de betterave. L'élucidation de la structure chimique de l'alizarine par Graebe en 1868 est une des étapes fondatrices de la chimie organique. Il a ensuite vite été reconnu que, dans les laques, l'alizarine se trouve sous forme de complexes d'aluminium. Plusieurs structures ont été proposées dans la littérature pour les complexes d'alizarine et d'aluminium. Le site de complexation de l'aluminium y est constitué soit par les fonctions carbonyle en C-9 et phénolate en C-1 (site céto-phénolate), soit par les deux fonctions phénolates en C-1 et C-2 (site diphénolate).</p> <p><p align="justify">Nos résultats montrent que, au moins en solution aqueuse diluée et acide, le site de complexation est le céto-phénolate et la stoechiométrie 1:1. En solution plus concentrée et neutre ou légèrement basique, il peut également se former des complexes de stoechiométrie 1:2, dont la couleur est par ailleurs pratiquement identique à celle des complexes de stoechiométrie 1:1. Quand les réactifs sont mis en présence en rapport stoechiométrique et neutralisés par NaOH (aluminium:alizarine:NaOH 1:2:5), les complexes 1:2 ainsi formés peuvent même polymériser en formant entre eux des liaisons Al-O-Al. Cependant, dans la pratique de la préparation des laques, aujourd'hui comme dans le passé, l'aluminium est présent en large excès par rapport à l'alizarine. Dans ces conditions, les complexes, au lieu de polymériser, s'adsorbent à la surface des grains d'alumine formés par l'aluminium en excès. Nous n'avons trouvé aucune indication de la formation de complexes 2:4. Il est probable que de tels complexes ne sont, comme les gels que nous avons obtenus dans certaines conditions, que des cas particuliers, non représentatifs de la structure des laques réelles. La stoechiométrie des complexes et leur état physique ne seraient que des caractéristiques secondaires. Dans le cas des laques utilisées comme pigments, il s'agirait de complexes 1:2 et probablement aussi 1:1, adsorbés sur les grains d'alumine via des liaisons Al-O-Al.</p><p><p align="justify">La compétition entre ions H+ et Al3+ pour les phénolates est à la base de la libération des molécules d'alizarine dans les méthodes classiques d'extraction des colorants des laques par un acide pour leur analyse par HPLC. Nos résultats montrent que la concentration en ions H+ nécessaire pour libérer les colorants est proportionnelle à la concentration en ions Al3+ en solution. Dans la pratique, le pH nécessaire est très bas, ce qui a pour conséquence négative d'hydrolyser certaines des molécules colorantes constitutives des laques. L'addition d'ions F- permet de pallier ce problème. En formant des complexes avec les ions Al3+, les ions F- relèvent assez le pH minimum d'extraction pour éviter l'hydrolyse des colorants moins stables (glycosides, pseudopurpurine.), et donnent de plus des rendements d'extraction souvent meilleurs que ceux obtenus avec les autres acides (HCl, H2SO4, TFA). L'addition d'ions Li+, qui par leur petite taille peuvent plus facilement se glisser à l'intérieur des complexes, et d'agents chélatants tels que le DFOM, qui contribuent à capter les ions Al3+, améliore encore l'extraction des colorants. </p><p><p align="justify">Des propriétés telles la granulométrie, la porosité et l'hygroscopicité des laques sont celles de l'alumine qui constitue leur substrat. Les analyses de différentes laques d'extraits de Rubiacées montrent :<p>- la présence fréquente de pseudopurpurine et de glycosides; ces colorants ne sont détectés qu'après extraction à pH ~ 2 (extraction par HF), parce qu'à pH plus acide ils sont hydrolysés.<p>- la teneur en différents colorants est influencée non seulement par l'espèce de plante, mais aussi par le mode de préparation des laques. </p><p><p align="justify">La couleur apparente et les spectres dans le visible des chélates aluminium-anthraquinone sont bien distincts de ceux des mêmes colorants en l'absence d'aluminium. Les paramètres L*a*b* et leur équivalent en coordonnées cylindriques L*c*h*, calculés à partir des spectres de réflectance, permettent de caractériser la couleur des objets, telle qu'elle serait perçue sous une lumière de spectre donné et par un "observateur de référence". On constate que la teinte des laques dépend surtout de la nature des colorants présents sous forme de chélates d'aluminium. La saturation dépend surtout du rapport aluminium/colorant, et augmente avec celui-ci, ce qu'on peut attribuer à un meilleur rendement de la formation de complexes quand l'aluminium est présent en plus large excès.</p> <p><p align="justify">Pour mieux comprendre les facteurs affectant la permanence des laques, une approche est de soumettre des laques préparées dans des conditions connues à des tests de vieillissement accéléré par une lampe à arc de xénon. Une première étude de ce type menée sur des laques sous forme de poudres fixées sur des filtres montre que dans les laques fort concentrées au départ, la majorité des colorants peut être dégradée sans que la couleur perceptible ait fort changé. A l'observation au microscope, on constate que les grains les plus petits ont tendance à décolorer plus vite. Cependant globalement le principal facteur affectant l'évolution de la couleur est la concentration en colorants. Il semble donc que les complexes de colorants adsorbés à la surface de la porosité interne des grains d'alumine soient protégés de la lumière par les complexes adsorbés dans les couches plus externes, et que cette protection soit proportionnelle à la concentration en colorant. La photodégradation est probablement oxydative. Elle est d'ailleurs beaucoup plus lente pour les teintures d'alizarine sur laine, grâce probablement aux propriétés réductrices de la laine. Il faut donc s'attendre à ce que, dans les polychromies, la présence des liants ralentisse le vieillissement en limitant la diffusion de l'oxygène, ce qui n'était pas le cas dans nos laques poreuses vieillies au contact de l'air. C'est là un des aspects que la suite des études de vieillissement accéléré devrait tenter d'éclaircir.</p><p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUTs) sont impliqués dans la recapture du glutamate du cytosol vers les vésicules présynaptiques. Depuis leurs caractérisations récentes en 2000, leurs implications dans plusieurs maladies neurodégénératives ont été démontrées. Ils jouent ainsi un rôle primordial dans la transmission nerveuse glutamatergique. Deux colorants naturels, le Rose Bengale et le Bleu Trypan, restent les meilleurs inhibiteurs connus à ce jour, avec respectivement des CI50 de 25 et 50 nM. Dans un premier temps, nous avons conçu et optimisé une série d’analogues basée sur le synthon Rose Bengale (inhibiteur non-compétitif). Ce travail a notamment permis de mettre en évidence l’effet des formes tautomères (quinone et lactone) sur l’inhibition des VGLUTs. Ainsi la forme quinonique, présente à pH physiologique, a été confirmée comme étant la seule capable de bloquer la recapture du glutamate. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la famille du Bleu Trypan (inhibiteur compétitif) et nous avons déterminé la structure minimale active avec l’objectif de rendre ces molécules plus « drug-like ». En effet, l’intérêt de ce projet est de développer de petites structures aisément radiomarquables pour une utilisation dans un contexte physio-pathologique. / Vesicular glutamate transporters (VGLUTs) are involved in the recapture and storage of glutamate from cytol to secretory synaptic vesicules. Since their recent characterization in 2000, their implication in several neurodegenerative disorders have been demonstrated. They play a crucial role in glutamatergic neurotransmission. Natural dyes, such as Rose Bengal and Tryptan Blue are the best known inhibitors with IC50 values of 25 and 50 nM, respectively. Firstly, we designed and optimized a series of analogues based on the synthon Rose Bengal (non-competitive inhibitor). This work has especially enabled to highlight the effect of tautomeric forms (quinone and lactone) on the inhibition of VGLUTs. Thus, the quinone form, present at physiological pH, was confirmed as the only able to block the reuptake of glutamate. Secondly, we have been interested in the family of Trypan Blue (competitive inhibitor) and we determined the minimal active structure in order to render these molecules more "drug-like". Indeed, the interest of this project is to develop small structures easily radiomarquable to use in a physiopathological context.