La libération des composés d'arôme détermine la qualité aromatique des produits alimentaires, et contribue ainsi aux choix et préférences des consommateurs. Dans ce contexte, la compréhension et la modélisation de la cinétique de libération est un défi scientifique et un enjeu de santé afin de pouvoir formuler des produits en intégrant des critères nutritionnels et sensoriels. Ce travail de thèse a permis d'étudier et de modéliser les mécanismes en bouche responsables de la dynamique de libération des stimuli olfactifs lors de consommation d'un aliment liquide ou solide chez l'homme.<br />• Dans un premier temps, un modèle mécanistique décrivant la libération des composés d'arôme au cours de la consommation d'un aliment liquide ou semi-liquide a été développé. Ces produits ont un temps de résidence en bouche très court et ne nécessitent pas de manipulation intra-orale complexe. Le modèle a été construit sur la base de bilans de matière prenant en compte des mécanismes de transfert entre certains sous-compartiments du système, ainsi que les conditions spécifiques aux différentes étapes de la consommation. Une comparaison du modèle avec des données de libération in vivo lors de la consommation de fluides newtnoniens aromatisés avec du diacétyle et de l'hexanoate d'éthyle a été effectuée. Cette étude nous a permis de comprendre le rôle du résidu post-pharyngé et de la viscosité sur la libération des composés d'arôme : • l'épaisseur du bol tapissant les muqueuses a pu être estimée à environ 15µm; • contrairement à l'hypothèse initiale, il a été mis en évidence que les propriétés pertinentes à prendre en considération pour la libération des composés d'arôme à partir d'un fluide newtonien sont celles d'un mélange de produit hautement dilué par la salive. • Dans un second temps, le modèle a été adapté à des produits nécessitant une mastication. Pour en rendre compte, de nouveaux mécanismes ont été intégrés: phénomènes de transfert de matière et de dissolution du produit dans la salive, génération d'une surface d'échange produit/fraction liquide du bol et l'ouverture vélopharyngienne lors de la mastication du produit. Le modèle a ensuite été confronté avec les données de libération du propanoate d'éthyle in vivo lors de la consommation de matrices fromagères modèles. Le modèle a pu être ajusté de façon satisfaisante à l'ensemble des données expérimentales et les deux paramètres inconnus de notre modèle (la vitesse d'incorporation moyenne de salive dans le bol au cours de la consommation et la fréquence d'ouverture du vélopharynx) ont pu être estimés. Cette étude nous a permis de comprendre le rôle de la mastication sur la libération des composés d'arôme lors de la consommation d'aliments solides. De plus, l'étude de la libération de la 2-nonanone a permis de mettre en évidence un phénomène d'adsorption sur les muqueuses pour cette molécule. • Enfin, il ressort de la comparaison des deux modèles que les paramèters clés gouvernant la libération des composés d'arôme ne sont pas les mêmes selon la catégorie de produit (liquide ou solide) considérée: • lors de la consommation d'aliments liquides ou semi-liquides, le coefficient de transfert de matière dans le bol, la fréquence respiratoire de l'individu et l'épaisseur du résidu post-pharyngé sont les trois facteurs clés gouvernant la libération des composés d'arôme; • en revanche, lors de la consommation de produits solides mastiqués, ce sont la vitesse d'incorporation moyenne de salive dans le bol, la fréquence d'ouverture du vélopharynx et la durée de mastication qui sont les trois paramètres ayant un effet majeur sur les cinétiques de libération. La démarche de modélisation nous a permis de mieux comprendre les parts relatives du produit, de l'individu, et de l'interaction produit-individu sur la libération des composés d'arôme au cours de la consommation d'un aliment. / Delivery of aroma compounds to olfactory receptors determines the aromatic quality of food products and contributes to consumer choices and preferences. Therefore, understanding and modelling the release kinetic is a scientific challenge and a health issue in order to formulate products of both high nutritional and sensory quality. This thesis studied in-mouth mechanisms responsible of the dynamics of olfactory stimuli release during food consumption. • First, a mechanistic model describing the aroma compounds release during consumption of a liquid or semi-liquid food has been developed. These products have a very short in-mouth residence time and do not require complex intra-oral manipulation. The model takes into account mass balances, transfer mechanisms occurring between some sub-compartments of the system, and the specific conditions at the different stages of consumption. A comparison of the model predictions with in vivo release data during the consumption of Newtnonien fluids flavored with diacetyl and ethyl hexanoate was performed. This study highlighted the role of post-pharyngeal residue and viscosity on the aroma compounds release: • the thickness of bolus covering the mucous membranes has been estimated at about 15μm; • it was found that the relevant properties to be considered for the release of aroma compounds from a Newtonian fluid are those of a mixture highly diluted by saliva. • Second, the model previously developed was adapted for products requiring chewing. It takes into account the phenomena of mass transfer and dissolution of the product in the saliva during chewing. The generation of a product/liquid contact surface as well as the velopharyngial opening that occurs during the mastication of the product were also integrated into the model. The model was then confronted with in vivo release data for ethyl propanoate during consumption of four cheese matrices. All simulations have been satisfactorily fitted to experimental data and the two unknown parameters of our model (the average rate of saliva incorporation into the bolus and the frequency of velopharyngial opening) could be estimated. This study has enabled us to understand the role of mastication on the release of aroma compounds during consumption of solid food: • the opening of velopharynx during intra-oral manipulation of the product produces a continuous supply of aroma compounds in the nose; • the residence time of solid product in the mouth are much longer than for the consumption of liquid and semi-liquid foods, allowing the secretion of significant volumes of saliva. In addition, the study of the release of 2-nonanone highlighted an adsorption phenomenon on the mucous membranes for this molecule. • Finally, sensitivity analysis of the two release models indicates that: • when eating a liquid or semi-liquid food, the mass transfer coefficient in the bolus, the breath rate and the thickness of post-pharyngeal residue are the three key factors governing the release of aroma compounds; • however, when eating a solid food product, it is the average rate of saliva incorporation into the bolus during consumption, the frequency and duration of velopharyngeal opening, and the mastication time which are the three parameters that have major effects on the kinetics of release. The modeling approach allowed us to better understand the relative effects of the product, the individual, and individual-product interaction on the release of aroma compounds during food consumption. The results of this work indicated that the most important parameters depend on the category of product (liquid or solid) under consideration.

Les composés organiques volatils (COV) sont des composants clé en chimie atmosphérique. Ils participent à des réactions photochimiques dans la basse atmosphère et jouent ainsi un rôle majeur dans le cycle de l'ozone troposphérique et la formation d‘aérosols organiques secondaires. A l'échelle globale, ces COV sont à 10% d'origine anthropique et à 90% d'origine biotique. Les enjeux liés aux émissions de COVB sont d‘autant plus importants en région méditerranéenne en raison du potentiel d‘émission élevé ainsi que des évènements réguliers de pollution photochimique. Cette thèse propose, à travers deux campagnes de mesures intensives, la caractérisation expérimentale des COVB et de leurs produits d‘oxydation dans deux sites ruraux représentatifs de la végétation méditerranéenne.Dans le cadre du projet CANOPEE (ANR-JCJC 2011-2014) une campagne de mesure a eu lieu à l‘Observatoire du chêne pubescent de Haute Provence (O3HP). Des mesures de concentrations et de flux d‘émission ont été réalisées à l‘échelle de la canopée dans le but de quantifier l‘export des COVB hors canopée et d‘étudier la chimie intra-Canopée. Dans la forêt de l‘O3HP, des concentrations en isoprène très élevées ont été mesurées, en particulier au sein de la canopée où elles ont atteint 16 ppbv les journées les plus chaudes. Selon le facteur d‘émission de 7.2 mg m-2 h-1 déterminé, la forêt de chênes pubescents de l‘O3HP fait partie des écosystèmes les plus fortement émetteurs d‘isoprène à travers le monde. Parmi les COV oxygénés, seul le méthanol a des flux d‘émission significatifs, avec un taux d‘émission moyen égal à 0.3 mg m-2 h-1. Un des points forts de ce travail a consisté en l‘étude du transport et de la chimie intra-Canopée. D‘après nos estimations, les processus intra-Canopée sur le site de l‘OHP jouent un rôle mineur sur les flux nets d‘isoprène sortant de la canopée.La deuxième campagne de mesure s‘inscrit dans le cadre du programme ChArMEx (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment). Elle a pris place sur le site du Cap Corse, situé à distance des sources anthropiques et qui abrite une diversité d'espèces végétales. Les résultats obtenus ont permis la quantification et spéciation de nombreux COVB. Un grand contraste dans la signature des émissions de COVB a été observé entre les deux sites d‘étude. Ainsi, tandis que l‘isoprène est responsable de plus de 90% des COVB en termes de concentrations à l‘OHP, il ne représente que 35% de leurs concentrations totales au Cap Corse. Les 65% restants sont composés de nombreux monoterpènes. Ces résultats ont également mis en évidence la chimie rapide des COVB et l‘importance de leur contribution à la formation de composés secondaires oxygénés dans les conditions de photochimie intense qui caractérisent le bassin méditerranéen en période estivale.Au Cap Corse, comme à l‘O3HP, les COVB représentent le puit dominant des radicaux hydroxyles. En présence de NOx et pour des concentrations équivalentes à celles de l‘OHP ou du Cap Corse, le potentiel des COVB à former de l‘ozone a été évalué à 10 ppbv en moyenne. / Volatile organic compounds (VOCs) are key components in atmospheric chemistry. They participate in photochemical reactions in the lower atmosphere and thus play a major role in the formation of tropospheric ozone and secondary organic aerosols. Biogenic VOCs (BVOCs) constitute approximately 90% of global VOC emissions. In the Mediterranean region, the emissions and reactivity of BVOCs are enhanced due to high temperatures and sunny conditions. In this context, this work proposes, through intensive field campaigns, the experimental characterization of BVOCs and their oxidation products in two rural sites where the vegetation is representative of the Mediterranean region. Within the framework of the CANOPEE program (ANR-JCJC 2011-2014) an intensive field campaign took place at the Oak Observatory of the Observatoire de Haute Provence (O3HP). Measurements of concentrations and emission fluxes were carried out in order to quantify the export of BVOC off the canopy and study in-Canopy processes. High concentrations of isoprene were measured with daily maximum ambient concentrations ranging between 2-16 ppbv inside the forest. According to the emission factor of 7.2 mg m-2 h-1 determined, downy oak forest of the O3HP is one of the strongest emitters of isoprene worldwide. Evidence of direct emission of methanol was also found exhibiting an average emission rate equal to 0.3 2 mg m-2 h-1. One of the strengths of this work consisted in the study of transport and intra-Canopy chemistry. In-Canopy chemical oxidation of isoprene was found to be weak and did not seem to have a significant impact on isoprene concentrations and fluxes above the canopy. The second field campaign is part of the ChArMEx (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment) program. It took place on the remote site of Cap Corse, characterized by a strong diversity of plant species. The rich dataset obtained allowed the quantification and speciation of many BVOCs. A great contrast in the signature emissions was observed between the two study sites. Thus, while isoprene is responsible for over 90% of BVOCs in terms of concentrations at the O3HP, it represents only 35% of their total concentrations in Cap Corse. The remaining 65% are composed of many monoterpenes. These results have also highlighted the rapid chemistry of BVOCs and the importance of their contribution to the formation of secondary oxygenated compounds under intense photochemistry conditions, typical of the summertime in the Mediterranean basin. Biogenic BVOCs represented the dominant hydroxyl radicals sink at the O3HP as well as in Cap Corse. In the presence of NOx, the potential of the measured BVOCs to produce ozone has been estimated at about 10 ppbv on average.

Les amphidinolides C et F sont des macrocycles isolés de dinoflagellés Amphidinium sp. vivant en symbiose avec des plathelminthes Amphiscolops sp.. Ces amphidinolides ont montrés des activités cytotoxiques importantes sur des lignées de cellules KB et L1210. Au vu du potentiel thérapeutique intéressant et de l’architecture complexe de ces substances naturelles, un programme de synthèse totale a été initié. Dans ce manuscrit, différentes approches pour la construction de ces produits naturels sont détaillées, les principaux défis étant la création efficace de motifs 2,5-Trans THF, l’incorporation de motifs diénique par des méthodes catalytiques et le contrôle des centres asymétriques grâce à des époxydes chiraux. / Amphidinolides C and F are macrocyles isolated from dinoflagellates Amphidinium sp., which are living in symbiosis with marine flatworms Amphiscolops sp.. Those amphidinolides had shown an important cytotoxic activity against KB and L1210 cell lines. Due to promising therapeutical potential and complex framework of these natural products, a total synthesis program had been initiated. In this manuscript, different approaches for the construction of these natural targets are detailed. The main challenges were the efficient formation of 2,5-Trans THF, incorporation of dienic moieties by catalytic processes and the installation of chiral centers through chiral epoxyde chemistry.

La pyrolyse rapide est une des voies de conversion thermochimique qui permet la transformation de biomasse lignocellulosique en bio-huiles. Ces bio-huiles, différentes des coupes lourdes du pétrole ne peuvent pas être directement mélangés dans les procédés de valorisation. En effet, en raison de leur forte teneur en oxygène, les bio-huiles nécessitent une étape de pré-raffinage, telle que l’hydrotraitement, pour éliminer ces composants.L’objectif de ce travail est de comprendre la structure, la composition et la réactivité de la bio-huile grâce à la modélisation de données expérimentales. Pour comprendre leur structure et leur composition, des techniques de reconstruction moléculaire basées sur des données analytiques, ont été appliquées, générant un mélange synthétique, dont les propriétés correspondent à celles du mélange. Pour comprendre leur réactivité, l'hydrotraitement de molécules modèles a été étudié: gaïacol et furfural. Pour cela, un modèle déterministe et stochastique a été créé pour chacun d’eux. L’approche déterministe visait à récupérer une gamme de paramètres cinétiques, qui ont ensuite été affinés par l’approche stochastique créant un nouveau modèle. Cette approche a permis de générer un réseau de réactions en définissant et en utilisant un nombre limité de familles et règles des réactions. Finalement, le mélange synthétique a été utilisé dans la simulation stochastique de l’hydrotraitement de la bio-huile, étayée par la cinétique des molécules modèles.En conclusion, ce travail a permis de recréer la fraction légère de la bio-huile et de simuler leur l'hydrotraitement, via les paramètres cinétiques des composés modèles, qui prédisent de manière raisonnable les effluents de l'hydrotraitement de celles-ci, mais sont inadéquat pour le bio-huile / Fast pyrolysis is one of the thermochemical conversion routes that enable the transformation of solid lignocellulosic biomass into liquid bio-oils. These complex mixtures are different from oil fractions and cannot be directly integrated into existing petroleum upgrading facilities. Indeed, because of their high levels of oxygen compounds, bio-oils require a dedicated pre-refining step, such as hydrotreating, to remove these components.The aim of the present work is to understand the structure, composition and reactivity of bio-oil compounds through modeling of experimental data. To understand the structure and composition, molecular reconstruction techniques, based on analytical data, were applied generating a synthetic mixture, whose properties are consistent with the mixture properties. To understand the reactivity, the hydrotreating of two model molecules was studied: Guaiacol and Furfural. A deterministic and stochastic model were created for each compounds. The deterministic approach intended to retrieve a range of kinetic parameters, later on refined by the stochastic simulation approach into a new model. This approach generates an reaction network by defining and using a limited number of reaction classes and reaction rules. To consolidate the work, the synthetic mixture was used in the stochastic simulation of the hydrotreating of bio-oils, supported by the kinetics of the model compounds.In sum, the present work was able to recreate the light fraction of bio-oil and simulate the hydrotreating of bio-oils, via the kinetic parameters of model compounds, which can reasonably predict the effluents of the hydrotreating of these, but are unsuitable for bio-oil.Fast pyrolysis is one of the thermochemical conversion routes that enable the transformation of solid lignocellulosic biomass into liquid bio-oils. These complex mixtures are different from oil fractions and cannot be directly integrated into existing petroleum upgrading facilities. Indeed, because of their high levels of oxygen compounds, bio-oils require a dedicated pre-refining step, such as hydrotreating, to remove these components.The aim of the present work is to understand the structure, composition and reactivity of bio-oil compounds through modeling of experimental data. To understand the structure and composition, molecular reconstruction techniques, based on analytical data, were applied generating a synthetic mixture, whose properties are consistent with the mixture properties. To understand the reactivity, the hydrotreating of two model molecules was studied: Guaiacol and Furfural. A deterministic and stochastic model were created for each compounds. The deterministic approach intended to retrieve a range of kinetic parameters, later on refined by the stochastic simulation approach into a new model. This approach generates an reaction network by defining and using a limited number of reaction classes and reaction rules. To consolidate the work, the synthetic mixture was used in the stochastic simulation of the hydrotreating of bio-oils, supported by the kinetics of the model compounds.In sum, the present work was able to recreate the light fraction of bio-oil and simulate the hydrotreating of bio-oils, via the kinetic parameters of model compounds, which can reasonably predict the effluents of the hydrotreating of these, but are unsuitable for bio-oil

L’appréciation par le consommateur d’un produit alimentaire comme le chocolat est en grande partie due à sa composante aromatique. La perception de cette composante est étroitement liée à la libération des composés d’arômes lors de la consommation du produit. Une étude sensorielle systématiquement menée par la société Valrhona dans une démarche de qualification de ses chocolats noirs de pures origines, fabriqués selon un procédé standard à partir de lots de cacao différents, permet de classer ces chocolats, selon leur profil, en quatre grands pôles sensoriels. Le travail entrepris avait pour but la compréhension de l’origine de cette classification sensorielle par la mise en œuvre de techniques de caractérisation des molécules volatiles responsables de l’arôme des chocolats.Dans un premier temps, l’empreinte globale en composés volatils d’un lot de 206 chocolats représentatifs des quatre pôles sensoriels a été obtenue via une méthode d’analyse couplant un headspace dynamique à la spectrométrie de masse en injection directe, utilisant l’ionisation par transfert de protons (PTR-ToF-MS). Des analyses multivariées des données, et notamment une analyse discriminante de type PLS-DA, ont permis d’élaborer un modèle de prédiction de la classification sensorielle des chocolats basé sur leur composition en molécules volatiles. Différentes méthodes de sélection de variables ont permis de souligner l’existence de composés volatils particuliers capables de discriminer les quatre pôles sensoriels de chocolats.Le potentiel aromatique de 12 chocolats parmi les 206 (trois de chaque pôle) a ensuite été déterminé suite à l’extraction des arômes par une méthode de distillation sous vide dans une analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée, d’une part, à l’olfactométrie (GC-O) basée sur la fréquence de détection obtenue par 12 juges, et d’autre part, à un spectromètre de masse (GC-MS) pour l’identification des composés odorants. Ainsi, des composés d’arômes permettant de discriminer les différents pôles sensoriels ont pu être caractérisés au moyen d’une analyse factorielle des correspondances.Enfin, l’analyse « nosespace » d’un jury de 12 personnes dégustant 8 chocolats (deux de chaque pôle parmi les 12 précédents) a été réalisé en PTR-MS. Cette étude, couplée à une analyse sensorielle temporelle (Dominance Temporelle des Sensations, DTS), a permis d’obtenir des données temporelles instrumentales et sensorielles de manière simultanée. L’analyse DTS révèle dans une analyse en composantes principales (ACP) une bonne discrimination des pôles sensoriels, avec des descripteurs dominants similaires dans les pôles 1 et 4, d’une part, et dans les pôles 2 et 3, d’autre part. L’analyse nosespace a permis le suivi de la libération en temps réel de 26 composés d’arômes. La relation entre les deux jeux de données (instrumentales et sensorielles) a été étudiée au moyen de l’indice AWD (Abundance While Dominance) qui représente l’abondance de chaque ion pendant qu’une sensation est dominante. Des analyses factorielles des correspondances menées sur les AWD ont permis pour chaque échantillon de déceler des relations entre composés d’arômes libérés et sensations dominantes. / Consumers’ appreciation of chocolate is mostly due to its aromatic composition. Perception of this component is clearly linked to the release of aroma compounds during chocolate consumption. A systematic sensory evaluation is conducted by the Valrhona Company in order to qualify their pure origin dark chocolates manufactured according to a standard process from differing cocoa batches. The obtained sensory profiles allow classifying the chocolates into four sensory categories, named poles. The objective of the present work was to understand the molecular origin of this sensory classification by using techniques aimed at characterizing volatile organic compounds (VOC) responsible for chocolate flavour.Firstly, global VOC profiles of a set of 206 chocolate samples classified in the four sensory poles were analysed by a direct injection mass spectrometry method using proton transfer reaction as ionisation process (PTR-ToF-MS). A supervised multivariate data analysis based on discriminant analysis of the PLS-DA type allowed the construction of a classification model that showed excellent prediction capability based on VOC composition of the chocolates. Variable selection using dedicated methods pinpointed some volatile compounds important for the chocolates sensory discrimination.Then, the aroma potential of 12 chocolate samples (chosen among the 206 ones with three samples representative of each pole) was investigated on aroma extracts obtained by distillation under vacuum. Gas chromatography coupled to olfactometry (GC-O) and to mass spectrometry (GC-MS) was used to detect and identify the odorous compounds. GC-O data were obtained by 12 assessors using the detection frequency method. Aroma compounds allowing the discrimination of the sensory poles were determined thanks to a correspondence analysis.Finally, a nosespace analysis conducted by 12 assessors on 8 chocolates (two in each pole among the preceding 12) was realised using PTR-MS. This analysis was conducted simultaneously with a temporal sensory analysis (Temporal Dominance of Sensations, TDS), allowing temporal instrumental and sensorial data to be obtained. A principal component analysis (PCA) conducted on the TDS data revealed a good discrimination of the sensory poles, with similar dominant attributes in poles 1 and 4, on the one hand, and in poles 2 and 3, on the other hand. The nosespace data displayed real time release curves of 26 aroma compounds. The relationships between instrumental and sensory data were investigated thanks to the AWD (Abundance While Dominance) index that measures the abundance (area under the curve) of each ion during the dominance of a given sensation. Correspondence analyses of the AWD indices conducted for each chocolate sample allowed to define some relationships between dominant sensations and some released aroma compounds.

Ce projet porte sur l’étude de plusieurs plantes d’intérêt de la Lorraine afin d’extraire par voie sèche et d’analyser des substances bioactives pour une valorisation de la flore locale. Un procédé de broyage et de tamisage de matériel végétal en de fines particules est utilisé afin de concentrer les composés bioactifs dans les poudres résultantes. Les poudres présentent des tailles de particules allant de 20 µm à 500 µm. Les propriétés phytochimiques de chaque classe granulométrique sont comparées à celle des parties de plantes non tamisées. Ces activités sont liées aux métabolites secondaires notamment les polyphénols et les dérivés terpéniques, qui sont caractérisés et quantifiés par des analyses LC-MS et GC-MS. Au cours de ce travail ont été développés : - la validation d’une nouvelle technique de séparation différentielle en fonction de la granulométrie des poudres par comparaison avec des extraits de plantes non tamisées ; - le dosage des différents constituants chimiques par des méthodes spectrométriques (UV/Visible), la caractérisation par des techniques analytiques telles que la LC-MS et GC-MS ; - l’évaluation du potentiel antioxydant/anti-radicalaire et anti-acétylcholinestérase réalisée par voie chimique in vitro en fonction des classes granulométriques. Cette étude démontre l’intérêt que présente ce nouveau procédé d’extraction différentiel des composés bioactifs issue de matrices végétales. Un enrichissement en produits actifs est observé au niveau de certaines classes granulométriques. Au niveau des activités antioxydantes pour toutes les plantes et de l’activité anti-acétylcholinestérase dans le cas du saule blanc, on observe des variations significatives en fonction de la taille de particules des échantillons des poudres superfines. L’étude de l’activité anti-acétylcholinestérase a été complétée par une modélisation in silico afin de mettre en évidence l’interaction entre les composés et les sites actifs de l’enzyme acétylcholinestérase / This project focuses on the study of 12 plants coming from Lorraine region. The study aims to improve the exploitation of local flora using a dry extraction process. A milling and a sieving process up to fine particles of plant material is used to concentrate the bioactive compounds in the resulting powders. The powders were classified according to the particle size which were ranging from 20 µm to 500 µm. The phytochemical properties of each particle size fraction are compared to non-sieved plant parts. These activities are linked to secondary metabolites including polyphenols and terpene derivatives, which are characterized and quantified by LC-MS and GC-MS analyses. It was developed in this work a new validation technique of differential separation depending on the particle size of the powders compared with extracts of non-sieved plant parts. The quantification of chemical compound classes was done by UV-Visible methods and their identification was conducted using LC-PDA/MS and GC-MS characterization technics. The evaluations of the antioxidant activity and anti-acetylcholinesterase activity is carried out in vitro according to the particle sizes. This study demonstrates the usefulness of this new differential extraction process of bioactive compounds from vegetal matrices. The Enhancing of the concentration of the active products is observed according to the particle sizes. In silico modeling study of anti-acetylcholinesterase activity is employed to highlight the interactions between the active sites and some anticipated active compounds in the extract

La recherche de solutions alternatives à l’usage de pesticides en production horticole est devenue une exigence de santé publique. Ainsi, l’introduction de plantes de service (PdS) est une méthode écologique qui peut contribuer à diminuer le recours à la lutte chimique contre Myzus persicae, le puceron vert du pêcher. L’intérêt de certaines de ces PdS réside dans leur capacité à perturber l’installation du puceron sur son hôte et/ou à diminuer ses performances grâce à l’émission des composés organiques volatils (COV). Cependant, un obstacle majeur à leur utilisation est que leur efficacité se limite à un périmètre restreint et que leur production olfactive est sensible à de nombreuses variables biotiques et abiotiques. Identifier les plantes les plus performantes, comprendre leur mode d’action et chercher à optimiser leur efficacité est donc une démarche propre à favoriser leur emploi en horticulture. L’analyse de l’environnement olfactif est une clé pour évaluer et comprendre les interactions PdS-plante hôte-puceron.Au laboratoire, un typage avec un olfactomètre en Y a permis de sélectionner deux PdS émettrices de mélanges de COV ayant un effet répulsif marqué sur M. persicae : le basilic (Ocimum basilicum) qui agit directement sur l’insecte, et l’œillet d’Inde (Tagetes patula) qui agit indirectement via la plante hôte. Ainsi, les COV émis par T. patula rendent la plante-hôte (le poivron, Capsicum annuum) répulsive. En effet, lors des tests de choix, les pucerons s’orientent vers les poivrons seuls mais évitent les COV émis par des poivrons précédemment mis en culture associée pendant 5 jours avec l’œillet d’inde. Deux composés, le (E)-β-farnésène (EBF) et l'eugénol ont de fortes propriétés répulsives envers M. persicae.Différents facteurs peuvent affecter l’efficacité répulsive de ces plantes (climat, conduite, génétique). Nous avons comparé les COV émis selon les espèces et les chémotypes et testé l’effet répulsif individuel des COV. Cet effet « génotype » a été examiné en étudiant le comportement olfactif de M. persicae en présence des COV individuels émis par différents clones de Romarin (Rosmarinus officinalis). Cinq composés sont répulsifs, l’acétate de bornyle, le camphre, l’α-terpinéol, le terpinène-4-ol et le géranyle acétone. Seul le clone de romarin Voltz Splindler s’est avéré répulsif, alors que les autres clones contiennent également ces 5 composés répulsifs mais dans des proportions différentes. On peut donc conclure que la présence de ces composés ne suffit pas à induire une perturbation du comportement olfactif du puceron et que la concentration, la proportion, voire l’association des COV présents dans les bouquets olfactifs libérés, sont à l’origine de ces résultats contrastés. Par la technique d’électropénétrographie (EPG), nous avons mis en évidence un deuxième effet des COV émis par O. basilicum au stade végétatif et par T. patula au stade floraison sur le puceron. Ils perturbent fortement son comportement alimentaire, en réduisant notamment la durée d’ingestion du phloème qui se traduit par une baisse des ressources nutritionnelles et aboutit à une diminution de sa fécondité. Un suivi de la fécondité sur organe détaché nous a permis de mettre en évidence l’importance du stade phénologique de la PdS sur la composition et l’efficacité du mélange olfactif libéré. Une dernière étape de mon travail a permis de confirmer dans des conditions de cultures sous tunnels, l’effet de COV émis par ces deux PdS sur la démographie de M. persicae liée à une baisse de sa fécondité.En conclusion, cette thèse a mis en évidence que les COV émis dans l’environnement d’une plante hôte par des plantes voisines peuvent fournir un service aux cultures en réduisant les performances de ravageurs tels que M. persicae. Nous avons montré que des variables comme le chémotype ou le stade phénologique de la PdS peuvent modifier son message olfactif et constituer un moyen d’optimiser ce service. / The search for alternatives to the use of pesticides in horticultural production has become a public health requirement. Thus, the introduction of Companion plants (CP) is an ecological method that can help reduce the use of chemical control against Myzus persicae, the green peach aphid. The interest of some of these CP lies in their ability to disturb the installation of the aphid on its host plant and/or to reduce its performance through the emission of volatile organic compounds (VOCs). However, a major obstacle to their use is that their effectiveness is limited to a limited scope and their olfactory production is sensitive to many biotic and abiotic variables. Identifying the most efficient plants, understanding their mode of action and seeking to optimize their effectiveness is therefore an appropriate approach to promote their use in horticulture. Olfactory environment analysis is a key to assessing and understanding CP-host plant -aphid interactions.In the laboratory, we selected with a Y-olfactometer two CP producing VOC mixtures with a marked repellent effect on M. persicae: basil (Ocimum basilicum) which acts directly on the insect, and french marigold (Tagetes patula) which acts indirectly via the host plant. Thus, the VOCs emitted by T. patula make the host plant (pepper, Capsicum annuum) repellent: during the choice tests, the aphids move towards the peppers alone but avoid the VOCs emitted by peppers previously grown intercropped for 5 days with the french marigold. Two compounds, (E)-β-farnesene (EBF) and eugenol have strong repellent properties against M. persicae.Different factors can affect the repellent effectiveness of these plants (climate, plant management, genetics). We compared the VOCs emitted by species and chemotypes and tested the individual repellent effect of VOCs. This "genotype" effect was examined by studying the olfactory behaviour of M. persicae in the presence of individual VOCs emitted by different clones of Rosemary (Rosmarinus officinalis). Five compounds are repellent, bornyl acetate, camphor, α-terpineol, terpinene-4-ol and geranyl acetone. Only the rosemary clone Voltz Splindler was found to be repellent, while the other clones also contain these 5 repellent compounds in varying proportions. It can therefore be concluded that the presence of these compounds is not sufficient to induce a disturbance of the aphid's olfactory behaviour and that the concentration, proportion or even association of VOCs present in the released olfactory bouquets are at the origin of these contrasting results. By the electropenetrography (EPG) technique, we have demonstrated a second effect of the VOCs emitted by O. basilicum in the vegetative stage and by T. patula in the flowering stage on the aphid. They strongly disrupt its feeding behaviour, in particular by reducing the duration of phloem ingestion, which results in a decrease in nutritional resources and leads to a decrease in its fertility. A fertility monitoring on detached organs has allowed us to highlight the importance of the phenological stage of the CP on the composition and efficacy of the olfactory mixture released. A final step in my work confirmed, under tunnel conditions, the effect of VOCs emitted by these two CP on the demographics of M. persicae due to a decrease in its fertility. In conclusion, this thesis highlighted that VOCs emitted into the environment of a host plant by neighbouring plants can provide a service to crops by reducing the performance of pests such as M. persicae. We have shown that variables such as chemotype or phenological stage of the CP can modify its olfactory message and provide a way to optimize this service. We have thus identified disruptive CP and VOCs repellent to M. persicae, the first step towards the development of the push component of a stimulodissuasive diversion strategy to reduce the use of synthetic pesticides against M. persicae.

Les dernières décennies ont été marquées par l’intensification et l’expansion des efflorescences de micro-algues toxiques (HAB). Connues pour perturber les écosystèmes côtiers et pour leur toxicité sur les organismes marins, les HAB sont suspectées d’être à l’origine de défauts de recrutement de bivalves. Cette thèse avait pour objectif d’étudier les conséquences des efflorescences du dinoflagellé toxique Alexandrium minutum, producteur de toxines paralysantes (PST) et des composés bioactifs extracellulaires (BEC), sur la reproduction, le développement et le recrutement de l’huître Crassostrea gigas, une espèce à l’importance économique majeure. Les gamètes libres et les jeunes stades de développement se révèlent être les plus sensibles, en particulier aux BEC produits par A. minutum qui inhibent la fécondation et l’embryogenèse. A. minutum modifie le comportement des larves véligères, provoque une diminution de leur filtration, de leur croissance et du taux de fixation. Une exposition des adultes, pendant la gamétogenèse, affecte le développement des descendants, traduisant des altérations du contenu gamétique et/ou un transfert vertical des PST. Les modalités d’action des PST et des BEC devront être précisées. Nos expérimentations, réalisées à des concentrations de micro-algues rencontrées dans l’environnement, suggèrent que des efflorescences récurrentes d’A. minutum lors des périodes de reproduction et de développement larvaire pourraient, sur le long terme, affecter la structure des populations naturelles et cultivées de C. gigas. / Recent decades have witnessed the intensification and spread of harmful algal blooms (HAB). HAB are known to disrupt coastal ecosystems and to be toxic for marine organisms. These phenomena are also suspected to be responsible for recruitment failures of bivalves. The aim of this PhD was to study the consequences of blooms of toxic dinoflagellate Alexandrium minutum on the reproduction, development and recruitment of the oyster Crassostrea gigas, a species of major economic importance. A. minutum is known to produce paralytic shellfish toxins (PST) and bioactive extracellular compounds (BEC). Gametes and early life stages were the most sensitive, particularly to the bioactive extracellular compounds (BEC) produced by A. minutum, which inhibited fertilization and embryogenesis. A. minutum modified the behaviour of veliger larvae, decreased their filtration, growth and settlement. Exposure of adult oysters during gametogenesis affected the development of offspring, reflecting alterations in gamete content and/or vertical transfer of PST. Mode of action of PST and BEC are to further investigate. These oyster exposures, conducted at environmentally relevant concentrations of microalgae, suggest that recurrent blooms of A. minutum during oyster spawning and larval development could have long-term consequences on the structure of wild and cultured populations of C. gigas.

La tularémie est une zoonose liée à la bactérie Francisella tularensis, hautement pathogène pour l’homme. La sous espèce la plus virulente, F. tularensis subsp. tularensis, est retrouvée uniquement en Amérique du Nord, alors que la sous-espèce F. tularensis subsp. holarctica est présente dans tout l’hémisphère Nord. En France toutes les souches appartiennent au biovar I de la sous-espèce holarctica et plus précisément au groupe phylogénétique B.FTNF002-00. Bien que rarement grave en France, la tularémie pose le problème de taux d’échecs thérapeutiques élevés, jusqu’à 25% en cas de traitement par ciprofloxacine ou gentamicine, et 35% pour la doxycycline. Les causes de ces échecs ne sont pas bien élucidées à l’heure actuelle. L’analyse de la littérature ainsi que la détermination de la sensibilité de 59 souches françaises de F. tularensis subsp. holarctica à 18 antibiotiques, confirment qu’aucune souche isolée à ce jour ne présente de résistance acquise à ces trois familles d’antibiotiques, qui représentent le traitement de première ligne de la tularémie. Les fluoroquinolones (en particulier la ciprofloxacine et la lévofloxacine) présentent concentrations minimales inhibitrices les plus basses, devant la gentamicine et la doxycycline. Les données disponibles in vitro et en modèle animal étant corrélées aux données humaines en termes d’efficacité et de taux d’échecs thérapeutiques, il semble néanmoins préférable de positionner la ciprofloxacine en première ligne pour le traitement des formes modérées de tularémie et de limiter l’utilisation de la doxycycline aux cas de contre-indication aux fluoroquinolones. L’azithromycine et la télithromycine ont été identifiées comme des alternatives thérapeutiques envisageables en cas d’infection par une souche de biovar I de F. tularensis subsp. holarctica lorsqu’existe une contre-indication aux traitements de première ligne. Des études en modèles animaux restent néanmoins nécessaires pour conforter ces dernières observations. La sélection in vitro de souches résistantes aux fluoroquinolones est possible, ce qui suggère la possibilité d’émergence de mutants résistants in vivo pour expliquer les taux d’échec thérapeutiques. Les principales mutations de résistance aux fluoroquinolones chez F. tularensis sont observées au niveau des gènes gyrA et gyrB codant pour les topoisomérases de type II. L’impact fonctionnel de mutations de résistances aux fluoroquinolones a été caractérisé in vitro chez F. novicida, pris comme modèle de bactérie avirulente proche de F. tularensis. L’activité de superenroulement et de clivage de l’ADN en présence de fluoroquinolones a été déterminée suite à la reconstruction in vitro de complexes GyrA/GyrB fonctionnels. La résistance aux fluoroquinolones était la plus forte en cas de mutation D87G/D87Y pour la sous-unité GyrA ou +P466 pour la sous-unité GyrB. La mutation P43H située en dehors du QRDR de GyrA est à l’origine d’un plus faible niveau de résistance. La mutation D487R-∆K488 en dehors du QRDR de GyrB ne confère pas de résistance intrinsèque mais potentialise l’effet d’une mutation D87G concomitante. En revanche, l’identification de mutations de résistance in vivo au sein des QRDR des gènes gyrA et gyrB chez des patients en situation d’échec thérapeutique traités par une fluoroquinolone est demeurée négative. Enfin, notre recherche a permis d’identifier de nouveaux composés de synthèse de structure bis-indolique possédant des activités antibactériennes. Ces composés sont bactériostatiques vis-à-vis de F. tularensis mais bactéricides vis-à-vis des staphylocoques y compris vis-à-vis de souches multi-résistantes de Staphylococcus aureus avec des CMI90 évaluées à 2mg/L chez F. tularensis et S. aureus pour le composé le plus actif. La faible solubilité de ces composés en milieu aqueux, leur forte liaison aux protéines plasmatiques ainsi que la recherche de leur mécanisme d’action original appellent néanmoins de nombreux développements futurs. / Tularemia is a zoonosis caused by the highly pathogenic bacterium Francisella tularensis. The most virulent subspecies, F. tularensis subsp. tularensis, is found only in North America while the subspecies F. tularensis subsp. holarctica is present in the whole Northern hemisphere. In France, all strains belong to the biovar I of the subspecies holarctica and more specifically to the phylogenetic subclade B.FTNF002-00. Although tularemia is usually not a severe disease in France, many patients suffer from therapeutic failures despite receiving an appropriate treatment. These treatments failures are observed in up to 25% of patients treated with ciprofloxacin or gentamicin, and up to 35% if patients treated with doxycycline. The causes of those therapeutic failures remain poorly elucidated. Analysis of the literature and determination of the susceptibility of 59 French F. tularensis subsp. holarctica strains to 18 antibiotics confirmed that to date, no strain with acquired resistance to any of the first-line antibiotics used for treatment of tularemia have been isolated. The fluoroquinolones (in particular ciprofloxacin and levofloxacin) exhibit the lowest minimal inhibitory concentrations, compared to gentamicin and doxycycline. Data obtained in vitro and in animal models are concordant with human data concerning the efficacy of antibiotics and therapeutic failure rates. Thus, we advocate the use of ciprofloxacin as first-line treatment for mild form of tularemia, and the use of doxycyclin only as a second-line treatment in patients with contraindications to fluoroquinolones. Azithromycin and telithromycin may also be considered as potential therapeutic alternatives for tularemia cases caused by biovar I strains of the susbspecies holarctica, but only for patients with contraindications to first-line antibiotics. Further data in animal models are however required to consolidate our in vitro data. The in vitro selection of fluoroquinolone-resistant strains of F. tularensis has been reported. This suggests that the in vivo selection of such resistant mutants may occur. In vitro, the main fluoroquinolone resistance mutations occur in the gyrA and gyrB genes that encode type II topoisomerases of F. tularensis. We have characterized the functional impact of such mutations in avirulent F. novicida strains, taken as a surrogate of F. tularensis. Supercoiling and DNA cleavage activity of GyrA/GyrB complexes reconstituted in vitro have been determined in the presence of fluoroquinolones. Fluoroquinolone resistance level was the highest in strains with a D87G/D87Y mutation in the GyrA subunit or +P466 mutation in the GyrB subunit. The mutation P43H located outside the GyrA Quinolone-Resistance-Determining-Region (QRDR) confered significant but lower fluoroquinolone resistance. The mutation D487R-∆K488 also outside GyrB QRDR did not cause fluoroquinolone resistance by itself, but increased the resistance level in case of concomitant D87G mutation. No mutation could be identified in vivo in the QRDR of gyrA and gyrB genes amplified from clinical samples collected in patients treated with a fluoroquinolone, although some of them experienced therapeutic failure. Finally, while searching for new antibiotic compounds, we identified new synthetic bis-indolic derivatives with antibacterial activity. Lead compounds were only bacteriostatic against F. tularensis but bactericidal against staphylococci including against multi-drug-resistant Staphylococcus aureus. MIC90 were measured at 2mg/L for F. tularensis and S. aureus strains for the most active compound. However, many developments are still required to improve their solubility in water, decrease their plasma proteins binding and elucidate their original mechanism of action.

Du fait de la miniaturisation des composants semi-conducteurs, il est devenu de plus en plus important de réduire les niveaux de contamination. Les salles blanches sont indispensables pour assurer un environnement adéquat pour l'élaboration des composants microélectroniques. Toutefois, jusqu'à présent aucune technologie ne permet le contrôle de la contamination organique volatile, et même dans tels environnements contrôlés, la contamination des surfaces de wafers a souvent lieu. Une nouvelle approche expérimentale a été développée dans notre laboratoire afin de suivre les processus d'adsorption et de désorption des contaminants organiques volatils et semi-volatils à la surface des wafers. Ce dispositif est constitué de trois composants principaux : un générateur des composés en phase gaz, un tube à écoulement et le spectromètre de masse par transfert de proton comme outil analytique de mesure de la composition de la phase gazeuse. Les comportements d'adsorption de cinq composés organiques volatils parmi les plus abondants dans les environnements des salles blanches (l'isopropanol, l'acétone, le xylène, l'acétate d'éthyle et le propylène glycol méthyl éther acétate) et trois semi-volatils (diéthylphtalate, tri-(2-chloroéthyl)-phosphate et le tri- (2-cloropropyl)-phosphate) ont été étudiés. Les paramètres cinétiques des processus d'adsorption ont été déterminés. Les corrélations entre leurs concentrations en phase gazeuse et leurs densités à la surface des wafers ont été établies. En comparant les comportements d'adsorption de tous les composés étudiés, il a été démontré que la constante de désorption kdes est le facteur le plus influent sur les équilibres d'adsorption. / As semiconductor devices become smaller, it is increasingly important to reduce the degree of organic contamination in the areas where such devices are produced. It has been shown that cleanrooms are indispensable to provide a suitable environment for processing semiconductor devices. However, at present time there is no technology for controlling the contamination with volatile organic compounds (VOC), and even in such an environment, the wafers are exposed to VOC. A new experimental approach has been developed in our laboratory in order to follow the adsorption and desorption processes of volatile and semi volatiles organic compounds on silicon wafer surfaces. This unique setup is based on three principal components: a stable gas-phase generator, a flow tube reactor, and a proton-transfer-reaction–mass spectrometry (PTR-MS) analytical device to monitor the VOC. The adsorption behavior of five the most abundant VOCs in the cleanroom environment (isopropanol, acetone, xylene, ethyl acetate and propylene glycol methyl ether acetate) and three semi volatile organic compounds (diethylphtalate, tri-(2-chloroethyl)-phosphate and tri-(2-cloropropyl)-phosphate) on silicon wafer surface was studied. The kinetic parameters were determined and correlations between the gas phase concentrations and the surface densities of the organic contaminants were established. By comparing the adsorption properties of the studied compounds, it has been demonstrated that time dependant changes in the surface concentration of the organic species are governed by desorption constants, kdes. Moreover, kdes was found to be dependent on the molecular weight of the studied organics.