L’acide 3-hydroxypropionique (3-HP) est une molécule plate-forme, particulièrement visée pour ses dérivés acrylés et les polyesters. Sa production par voie biotechnologique fait l’objet de nombreuses études, afin de les obtenir de manière biosourcée. Cependant, dans ces procédés, le 3-HP est dilué dans des milieux de fermentation contenant de nombreuses impuretés. De plus, l’accumulation de l’acide dans les milieux crée une forte inhibition sur les microorganismes producteurs. Nous proposons alors un procédé visant à extraire sélectivement le 3-HP du milieu de fermentation en même temps qu’il est produit afin de limiter son accumulation et de le purifier en continu. Les propriétés du 3-HP ainsi que les meilleures conditions de fermentation actuelles ont permis d’identifier l’extraction liquide-liquide réactive en contacteur membranaire comme une technique de choix. Nous avons tout d’abord élucidé le mécanisme réactionnel impliqué dans le système puis modélisé les équilibres associés afin de pouvoir prédire les rendements d’extraction en fonction de paramètres opératoires. Plusieurs méthodes de désextraction ont été testées, ce qui a permis de coupler les étapes d’extraction et de désextraction dans un procédé semi-continu mimant une production fermentaire. La modélisation dynamique de ce mode de fonctionnement a permis de prédire précisément les résultats expérimentaux. Les milieux ont alors été complexifiés afin de mieux représenter la réalité d’un milieu biologique en identifiant l’impact de chaque constituant. / 3-hydroxypropionic acid (3-HP) is a platform molecule targeted for its acrylated derivatives and polyesters. Its production through biological pathways is widely studied in order to make them bio-based. However, in such processes, 3-HP is diluted in fermentation broths containing many impurities. Moreover, the accumulation of the acid in the broths generates a strong inhibition towards the producing microorganisms. We suggest here a process aiming at extracting 3-HP selectively as soon as it is produced in order to reduce its accumulation and have it purified continuously. 3-HP properties as well as the current best fermentation conditions made us identify reactive liquid-liquide extraction in membrane contactors as promising technique. First, we elucidated the reaction mechanism of extraction in our system and then modeled the associated thermodynamic equilibria as a function of operating paramaters. Several back-extraction methods were tested and it allowed the coupling of the extraction and back-extraction steps in a semi-continuous process mimicking a biological production. The dynamic modeling of this operating mode made possible the accurate prediction of experimental results. The aqueous phase were then made more and more complex in order to better describe an actual fermentation broth and identify the influence of each component on the process efficiency in terms of yield, kynetics and selectivty.

L'huile essentielle de clou de girofle (HECG) et son constituant majeur l'eugénol (Eug) sont reconnus pour leurs propriétés biologiques. Ces principes actifs naturels peuvent constituer des alternatifs aux agents antimicrobiens, antioxydants et anti-inflammatoires de synthèse dans les formulations alimentaires et pharmaceutiques. Cependant, leur utilisation est limitée en raison de leur faible solubilité aqueuse, volatilité et sensibilité à la lumière. Notre travail de thèse porte sur la préparation et la caractérisation des vésicules lipidiques encapsulant l'HECG et l'Eug ainsi que les complexes d'inclusion cyclodextrine/Eug. Dans une première étape, la méthode d'injection éthanolique est utilisée à l'échelle du laboratoire où les paramètres de préparation ont été optimisés. Des phospholipides naturels de soja saturés (Phospholipon 80H et Phospholipon 90H) et insaturés (Lipoid S100) ont été utilisés pour étudier l'effet de l'hydrogénation et de la composition des phospholipides sur les caractéristiques des liposomes. Les conditions optimales ont été par la suite appliquées pour préparer les liposomes à grande échelle par contacteur à membrane et à l'échelle pilote. Des résultats similaires en termes de taille, indice de polydispersité, potentiel zêta, morphologie et taux d'incorporation de phospholipides sont obtenus à petite et grande échelle. Ceci indique la reproductibilité de ces procédés de préparation. Par ailleurs, des complexes d'inclusion d'HP-β-CD/Eug et d'HP-β-CD/HECG sont préparés dans une solution aqueuse et ensuite incorporés dans les liposomes formant un système combiné « drug in cyclodextrin in liposomes, DCL ». Un système en double encapsulation (DCL2) a été également préparé où l'Eug ou l'HECG sont ajoutés dans la phase organique et leurs complexes d'inclusion dans la phase aqueuse. En comparant à une simple incorporation dans les liposomes, DCL et DCL2 améliorent le rendement d'encapsulation de l'Eug et possèdent des tailles plus petites. Les résultats ont montré que les liposomes et les DCLs sont stables et maintiennent l'activité anti-oxydante de l'Eug. De plus, les liposomes protègent l'Eug contre la dégradation induite par les rayons UVC. Les DCLs, dont la particularité est de maintenir une huile essentielle volatile dans un lyophilisat en dépit des pressions très basses appliquées, peuvent être considérés comme un système de vectorisation prometteur de l'HECG et de l'Eug permettant leur utilisation en tant qu'ingrédients dans les préparations cosmétiques, pharmaceutiques, et agroalimentaires / Clove essential oil (CEO) and its major constituent eugenol (Eug) are recognized for their biological properties. These molecules may constitute natural alternatives to synthetic antimicrobial, antioxidant, and anti-inflammatory agents in food and pharmaceutical formulations. However, CEO constituents are volatile, sensitive to light and possess low aqueous solubility, which may limit their wide applications. Our thesis focuses on the preparation and characterization of lipid vesicles encapsulating CEO, Eug and the inclusion complexes cyclodextrin/Eug. In a first step, the ethanol injection method is applied at laboratory scale where the preparation parameters have been optimized. Natural hydrogenated (Phospholipon 80H, Phospholipon 90H) and non-hydrogenated (Lipoid S100) soybean phospholipids were used to study the effect of hydrogenation and phospholipid composition on the characteristics of liposomes. Optimal conditions were then applied to prepare liposomes at large scale by membrane contactor and at pilot scale. Similar results in terms of size, polydispersity index, zeta potential, morphology and phospholipid loading rate were obtained at laboratory and large scale. This indicates the reproducibility of the preparation methods. In addition, HP-β-CD/Eug and HP- β-CD/CEO inclusion complexes were prepared in aqueous solution and were then incorporated into liposomes forming a combined system « drug in cyclodextrin in liposomes, DCL ». Double loaded liposomes (DCL2) were also prepared where CEO or Eug were added in the organic phase and their inclusion complexes in the aqueous phase. Compared to CEO and Eug loaded liposomes, DCL and DCL2 improved the loading rate of Eug and possessed smaller vesicles size. Results showed that both liposomes and DCLs are stable and maintain the antioxidant activity of Eug. In addition, liposomes protect Eug from degradation induced by UVC irradiation. DCLs, whose characteristic is to keep a volatile essential oil in a lyophilized form despite the very low applied pressures, could be considered as a promising carrier system of CEO and Eug permitting their use as ingredients in cosmetic, pharmaceutical and food industries