L'objectif de cette étude est la diminution du pouvoir de combinaison du dioxyde de soufre des vins blancs liquoreux. La méthode retenue passe par l'élimination du vin de dérivés carbonylés naturellement présents et responsables de la formation de combinaisons bisulfitiques.Les dérivés carbonylés responsables de la plus grande partie du piégeage du dioxyde de soufre sont l'éthanal, l'acide pyruvique et l'acide 2-oxoglutarique. L'extraction de ces composés doit s'effectuer sans dénaturer les qualités organoleptiques du vin et sans générer l'apparition de nouvelles molécules dans le vin. Pour cela, la méthode retenue a été l'extraction liquide-solide : il s’agit de mettre en présence deux réactifs dont l’un l’agent d’extraction est fixé sur un support insoluble. Notre objectif est d’étudier la possibilité de substituer les polymères d’origine industrielle utilisés jusqu’à présent par des supports d’origine naturelle préparés à partir d’un constituant du bois : la lignine. Le recours à des supports d’origine naturelle, dérivé du bois, présente le double intérêt de permettre un meilleur contrôle des matériaux introduits dans le vin à traiter et de rendre les contaminations éventuelles provenant du traitement à priori, plus admissibles, étant constituées de composés déjà présents dans le bois de tonnellerie. / The objective of this study is the reduction of the power of sweet white wines sulfur dioxide combination. The method used relies on the extraction of carbonyl compounds from wine; these are naturally present and responsible for the formation of bisulfite combinations.The carbonyl compounds responsible for most of the trapping of sulfur dioxide are acetaldehyde, pyruvic acid and the 2-oxoglutaric. The extraction of these compounds should be done without altering the organoleptic qualities of wine and without creating the appearance of new molecules in wine. Therefore, the method we used was the liquid-solid extraction: bringing together two reactants, one of which -the extracting agent- is attached to an insoluble support.Our goal is to study the possibility of substituting the industrial polymers, used so far, by natural origin supports, prepared from a wood constituent: the lignin.The use of natural origin materials, deriving from wood, has the double advantage of allowing a better control of materials, introduced in the wine process, and making more acceptable the possible contaminations broad about by the a priori treatment, as they are compounds already present in the wood cooperage.

La liquéfaction de biomasse en conditions hydrothermales est un procédé intéressant pour les ressources contenant naturellement une part importante d'eau. Ce type de procédé a lieu dans des conditions de hautes température et pression (250-370 °C, 50-250 bar). Dans ces circonstances, différentes propriétés physico-chimiques de l'eau sont modifiées permettant notamment de faciliter les réactions de dégradation des polymères structurant la biomasse. Ce travail de thèse a eu pour but l'étude de la réactivité en conditions hydrothermales de différentes molécules modèles représentant divers segments d'une biomasse concrète. L'effet de l'ajout de catalyseurs hétérogènes dans le milieu réactionnel a été étudié. Ces catalyseurs ont été caractérisés avant et après les avoir soumis à des conditions hydrothermales. Le catalyseur Pt/C synthétisé présentant des résultats prometteurs, différentes études cinétiques ont été menées sur les molécules modèles ciblées en présence de ce catalyseur / Hydrothermal liquefaction of biomass is a promising process for resources with high water content. This type of process takes place under high temperature and pressure conditions (250-370 °C, 50-250 bar). Under these circumstances, various water physicochemical properties are modified and enable to facilitate degradation reactions of polymers that structure biomass. The aim of this phD work is to investigate the reactivity of biomass model compounds (representative of diverse real biomass segments) in hydrothermal media. The effect of the addition of heterogeneous catalysts in reaction conditions has been studied. These catalysts have previously been characterized before and after an aging in hydrothermal conditions. Synthesized Pt/C catalyst presents promising results and thus various kinetic studies have been conducted with targeted model compounds in the presence of Pt/C

L’identification de marqueurs susceptibles de mettre en évidence et quantifier l’altération du bois par différents agents de dégradation peut présenter un grand intérêt dans la mise au point de méthodes de contrôle du matériau. Dans la première partie de ce travail, la caractérisation et le dosage des composés extractibles de deux essences non durables, le hêtre et le chêne soyeux, exposées à différents champignons de pourritures blanches ou brunes préalablement traitées ou non avec du propiconazole a été effectué. L’évolution de la quantité et de la nature des extractibles dépend directement de la présence du biocide et permet de différencier clairement les éprouvettes en fonction du taux de dégradation de ces dernières. C’est le cas notamment de la catéchine présente dans les extraits de hêtre, qui disparaît rapidement lorsque le bois est exposé à un agent de pourriture et qui peut à ce titre constituer un marqueur de l’attaque du bois. Dans la seconde partie de ce travail, l’évolution de la composition chimique du bois traité par pyrolyse douce à 240°C sous azote a été étudiée. Bien que les résultats obtenus confirment en grande partie ceux décrits précédemment dans la littérature, le dosage des différentes fractions du bois (lignine et holocellulose) et l’analyse des monosaccharides constitutifs de la fraction holocellulose du bois ont permis de mettre en évidence un important phénomène de carbonisation rapporté jusqu’à présent pour des températures plus élevées. Ce phénomène confirmé par RMN13C peut être à l’origine de certaines des nouvelles propriétés du matériau. / The identification of markers able to highlight and quantify wood deterioration by different degradation agents can be of great interest in the development of material control methods. In the first part of this work, the characterization and the quantification of the two non durable wood species extractives, beech and silky oak, treated or not with propiconazole and exposed to various white rot or brown rot fungi were carried out. The evolution of the quantity and the nature of extractives depend directly on the presence of biocide and allowed to clearly differentiate degraded and non-degraded samples. This is particularly true in the case of catechin identified in the extracts of beech, which is rapidly degraded by rotting fungi constituting therefore a valuable marker of wood degradation. In the second part of this work, the evolution of the chemical composition of wood treated by mild pyrolysis at 240°C under nitrogen was investigated. Although the results mainly confirm those described previously in the literature, isolation of lignin and holocellulose fractions and analysis of monosaccharides constitutive of holocellulose fraction highlighted an important carbonization of wood reported up to now for higher temperatures. This phenomenon is confirmed by 13C NMR and could be at the origin of some of the new properties of the material.

Actuellement, l’industrialisation de la torréfaction de biomasse se heurte notamment à un manque de connaissances de la nature et de la quantité des matières volatiles produites en fonction des conditions opératoires et de la matière première. L’objectif de ces travaux est donc de mieux comprendre comment s’opère la torréfaction de la biomasse, en se concentrant sur l’étude de la perte de masse du solide et des rendements en matières volatiles. La torréfaction est considérée à partir de bois sec, sous atmosphère inerte et suivant un palier à une température comprise entre 200°C et 300°C. Lors d’une étude expérimentale, du hêtre et ses constituants, à savoir cellulose, xylane et lignine, ont été torréfiés, en régime chimique, dans une thermobalance et dans un pilote de torréfaction à échelle laboratoire. Le bilan matière boucle entre 97% et 104%. Les principales matières volatiles émises par la torréfaction de ce bois sont l’eau, le formaldéhyde, l’acide acétique et le CO2. De l’acide formique, du CO, du méthanol et du furfural sont aussi mesurés en quantité moindre. Certaines de ces espèces ne sont pas produites par tous les constituants du hêtre. Il semble en particulier que l’acide acétique soit produit à partir de la dégradation des acétates contenus dans les hémicelluloses. Par ailleurs, il apparaît en première approximation que la transformation peut être correctement représentée par la loi d’additivité jusqu’à 250°C. Cela n’est plus le cas à 280°C et 300°C, du fait d’interactions entre la cellulose et les deux autres constituants du bois. Celles-ci ralentissent la vitesse de torréfaction de la cellulose. A partir de ces résultats expérimentaux, a été développé dans ces travaux un modèle de torréfaction du bois, basé sur la superposition de « sous-modèles » décrivant chacun la torréfaction d’un constituant du bois. Ce modèle, qui présente comme originalité de prévoir en fonction de la proportion du bois en cellulose/hémicelluloses/lignine à la fois le rendement en solide et en huit espèces volatiles, et de prendre en compte les interactions à l’aide d’un facteur empirique, a été validé sur les expériences de torréfaction du hêtre entre 220°C et 300°C. Son utilisation a mis en évidence l’influence significative des contenus en hémicelluloses et cellulose sur les rendements en produits de la torréfaction. / The industrialization of the biomass torrefaction process requires better knowledge of the volatile species release versus operating conditions and feedstock. In this context, the present work aimed at studying solid mass loss and volatile species yields during biomass torrefaction. This transformation was considered on dry wood, at a temperature plateau between 200°C and 300°C and under inert atmosphere. First, torrefaction experiments were conducted under chemical regime on beechwood and its constituents – cellulose, lignin and hemicelluloses – in a thermobalance and in a lab-scale device. The mass balance closure was achieved with values ranging from 97 and 104%. The main volatile species measured were water, formaldehyde, acetic acid and CO2. Smaller amounts of methanol, CO, formic acid and furfural were also quantified. All those gas species were not produced by the three biomass constituents. In particular acetic acid seems to be produced by the degradation of the acetate groups contained in hemicelluloses. The results showed that in a first approximation torrefaction can be described by the additive law up to 250°C. But this law is not valid at 280°C and 300°C because of interactions between cellulose and the two other wood constituents. These interactions lead to a decrease in the torrefaction rate of cellulose. Based on these experimental results, a model of wood torrefaction was developed. It consists in the superposition of “sub-models” describing the torrefaction of each wood constituent. The originality of this model lies in its ability to predict both solid yield and eight volatile species yields depending on cellulose/hemicellulose/lignin wood composition, and to take into account interactions by means of an empirical factor. It was validated on beechwood torrefaction experiments between 220°C and 300°C. Finally, this model highlighted the significant influence of the proportion of hemicellulose and cellulose on torrefaction product yields.

P. chrysosporium est un champignon saprophyte capable de dégrader de nombreux xénobiotiques, ce qui le rend particulièrement intéressant pour des applications en bioremédiation. Plusieurs publications mettent en avant l'importance de la maîtrise de l'homéostasie métallique dans la production de certaines enzymes lignolytiques. La présence de manganèse est en effet nécessaire à la production des manganèses peroxydases, alors qu'à l'inverse une carence permettra la production de lignines peroxydases. Cependant, la caractérisation de transporteurs impliqués dans le contrôle de l'homéostasie métallique n'a fait l'objet de recherches poussées que chez le champignon modèle S. cerevisiae. L'analyse des transporteurs putatifs de manganèse de 26 espèces fongiques représentant 20 ordres fongiques a permis de constituer un répertoire de 281 transporteurs de manganèse. L'analyse phylogénétique a permis de mettre en évidence que des processus de duplication, mais également de délétion, avaient eu lieu en particulier chez S. cerevisiae. Cependant ce dernier ne possède pas de transporteurs de manganèse appartenant à la famille des Cation Diffusion Facilitator. Dans le génome de P. chrysosporium, onze transporteurs de manganèse appartenant à différentes familles de gènes ont été identifiés. Le niveau d'expression de ces différents gènes a été étudié notamment en condition lignolytique. Ces transporteurs ont également été clonés afin de vérifier leurs fonctions par complémentation en système hétérologue. Cette étude a permis de mettre en évidence les transporteurs de manganèse putatifs de nombreux organismes fongiques, ainsi que l'absence d'une famille de transporteurs impliquée dans les mouvements de manganèse chez S. cerevisiae / P. chrysosporium is a saprophytic fungus able to degrade many xenobiotics which makes it particularly attractive for applications in bioremediation. Several publications highlight the importance of metal homeostasis in the production of lignolytics enzymes. Indeed the presence of manganese is required for the production of manganese peroxidase. Conversely, deficiency allows the production of lignins peroxidases. Characterization of transporters involved in the control of manganese homeostasis has been only researched in the model S. cerevisiae. Analysis of putative manganese transporters of 26 fungal species representing 20 orders of fungus was used to form a repertory of 281 transporters of manganese. Phylogenetic analysis allowed to highlight that duplication process, but also deletion, had occurred particularly in S. cerevisiae. However this one is devoid of transporters belonging to the manganese Cation Diffusion Facilitator. Eleven transporters belonging to gene families in which manganese transporters have been found were identified in the P. chrysosporium?s genome. Expression level of these genes was examined particularly in ligninolytic condition. Transporters have also been cloned in order to verify their functions by complementation in heterologous system. This study allowed to identify putative manganese transporters of numerous fungal organisms and the lack of a transporters family involved in the manganese transport in S. cerevisiae

Actuellement, la transformation de la biomasse en bio-carburant ou molécules pour l'industrie chimique fait l'objet de nombreuses recherches. La lignine, en tant que coproduit de l'industrie papetière et de l'éthanol cellulosique, est une ressource des plus disponibles qui pourait être utilisée pour la production d'aromatiques ou de composés phénoliques. Cependant, cette macromolécule constituée d'unités propylphénoliques liées par des liaisons éthers nécessite d'être dépolymérisée. Ce travail porte sur la compréhension des mécanismes de liquéfaction par hydroconversion catalytique d'une lignine de paille de blé extraite par un procédé papetier à la soude. Dans un premier temps, nous avons mené une caractérisation poussée de cette lignine à l'aide de diverses techniques qui nous a permis de proposer une structure modèle. Ensuite, nous avons mis en place un mode opératoire de conversion et un protocole de récupération des produits. La réaction est réalisée en réacteur semi-ouvert à 350°C en présence d'H2 (8MPa), d'un solvant donneur d'hydrogène (tétraline) et d'un catalyseur d'hydrotraitement NiMoP/Al2O3 sulfuré. Les produits se répartissent en une phase liquide (liquéfiat), une phase gaz, une lignine résiduelle et des solides non-solubles dans le THF. Un taux de conversion a été défini comme le rendement en produits non-solides et les valeurs maximales atteintes sont de 81% pds après 28h de réaction avec un excellent bilan matière. Les fractions récupérées ont ensuite été caractérisées en détail avec des techniques d'analyse adaptées. Grâce à ce protocole d'analyse, nous avons pu observer que le solvant permet d'éviter la formation de solides et que le catalyseur intervient principalement sur l'hydrodésoxygénation et l'hydrogénation des molécules issues de la dépolymérisation de la charge. Enfin, nous avons suivis la réaction au cours du temps, ce qui nous a permis de présenter une ébauche de schéma réactionnel. Les premières étapes de conversion sont la décarboxylation, l'hydrogénolyse des OH aliphatiques et la rupture des liaisons éthers entre les unités élémentaires de la lignine, qui entraînent sa dépolymérisation. Puis des processus plus lent se produisent comme l'élimination des groupes méthoxy, principalement par déméthylation suivi de déshydroxylation. Ainsi, les principaux produits obtenus sont des composés phénoliques et des composés désoxygénés / Nowadays, the transformation of lignocellulosic biomass is deeply investigated in order to provide biofuels and chemicals. Lignin, a by-product of pulp and bio-ethanol industry, is an available resource which could be used for the production of aromatic and phenolic compounds. However, this macromolecule mainly made of propylphenolic units linked by ether functions needs to be depolymerized. This work focuses on the study of liquefaction mechanisms by catalytic hydroconversion of wheat straw lignin extracted by a soda pulping. In the first part of this study, an in-depth characterization of this lignin was carried out using techniques. A structure of our lignin was proposed as a result. Then, a procedure was developed to perform the catalytic hydroconversion and recover the products. Catalytic experiments were carried out in a semi-batch reactor at 350°C, using H2 (8 MPa), a hydrogen donor solvent (tetralin) and a sulfide NiMoP/Al2O3 catalyst. The recovered products were separated into a liquid phase, gases, a lignin residue and THF insoluble solids. A conversion of 81 wt% of lignin into non-solid products was reached after 28h of reaction with an excellent mass balance. The characterization of the different fractions was carried out using techniques. Thanks to this protocol, we were able to point out the role of the H-donor solvent for preventing solid formation as well as the role of the catalyst for hydrodeoxygenation and hydrogenation of the depolymerized products. Finally, the catalytic hydroconversion of the lignin was carried out with the different residence times, which helps understanding the transformations occurring during the conversion. At the beginning of the reaction, we observed decarboxylation, hydrogenolysis of aliphatic OH and cleavage of ether linkages between the phenolic units of the lignin. Then, we observed elimination of methoxy groups, mainly by demethylation followed by dehydroxylation. Finally, the main products obtained during the reaction were phenolic and deoxygenated compounds such as aromatics, naphthenes and alkanes

Le but de cette thèse a été de trouver de nouveaux systèmes catalytiques pour l'oxydation de la lignine. Dans ce but, deux stratégies ont été abordées : une méthodologie directe, où différents systèmes catalytiques à base de sels métalliques et de peroxydes d'hydrogène ont été testés. Dans ce cas, le système Na2WO4,2H2O/H2O2 s'est avéré le plus efficace en dépolymérisant la lignine avec des rendements modérés. Une méthodologie indirecte via l'utilisation de molécules modèles de la lignine. Dans ce cas, des catalyseurs plus complexes ont été évalués notamment le Fe(TAML)Li. Ce dernier en combinaison avec le DAIB comme oxydant a montré une activité intéressante avec les molécules modèles, mais décevante avec la lignine. Enfin cette thèse a permis d'évaluer l'activité du Fe(TAML)Li dans l'oxydation d'alcools et d'alcane benzyliques / The goal of the thesis was to find new catalytic systems for lignin oxidation. Two strategies were chosen to reach this objective: a direct methodology, which implied the test of different catalytic systems based on metal salts and hydrogen peroxide. In that case the system Na2WO4,2H2O/H2O2 permitted to obtain the best results, with moderate depolymerization yields. An indirect methodology through the use of lignin model compounds. In that case, more complex catalysts were tested. The system Fe(TAML)Li/DAIB implied the best results with model compounds, but quite disappointing with lignin. Finally, the thesis have permitted to evaluate the activity of Fe(TAML)Li for the oxidation of alcohols and benzylic alkanes

Le cycle de la matière organique à l'échelle continentale reste encore en partie méconnu. Ainsi, le COD a surtout été étudié sous un aspect chimique indifférencié. Des études isotopiques et l'utilisation de biomarqueurs ont permis d'élucider certains aspects de son cycle. La présente étude s'inscrit dans cette perspective. Deux types de milieux distincts, le fleuve Saint-Laurent et l'aquifère de l'Astien (France), ont été examinés. Dans le volet "Saint-Laurent", nous nous sommes intéressés au cycle du carbone organique terrigène (COT) à partir de mesures 13C et 14C du COD et d'une composante réfractaire du COD afin de comprendre l'origine et l'évolution du COT lors de son transit vers l'océan. Dans le second volet, les mêmes approches ont été retenues afin de déterminer la nature, les sources, l'état de dégradation et l'évolution temporelle du COD dans une nappe d'eau souterraine. Nous retenons une origine majoritairement terrigène pour le COD du Saint-Laurent, ainsi que son âge globalement très récent. Cependant, une fraction de ce COD est apparue beaucoup plus ancienne. La présente étude indique que le COD total du système hydrologique du fleuve Saint-Laurent est en majorité constitué de composés organiques facilement biominéralisables et donc potentiellement grands consommateurs d'oxygène dissous. Le COT pourrait donc jouer un rôle plus important qu'estimé aujourd'hui dans l'apparition de conditions hypoxiques dans les estuaires et zones côtières du globe. Dans le système de l'aquifère de l'Astien, les cinétiques relatives de dégradation des composés organiques issus de la macromolécule ligneuse pourraient donner lieu à des applications géochronométriques.

La pyrolyse est la première étape de tout traitement thermique de la biomasse et conditionne la formation de gaz de synthèse pour la production d'électricité, d'hydrogène ou de carburants liquides. L'objectif de ces travaux est d'établir une relation entre la composition d'une biomasse et ses rendements en gaz de pyrolyse. Nous étudions la pyrolyse flash de façon expérimentale et fixons les conditions opératoires qui maximisent les quantités de gaz tout en visant un régime intrinsèque (particules d'environ 100 μm) : température de 950°C et temps de séjour d'environ 2 s. Puis nous tentons de développer un outil de prévision des rendements en gaz d'une biomasse quelconque en fonction de sa composition, applicable dans cette situation où l'équilibre thermodynamique n'est pas atteint. Nous montrons qu'une loi d'addition ne permet pas de corréler les rendements en gaz d'une biomasse avec les fractions massiques de cellulose, d'hémicellulose et de lignine contenues dans cette biomasse. Plusieurs explications sont proposées et investiguées une à une : différence de comportement pyrolytique d'un même composé selon la biomasse de laquelle il est extrait, interactions entre composés et influence de la matière minérale. En vue d'une application industrielle, nous étudions la pyrolyse de particules de tailles millimétrique et centimétrique, et réalisons une simulation numérique des réactions de reformage des gaz de pyrolyse. Cette simulation montre que le choix de la biomasse affecte largement les quantités de gaz de synthèse obtenues.

Les lacs de la forêt boréale sont fréquentés par de nombreuses communautés autochtones et des pêcheurs sportifs. Ces grands consommateurs de poissons s'exposent aux effets toxiques du mercure (Hg) présent dans la chair des poissons. Les travaux récents abordant la problématique de la contamination mercurielle des poissons, ciblent la matière organique terrigène comme vecteur important du transport du mercure (Hg) depuis le bassin versant vers le milieu lacustre. Les indicateurs conventionnels de la matière organique terrigène tels que le carbone organique dissous, la couleur de l'eau, le rapport atomique carbone: azote (C/N) ou le la profondeur du disque de Secchi ont présenté des limites lors de la comparaison de lacs de statut trophique distinct. Ces indicateurs ne permettent pas de distinguer les apports de matière organique terrigène des apports provenant de la production autochtone des lacs. De plus, l'inclusion de la variabilité temporelle des processus physicochimiques de la colonne d'eau réduit l'utilisation possible des indicateurs conventionnels de la matière organique terrigène. La caractérisation au niveau moléculaire des produits dérivés de l'oxydation de la lignine permet de définir sans équivoque les apports de matière organique qui proviennent des bassins versants. Cette approche permet de caractériser la source et l'état de dégradation de la matière organique. Les résultats indiquent qu'en tenant compte de la variabilité spatiale et temporelle, la somme de huit dérivés phénoliques de la lignine de la famille des vanilyles, syringyles et cynnamyles (lambda), un indicateur des apports terrestres, est positivement corrélée aux concentrations de Hg dissous dans l'eau (fraction dissoute: r²=0.62, p<0.0001 et particulaire: r²=0.76, p<0.0001). Dans le même sens, la fraîcheur des apports de matière organique, établie par le rapport entre les p-hydroxy-phénols et la sommation des vanilyles et des syringyles (P/(V+S) est également positivement corrélées aux concentrations de Hg dissous dans l'eau (fraction dissoute: r²=0.49, p<0.0001 et particulaire: r²=0.54, p<0.0001). Aucune relation n'a été observée entre la composition florale du bassin versant (angiosperme vs gymnosperme et tissus boisés vs tissus non boisés) et les concentrations de Hg des lacs. Ainsi, l'utilisation de biomarqueurs de la lignine pourrait permettre une meilleure gestion des bassins versants et une réduction des apports de Hg vers les écosystèmes aquatiques et leur biote. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Mercure, Matière organique, Biomarqueurs de la lignine, Carbone organique dissous et couleur de l'eau.