La séparation et la purification de biomolécules à partir de milieux bruts, végétaux ou biologiques, est un sujet vaste etcomplexe. De sa compréhension et de son développement dépendent des enjeux industriels, et notamment le completdéveloppement des procédés biotechnologiques, les procédés de séparation, ou downstream processes, constituant environ 80% des coûts totaux de ces procédés. Ce travail se veut une contribution à ces problématiques. Il a été motivé par des résultatsobtenus au préalable dans le laboratoire qui montraient qu’il est possible de récupérer une protéine de très grande taille àpartir d’un milieu réel végétal par l’application d’une seule opération chromatographique (Kerfai, 2011). Suite à ce résultat,des hypothèses ont été énoncées, auxquelles ce travail essaie de répondre : quel(s) mécanisme(s) peuvent expliquer cerésultat ? Existe-t-il une localisation spécifique pour la fixation de la molécule sur l’échangeur d’ions qui rend plus simple etefficace sa récupération lors de l’étape d’élution ? Ainsi, notre objectif a été de progresser dans la connaissance des aspectsfondamentaux de la chromatographie d’échange d’ions appliquée à la séparation des protéines à partir d’un milieu brut.Notamment, l’influence de la présence d’autres protéines dans le milieu a été analysée, et ce dans le cas particulier deprotéines de poids moléculaire très différents, comme c’était le cas dans le travail précédemment cité. Des approches variées,théoriques et expérimentales à différentes échelles sur des milieux réels ou synthétiques, ont été appliquées et parfoisdéveloppées, pour essayer de répondre à ces questions. A l’échelle du procédé, une méthode statistique d’analyse desdonnées (Analyse en Composantes Principales ou ACP) a été menée, dont l’exploitation reste délicate. A l’échelle dulaboratoire, l’étude de l’équilibre et de la cinétique d’échange d’ions a été menée sur des solutions synthétiques de deuxprotéines : la sérum albumine bovine (BSA) (en tant que protéine de référence, couramment étudiée) et la ferritine (protéinede stockage du fer) de point isoélectrique proche de celui de la BSA mais de masse molaire plus élevée. Les résultatsmontrent que des modèles relativement classiques peuvent être appliqués, y compris pour les protéines de très grandes tailles,pour expliquer les aspects cinétiques de l’échange. Le couplage des flux de matière des protéines à l’intérieur des particulesde l’échangeur est très probable, malgré des diffusivités très différentes. Interpréter les résultats d’équilibre reste bien plusardu. La concentration en sel ou la présence de la BSA n’ont que très peu d’effet sur la rétention de la ferritine à l’équilibre.En revanche, la présence de la ferritine affecte très fortement la rétention de la BSA (pourtant plus favorable). Parmi lesphénomènes suggérés dans la littérature, l’effet Vroman a été recherché, mais il n’a pas été constaté dans le système pour lesconditions de travail utilisées. Les isothermes d’adsorption en conditions compétitives n’ont pas pu être simulées par lesmodèles habituels (comme l’isotherme multi-constituants de Langmuir), alors que celles des protéines seules sont tout à faitclassiques. En outre, un blocage partiel des pores de la résine par la ferritine reste probable, empêchant la diffusion de laBSA. Afin de vérifier ce dernier point, une méthodologie a été développée afin d’observer à l’échelle microscopique lesprofils de concentration des éléments représentatifs du système (P, Fe, Cl…) dans les particules. Cette méthode qui se trouveà un stade très avancé de développement, n’a pas encore permis de conclure faute de sensibilité suffisante des sondes àdisposition. / Bioseparations from crude media, vegetable or biological, is a large and complex subject. Future industrial issues depend ontheir understanding and development, namely for biotechnological processes as downstream processes represent up to 80 %of their total cost. This work hopes to contribute to these general questions. It is justified by previous results obtained in thelaboratory showing that it is possible to recover a high molecular weight (HMW) protein from a complex vegetal juice in justone chromatographic operation. Hypotheses have been formulated, to which this work tries to answer: what mechanism couldexplain this behaviour? Is-there a specific location inside particles for the uptake of such protein, facilitating the recoveryduring elution step? Our objective has been to progress on the knowledge of fundamental questions concerning ion-exchangechromatography and their applications for proteins recovery from complex media. The effect of the other proteins in solutionhas been analysed, specifically in the situation where both proteins have a very different molecular weight, as in the previouscited work. Theoretical and experimental approaches, at various scales, have been applied or developed on real or syntheticsystems in order to answer some of these questions. At the process scale, a statistical method for data analysis (PrincipalComponent Analysis or PCA) has been applied. The complete interpretation of its results remains very hard. At thelaboratory scale, equilibrium and kinetics of ion exchange have been studied for synthetic solutions of two proteins: bovineserum albumin (BSA) (as reference protein widely studied), and ferritin (iron storage protein) having similar isoelectric pointas BSA but with higher molecular weight. Classical models for ion-exchange kinetics can explain the experimental results,even for HMW proteins. Mass transfer fluxes seem to be coupled for both proteins, even if they have usually very differentdiffusivities. The interpretation of equilibrium results is much more difficult. Equilibrium uptake of ferritin is not, or lightly,influenced by salt concentration or BSA content. Nevertheless, the presence of ferritin in the medium affects strongly BSAequilibrium uptake (however more favourable). Among the phenomena suggested in the literature, the Vroman effect hasbeen researched but it does not take place under the experimental conditions applied. Simulation of multi-componentisotherms has not been possible by classical models (such as multi-component Langmuir isotherm), while protein isothermsin single solution are standard. Besides, a partial blockage of the resin pores by ferritin is possible, preventing BSA diffusion.Therefore, a methodology has been developed at the microscopic scale, with the aim to observe concentration profiles forrepresentatives elements (P, Fe, Cl …) inside particles. The method, well developed, does not allow to conclude for themoment, because the probes used were not sensible enough.

Dans cette thèse, on a travaillé sur 3 plantes médicinales : Ammoides pusilla, Pituranthos tortuosus et Tetraclinis articulata. L'objectif était : (i) d'identifier la composition chimique des extraits organiques et des huiles essentielles issues de ces plantes, (ii) établir un screening biologiques in vitro des activité anti-Alzheimer, anti-Superoxyde dismutase, anti-xanthine oxidase, antidiabétique, anti-inflammatoire et anti-cancer (iii) évaluer in vivo le pouvoir hépatoprotecteur et anti-inflammatoire de A. pusilla, (iv) étudier l'activité litholytique de l'extrait aqueux d'A. pusilla contre différents types de calculs rénaux et (v) déterminer la relation structure-activités de 20 flavonoïdes. Les extraits organiques ont été obtenus par extraction avec des solvants de polarité croissante. D'autre part, une hydrodistillation a permis d'extraire les huiles essentielles de chaque partie aérienne. Une caractérisation de la composition chimique de ces extraits/huiles essentielles a été établie par CPG-SM/CG-FID et HPLC (pour les extraits). L'activité anti-cancer a été réalisée par le test MTT sur des lignées cellulaires différentes. Pour A. pusilla, 2 nouveaux composés ont été identifiés dans l'extrait de cyclohexane et 4 nouveaux composés dans l'extrait de dichlorométhane. L'effet hépato protecteur de l'extrait d'A. pusilla sur le foie a été mis en évidence. L'extrait de dichlorométhane a permis d'obtenir 77,02% d'inhibition, pour l'activité anti-inflammatoire in vivo. Pour P. tortuosus, 17 composés ont été détectés dans l'huile essentielle pour la première fois. Pour les 20 flavonoïdes testés le pouvoir antioxydant a été corrélé à des propriétés biologiques. Cinq types de calculs rénaux différents ont été identifiés (typologie et composition élémentaire) par MEB/EDX. A. pusilla a présenté une activité litholytique à 100% pour les calculs rénaux de type urinaire et oxalate de calcium. / In this thesis, we worked on 3 medicinal plants: Ammoides pusilla, Pituranthos tortuosus and Tetraclinis articulata. The aim was: (i) identify the chemical composition of organic extracts and essential oils from these plants, (ii) establish a biological screening of in vitro anti-Alzheimer, anti-superoxide dismutase, anti-xanthine oxidase , anti-diabetic, anti-inflammatory and anti-cancer activities (iii) evaluate in vivo hepatoprotective and anti-inflammatory power of A. pusilla, (iv) study litholytic activity of aqueous extract of A. pusilla against different types of kidney stones and (v) determine the relationship structure-activity of 20 flavonoids. The organic extracts were obtained by extraction with solvents of increasing polarity. Furthermore, a hydrodistillation was used to extract essential oils from each aerial part. A characterization of the chemical composition of these extracts / essential oils was determined by GC-MS/GC-FID and HPLC (for extracts). The anti-cancer activity was carried out by MTT assay on different cell lines. For A. pusilla, two novel compounds were identified in the extract of cyclohexane and 4 novel compounds in the dichloromethane extract. A. pusilla hepatoprotective effect on the liver has been highlighted. The dichloromethane extract of P. tortuosus gives 77.02% inhibition for in vivo anti-inflammatory activity, 17 compounds were detected in the essential oil for the first time. For the 20 flavonoids tested the antioxidant power was correlated with biological properties. Five different types of kidney stones have been identified (typology and elemental composition) using SEM / EDX. A. pusilla litholytic activity presented at 100% for urinary-type and calcium oxalate kidney stones.

L'objectif de cette étude est d'étudier le potentiel d'Opuntia ficus-indica (Ofi) en tant que biomoniteur dans un environnement contaminé par des dépôts atmosphériques enrichis en métaux lourds. Trois sites d'étude pollués ont été sélectionnés: industriel, minier et routier. Le phénomène de bioaccumulation a été validé en analysant la concentration en métaux lourds par SAA et ICP-MS dans plusieurs raquettes d'âge différent, dans les fruits et les racines. L'identification de l'origine du Pb a été étudiée à partir de la signature isotopique du Pb (TIMS) dans les raquettes, les racines et les sols, avec une caractérisation microscopique (MEB-EDX) des particules déposées à la surface des raquettes. Le taux de bioaccumulation du Pb suite à une exposition racinaire ou foliaire à des particules de fluorapatite synthétisées et enrichies en Pb à permis de préciser les voies de transfert vers la plante. Ainsi, la distribution particulaire ou dispersée du Pb dans les raquettes contaminées a été identifiée au moyen de cartographies MEB-EDX et µXRF. Les résultats obtenus montrent qu'Ofi est un bioaccumulateur du Pb, Cd et Cr. Les signatures isotopiques dans les raquettes révèlent la nature des diverses sources polluantes tout en donnant une indication sur l'évolution de la pollution atmosphérique au cours du temps. Le taux le plus élevé de Pb a été mesuré dans les raquettes contaminées à leur surface par de la fluorapatite. Les analyses microscopiques ont démontré pour les deux approches suivies l'intégration des particules déposées à la surface des raquettes au niveau de la cuticule, des trichomes et des stomates. Cette obsevation est cohérente avec la cartographie obtenue en µXRF. Notre étude démontre le potentiel de cette plante cosmopolite qu'est Ofi en tant que biomoniteur. / This study reports the potential of Opuntia ficus-indica (Ofi) as a biomonitor of atmospheric pollution in three heavily polluted sites, i.e., industrial, mining and road sites. The bioaccumulation phenomenon by Ofi was investigated by studying the heavy metal concentrations in different cladodes of various ages, roots and fruits, using AAS and ICP-MS. To identify the origin of Pb in cladodes, two types of methods were used: TIMS analysis which provided the lead isotopes ratios in cladodes, roots and soil samples, and SEM-EDX analysis at the cladode surface which provided the elemental distribution of Pb and airborne particles and a characterization of their chemical structure at the microscopic scale. A second study was also carried out by testing Pb bioaccumulation after foliar and roots exposure to synthesized fluorapatite particles enriched with Pb. SEM-EDS and µXRF analyses were used to follow the Pb concentration from the contaminated surface to the internal tissues. The results show that Ofi is indeed a bioaccumulator of Pb, Cd and Cr. The Pb isotopic signatures indicate that Ofi is a sensitive species to local aerial pollution and their successive cladodes obviously identify the evolution of air pollution with time. In addition, Ofi cladodes were found more contaminated with lead after direct foliar contamination. SEM-EDS measurements underlined in the two studies the retention of deposited particles on specific zones of the cladode surface (cuticle, trichome and stomata), which were also identified by µXRF cartography. These results represent the first demonstration of the potential of using Ofi, a cosmopolitan plant, as a biomonitor.

La pollution atmosphérique urbaine pose des problèmes au niveau de l'environnement et de la santé publique pour plus de la moitié de la population mondiale. Afin de réduire la pollution de fond dans les villes, un matériau cimentaire innovant a été développé et permet de dégrader les polluants atmosphériques grâce à ses propriétés photocatalytiques induites par l'ajout de TiO2. Ce travail a porté sur la corrélation entre les propriétés physico-chimiques et l'efficacité photocatalytique d'un mortier enrichi en TiO2 lors de la dégradation de 2 composés organiques volatils (COV), le formaldéhyde et le toluène ainsi que sur un mélange d'oxydes d'azote (NOx). Le taux de présence de la surface en dioxyde de titane, le pourcentage relatif de titane et l'absorbance des photons UV par TiO2 ont été respectivement déterminés par spectroscopie Raman, microscopie électronique à balayage couplé à une analyse X et spectroscopie UV-visible par réflexion diffuse. La proportionnalité entre ces 3 grandeurs a été démontrée. L'efficacité photocatalytique des matériaux cimentaires enrichis en TiO2 a été mise en évidence pour la dégradation des 2 COV et des NOx. L'efficacité photocatalytique est reliée à la présence de TiO2 en surface ainsi qu'à la capacité de TiO2 à absorber des photons UV. La matrice cimentaire permet également, à l'obscurité, de réduire significativement la concentration en formaldéhyde. L'étude de l'influence des paramètres matériaux et environnementaux a montré l'importance de la teneur en TiO2, du flux lumineux et de l'humidité relative sur les propriétés photocatalytiques du mortier et permis de contribuer à une meilleure compréhension des réactions intervenant lors de la dégradation des polluants par un matériau cimentaire photocatalytique / More than half of the world population is exposed to urban air pollution which poses problems for the environment and human health. To reduce the background of the pollution in cities, an innovative cementitious material has been developed and used to degrade pollutants thanks to its photocatalytic properties induced by the addition of TiO2. This work was focused on the correlation between physicochemical properties and the photocatalytic efficiency of a mortar enriched with TiO2 during the degradation of two volatile organic compounds (VOCs), formaldehyde and toluene as well as a mixture of nitrogen oxides (NOx). The occurence rate of of titanium dioxide on the surface, the relative percentage of titanium and the absorptance of UV photons by TiO2, respectively, were determined by Raman spectroscopy, scanning electron microscopy coupled with X-ray analysis and UV-visible diffuse refectance spectroscopy. Proportionality between these three variables has been demonstrated. The photocatalytic efficiency of TiO2-rich cementitious materials has been demonstrated for the degradation of the 2 VOCs and also for NOx. The photocatalytic efficiency is related to the presence of TiO2 on the surface and the ability of TiO2 to absorb UV photons. The cement matrix can also, in the dark, reduced significantly the concentration of formaldehyde. The study of the influence of materials and environmental parameters showed the importance of the TiO2 content, the luminous flux and relative humidity on the photocatalytic properties of the mortar and allowed to contribute to a better understanding of the reactions occurring during the degradation of pollutants by a photocatalytic cementitious material

Cette étude a pour objet d'apporter des éléments de compréhension quant à l'amélioration de la résistance à la corrosion des alliages de ZnMg(Al), en comparaison du Zn, en milieu atmosphérique chloré. Le cheminement de réflexion part de considérations fondamentales et tend vers des conditions réelles d'utilisation. La première étape a consisté à synthétiser et caractériser des films de ZnO dopé Mg et notamment l'évolution de la structure cristalline, la structure électronique, la résistivité, (...) avec le dopage. La pertinence de ces paramètres a ensuite été évaluée et discutée au regard de la stabilité de ces films en solution. Dans un second temps, les produits de corrosion formés, en laboratoire, en présence ou non de chlorures, sur des phases pures de Zn et ZnMg, ont été caractérisés. Les processus physico-chimiques liés à la formation de ces produits ont ensuite été discutés, afin de mettre en lumière le rôle du Mg dans l'amélioration de la résistance à la corrosion. La dernière étape, s'est attachée à caractériser des produits de corrosion formés après 6 mois en milieu naturel, en atmosphère marine, sur des phases pures de Zn et ZnMg, et des revêtements industriel de type ZnMgAl. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence une meilleure stabilité en solution des films de Zn0.84Mg0.16O en comparaison du ZnO, en corrélation avec une présence accrue de liaisons hydroxyles, une augmentation de la résistivité et de la fonction de travail. Ces trois paramètres sont apparus également pertinents, sur les produits de corrosion formés en laboratoire et naturellement en présence de Mg et de Mg, Al, et corrélés à l'amélioration de la résistance à la corrosion.

Cette étude a pour objet d’apporter des éléments de compréhension quant à l’amélioration de la résistance à la corrosion des alliages de ZnMg(Al), en comparaison du Zn, en milieu atmosphérique chloré. Le cheminement de réflexion part de considérations fondamentales et tend vers des conditions réelles d’utilisation. La première étape a consisté à synthétiser et caractériser des films de ZnO dopé Mg et notamment l’évolution de la structure cristalline, la structure électronique, la résistivité, (…) avec le dopage. La pertinence de ces paramètres a ensuite été évaluée et discutée au regard de la stabilité de ces films en solution. Dans un second temps, les produits de corrosion formés, en laboratoire, en présence ou non de chlorures, sur des phases pures de Zn et ZnMg, ont été caractérisés. Les processus physico-chimiques liés à la formation de ces produits ont ensuite été discutés, afin de mettre en lumière le rôle du Mg dans l’amélioration de la résistance à la corrosion. La dernière étape, s’est attachée à caractériser des produits de corrosion formés après 6 mois en milieu naturel, en atmosphère marine, sur des phases pures de Zn et ZnMg, et des revêtements industriel de type ZnMgAl. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence une meilleure stabilité en solution des films de Zn0.84Mg0.16O en comparaison du ZnO, en corrélation avec une présence accrue de liaisons hydroxyles, une augmentation de la résistivité et de la fonction de travail. Ces trois paramètres sont apparus également pertinents, sur les produits de corrosion formés en laboratoire et naturellement en présence de Mg et de Mg, Al, et corrélés à l’amélioration de la résistance à la corrosion. / The aim of this study was to provide some understanding about the improvement of the corrosion resistance of ZnMg and ZnMgAl alloys in comparison to Zn, in chloride content atmospheric environment, from fundamental considerations gradually towards the actual use of these materials. The first approach consisted in the synthesis and physicochemical characterization of films of magnesium doped zinc oxide and particularly the evolution of parameters such as the crystal structure, the electronic structure (band gap), the resistivity, (…) with doping. The relevance of these parameters was then evaluated and discussed regarding to the stability of these films in a solution of pH 8.4. The second stage focused on the characterization of corrosion products formed in the laboratory with or without chloride, on pure Zn and ZnMg. The physico-chemical processes related to the formation of these products were then discussed to highlight the role of Mg in the improvement of the corrosion resistance of ZnMg alloys in comparison with the Zn. The third and final stage consisted in the characterization of corrosion products formed in marine atmosphere on pure Zn and ZnMg, as well as on industrial coating-type ZnMgAl, after 6 months of exposure. The results obtained in this study showed a better stability in solution of solid solution films of Zn0.84Mg0.16O in comparison with the ZnO, correlated with the increase of hydroxyl bonds, associated with an increase of resistivity and work function. These three parameters appeared also relevant regarding the corrosion products formed naturally in the laboratory and in the presence of Mg and Mg-Al, and correlated with improvement of the corrosion resistance.