La détection et l'identification de bactéries pathogènes revêt une grande importance dans de nombreux domaines tels que la santé et l'industrie agroalimentaire. Dans ce contexte, les travaux de thèse s'intéressent à détection non invasive de Salmonella via la fraction volatile de son métabolome dont les métabolites volatils caractéristiques sont le sulfure d'hydrogène et la cadavérine. Ils illustrent également le concept de substrats osmogènes libérant des mCOV exogènes sous l'action d'enzyme spécifique d'Escherichia coli. Un premier capteur colorimétrique capable de distinguer le sulfure d'hydrogène du méthanethiol a été préparé. Il s'agit d'une matrice de silicate nanoporeuse dopée avec les réactifs N,N-diméthyl-p-phénylènediamine et ions Fe3+. Une bonne stabilité de l'intermédiaire réactionnel issu de ces réactifs, la quinonediimine (QD), est obtenue pour une forte concentration d'acide chlorhydrique. La réaction entre QD et 1000 ppm de sulfure d'hydrogène et de méthanethiol entraîne l'apparition respective d'une coloration verte et rouge-marron du capteur. Le capteur fluorimétrique de cadavérine, basé sur la formation d'un complexe fluorescent entre le Naphthol AS-BI déméthylé (ArOH) et la cadavérine, permet de détecter 250 ppb de cadavérine. La preuve de concept de substrats osmogènes a été illustrée avec la détection de p-nitrophénol (pNP) et de β-naphthylamine (β-NA) libérés en présence d'enzymes de E. coli, β-D-glucuronidase et L-alanine- β-naphthylamidase. Les capteurs nanoporeux produits, de taille de pores contrôlée, peuvent détecter 100 ppm de pNP, composé coloré (jaune) et 100 ppm de β-NA, composé fluorescent, ou encore 100 ppm de β-NA par dérivation chimique de ce dernier avec le diméthyl-p-aminocinnamaldéhyde (formation d'un produit rouge). En milieu biologique, l'eau est un interférent majeur.

La détection et l'identification de bactéries pathogènes revêt une grande importance dans de nombreux domaines tels que la santé et l’industrie agroalimentaire. Dans ce contexte, les travaux de thèse s’intéressent à détection non invasive de Salmonella via la fraction volatile de son métabolome dont les métabolites volatils caractéristiques sont le sulfure d’hydrogène et la cadavérine. Ils illustrent également le concept de substrats osmogènes libérant des mCOV exogènes sous l’action d’enzyme spécifique d’Escherichia coli. Un premier capteur colorimétrique capable de distinguer le sulfure d’hydrogène du méthanethiol a été préparé. Il s’agit d’une matrice de silicate nanoporeuse dopée avec les réactifs N,N-diméthyl-p-phénylènediamine et ions Fe3+. Une bonne stabilité de l’intermédiaire réactionnel issu de ces réactifs, la quinonediimine (QD), est obtenue pour une forte concentration d’acide chlorhydrique. La réaction entre QD et 1000 ppm de sulfure d’hydrogène et de méthanethiol entraîne l’apparition respective d’une coloration verte et rouge-marron du capteur. Le capteur fluorimétrique de cadavérine, basé sur la formation d’un complexe fluorescent entre le Naphthol AS-BI déméthylé (ArOH) et la cadavérine, permet de détecter 250 ppb de cadavérine. La preuve de concept de substrats osmogènes a été illustrée avec la détection de p-nitrophénol (pNP) et de β-naphthylamine (β-NA) libérés en présence d’enzymes de E. coli, β-D-glucuronidase et L-alanine- β-naphthylamidase. Les capteurs nanoporeux produits, de taille de pores contrôlée, peuvent détecter 100 ppm de pNP, composé coloré (jaune) et 100 ppm de β-NA, composé fluorescent, ou encore 100 ppm de β-NA par dérivation chimique de ce dernier avec le diméthyl-p-aminocinnamaldéhyde (formation d’un produit rouge). En milieu biologique, l’eau est un interférent majeur. / Microbial contamination of food and biological samples is a big issue in the industry as much as in the medical field. In that context, the present thesis brings innovative solutions. A first explored way is the identification of Salmonella by detecting and measuring the specific metabolomics volatile organic compounds (mVOC) released, H2S and cadaverine. Another new concept is the use of osmogenic substrates able to release mVOC under the action of specific enzyme of Escherichia coli.A first colorimetric sensor able to discriminate H2S from CH3SH was produced, using a nanoporous silicate matrix doped with N,N-dimethyl-p-phenylenediamine and Fe3+ ions. A very acidic medium is needed to stabilize the “key” intermediate of the reaction, the quinonediimine species (QD), which gives with H2S and CH3SH a green and red-brown product, respectively. The fluorimetric sensor of cadaverine is based on the formation of a fluorescent complex between AS-BI demethylated Naphthol and cadaverine and can detect 250 ppb of cadaverine. A proof of concept of osmogenic substrates is given with the detection of p-nitrophenol (pNP) et de β-naphthylamine (β-NA) released under the action of Escherichia coli enzymes, β-D-glucuronidase et L-alanine- β-naphthylamidase. Various nanoporous sensors are produced with tailored pore size, which can detect 100 ppm of the yellow pNP, 100 ppm of the fluorescent β-NA and 100 ppm of the red product issued from the derivation of β-NA with dimethyl-p-aminocinnamaldehyde. In biological media, water remains the major interfering agent.

Le chlore est largement utilisé pour ses propriétés bactéricides dans les piscines. Dans les eaux de piscine, le chlore réagit avec les matières azotées et carbonées générées par l’activité humaine (sueur, salive, urine, peau) pour former divers composés toxiques tels que la monochloramine (NH2Cl), la dichloramine (NHCl2), le trichlorure d'azote (NCl3), le chloroforme (CHCl3), etc… qui se retrouvent dans l’atmosphère. La détection et la quantification de ces composés volatils à des teneurs ppb (partie par milliard) est un réel besoin afin de contrôler la qualité de l’air des piscines. Cependant il n’existe pas à ce jour des appareils à la fois sensibles et peu coûteux.L’objectif de ce travail de thèse est d’élaborer des capteurs chimiques colorimétriques, sensibles, sélectifs et peu coûteux de la monochloramine, du trichlorure d’azote et du chloroforme. Dans ce but, nous avons mis au point des capteurs chimiques réalisés à partir de matrices nanoporeuses de silicate dopée des réactifs. Ainsi le capteur de NCl3 dopé de NaI et d’amylose permet de mesurer de faibles teneurs de NCl3 (5 ppb à 180 ppb) dans les atmosphères humides (50-80% HR) des piscines. Grâce au changement rapide de couleur, de transparent à rose-violet, visible à l’œil nu, le capteur de NCl3 permet de surveiller la qualité de l’air dans les piscines. Le capteur sélectif de NH2Cl est basé sur la réaction de Berthelot. La matrice de silicate nanoporeuse dopée de nitroprussiate de sodium et de phénol en milieu alcalin, initialement transparente, devient bleue lors d’une exposition à NH2Cl gazeux. Ce capteur permet de détecter NH2Cl dans la gamme de 60 à 250 ppb dans une atmosphère très humide (≈ 80%). Utilisé pour la sonder la qualité des eaux de piscine, il permet de mesurer NH2Cl dans l’eau avec une limite de détection de 0,1 µmol•L-1. Une étude préliminaire de la détection de CHCl3 a également été entreprise pour déterminer les molécules-sonde aptes à réagir avec le chloroforme en formant des produits colorés. Les réactifs de la réaction de Fujiwara ont été sélectionnés. L’étude de la réactivité de la 2,2’-bipyridine en solution en présence d’une base forte a permis de mettre en évidence la formation simultanée de deux composés colorés, dont la formation dépend de la nature de l’environnement réactionnel. / In swimming-pools, chlorine is used as a disinfectant to minimize the risk to users from microbial contaminants. In water, chlorine reacts with nitrogen compounds generated by human activity like saliva, sweat, urine and skin, leading to the formation of toxic compounds, such as monochloramine (NH2Cl), dichloramine (NHCl2), nitrogen trichloride (NCl3), chloroform (CHCl3), etc… The detection and the quantification of these volatile compounds at ppb level (part per billion) is an important and significant challenge to be able to monitor the air quality in swimming pool. Or, there is currently no commercially available and low-cost system which can instantaneously measure at ppb concentrations.The aim of this research is to develop a cheap, sensitive and selective chemical and colorimetric sensors of monochloramine, nitrogen trichloride and chloroform. For this purpose, we developed chemical sensors based on the use of nanoporous silicate matrices doped with probe-molecules. The NCl3 sensor doped with NaI and amylose can detect NCl3 at ppb level (5 ppb – 180 ppb) in humid atmospheres (from 50% to 80% relative humidity) at ambient pool temperatures. Due to the fast change of color, visible with naked eyes, these sensors can be used to detect peaks of pollution and to monitor the air quality of indoor pools. The NH2Cl selective sensor is based on the Berthelot reaction. The nanoporous silicate matrices doped with sodium nitroprusside and phenol in an alkaline medium, turn from transparent to blue upon exposure to gaseous NH2Cl. This sensor can detect NH2Cl in the range from 60 to 250 ppb in a very humid atmosphere (≈ 80%). Used to probe the quality of pool water, this sensor can detect NH2Cl in water with a detection limit of 0,1 µmol•L-1. A preliminary study of the CHCl3 detection was also conducted to identify probe-molecules capable of reacting with chloroform to form colored products. The reagents of the Fujiwara reaction were selected. The study of the 2,2’-bipyridine reactivity in solution in the presence of a strong base allowed highlighting the simultaneous formation of two colored compounds, whose formation depends on the nature of the reaction environment.