La classification est l’un des défis important en bioinformatique, aussi bien pour les données protéiques que nucléiques. La présence de ces données en grandes masses, leur ambiguïté et en particulier les coûts élevés de l’analyse in vitro en termes de temps et d’argent, rend l’utilisation de la fouille de données plutôt une nécessité qu’un choix rationnel. Cependant, les techniques fouille de données, qui traitent souvent des données sous le format relationnel, sont confrontés avec le format inapproprié des données biologiques. Par conséquent, une étape inévitable de prétraitement doit être établie. Cette thèse traite du prétraitement de données protéiques comme une étape de préparation avant leur classification. Nous présentons l’extraction de motifs comme un moyen fiable pour répondre à cette tâche. Les motifs extraits sont utilisés comme descripteurs, en vue de coder les protéines en vecteurs d’attributs. Cela permet l’utilisation des classifieurs connus. Cependant, la conception d’un espace appropié d’attributs, n’est pas une tâche triviale. Nous traitons deux types de données protéiques à savoir les séquences et les structures 3D. Dans le premier axe, i:e:; celui des séquences, nous proposons un nouveau procédé de codage qui utilise les matrices de substitution d’acides aminés pour définir la similarité entre les motifs lors de l’étape d’extraction. En utilisant certains classifieurs, nous montrons l’efficacité de notre approche en la comparant avec plusieurs autres méthodes de codage. Nous proposons également de nouvelles métriques pour étudier la robustesse de certaines de ces méthodes lors de la perturbation des données d’entrée. Ces métriques permettent de mesurer la capacité d’une méthode de révéler tout changement survenant dans les données d’entrée et également sa capacité à cibler les motifs intéressants. Le second axe est consacré aux structures protéiques 3D, qui ont été récemment considérées comme graphes d’acides aminés selon différentes représentations. Nous faisons un bref survol sur les représentations les plus utilisées et nous proposons une méthode naïve pour aider à la construction de graphes d’acides aminés. Nous montrons que certaines méthodes répandues présentent des faiblesses remarquables et ne reflètent pas vraiment la conformation réelle des protéines. Par ailleurs, nous nous intéressons à la découverte, des sous-structures récurrentes qui pourraient donner des indications fonctionnelles et structurelles. Nous proposons un nouvel algorithme pour trouver des motifs spatiaux dans les protéines. Ces motifs obéissent à un format défini sur la base d’une argumentation biologique. Nous comparons avec des motifs séquentiels et spatiaux de certains travaux reliés. Pour toutes nos contributions, les résultats expérimentaux confirment l’efficacité de nos méthodes pour représenter les séquences et les structures protéiques, dans des tâches de classification. Les programmes développés sont disponibles sur ma page web http://fc.isima.fr/~saidi. / The classification of biological data is one of the significant challenges inbioinformatics, as well for protein as for nucleic data. The presence of these data in hugemasses, their ambiguity and especially the high costs of the in vitro analysis in terms oftime and resources, make the use of data mining rather a necessity than a rational choice.However, the data mining techniques, which often process data under the relational format,are confronted with the inappropriate format of the biological data. Hence, an inevitablestep of pre-processing must be established.This thesis deals with the protein data preprocessing as a preparation step before theirclassification. We present motif extraction as a reliable way to address that task. The extractedmotifs are used as descriptors to encode proteins into feature vectors. This enablesthe use of known data mining classifiers which require this format. However, designing asuitable feature space, for a set of proteins, is not a trivial task.We deal with two kinds of protein data i:e:, sequences and tri-dimensional structures. In thefirst axis i:e:, protein sequences, we propose a novel encoding method that uses amino-acidsubstitution matrices to define similarity between motifs during the extraction step. Wedemonstrate the efficiency of such approach by comparing it with several encoding methods,using some classifiers. We also propose new metrics to study the robustness of some ofthese methods when perturbing the input data. These metrics allow to measure the abilityof the method to reveal any change occurring in the input data and also its ability to targetthe interesting motifs. The second axis is dedicated to 3D protein structures which are recentlyseen as graphs of amino acids. We make a brief survey on the most used graph-basedrepresentations and we propose a naïve method to help with the protein graph making. Weshow that some existing and widespread methods present remarkable weaknesses and do notreally reflect the real protein conformation. Besides, we are interested in discovering recurrentsub-structures in proteins which can give important functional and structural insights.We propose a novel algorithm to find spatial motifs from proteins. The extracted motifsmatch a well-defined shape which is proposed based on a biological basis. We compare withsequential motifs and spatial motifs of recent related works. For all our contributions, theoutcomes of the experiments confirm the efficiency of our proposed methods to representboth protein sequences and protein 3D structures in classification tasks.Software programs developed during this research work are available on my home page http://fc.isima.fr/~saidi.

La méthanisation est un processus biologique de transformation des matières organiques libérant principalement du méthane et du dioxyde de carbone. Cette technologie connaît un essor important pour la production de biométhane, source d’énergie renouvelable. Elle présente cependant des rendements de dégradation faibles lorsque de la biomasse lignocellulosique est utilisée comme matière première. Pour optimiser son rendement, la paille de blé a été sélectionnée comme biomasse représentative et l’impact sur la méthanisation de chacune des fractions (extractibles, hémicelluloses, cellulose et lignine) a été évalué. Une biomasse de synthèse a été construiteà partir des constituants pures de la paille de blé afin d’évaluer l’impact des interactions lignine-holocellulose. Le potentiel de méthanisation de différentes molécules phénoliques,provenant de la dégradation de la lignine, a été déterminé. Elles inhibent la méthanisation à l’exception de trois d’entres elles qui présentent un rendement de méthanisation élevé : les acides vanillique, l’acide férulique et le syringaldéhyde. Différents prétraitements physique (le chauffage par échangeur thermique ou par irradiation aux micro-ondes ainsi que la sonication et le raffinage papetier) et chimique (la soude, l’ammoniaque et l’ozone) ont ensuite été sélectionnés, et leurs impacts sur lacomposition de la paille et sa méthanisation ont été mesurés. Les meilleurs rendements de méthanisation ont été obtenus suite à l’exposition aux micro-ondes en présence de soude. / Methanization or anaerobic digestion is a biological process to transform organicmatter into a gas mixture composed by a majority of methane and carbon dioxide. Thistechnology is developing rapidly for the production of biomethane as renewable energysource. However this biotechnological route has low performances when lignocellulosicbiomass is used as raw material.Wheat straw has been chosen as typical biomass and the role of each lignocellulosicfraction (extractives, cellulose, hemicelluloses and lignin) has been determined on theperformance of anaerobic digestion. A synthetic biomass has been built with different pureconstituents of the wheat straw to assess the impact of holocellulose-lignin interactions onmethanization. Then methane potential of various lignin degradation products (phenolicmolecules) has been studied. Majority of them have been shown an inhibitory effect butthree of them have been converted to methane: ferulic and vanillic acids andsyringaldehyde.Various physical pretreatments (heating, microwave irradiation, sonication andrefining) and chemical pretreatments (sodium hydroxide, ammonia and ozone) have beenselected to prepare the biomass to anaerobic digestion and their impacts on wheat strawcomposition have been evaluated. The best methanization yield has been obtained afterpretreatments by sodium hydroxide heating by microwave irradiation.

Dans cette étude de doctorat, de la poudre de Y3Al5O12 (YAG) a été synthétisé avec plusieurs méthodes: atomisation, synthèse de réaction et co-précipitation. Le procédé de synthèse le plus prometteur, la co-précipitation, a été optimisé pour obtenir une poudre hautement frittable, présentant une phase pure. Le traitement approprié avant frittage, comprenant calcination, efficace dispersion et séchage homogène, a été réalisé. La poudre de YAG a été dispersée avec plusieurs méthodes, avant frittage. Grâce à la technique Spark Plasma Sintering (SPS) une évaluation très rapide de l'influence des différents traitements a été réalisée. Il a été constaté que, pour une poudre obtenue avec une telle synthèse, la méthode de dispersion est cruciale afin de obtenir une transparence élevée du materiaux fritté. En raison de l'aptitude au frittage de la poudre, du traitement approprié avant frittage et de la basse température du cycle effectué par SPS, un matériau à grains fins a été obtenu. Des mesures de spectroscopie de photoélectrons (XPS) ont été effectuées sur la poudre de YAG et sur le matériaux fritté, et plusieurs differences ont été mises en évidence. Quelques hypothèses ont été faites pour expliquer les differences observées, et certains preuves supplémentaires pour les vérifier ont été mises en avant. Une poudre composite alumine-zircone-YAG a été synthétisé à partir d'une poudre d'alumine commerciale, qui a été fonctionnalisé avec chlorures de yttrium et de zirconium. Les traitements de pré-frittage appropriées ont été effectués, comprenant une calcination à basse température et une calcination "rapide", pour favoriser la germination des petits cristallites. Deux méthodes de mise en forme, coulage et pressage, ont été réalisées. Il a été constaté que le coulage permet la production de matériaux céramiques beaucoup plus homogènes. Une caractérisation mécanique préliminaire a été effectuée. Une caractérisation spectroscopique des poudres d'alumine-YAG, traités à basse et haute température, a été réalisée. Il a été mis en évidence que l'état d'hydratation des poudres varie avec la fonctionnalisation par les chlorures. La présence de sites Y sur la surface des poudres composites a été mise en évidence par XPS et à partir des spectres infrarouges (spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier, FTIR) des échantillons soumis à des différentes pressions de monoxide de carbone (CO). / In this PhD study, Yttrium aluminum garnet (Y3Al5O12, YAG) powder was synthesised with several methods, i.e. spray drying, reaction synthesis and co-precipitation. The most promising synthesis method, i.e. co-precipitation, was optimized to obtain a pure phase, highly sinterable powder. The appropriate pre-sintering processing, i.e. calcination treatment, e fficient dispersion, homogeneous drying, were performed. YAG powder was dispersed with several methods, prior to sintering. Through Spark Plasma Sintering (SPS) a very fast assessment of the influence of the various treatments was performed. It was found that, for the synthesised powder, the dispersion method is crucial to obtain a high transparency. Due to the high sinterability of the powder and to the appropriate pre-sintering treatment, a low temperature SPS cycle was performed, and a fine-grained material was obtained. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) measurements were performed on YAG powder and on the sintered material, and several di fferences were evidenced. Some hypothesis were made to explain the observed di fferences, and some additional proofs to verify them were put forward. A composite Alumina-YAG-Zirconia powder was synthesized, starting from a commercial alumina powder, which was functionalised with Yttrium and Zirconium chlorides. The appropriate pre-sintering treatments were performed, comprising a low temperature calcination and a "fast" calcination, to favour the germination of small crystallites. Two shaping methods, i.e. slip casting and pressing, were performed. It was found that slip casting allows the production of much more homogeneous ceramic materials. A preliminary mechanical characterization was performed. A spectroscopic characterization of Alumina-YAG powders, heat-treated at low and high temperatures, was performed. It was evidenced that the hydration state of the powders changes with chlorides functionalization. The presence of Y sites on the surface of the composite powders was evidenced by X-ray Photoelectron Spectroscopy and from the di fference spectra of powdered samples subjected to various CO pressures.

L’application de la biosorption à l’analyse inorganique est un sujet en plein essor. Dans cette étude, un support à base de cellules de boulanger Saccharomyces cerevisiae a été développé pour la spéciation et la préconcentration des espèces inorganiques de l’antimoine Sb(III) et Sb(V). Nous avons tout d’abord montré qu’il était possible de fixer de manière sélective Sb(III) en présence de Sb(V) sur les cellules dans une large gamme de pH (5-9) et de force ionique (0-0,1M). Un prétraitement thermique de la biomasse (80°C, 30min) permet d’augmenter significativement la cinétique de fixation de Sb(III) sans nuire à la séparation. L’élution de Sb(III) par l’acide thioglycolique à pH 10 est rapide et quantitative, permettant d’obtenir un facteur de préconcentration proche de 9. Nous avons mis en évidence que la rétention de Sb(V) observée à bas pH était due à des complexation avec les groupements sulfhydryle de la paroi cellulaire. La modélisation des isotherme de sorption de Sb(III) (qmax = 450µg.g-1) ont permis de définir 3 types de sites d’affinité et de coordination différentes. Parmi les matrices testées pour l’immobilisation des cellules, le polysulfone s’avère être le plus performant, alliant perméabilité, faible affinité vis-à-vis de l’antimoine et préservation des sites de fixation. Des colonnes remplies de levures immobilisées ont été couplées à un spectromètre ICP-AES et appliquées avec succès à la spéciation de l’antimoine dans l’eau minérale dopée à faible concentration. Les limites de quantification de Sb(III) ont été améliorées d’un facteur 5 par préconcentration / The application of biosorption to inorganic analysis is an expanding research area. In this study, an analytical support based on baker’s yeast Saccharomyces cerevisiae was developed for the speciation and the preconcentration of inorganic antimony species Sb(III) and Sb(V). It was shown that Sb(III) can be retained selectively by the cells in the presence of Sb(V) in a wide range of pH (5-9) and ionic strength (0-0,1M). Heat pretreatment of the biomass (80°C, 30min) significantly increased the kinetics of Sb(III) uptake without degrading the separation. The elution of Sb(III) by thioglycolic acid at pH 10 was rapid and quantitative, allowing to achieve a preconcentration factor close to 9. Interactions between Sb(V) and the cells, as observed at lower pH, were found to be purely electrostatic, while Sb(III) retention was attributed to the complexation of the species with sulfhydryl groups of the cell walls. Three kinds of sites with different affinities and coordinations were identified by modeling Sb(III) sorption isotherms (qmax = 450µg.g-1). Among the different materials tested, polysulfone was found to be the most suitable matrix for yeast immobilization, combining a good permeability to a low affinity for antimony species and preservation of the sorption sites. Columns filled with immobilized cells were coupled with ICP-AES and successfully applied to antimony speciation in mineral waters samples spiked at low concentration level. The limit of quantification was improved by a factor of 5 by preconcentration

La lignocellulose est le composant principal des parois végétales et donc le biopolymère végétal le plus abondant sur Terre. Sa transformation en molécules d’intérêt industriel est donc une voie prometteuse pour diminuer la consommation de ressources fossiles. Au sein de la plateforme des carboxylates, la transformation de la lignocellulose repose sur l’utilisation de communautés bactériennes. Mais s’ils sont augmentés par des approches de prétraitement du substrat, les rendements sont encore faibles. Afin de les améliorer, nous avons ici testé les capacités de dégradations de communautés microbiennes issues de l’enrichissement de rumen bovin et d’intestin de termites. Afin de caractériser l’effet de la source d’inoculum et du prétraitement du substrat sur le fonctionnement des communautés sélectionnées, une approche de séquençage 16S a été utilisée. Celle-ci a permis la comparaison des compositions de communautés obtenues, mais également de leurs dynamiques au cours de la transformation du substrat lignocellulosique. Les conditions de culture imposées semblent avoir un effet très fort sur la composition des communautés sélectionnées puisque malgré leurs différences, celles-ci présentent d’importantes similitudes et sont bien plus proches que ne l’étaient les inocula initiaux. Enfin, les communautés associées à la dégradation du substrat lignocellulosique montrent des dynamiques très marquées, caractérisées par une importante baisse de diversité et la dominance de quelques populations bactériennes seulement lors du maximum de dégradation. / Lignocellulose is the main component of vegetal cell wall and is thus the most abundant biopolymer on Earth. Its conversion into industrially relevant molecules is of concern to reduce fossil resources consumption. In the dedicated carboxylates platform, lignocellulose conversion relies on the metabolic potential of microbial consortia, but lignocellulose transformation rates can still be improved, despite substrate pretreatment approaches. In order to improve these rates, we here tested the transformation capacities of microbial communities originated from cow rumen and termite guts. 16S sequencing was used to characterize the effects of inoculum source and substrate pretreatment on the selected communities’ functioning. It allowed the comparison between obtained communities, but also between their dynamics during lignocellulose transformation. Culture conditions appeared to have a strong effect on the selected communities, which presented high similarities despite differences between initial inocula. Finally, communities associated to lignocellulose degradation showed marked dynamics, with a strong decrease in diversity indexes and the dominance of a few bacterial populations during the degradation maximum.

Abstract : The applications of natural fibers as reinforcing materials have received lots of attentions and interests due to their unique advantages such as direct derivation from earth, sustainability, degradability and so on. In addition, the employment of plant fibers as raw materials in engineering and industries can promote sustainable agriculture. Cultivation of oilseed flax has grown recently from 600,000 to 800,000 hectares in past few years in Canada. This can also provide a great potential to use flax waste (straw), 2,000 kg/ha annually, as reinforcing materials in industry and promote sustainable agriculture. These huge amounts of flax residuals usually burned or thrown away which as result, leads to emission of CO2 into the atmosphere. In two past decades, the employment of natural fibers in bio-composites as an alternative for flax residuals disposal has received lots of interest and attention. The dramatic increase of publications during this period supports this fact. This attention and interest has been attributed to public awareness, Legal restrictions and environmental concerns associated to the synthetic fibers. Moreover, the significant advantages of natural fibers such as low resin consumption, low tools wear, cost effectivity; availability, environmentally friendly, degradability, low density and high specific properties have converted the application of them very favorable. However, the hydrophilic nature of cellulosic fibers as a main disadvantage makes them incompatible with hydrophobic polymeric matrices. This poor compatibility between cellulosic fibers and polymeric matrices mostly attributes to the presence of hydroxyl functional groups on the backbone of the flax fibers that causes to hydrophilic properties of cellulosic fibers and poor interfacial adhesion between cellulosic fibers and polymeric matrices. The main goal of this research thesis is to convert of primary alcoholic groups (OH) available on the surface of flax fiber to carboxyl groups by employment of TEMPO oxidation system in order to facilitate the silane treatment process. Subsequently, carboxyl groups can more easily interact with silane coupling agents. The surface functionality of as-received and treated fibers was characterized using Fourier transform infrared and X-ray photoelectron spectroscopy. Dynamic contact angle tensiometer was used to compare wettability of the oxidized and nonoxidized fibers after the silane treatment. The interaction between flax fiber and polymer was characterized using scanning electron microscopy (SEM). The results indicated that the TEMPO iii oxidation significantly improved the bonding efficiency of the silane coupling agents on the fiber surface. Thus, the compatibility between the flax fibers and the epoxy resin was improved. In addition, the water absorption of the modified fibers was remarkably reduced, while the contact angle of the flax fibers was increased. / Les demandes des fibres naturelles comme matériaux de renforcement ont reçu beaucoup d'attentions et d'intérêts en raison de leurs avantages uniques tels que la dérivation directe de la terre, la durabilité, la dérivabilité, etc. En outre, l'emploi des fibres végétales comme matières premières dans l'ingénierie et les industries peut favoriser l'agriculture durable. La culture du lin oléagineux est passée de 600 000 à 800 000 hectares au cours des dernières années au Canada. Cela peut également constituer un excellent potentiel d'utilisation des déchets de lin (paille), 2 000 kg par an par année, en tant que matériaux de renfort dans l'industrie et promouvoir l'agriculture durable. Ces énormes quantités de résidus de lin sont généralement brûlées ou jetées, ce qui entraîne l'émission de CO2 dans l'atmosphère. Au cours des deux dernières décennies, l'emploi de fibres naturelles dans les biocomposites comme possibilité à l'élimination des résidus de lin a suscité beaucoup d'intérêt et d'attention. L'augmentation spectaculaire des publications au cours de cette période prend en charge ce fait. Cette attention et cet intérêt ont été attribués à la sensibilisation du public, aux restrictions légales et aux préoccupations environnementales associées aux fibres synthétiques. En outre, les avantages importants des fibres naturelles, comme la faible consommation de résine, l'usure des outils, l'efficacité des coûts; la disponibilité, l'environnement, la dégradabilité, la faible densité et les propriétés spécifiques élevés ont transformé la demande des fibres naturelles très favorable. Cependant, la nature hydrophile des fibres cellulosiques comme inconvénient principal les rend incompatibles avec des matrices polymères hydrophobes. Cette mauvaise compatibilité entre les fibres cellulosiques et les matrices polymères attribue principalement à la présence de groupes fonctionnels hydroxyles sur l'ossature des fibres de lin qui provoque des propriétés hydrophiles des fibres cellulosiques et une faible adhérence interfaciale entre les fibres cellulosiques et les matrices polymères. L'objectif principal de cette thèse de recherche est de convertir des groupes alcooliques primaires (OH) disponibles à la surface de la fibre de lin en groupes carboxylés par l'emploi d'un système d'oxydation TEMPO afin de faciliter le traitement du silane. Par la suite, les groupes carboxylés peuvent interagir plus facilement avec des agents de couplage au silane. La fonctionnalité de surface des fibres reçues et traitées a été caractérisée en utilisant la spectroscopie à infrarouge à transformer de Fourier et à la Spectrométrie photo électronique X. Un tensiomètre à angle de contact dynamique a été utilisé pour comparer la mouillabilité des fibres oxydées et non oxydées après le traitement au silane. L'interaction entre les fibres de lin et le polymère a été caractérisée en utilisant une microscopie électronique à balayage (MÉB). Les résultats indiquent que l'oxydation TEMPO a considérablement amélioré l'efficacité de liaison des agents de couplage silane sur la surface de la fibre. Ainsi, la compatibilité entre les fibres de lin et la résine époxy a été améliorée. En outre, l'absorption d'eau des fibres modifiées a été considérablement réduite, tandis que l'angle de contact des fibres de lin a été augmenté.

Cette thèse s’articule autour de la valorisation de la biomasse lignocellulosique pour la production d’un polymère biosourcé, le poly(acide lactique) PLA. Lors d’une première étude, deux prétraitements de la biomasse lignocellulosique ont été réalisés pour libérer les sucres fermentescibles. Puis plusieurs stratégies de fermentations ont été mises en place et un criblage microorganisme / biomasse a été réalisé en vue de sélectionner la meilleure stratégie de fermentation et le meilleur couple biomasse / microorganisme pour la production d’acide lactique. Les bactéries lactiques, Lactobacillus casei et Lactobacillus delbrueckii et le son de blé ont été retenus pour produire l’acide lactique lors d’une fermentation en milieu liquide sur l’hydrolysat produit par une hydrolyse à l’acide dilué du son de blé. Lors d’une seconde étude, la stratégie choisie a été optimisée et a subi un « scale-up » afin d’augmenter la concentration en acide lactique. Les fermentations en milieu liquide ont été effectuées au sein d’un bioréacteur afin de contrôler les paramètres de croissance bactérienne et de production d’acide lactique (pH, pO2, agitation, production d’acide lactique). Puis une purification de l’acide lactique a été menée par chromatographie échangeuse d’ions. Cette technique a été réalisée en deux étapes clés utilisant successivement une colonne cationique forte et une colonne anionique faible. L’acide lactique purifié a été polymérisé par ouverture de cycle (ROP). Durant toutes ces recherches, la chimie verte a été mise au premier plan d’une part par le sujet de l’étude (valorisation de la biomasse végétale) mais aussi d’autre part par le choix des méthodes employées (pas de solvants, peu de produits chimiques, méthodes propres, économiques et renouvelables). / This thesis is articulated around the lignocellulosic biomass valorization to develop a fully sustainable, green and cheap route of PLA production. During a first study, two pretreatments have been realized on the lignocellulosic biomass in order to release the fermentable sugars. Several fermentations strategies have been considered and a screening of the couples microorganisms / biomasses has been performed in order to select the best strategy and the best couple microorganism / biomass for lactic acid production. The lactic acid bacteria, Lactobacillus casei and Lactobacillus delbrueckii and wheat bran have been selected to produce lactic acid via a liquid state fermentation on the acid hydrolysate obtained thanks to a diluted acid pretreatment on the wheat bran. During a second study, the chosen strategy has been optimized and scaled-up in order to increase the lactic acid concentration. Liquid state fermentations have been made in a bioreactor in order to control parameter needed for the optimal growth and consequently the optimal lactic acid production (pH, pO2, agitation, acid lactic production). Then, the lactic acid purification has been performed by ion exchange chromatography. This technic was made in two key steps using a strong cationic column and a weak anionic column successively. Finally, the purified lactic acid was then polymerized by ring opening polymerization (ROP). During all the researches, the green chemistry has been placed in the first plan in one hand by the choice of the topic of the study (biomass valorization) and in a second hand by the choice of each employed method (no solvent; few chemical products; sustainable, cheap and green methods).

Les couches de conversion actuellement utilisées dans l'industrie aéronautique, pour protéger le métal de la corrosion et favoriser l'adhérence de la peinture, contiennent du chrome hexavalent, composé toxique et cancérigène dont l'utilisation va prochainement être interdite par la réglementation européenne REACh. L'une des pistes envisagée pour remplacer ces couches chromatées est l'utilisation de couches de conversion TCP (Trivalent Chromium Protection). Ces travaux portent sur l'étude des couches de TCP et s'attachent à caractériser chaque étape du traitement de surface industriel, incluant les étapes de prétraitement et de post-traitement. Des techniques d'analyse de surface (XPS, ToF-SIMS, AFM, MEB et PM-IRRAS) ont été utilisées pour analyser la composition chimique et la morphologie de la surface après chaque étape du traitement. Cette étude a été réalisée sur un alliage d'aluminium AA 2024-T3, très utilisé en aéronautique pour ses propriétés mécanique, mais présentant une faible résistance à la corrosion. Les résultats obtenus ont notamment mis en évidence que la couche de TCP se forme sur toute la surface de l'alliage (composés intermétalliques et cavités), et ont permis de comprendre comment le post-traitement permet d'améliorer la résistance à la corrosion de la couche de TCP. Ces travaux s'intéressent également à des couches de conversion sans chrome, à base de zirconium, étudiées ici pour servir de point de départ au développement d'une conversion sans chrome qui respecterait les exigences de résistance à la corrosion. / Conversion coatings are used in aerospace industry to protect the metal from corrosion and to promote paint adhesion. Currently, chromate conversion coatings are used, but chromate is toxic and carcinogenic and its use will be forbidden by the European REACh regulation. TCP (Trivalent Chromium Protection) conversion coatings, are considered as a promising alternative to replace chromate conversion coating. This work focuses on the characterisation of the TCP layer and considers each step of the industrial surface treatment, including pre-treatment and post-treatment steps. Surface analytical techniques (XPS, ToF-SIMS, AFM, SEM and PM-IRRAS) were used to analyse the chemical composition and morphology of the surface after each step in the process. This work was done on an aluminium alloy AA 2024-T3, commonly used in the aerospace industry for its good mechanical properties, but poorly resistant to corrosion. The results obtained demonstrate, among other things, that the TCP layer totally covers the surface (intermetallic compounds and cavities) and enable to understand how the post-treatment can improve the corrosion resistance of the TCP coating. This work also focuses on conversion coating based on zirconium, which are studied here to be used as a starting point to develop a new conversion coating without chromium, meeting the corrosion resistance requirement.

La patate douce est un tubercule appartenant à l'ordre des polémoniales et à la famille des convolvulacées. Il contient de l’amidon, qui est l’élément principal, des dextrines, du ß-carotène, puis d’autres éléments nutritifs en quantités variables. L’objectif de la thèse a été de valoriser la patate douce sous forme de farines et de mettre en évidence les potentialités technologiques de ces farines. Deux études complémentaires ont été réalisées au cours de ce travail de thèse, la première concerne l’étude de l’impact des prétraitements thermiques et chimiques sur les propriétés physicochimiques, thermiques, rhéologiques et fonctionnelles des farines issues de patates douces ayant : TPD (tranche de patate douce non prétraitée), TPDCaCl2 (tranche de patate douce prétraitée au CaCl2) et enfin TPDB (tranche de patate douce prétraitée par blanchiment). Il en résulte une légère augmentation de la teneur en sucres réducteurs dans les farines TPDCaCl2 par rapport aux farines TPDB et TPD. Cependant, la valeur de L* (luminance) dans la farine TPDB était inférieure à celles des farines TPDCaCl2 et TPD. La teneur en calcium était relativement élevée dans la farine TPDCaCl2 (120,6 mg/100g) par rapport aux farines TPD et TPDB (respectivement, 77,8 et 67,6 mg/100g). Les valeurs d’enthalpie de gélatinisation et de module élastique (G’) étaient supérieures dans la farine TPDCaCl2. La capacité de gonflement était élevée dans les farines blanchies. Il a également été constaté une légère augmentation de la constante d'énergie de liaison d'eau du modèle BET dans les farines traitées au CaCl2 et une augmentation marquée pour les farines blanchies. De cette étude, on déduit que les farines traitées au CaCl2 possèdent les propriétés physicochimiques les plus intéressantes pour une application en panification et dans la formulation alimentaire. Dans une seconde étude, les essais de panification ont été réalisés avec différents taux d’incorporation à la farine de blé (0, 10, 15, 20, 25 et 30 %) des farines de patate douce traitées au CaCl2 afin de déterminer le taux d’incorporation optimal permettant de réaliser un compromis entre l’amélioration des propriétés nutritionnelles et la diminution des propriétés rhéologiques de la pâte à pain, suite à l’incorporation de farine de patate douce. Les paramètres texturaux des pâtes ont été déterminés. Il en résulte une diminution de la cohésion, la valeur de a* (échelle de couleurs rouge-vert) a augmenté avec l’augmentation du taux de substitution, contrairement aux valeurs de la luminance L* qui ont diminué. Finalement, la farine de patate douce pouvait être incorporée dans une formulation de panification jusqu’à 25 % sans dépréciation notable des qualités organosensorielles des pains / Sweet potato is an edible tuber belonging to the order of Solanales and Convolvulaceae family. It contains starch, which is the main component, dextrins, ß-carotene, and other nutrients in varying amounts. The thesis aimed promoting the use of sweet potato as flour by highlighting its nutritional potential. Two complementary studies were carried out in this thesis work, the first concerned the study of the impact of thermal and chemical pretreatments on physicochemical, thermal, rheological, and functional properties of sweet potatoes flours obtained after different pretreatments : TPD (unpretreated sweet potato slices), TPDCaCl2 (CaCl2- pretreated sweet potato slices) and finally TPDB (bleached sweet potato slices). These results show a slight increase in reducing sugar content in TPDCaCl2flour compared to TPDB and TPD flours. However, the value of L* (luminance) in the TPDB flour was below the ones ofTPDCaCl2 and TPD flours. The calcium content was relatively high in TPDCaCl2 flour (120.6 mg / 100 g) compared to TPD and TPDB flours (respectively, 77.8 and 67.6 mg / 100g). The gelatinization enthalpy and elastic modulus (G’) were higher in the TPDCaCl2 flour. The swelling capacity was high in bleached flour. It was also noticed a slight increase in the water binding energy constant of the BET model in CaCl2-pretreated and blanched. In this study, it was deduced that the flours pretreated with CaCl2 have physicochemical properties interesting for bakery and food formulation applications. In the second part of the thesis study, baking tests were carried out with different levels of incorporation to wheat flour (0, 10, 15, 20, 25 and 30 %) of the CaCl2-pretreated sweet potato flour in order to determine the optimal incorporation level allowing the compromise between improved nutritional properties and the decreased rheological properties of the dough, due to the sweet potato flour incorporation. Textural parameters of doughs were determined. This resulted in a decrease in cohesion and an increase in the value of a* (red - green color scale) with increasing the degree of substitution, in contrast to the luminance L * values which felt. Finally, sweet potato flour could be incorporated into a bread formulation up to 25 % without significant impairment of sensory organic qualities of bread

Compte tenu de la forte incitation réglementaire à la valorisation de déchets de cuisine, le développement de procédés de méthanisation à petite échelle (10 à 100 T de déchets par an) pourrait voir un essor potentiellement important. Cependant, la simplicité (préparation limitée des substrats, peu d'apport d'eau) et la robustesse (stabilité) du procédé représente des enjeux cruciaux pour valider cette échelle de fonctionnement. Dans le procédé de méthanisation, l'étape de l'hydrolyse reste la plus limitante due, d'une part, à une lente cinétique, qui provoque une dégradation non uniforme des carbohydrates structuraux (p.ex. la cellulose), et d'autre part, d'une transformation rapide des composants facilement biodégradables, ce qui peut générer une accumulation des acides gras volatiles, conduisant à une inhibition de l'activité méthanogène. Dans l'objectif de surmonter les problèmes liés à l'étape de l'hydrolyse, de nombreux travaux ont été menés sur les prétraitements mécaniques, thermiques, ou chimiques de la matière organique. En comparaison, l'utilisation d'une pré-étape aérobie a été relativement peu étudiée. Un prétraitement aérobie pourrait aider à éliminer les fractions les plus biodégradables pour limiter les risques d'acidose du milieu et à mieux dégrader certaines fractions de la matière organique plus résistante. Toutefois l'utilisation d'un prétraitement aérobie peut provoquer une oxydation excessive des déchets, limitant leur potentiel méthanogène. Par conséquent, il est indispensable de bien maîtriser les conditions d'aération. Ce travail de thèse avait donc l'objectif de valider l'impact du prétraitement aérobie dans la digestion anaérobie de déchets de cuisine et de suggérer quel mode de mise en œuvre du prétraitement aérobie faudrait préconiser. / Given the strong incentive to source separation of organic fractions of household waste, the development of anaerobic processes on a small scale (10 to 100 t of waste per year) could see significant growth. However, to validate this scale of operation, stability and efficiency of the treatment process will represent crucial issues. Concerning anaerobic processes, the hydrolysis step is the limiting step for two reasons. First, due to relatively slow kinetics, non-uniform degradation of structural carbohydrates (e.g. cellulose) may be produced. On the other hand, the rapid transformation of easy biodegradable compounds produces a rapid production of volatile fatty acids, which may lead to their accumulation, inhibiting the methanogenic activity. To overcome the problems associated with the hydrolysis step, many studies have been conducted on the mechanical, thermal or chemical pre-treatment of the organic matter introduced into the digesters. In comparison, the use of an aerobic biological pre-stage has been relatively less studied. Aerobic degradation can indeed eliminate more biodegradable fractions to reduce the risk of acidosis in the digester and enhance the degradation of some recalcitrant organic fraction. However the duration of the aerobic treatment should be well managed not to oxidize excessively the methanogenic potential of the pre-treated organic waste. The aim of the thesis was be to validate the effectiveness of a pre-treatment to improve the anaerobic digestion of food waste and to suggest the best ways to implement this pre-treatment.