Le développement du concept de chimie analytique « verte » représente l’une des préoccupations majeures du tout début du 21ème siècle ; elle a amené les différents acteurs du domaine à s’interroger sur le bien-fondé du développement de méthodes ayant un impact sur l’environnement et sur l’homme. Dans le domaine de l’analyse des lipides, les séparations par classe nécessitent de travailler sur une très large gamme de polarité, conséquence directe de la diversité des structures et des solubilités mises en jeu. La chromatographie en phase normale (NPLC) permet de réaliser l’élution des composés par ordre de polarité croissante. La mise en solution des classes lipidiques nécessite le recours à des mélanges de solvants incluant le chloroforme, le n-heptane, dichlorométhane. Les solvants organiques classiquement utilisés en NPLC, bien que performants, soulèvent aussi de nombreux problèmes liés à leur toxicité pour l'homme et l'environnement, leur volatilité, ou encore leur origine quand ils sont issus des hydrocarbures fossiles. Une des voies envisagée est la substitution de ces solvants par des solvants alternatifs, tels ceux proposés par les différents acteurs de la chimie verte. L'intérêt suscité par ces solvants est prometteur en termes de réduction de l'utilisation de solvants avec un impact significatif sur l'environnement. Les propriétés de la chromatographie en phase dioxyde de carbone supercritique sont semblables à la NPLC et offrent également une alternative verte à cette méthode. Ce travail a mis en évidence que des méthodes de séparation pourraient être développées avec des solvants alternatifs au n-heptane, au méthanol et au chloroforme. Leur utilisation est compatible avec la chromatographie liquide et la chromatographie supercritique et offre une meilleure sélectivité en termes de séparation des classes de lipides. La compatibilité de solvants alternatifs avec ELSD et la spectrométrie de masse a également été évaluée, ce qui a montré que l'absence de pureté suffisante pourrait être un problème. Cependant, ce problème a également été observé avec l'utilisation de solvants commerciaux, qui présentaient des impuretés telles que des acides gras, des polymères et des antioxydants. / Green analytical chemistry development represents one of the main issues of the 21th century. Many investigators in analytical chemistry are actually involved in the development of well-established analytical methods that prevent irreversible damage to humans and environment. In the domain of lipid analysis, structural diversity as well as difference in solubility of these compounds is leading to work with a very large polarity range to separate lipids by classes. The normal-phase liquid chromatography (NPLC) allows realising the elution of compounds in order of increasing polarity. The solubilisation of lipid classes requires the use of a mixture of several solvents, among them chloroform, n-heptane, dichloromethane. Moreover, organic solvents traditionally used in NPLC, although well performing are raising different problems due to their original source, i.e. fossil hydrocarbons, volatility and toxicity for humans and environment. One of the ways to avoid such solvents is the substitution with alternative solvents, as proposed by various players in green chemistry. The interest raised by these solvents, is promising in terms of reduction of solvent use with a significant environmental impact. The properties of supercritical fluid chromatography using CO₂ are similar to NPLC and also offer a green alternative to this method. This work has highlighted that separation methods could be developed with alternative solvents to n-heptane, methanol and chloroform. Their use is compatible with liquid and supercritical chromatography and offer better selectivity in terms of separation of lipid classes. The compatibility of alternative solvents with ELSD and mass spectrometry was also evaluated, which showed that the unavailability of sufficient purity could be an issue. However, this problem was also observed with the use of commercial solvents, which presented impurities such as fatty acids, polymers and antioxidants.

Ces dernières années, l’intérêt croissant porté aux considérations environnementales et à la sécurité des procédés pose la question de l’utilisation de solvants pétrochimiques nocifs non renouvelables tels que l’hexane, mais aussi de la quantité d’énergie investie dans le procédé de trituration des graines oléagineuses. L’objectif de cette thèse a donc consisté en la recherche et le développement de procédés d’éco-extraction d’huile végétale, issue de graines oléagineuses, grâce à des technologies innovantes (ultrasons et micro-ondes) et des solvants alternatifs plus respectueux de la santé et de l’environnement. La première partie de ce manuscrit propose en premier lieu l’optimisation du procédé d’extraction à l’hexane d’huile de colza à partir d’écailles de pression avec des ultrasons. Bien que ceux-ci aient un impact positif sur les rendements, le temps d’extraction et la consommation de solvant, l’utilisation de l’hexane reste problématique. Dans une deuxième partie, la substitution de l’hexane par des solvants alternatifs plus « verts » a donc été considérée. Une première approche expérimentale a été complétée par une approche prédictive grâce à l’utilisation d’outils d’aide à la décision : les paramètres de solubilité de Hansen et le modèle COSMO-RS. Cette démarche a conduit à la sélection d’un solvant, le 2-méthyltétrahydrofurane, pour la réalisation d’une étude complète allant de l’échelle laboratoire à l’échelle pilote. Dans une troisième et dernière partie, la combinaison de solvants alternatifs avec une technique innovante, les micro-ondes, pour l’extraction d’huile colza à partir d’écailles de pression a été envisagée. Cette étude a mis en évidence l’intérêt des micro-ondes dans le cas d’une sélectivité de chauffage entre la biomasse et le solvant. / In recent years, the growing interest in environmental considerations and process safety raises the issue of the use of non-renewable petrochemical harmful solvents such as hexane, but also the amount of energy invested in the process of oilseed crushing. The objective of this thesis has consisted in the research and development of green extraction processes of vegetable oil from oil seeds through innovative technologies (ultrasonic and microwave) and alternative solvents more respectful of health and environment. The first part of this manuscript describes the optimization with ultrasound of the extraction process, using hexane, of oil from rapeseed cake. Although ultrasound have a positive impact on extraction yield, extraction time and solvent consumption, the use of hexane remains questionable. In the second part, substituting hexane by "green" alternative solvents has been considered. A first experimental approach was supplemented by a predictive approach through the use of decision tools: Hansen solubility parameters and COSMO-RS model. This led to the selection of a solvent, 2-methyltetrahydrofuran, for conducting a comprehensive study from laboratory to pilot scale. In a third and final part, the combination of alternative solvents with an innovative technology, microwaves, for the extraction of oil from rapeseed cake was investigated. This study highlighted the benefit of microwaves in the case of a selective heating between biomass and solvent.

L'objectif de cette thèse est de mettre en place des outils permettant l'éco-purification de produits naturels par chromatographie de partage centrifuge (CPC), une technique préparative permettant la séparation de composés grâce à un système solvant constitué de deux liquides non miscibles. Ce manuscrit expose dans un premier temps une brève présentation des différentes techniques préparatives fréquemment utilisées pour la purification de produits naturels, puis détaille la technique de chromatographie de partage centrifuge. Le concept de chimie verte est alors introduit avant d'exposer la manière dont il sera pris en compte par la suite. Ainsi, un développement de méthode CPC à petite échelle, dans le but de limiter la consommation de solvants et la production de déchets, tout en limitant la consommation d'énergie, est illustré par la purification du carnosol issu du romarin. Par la suite, une nouvelle méthodologie de changement d'échelle en CPC est introduite, afin de pouvoir augmenter de manière efficace la productivité d'une méthode de purification, sans avoir à la redévelopper à grande échelle. L'utilisation de cette méthodologie peut notamment permettre à un utilisateur CPC de réduire considérablement sa consommation de solvants et d'énergie, tout comme sa génération de déchets chimiques. Cette méthodologie de changement d'échelle est appliquée dans le cadre de la purification du carnosol développée en amont. Enfin, la dernière partie de ces travaux est consacrée à la substitution de solvants d'origine pétrolière, par des solvants plus respectueux de l'environnement, principalement d'origine agro-sourcée / The main objective of this thesis is to propose some clues for natural products eco-purification by centrifugal partition chromatography (CPC), a preparative separation technique that uses a biphasic solvent system. First, the manuscript describes the differents preparative techniques commonly used for natural products purification. Then, the centrifugal partition chromatography technique is detailed. The green chemistry concept is subsequently introduced and discussed in regard to its application in purification process. A method development is realized on a small scale CPC, illustrating the reduction of solvent consumption and waste production, through the carnosol purification from rosemary. Later, a new scale-up methodology for CPC is introduced to efficiently transfer the method on larger instrument and increase production. This new methodology will allow for a CPC user to reduce solvent and energy consumption and chemical wastes discharges. This scale-up methodology is then applied to carnosol purification from a rosemary solid extract. Finally, the last part of this manuscript is devoted to petroleum solvents substitution by more environmentally friendly solvents like bio-sourced solvents

Les huiles essentielles et les arômes des plantes constituent un réel potentiel pour l’industrie dans le but de substituer aux composés synthétiques ayant des effets néfastes sur la santé et l’environnement. Afin de contribuer aux principes de la chimie verte, cette étude porte sur l’éco-extraction et la valorisation des extraits naturels des plantes et le développement d’une nouvelle technologie «verte» pour l’extraction des composés aromatiques naturels. La première partie de ce manuscrit mets en évidence les propriétés biologiques des huiles essentielles et des arômes et l’importance de leurs applications dans différents domaines surtout le domaine agroalimentaire. Dans la deuxième partie, les études sur les propriétés biologiques des huiles essentielles des plantes des Alliacées montrent leurs bonnes activités antioxydantes et antimicrobiennes. Ces résultats encourageants ont permis dans la troisième partie de valoriser les sous-produits d’oignon issus de la turbo hydrodistillation et qui sont considérés normalement comme déchets. La technique offre une bonne extraction des composés phénoliques et des flavonoïdes utilisant l’eau comme solvant naturel. La quatrième et la dernière partie de ce travail s’est orientée vers l’optimisation et le développement d’une technologie « verte» utilisant les ultrasons et l’huile de tournesol comme solvant naturel pour l’extraction des composés aromatiques du thym. Cette nouvelle approche écologique permet l’extraction des absolues dépourvues de cire et des résidus de solvants pétroliers, contenant la teneur la plus élevée en thymol et exerçant la plus forte activité antioxydante. / Plant essential oils and aromas are a real potential for the industry to substitute the synthetic compounds that might have harmful effects on the human health and the environment. In order to contribute to the green chemistry principles, this study focuses on the “eco-extraction” and valorization of natural plant extracts and the development of a new «green» technology for the extraction of aromatic compounds. The first part of this manuscript highlights the biological properties of the essential oils and aromas and the importance of their applications in various sectors especially in the food industry. In the second part, studies on the biological properties of the essential oils from plants of the Alliaceae family show their good antioxidant and antimicrobial activities. These encouraging results have allowed in the third part to evaluate the onion by-products resulting from the turbo hydrodistillation, which are normally considered as waste. The technique offers a good extraction of flavonoids and phenols using water as natural solvent. The fourth and final part of this work deals with the optimization and the development of a «green» technology using ultrasound and sunflower oil as a natural solvent for the extraction of aromatic compounds from thyme. This new ecological approach allows the extraction of absolutes free from waxes and petroleum solvent residues, having the highest content in thymol and exerting the strongest antioxidant activity.