Chaque année, l'industrie acéricole produit d'importantes quantités de sous-produits, composés essentiellement de sirops déclassés ne répondant pas aux normes de qualité et de résidus de filtration (appelés « râches ») provenant du processus pour obtenir un sirop d'érable limpide. Par souci de durabilité et d'efficacité économique, il est crucial d'explorer de nouvelles voies pour valoriser ces sous-produits. Parallèlement, l'industrie porcine recherche des solutions pour améliorer la santé de ses porcelets, notamment pendant la période critique du sevrage, marquée par des épisodes diarrhéiques qui entrainent des pertes de poids et des dysbioses, résultant en un retard de croissance. Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'explorer le potentiel de valorisation de certains des sous-produits de l'industrie acéricole par le développement de nouveaux produits à haute valeur ajoutée destinés à la nutrition animale. De façon plus spécifique, ce projet de doctorat avait comme objectif de développer et caractériser un produit synbiotique à base de sous-produits de l'érable et d'évaluer son potentiel comme supplément nutritionnel en production porcine. Dans une première partie, nous avons caractérisé les sous-produits acéricoles en analysant leurs propriétés physicochimiques (degré Brix, viscosité, couleur, pH), leur composition chimique (carbohydrates, acides organiques, polyphénols et minéraux) ainsi que leur digestibilité in vitro. D'une part, pour la râche, les analyses physicochimiques ont montré une très grande variabilité entre les échantillons en fonction de l'origine du produit et de la saison. D'autre part, l'analyse des sirops déclassés (filant et bourgeon) a démontré une composition similaire au sirop d'érable standard, avec notamment une teneur élevée en polyphénols et la présence de polysaccharides, suggérant un fort potentiel d'utilisation comme source de molécules prébiotiques. La deuxième partie a portée sur l'évaluation du potentiel probiotique de Bacillus velezensis FZB42 (=DSM 23117) pour l'alimentation animale. La croissance de la souche, sa susceptibilité aux antibiotiques et ses caractéristiques génomiques telles que les gènes de virulence ainsi que sa survie aux conditions physiologiques du tube digestif de porcelet, ont été évalués à l'aide de différentes approches in vitro. Ces résultats ont mis en lumière le potentiel de B. velezensis FZB42 comme souche probiotique pour le développement du produit synbiotique à base de sous-produits de l'érable. Dans la troisième partie de la thèse, nous avons développé, en partenariat avec des chercheurs de l'Université de Sherbrooke, un procédé de fermentation utilisant la souche bactérienne Bacillus velezensis FZB42, en vue de la création du produit synbiotique à base de sous-produits de l'érable. Les conditions optimales de fermentation ont été établies, d'abord en petits volumes, puis validées dans un bioréacteur de 25 litres. Un procédé de séchage par atomisation a ensuite été développé et optimisé pour le conditionnement du produit synbiotique et sa conservation à long terme. Ce synbiotique a par la suite été évalué à l'aide du modèle digestion in vitro TIM-1. Les résultats obtenus ont montré sa capacité de survie en atteignant le côlon. La quatrième et dernière partie de cette étude a consisté en un test in vivo, où des porcelets en post-sevrage ont été nourris avec une moulée additionnée du supplément synbiotique. Les résultats ont démontré une amélioration des performances zootechniques, à savoir, une meilleure croissance, un gain de poids quotidien plus élevé et un ratio nourriture / poids au moins égal à celui obtenu avec les antibiotiques. La supplémentation avec ce synbiotique a entraîné une augmentation des concentrations d'acides gras à chaîne courte dans le côlon. De plus, une modulation positive du microbiote colique a été observée, avec une diminution de la proportion du genre Terrisporobacter et une augmentation de la proportion du genre Streptococcus. En conclusion, les recherches entreprises dans le cadre de cette thèse ont permis de réaliser une caractérisation poussée des sous-produits de l'industrie acéricole et de développer une formule synbiotique à base de ces produits et contenant B. velezensis comme souche probiotique. Ce synbiotique ayant ensuite été consommé par des porcelets en post-sevrage. Ces résultats répondent, non seulement à un enjeu économique et écologique pour l'industrie acéricole par la valorisation des sirops d'érable déclassés et des râches, mais également à un enjeu sanitaire global, en contribuant à la lutte contre la résistance aux antibiotiques. / Every year, the maple syrup industry produces significant quantities of by-products, primarily composed of downgraded syrups that do not meet quality standards and filtration residues (referred to as "râches") from the process to achieve clear maple syrup. For sustainability and economic efficiency, it is crucial to explore new ways to valorize these by-products. Meanwhile, the pork industry is looking for solutions to improve the health of its piglets, especially during the critical weaning period marked by diarrheal episodes that lead to weight loss and dysbiosis, resulting in growth retardation. Thus, the goal of this thesis is to explore the potential for valorizing certain by-products of the maple syrup industry by developing new high-value products for animal nutrition. More specifically, this doctoral project aimed to develop and characterize a synbiotic product based on maple by-products and evaluate its potential as a nutritional supplement in pig production. In the first part, we characterized the maple by-products by analyzing their physicochemical properties (?Brix, viscosity, color, pH), chemical composition (carbohydrates, organic acids, polyphenols, and minerals), and in vitro digestibility. On the one hand, for the « râche », physicochemical analyses showed a great variability among samples depending on the product's origin and season. On the other hand, the analysis of downgraded syrups (ropy and buddy), showed a composition similar to standard maple syrup, notably high in polyphenols and the presence of polysaccharides, suggesting a strong potential for use as a source of prebiotic molecules. The second part focused on evaluating the probiotic potential of Bacillus velezensis FZB42 (=DSM 23117) for animal feed. The strain's growth, antibiotic susceptibility, and genomic characteristics, such as virulence genes, as well as its survival under physiological conditions of the piglet digestive tract, were evaluated using different in vitro approaches. These results highlighted the potential of B. velezensis FZB42 as a probiotic strain for the development of the synbiotic product based on maple by-product. In the third part of the thesis, we developed, in partnership with researchers from the University of Sherbrooke, a fermentation process using the bacterial strain Bacillus velezensis FZB42, aimed at creating the synbiotic product based on maple by-products. Optimal fermentation conditions were established, first in small volumes and validated in a 25-liter bioreactor. Then a spray drying process was developed and optimized for the packaging and long-term preservation of the synbiotic product. Subsequently, this symbiotic was evaluated using the in vitro digestion model TIM-1. The results showed its ability to survive, reaching the colon. The fourth and final part of this study consisted of an in vivo test, in which post-weaning piglets were fed a feed supplemented with the synbiotic. The results demonstrated improved zootechnical performance, namely better growth, higher daily weight gain, and at least an equal feed-to-weight ratio compared to that obtained with antibiotics. Supplementation with this synbiotic led to an increase in short-chain fatty acid concentrations in the colon. Additionally, positive modulation of the colonic microbiota was observed, with a decrease in the proportion of the genus Terrisporobacter and an increase in the proportion of the genus Streptococcus. In conclusion, the research undertaken in this thesis enabled a thorough characterization of the maple syrup industry by-products and the development of a symbiotic formula based on these products and containing B. velezensis as a probiotic strain. This synbiotic was subsequently consumed by post-weaning piglets. These results address not only an economic and ecological challenge for the maple syrup industry by valorizing downgraded syrups and râches but also a global health issue by contributing to the fight against antibiotic resistance.

Titre de l'écran-titre (visionné le 19 octobre 2023) / Les produits de Cannabis sativa L. comestibles tels que les teintures alcooliques et les huiles contenant des cannabinoïdes sont en vogue. Ces extractions liquides sont souvent fabriquées avec des inflorescences de cannabis à partir d'éthanol et d'huile alimentaire, car les cannabinoïdes sont solubles dans ces solvants. Cependant, l'utilisation d'inflorescences pour fabriquer ces produits n'est pas idéale en matière de valeur ajoutée. Ce mémoire propose donc des méthodes d'extraction des cannabinoïdes valorisant les sous-produits de l'industrie du cannabis. Les sous-produits consistent en un mélange d'effeuillures, de feuilles, de tiges et de branches de cannabis. L'objectif principal de ce mémoire est de développer des procédés d'extraction de cannabinoïdes des sous-produits du cannabis par macération à température ambiante dans l'alcool et par macération à chaud dans l'huile végétale. Le premier objectif spécifique est de déterminer s'il est possible d'atteindre une concentration seuil définie de 6 mg/mL en cannabinoïdes totaux dans les teintures alcooliques et les huiles de cannabis obtenues respectivement par la macération à température ambiante des sous-produits du cannabis dans l'éthanol 70% et par la macération à chaud des sous-produits dans l'huile végétale. Le deuxième objectif spécifique de cette étude tente de démontrer quelle méthode d'extraction entre celle à base d'éthanol 70% et celle à base d'huile végétale possède le meilleur pouvoir d'extraction des cannabinoïdes. Pour atteindre les objectifs, les cannabinoïdes présents dans les sous-produits à valoriser sont caractérisés ainsi que les cannabinoïdes extraits à l'aide de l'éthanol et de l'huile végétale. Leur caractérisation est effectuée par HPLC et les résultats sont analysés statistiquement. D'après les résultats, la moyenne du marqueur des cannabinoïdes totaux avec le facteur de conversion (Total CANNAB) est de 0,97 mg/mL ± 0,13 pour la teinture de cannabis et de 1,57 mg/mL ± 0,21 pour l'huile de cannabis et ces moyennes sont significativement différentes et inférieures à la concentration seuil définie de 6 mg/mL à α = 5%. Cela signifie qu'il est possible de développer des procédés d'extraction de cannabinoïdes des sous-produits du cannabis par macération à température ambiante dans l'alcool et par macération à chaud dans l'huile végétale. Cependant, il n'est pas possible d'atteindre une concentration seuil définie de 6 mg/mL en cannabinoïdes totaux dans les teintures et les huiles de cannabis étudiées. Également, les résultats révèlent qu'il y a une différence significative à α = 5% entre la moyenne de Total CANNAB de la teinture et de l'huile. Ainsi, dans ce projet de recherche, la méthode d'extraction à partir d'huile végétale possède un meilleur pouvoir d'extraction des cannabinoïdes comparativement à celle à base d'éthanol 70%.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2023 / Le sang d'abattoir est un sous-produit de valeur pour l'industrie de la viande, car de nombreux composés bioactifs peuvent en être dérivés. Sa fraction solide (cruor) se compose principalement d'hémoglobine (Hb), duquel une bonne source de peptides antimicrobiens et antioxydants qui peuvent être libérés par hydrolyse pepsique. Cette approche présente un grand potentiel pour l'industrie de la viande en raison du marché croissant des ingrédients bioactifs naturels et de leur utilisation potentielle pour la biopréservation des aliments. En effet, cette approche a été largement étudiée sur l'hémoglobine bovine (Hb-B), suivant un concept d'économie circulaire dans lequel les peptides bioactifs sont réutilisés pour conserver les produits carnés. Néanmoins, cette alternative de valorisation fait face à quelques défis tels que l'exploration d'autres sources importantes d'hémoglobine comme l'hémoglobine porcine (Hb-P), l'optimisation du processus d'hydrolyse, et la validation de ses propriétés bioactives afin d'obtenir une application à plus fort impact sur la durabilité de l'industrie de la viande. Dans ce contexte, il est nécessaire d'explorer à la fois de nouvelles sources d'hémoglobine et de nouvelles alternatives technologiques pour sa valorisation et son application de manière plus éco-efficiente. Ainsi, l'objectif principal de ce projet de recherche était d'évaluer la faisabilité de l'obtention de peptides antimicrobiens et antioxydants pour la biopréservation alimentaire à partir d'Hb-P par hydrolyse pepsique et traitements par champs électriques pulsés (CÉP), qui a été divisée en trois étapes principales. La première étape visait à établir les meilleures conditions pour l'hydrolyse pepsique de l'Hb-P et établir les similitudes avec la principale source de peptides antimicrobiens identifiés à ce jour (Hb-B). Par conséquent, au cours de cette étape a évalué l'influence du pH (pH 2, 3, 4 et 5) a été évaluée sur l'activité antimicrobienne et la population de peptides des hydrolysats pepsiques dérivés de Hb-P en comparaison avec Hb-B. Des similarités dans la population peptidique entre les hydrolysats d'Hb-B et d'Hb-P ont été observées, principalement lors de l'hydrolyse enzymatique à pH 2 et 3. Les hydrolysats bovins et porcins produits à pH 2 et 3 ont montré une activité antibactérienne contre *Listeria ivanovii* (CMI = 0,62 - 1,25 mg/mL) et une activité anti-levure contre *Rhodotorula mucilaginosa* (CMI = 0,31 - 1,25 mg/mL). À l'inverse, seule une activité antifongique contre *Mucor racemosus* dans l'hydrolysat de porc à pH 3 a été observée (CMI = 1,25 mg/mL). Cette étude a confirmé les similitudes de l'Hb-B et de l'Hb-P en termes de profils peptidiques et d'activité antimicrobienne, ce qui indique que l'Hb-P est également une source appropriée de peptides antimicrobiens ayant des activités antibactériennes, antifongiques et anti-levures. Après avoir étudié les possibilités d'améliorer les conditions de l'hydrolyse pepsique conventionnelle de l'Hb-P, l'utilisation de technologies non conventionnelles pour améliorer le processus enzymatique a aussi été explorée. Une deuxième étude a été menée pour évaluer l'impact des CÉP sur l'inactivation de la pepsine dans les hydrolysats d'Hb-P et d'Hb-B, caractériser les populations de peptides après l'inactivation de la pepsine par les CÉP, et évaluer les effets du traitement CÉP et du pH final (3, 7 et 10) sur les activités antimicrobiennes et antioxydantes des hydrolysats finaux. Dans ce cas, l'Hb-B et l'Hb-P ont été hydrolysées par la pepsine dans les conditions optimales établies précédemment (37 °C à pH 3,0 pendant 3 h) et traitées par CÉP (73 impulsions, 23,8 kV/cm, 90 Hz) pour inactiver l'enzyme. Le degré d'hydrolyse (DH) qui a été évalué, n'a montré aucun changement significatif après l'inactivation de la pepsine par les CÉP, alors que l'analyse de la population peptidique par RP-UPLC-MS/MS a mis en évidence quelques changements dans les hydrolysats traités par les CÉP au fil du temps, suggérant une activité résiduelle de la pepsine. Les traitements par CÉP n'ont pas montré d'impact significatif sur les activités antimicrobiennes (antibactériennes, antifongiques et anti-levures). Cependant, un pH final plus élevé (pH 10) a favorisé une plus forte activité anti-levure (*R. mucilaginosa*), tandis qu'un pH de 7 a favorisé l'activité antifongique (*M. racemosus*). Malgré certains changements observés dans la population de peptides, aucun effet positif ou négatif des CÉP n'a été constaté sur les activités antimicrobiennes et antioxydantes. Après l'évaluation des alternatives pour améliorer l'hydrolyse enzymatique de l'Hb-P, une troisième étape a été réalisée pour explorer les possibilités d'application des hydrolysats d'Hb-P dans le contrôle des microorganismes alimentaires indésirables tels que les organismes pathogènes d'origine alimentaire. Cette étape consistait à évaluer et à comparer la faisabilité d'utiliser des hydrolysats peptidiques dérivés de Hb-P et de cruor porcin (P-Cru) comme stratégie de biocontrôle de *Listeria monocytogenes* dans les produits carnés. À cette fin, des hydrolysats peptidiques ont été préparés à partir de Hb-P et de P-Cru à différentes conditions de température d'hydrolyse et de rapport enzyme/substrat (E/S). Ensuite, l'activité antimicrobienne (*in vitro* et *in situ*) des hydrolysats a été évaluée sur trois sérotypes différents de *L. monocytogenes*. Il a été établi que la réduction de la température et du rapport E/S de l'hydrolyse du P-Cru a affecté le rendement enzymatique, entraînant deux unités de pourcentage de moins de DH par rapport à l'hydrolysat d'Hb-P, ainsi que quelques différences dans la population de peptides. Cependant, l'activité antimicrobienne (*in situ*) n'a pas été affectée de manière significative, diminuant le nombre viable de *L. monocytogenes* de ~1-log et retardant sa croissance pendant 21 jours à 4 °C. Cette étude a prouvé, pour la première fois, la faisabilité de la production d'un agent de biopréservation pour le contrôle de *L. monocytogenes* dans un produit carné prêts-à-manger (PAM) à partir de cruor de porc comme une alternative pour la valorisation du sang d'abattoir dans une approche d'économie circulaire. En résumé, ce projet de recherche a confirmé que, comme l'Hb-B, l'Hb-P est une source appropriée pour la production de peptides antimicrobiens et antioxydants par hydrolyse pepsique. De plus, la faisabilité technologique de l'utilisation des traitements de CÉP pour arrêter l'hydrolyse enzymatique pendant la production de peptides bioactifs dérivés de l'hémoglobine a été validée. Enfin, l'utilisation potentielle des hydrolysats de Hb-P pure et de P-Cru pour la biopréservation des produits carnés PAM contre *L. monocytogenes* a été démontrée. / Slaughterhouse blood is a valuable by-product of the meat industry since multiple bioactive compounds can be derived from it. Its solid fraction (cruor) consists mainly of hemoglobin (Hb), a good source of antimicrobial and antioxidant peptides that can be released by peptic hydrolysis. This approach has great potential for the meat industry due to the growing market for natural bioactive ingredients and their potential use in food biopreservation. Indeed, this approach has been extensively studied on bovine hemoglobin (Hb-B), following a circular economy concept in which bioactive peptides are reused to preserve meat products. Nevertheless, this valorization alternative faces some challenges such as the exploration of other important sources of hemoglobin such as porcine hemoglobin (Hb-P), optimization of the hydrolysis process, and validation of its bioactive properties in order to achieve a higher impact application for the sustainability of the meat industry. In this context, it is necessary to explore both new sources of hemoglobin and new technological alternatives for its valorization and application in a more eco-efficient way. Thus, the main objective of this research project was to evaluate the feasibility of obtaining antimicrobial and antioxidant peptides for food biopreservation from Hb-P through peptic hydrolysis and pulsed electric fields (PEF) treatments, which was divided into three main stages. The first stage aimed at establishing the best conditions for peptic hydrolysis of Hb-P and establish the similarities with the main source of antimicrobial peptides identified to date (Hb-B). Therefore, this stage evaluated the influence of pH (pH 2, 3, 4, and 5) on the antimicrobial activity and the peptide population of peptic hydrolysates derived from Hb-P and compared in parallel with Hb-B. Similarities in the peptide population between Hb-B and Hb-P hydrolysates were observed, mainly in the enzymatic hydrolysis at pH 2 and 3. Both bovine and porcine hydrolysates produced at pH 2 and 3 showed antibacterial activity against *Listeria ivanovii* (MIC = 0.62 - 1.25 mg/mL) and anti-yeast activity against *Rhodotorula mucilaginosa* (MIC = 0.31 - 1.25 mg/mL). Conversely, only antifungal activity against *Mucor racemosus* in the porcine hydrolysate at pH 3 was observed (MIC = 1.25 mg/mL). This study confirmed the similarities of Hb-B and Hb-P in terms of peptide profiles and antimicrobial activity, which indicates Hb-P is also a suitable source of antimicrobial peptides with antibacterial, antifungal, and anti-yeast activities. Having studied the opportunities to improve the conditions of conventional peptic hydrolysis of Hb-P, the use of non-conventional technologies to improve the enzymatic process was also explored. A second study was conducted to evaluate the impact of PEF on pepsin inactivation in hydrolysates of Hb-P and Hb-B, characterize the peptide populations after pepsin inactivation by PEF treatment, and assess the effects of PEF treatment and final pH (3, 7, and 10) on the antimicrobial activities of the final hydrolysates. In this case, Hb-B and Hb-P were hydrolyzed with pepsin under the optimal conditions previously established (37 °C at pH 3.0 for 3 h) and treated with PEF (73 pulses, 23.8 kV/cm, 90 Hz) to inactivate the enzyme. The degree of hydrolysis (DH) was also evaluated, which did not show significant changes after PEF-inactivation of pepsin, whereas the peptide population analysis by RP-UPLC-MS/MS showed some changes in PEF-treated hydrolysates over time, suggesting a residual pepsin activity. PEF treatments did not show any significant impact on antimicrobial (antibacterial, antifungal, and anti-yeast activities). However, higher final pH (pH 10) fostered stronger anti-yeast activity (*R. mucilaginosa*), whereas pH 7 fostered antifungal activity (*M. racemosus*). Even though some changes were observed in the peptide population, no positive or negative effects of PEF were found for the antimicrobial and antioxidant activities. Upon evaluation of the alternatives for improving the enzymatic hydrolysis of Hb-P, a third stage was carried out to explore the opportunities for the application of Hb-P hydrolysates in the control of undesirable food microorganisms such as food-borne pathogens. This stage consisted of evaluating and comparing the feasibility of using peptic hydrolysates derived from Hb-P and porcine Cruor (P-Cru) as a strategy for biocontrol of *Listeria monocytogenes* in meat products. For this purpose, peptic hydrolysates were prepared from Hb-P and P-Cru at different conditions of hydrolysis temperature and enzyme/substrate (E/S) ratio. Then, the antimicrobial activity (*in vitro* and *in situ*) of hydrolysates was compared against three different serotypes of *L. monocytogenes*. As a result, it was established that the reduction of temperature and E/S ratio of P-Cru hydrolysis affected the enzymatic performance, resulting in two percentage units less DH compared to Hb-P hydrolysate, as well as some differences in peptide population. However, the antimicrobial activity (*in situ*) was not significantly affected, decreasing the viable count of *L. monocytogenes* by ~1-log and retarding its growth for 21 days at 4 °C. This study proved, for the first time, the feasibility of producing a biopreservative for the control of *L. monocytogenes* in a ready-to-eat (RTE) meat product from porcine cruor as an alternative for the valorization of slaughterhouse blood under a circular economy approach. To summarize, this research project has confirmed that, similar to Hb-B, Hb-P is a suitable source to produce antimicrobial and antioxidant peptides through peptic hydrolysis. Also, the technological feasibility of using PEF treatments to stop enzymatic hydrolysis during the production of hemoglobin-derived bioactive peptides has been validated. Furthermore, the potential use of both pure Hb-P and P-Cru hydrolysates as biopreservation of RTE meat products against L. monocytogenes has been demonstrated.

Dans certaines usines de traitement d’eau potable, l’ozone est utilisé comme agent oxydant et désinfectant puisqu’il permet de diminuer efficacement la présence de matière organique naturelle (MON), les goûts et odeurs et les microorganismes présents dans les sources d’eau. Toutefois, l’usage de ce produit oxydant, en présence de MON, entraîne la formation de sous-produits de la désinfection ozonés (SPDO) tels que les aldéhydes nonhalogénés (NON-HAL), les haloacétaldéhydes (HAL) et les bromates, substances potentiellement dangereuses pour la santé humaine. Très peu de recherches à grande échelle ont permis de documenter la présence de ces SPD dans l’eau potable. Le nombre important d’échantillons générés dans cette étude de cas permet de documenter les niveaux de ces sous-produits de la désinfection dans les usines et les réseaux de distribution à l’étude. Les résultats démontrent des teneurs en NON-HAL variant entre la limite de détection de la méthode (LDM) et 55,7 μg/L, avec le formaldéhyde et l’acétaldéhyde en plus grande proportion. La présence de HAL se limite principalement à l’hydrate de chloral (CH). Les concentrations de CH varient entre < LDM et 32,5 μg/L. La concentration de bromate dans l’eau a varié entre < LDM et 14 μg/L. Il a aussi été démontré que le chlore liquide peut favoriser la formation de SPDO. De plus, l’injection de chlore liquide dans l’eau est à l’origine de deux transformations de l’acétaldéhyde. Des schémas réactionnels ont été proposés pour présenter ces transformations; celles-ci sont plus rapides en eau chaude qu’en eau froide. À cet effet, la variation saisonnière des SPDO a été traitée dans ce mémoire. Les saisons chaudes semblent favoriser la présence de ces SPD. La dose d’ozone et la nature de la matière organique naturelle sont aussi des facteurs expliquant la variation des SPDO dans les réseaux à l’étude. Dans un deuxième temps, les concentrations de chlorite et de chlorate ont été suivies dans les réseaux de distribution à l’étude. L’utilisation de solutions d’hypochlorite de sodium concentrées démontre une hausse des concentrations de chlorite, de chlorate et de bromate dans l’eau. En réseau de distribution, la rechloration au chlore liquide tend à hausser les concentrations de ces contaminants. Toutefois, les niveaux observés sont toujours sous les normes établies.

La drêche est le principal coproduit de la production brassicole. Riche en protéines et en fibres, sa composition exacte varie selon le type de bière dont elle provient. Malgré ses propriétés nutritionnelles, la principale utilisation pour la drêche est en tant que complément à l'alimentation du bétail. Cette utilisation est limitée et ne constitue pas une source de revenue significative pour les brasseurs qui, généralement, paient pour la disposition de ce coproduit. Une application à plus haute valeur ajoutée serait d'utiliser directement la drêche dans l'alimentation humaine mais, ses propriétés fonctionnelles rendent difficile l'intégration de la drêche dans une formulation alimentaire. C'est pourquoi la valorisation de la drêche par l'extraction de ses composantes d'intérêt pourrait permettre d'obtenir des ingrédients à haute valeur ajoutée plus facile à intégrer dans les aliments. Des études ont été publiées sur l'extraction des protéines de drêche brassicole mais, les données disponibles ne permettent pas d'avoir un portait complet de l'ensemble des propriétés fonctionnelles des extraits obtenus. De plus, plusieurs méthodes d'extraction utilisées nécessitent une expertise et des équipements spécialisés qui les rendent difficilement applicables en milieu industriel. Pour mieux répondre aux besoins actuels de l'industrie et approfondir les connaissances sur la drêche, cette étude a investigué l'impact de l'extraction alcaline avec ou sans précipitation isoélectrique sur les propriétés fonctionnelles d'extraits de drêche. Ainsi, il a été possible d'obtenir des extraits ayant près de 3 fois plus de protéines que la drêche. Les extraits obtenus ont des propriétés fonctionnelles nettement supérieures à la drêche native et des propriétés moussantes et émulsifiantes similaires ou supérieures à un isolat de protéines de lactosérum commercial. La méthode d'extraction peut encore être optimisée mais cette étude a démontré qu'il est possible d'obtenir, avec une transformation simple, un ingrédient utile d'un point de vue fonctionnel à partir de la drêche brassicole, ce qui pourrait représenter une nouvelle avenue de sa valorisation en alimentation humaine. / Brewer's spent grain (BSG) is the main by-product of the brewing industry. Rich in protein and fiber, its exact composition varies depending on the type of beer it comes from. Despite its nutritional appeal, the primary use for BSG is as a supplement to livestock feed. This use is limited and does not constitute a significant source of income for brewers who frequently pay for the disposal of this by-product. A higher value-added use would be to use BSG directly in human food, but its physical properties make it difficult to integrate it directly into food formulations. This is why the valorization of BSG by the extraction of its components of interest could make it possible to obtain ingredients with high added value and more easily integrated into foods. Several studies have been published on the extraction of proteins from brewing grains, but the available data does not provide a complete picture of all the functional properties of the extracts obtained. In addition, several extraction methods used require expertise and specialized equipment which make them difficult to apply in an industrial environment. To better meet the current needs of the industry and deepen knowledge on BSG, this study investigated the impact on the functional and nutritional properties of spent grain extracts obtained from alkaline extraction with or without isoelectric precipitation. Thus, it was possible to obtain extracts with almost 3 times more protein than BSG. The extracts also had functional properties superior to native BSG as well as foaming and emulsifying properties similar or better than a commercial whey protein isolate. The extraction method can still be optimized but this study has demonstrated that it is possible to obtain, with a simple transformation, a useful ingredient from a nutritional and functional point of view from BSG which could represent a new avenue of valorization.

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Ce travail décrit la réactivité du chlore et de la monochloramine sur les aminophénols en solution aqueuse.Cette étude a ciblé, d'une part la détermination des vitesses réactionnelles de chloration et de monochloramination des aminophénols et d'autre part, l'identification des sous-produits d'oxydation formés.Les demandes en oxydant et le potentiel de formation en composés organohalogénés adsorbables (AOX), chloroforme, acides haloacétiques (HAA) and haloacétonitriles (HAN) ont été déterminés lors de la chloration et la monochloramination des aminophénols. Les 3-aminochlorophénols et le 2-amino-3H-phénoxazin-3-one (APX) ont été respectivement identifiés lors de la monochloramination de 3AP et 2AP.L'étude cinétique de la chloration des aminophénols en réacteur continu a montré que les vitesses sont du même ordre de grandeur pour le 2-aminophénol (2AP) et le 3-aminophénol (3AP) à pH neutre. La modélisation cinétique de la chloration du 3AP a indiqué que la forme aminophénolate est la plus réactive vis-à-vis du chlore.Quant à l'étude cinétique de monochloramination du 3AP en réacteur fermé, elle a permis de conclure que la vitesse de monochloramination diminue en passant du pH 7 à 9 et la forme neutre de 3AP est la plus réactive vis-à-vis de la monochloramine. Par comparaison, la vitesse de chloration du 3AP a été plus importante d'un facteur 105 à celle de la monochloramination. / This work describes the reactivity of chlorine and monochloramine with aminophenols in aqueous solution. Chlorination and monochloramination kinetic rates of aminophenols were investigated, first and final oxidation by-products were identified.Oxidant demands and formation potential of adsorbable organic halides (AOX), chloroform, haloacetic acids (HAA) and halonitriles (HAN) were determined during the chlorination and the monochloramination of aminophenols. The 3-aminochlorophenols and the 2-amino-3H-phenoxazin-3-one (APX) were respectively identified during the monochloramination of 3AP and 2AP.Chlorination of aminophenols in a continuous flow reactor showed that the kinetic rates of 2-aminophenol (2AP) and 3-aminophenol (3AP) have the same order of magnitude at neutral pH. Kinetic modelling of 3AP chlorination indicated that aminophenolate is the most reactive species with chlorine.Monochloramination kinetics of 3AP in a batch reactor showed that the rate of monochloramination decreases when pH increases from 7 to 9 and the neutral form of 3AP is the most reactive with monochloramine. In comparison, chlorination rate of 3AP was estimated to be 105-fold higher than monochloramination rate.

Résumé : La Bretagne (France) est une région agricole où les polluants émergeants sont très susceptibles d’atteindre les eaux de surfaces. La surveillance institutionnelle montre que les sous-produits d’herbicides sont la principale pollution des eaux de surface, dans une région où 80 % des eaux potables sont produites à partir de ressources superficielles. Le comportement dans l’environnement des sous-produits d’herbicides est mal connu et, pour certains d’entre eux, les contributions de leurs différentes sources font toujours débat. Dans l’est de la Bretagne, le bassin versant de la Vilaine (10 500 km²) est d’un grand intérêt pour la recherche, car il abrite une importante usine de potabilisation (100 000 m3/j) à son extrême aval. Dans ce contexte, cette étude vise à (i) cartographier le bassin versant, (ii) évaluer la contamination et ses variations spatiales et saisonnières, (iii) comprendre les conditions favorables à l’export vers les eaux de surface, (iv) étudier les sources et le devenir de l’AMPA (acide aminométhyl phosphonique) dans les eaux usées, (v) explorer le procédé d’ozonation pour un sous-produit récalcitrant aux traitements de l’eau potable. Cette thèse consiste en trois chapitres : une revue de la littérature sur l’occurrence et le devenir des herbicides et leurs sous-produits dans les eaux de surface, eaux usées, et eau potable; le matériel et méthodes incluant, la sélection des composés d’intérêt, la stratégie d’échantillonnage, la description des méthodes d’analyses et d’assurance qualité, les outils statistiques; les résultats d’occurrence et de comportement des sous-produits d’herbicides dans les différentes eaux étudiées. Ces travaux se concluent sur un contexte plus large avec des perspectives pour acquérir une meilleure compréhension des sources et des facteurs influençant l’occurence des sous-produits d’herbicides dans les différentes eaux, dans le but d’améliorer la qualité des ressources. / Abstract : Brittany (France) is an agricultural region, where emerging pollutants are highly at risk to reach surface waters. Legal monitoring shows that herbicides metabolites are the main pollution of surface waters, in a region where 80 % of drinking water is produced with surface waters. The environmental behavior of herbicides metabolites is badly known and, for some of them, the contributions of their different sources are still debated. In east Britany, the Vilaine watershed (10 500 km²) is of great research interest, as a large drinking water treatment plant (100 000 m3/day) is located at the extreme downstream of it. In this context, this study aims to (i) map the watershed, (ii) evaluate the contamination and its spatial and seasonal variations, (iii) understand the favoring conditions resulting in metabolites export towards surface water, (iv) study sources and fate of AMPA (aminomethylphosphonic acid) in wastewaters, (v) explore ozonation treatment of a resistant metabolite in drinking water This thesis consists of three chapters: a review of the literature on herbicides and their metabolites occurrence and fate in surface waters, wastewaters, and drinking water; the materials and methods including, selection of compounds of interest, sampling strategy, description of the methods of analysis and quality assurance, statistical tools; the results of herbicides metabolites occurrences and behavior in the different waters studied. This work concludes on a broader context by providing perspectives to gain a better understanding of the sources and the factors influencing herbicides metabolites occurrences in the different waters, in order to improve the quality of water resources.

Ce mémoire présente les résultats d'une campagne d'échantillonnage des sous-produits de la désinfection (SPD) dans un système municipal d'eau potable. En plus des familles de SPD les plus connues (c.-à-d. les trihalométhanes (THM) et les acides halo-acétiques (AHA)), trois familles de SPD émergents (SPDE) sont également étudiées (les haloacétonitriles (HAN), les halonitrométhanes (HNM) et les halocétones (HK)). L'étude de ces cinq familles de SPD présente un grand intérêt puisque plusieurs de ces composés pourraient être cancérigènes. Lors des échantillonnages, les concentrations en SPD et certains paramètre physico-chimiques ont été mesurés à divers points de l'usine de traitement (UTE) et du réseau de distribution d'eau potable. Les résultats obtenus sont analysés d'un point spatial et d'un point de vue temporel afin d'identifier les facteurs déterminants de la variabilité des cinq familles de SPD étudiées. Les conclusions de cette analyse permettent d'identifier les points les plus critiques du système étudié et d'identifier des pistes de solution pour réduire les concentrations en SPD dans l'eau potable. Les résultats montrent, entre autres, que la majorité des SPD sont formés à l'intérieur de l'UTE et que, par conséquent, les interventions visant à limiter la formation de SPD devraient principalement cibler la chaîne de traitement et le réservoir de l'UTE. / This Master's thesis presents the results of a sampling campaign of disinfection by-products (DBPs) in a municipal drinking water system. In addition to the regulated DBP families (i.e. trihalomethanes (THMs) and haloacetic acids (HAAs)), three families of non-regulated disinfection by-products (NrDBPs) are also studied (haloacetonitriles (HANs), halonitromethanes (HNMs) and haloketones (HKs)). The study of these five DBP families is of great interest since several of these compounds could be carcinogenic. During the sampling campaigns, DBP concentrations and some physicochemical parameters were measured at various points within the treatment plant (WTP) and the drinking water distribution network. Results obtained are analyzed from a spatial and temporal point of view to identify the main factors influencing the variability of the five DBP families studied. Conclusions of this analysis are used to identify the most critical points in the system and to identify potential solutions to reduce the DBP concentrations in the drinking water network. Results show, among other things, that a considerable proportion of the maximum observed DBP concentrations is generated within the WTP and therefore, interventions to limit the formation of DBPs should focus on the treatment chain and the WTP tank.

Le yogourt grec, pouvant être obtenu par concentration du yogourt traditionnel par ultrafiltration (UF), connaît une croissance exceptionnelle en Amérique du Nord (+100% depuis 2012), et représente le premier segment de marché des produits laitiers fermentés en 2014. Cependant, d'un point de vue environnemental, la production du yogourt grec fait face à plusieurs enjeux et défis. Son élaboration nécessite trois fois plus de lait que le yogourt traditionnel de par l'étape de concentration nécessaire à l'atteinte de la concentration protéique cible. De plus, l'étape d'UF du yogourt génère un perméat acide (coproduit du yogourt) difficilement valorisable. Néanmoins, une alternative consistant à effectuer l'étape d'UF sur le lait avant sa fermentation permet d'éliminer la production du perméat acide, et génère un perméat de lactosérum doux déprotéiné dont les voies de valorisation sont davantage connues. Cette stratégie pourrait donc potentiellement réduire l'impact environnemental du procédé et générer des coproduits plus facilement valorisables, améliorant ainsi l'écoefficience du procédé de fabrication de yogourt grec. Dans cette optique, ce projet de recherche visait à comparer l'impact environnemental sur l'ensemble du cycle de vie de la production de yogourt grec selon deux procédés : en effectuant l'étape de concentration par UF avant l'étape de fermentation (UF LAIT), ou après (UF YOG) comme utilisé dans l'industrie. Ainsi, des expérimentations à échelle pilote ont été réalisées dans le but de comparer ces deux procédés. Le nouveau procédé (UF LAIT) permettrait une réduction des consommations d'énergie à l'étape de transformation étant donné que l'UF du lait avant fermentation permet de réduire la quantité de matière première à transformer d'environ un tiers. Cependant l'Analyse du Cycle de Vie (ACV) des deux procédés donne comme résultat un bilan environnemental défavorable à (UF LAIT) comparativement au procédé traditionnel (UF YOG) à cause d'une plus grande consommation de lait, qui est responsable d'environ 80% des impacts sur le cycle de vie du yogourt grec. Cet impact majeur pour UF LAIT l'est encore même lorsque dans une analyse de sensibilité le perméat doux de UF LAIT est alloué à l'étape d'UF contrairement au perméat acide de UF YOG qui est considéré comme un déchet non valorisable.