La production du sirop d'érable contribue de façon importante à l'économie du secteur agroalimentaire du Canada et tient une place de premier plan dans l'identité culturelle du pays. En 2018, le Canada a produit environ 40 millions de litres de sirop d'érable, représentant une valeur de 384 millions de dollars. L'augmentation de la production du sirop d'érable au fil des années et selon les prévisions établies conduit à développer le système de classification actuel. Cette étude porte sur la caractérisation physicochimique de 18 échantillons de sirops d'érable ayant une qualité inférieure et d'étudier en deuxième lieu l'adéquation de la spectroscopie de fluorescence frontale 3D (3D-Frontal Fluorescence Spectroscopy) sur une large gamme de longueurs d'onde d'excitation-émission comme technologie discriminante des défauts sensoriels de 90 échantillons de sirops d'érable en vrac répartis en 3 séries, chacune regroupe 6 différentes catégories de sirops (« OK », « VR4 », « VR5 », « VR12 », « VR13 », « VR42 »). Les résultats d'analyses des acides organiques montrent que l'acide malique est le plus abondant par rapport aux acides citrique et fumarique. Les échantillons de référence appartenant à la catégorie « OK » avaient toujours les concentrations moyennes les plus faibles en acide organique. La concentration en acide fumarique dans les échantillons de la catégorie « OK » est significativement plus faible que le reste des échantillons. Aucune différence n'est remarquée pour le degré de Brix et de pH entre les différentes classes analysées. Cependant, les couleurs des échantillons variaient significativement en fonction de la catégorie analysée. De plus, une corrélation négative est établie entre la concentration des échantillons en polyphénols et leur pourcentage de transmission de lumière. L'analyse en composantes principales des données physicochimiques montre qu'il existe une relation réciproque entre deux groups d'échantillons comme les sirops les plus clairs et sucrés (« VR05 » « VR42 » et « OK ») sont moins concentrés en polyphénols et en acides organiques (« VR04 », « VR12 » et « VR13 ») et vice versa. L'analyse de 18 échantillons par spectroscopie de fluorescence frontale couplée à l'analyse en composante indépendante, mène à générer deux signaux de fluorescence différents sur IC1 et IC10 permettant d'avoir une meilleure discrimination des défauts sensorielle. En plus, l'application d'une analyse factorielle discriminante sur les spectres de 90 échantillons de trois différentes séries permet de générer une fonction discriminante ayant des pourcentages de classification globale variant entre 97,78 % et 94,44 %. / Maple syrup production is an important contributor to the economy of Canada's agri-food sector and holds a prominent place in the country's cultural identity. In 2018, Canada produced approximately 10 million gallons of maple syrup, worth

Thèse de doctorat : Sciences de la Vie et de la Santé. Biophysique : Strasbourg 1 : 2007. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 16 p.

Les professionnels de la filière vin sont à la recherche de méthodes globales pour suivre la maturité du raisin et ainsi en déterminer la qualité à la vendange pour l'élaboration de leurs vins. Dans ce contexte, le principal objectif de ce travail est de rechercher des méthodes sensorielle et instrumentales innovantes pour suivre globalement la maturation des baies de raisin de Cabernet franc. La spectroscopie VisNIR et l'analyse sensorielle des baies de raisin apparaissent comme les méthodes les plus prometteuses en terme de suivi de maturation pour la filière vin. La technique de double compression à 20 % n'est en revanche pas appropriée pour suivre la maturité « texturale ». D'autres techniques mécaniques destructives pourraient cependant être envisagées comme la pénétrométrie. La spectroscopie de fluorescence a permis de suivre la maturité phénolique du raisin. Mais, cette méthode doit être optimisée pour gagner en précision. Une méthode capable de caractériser la qualité globale du raisin a également été recherchée. La spectroscopie VisNIR et les descripteurs sensoriels permettent de caractériser les différents aspects de la qualité globale du raisin pendant sa maturation. Ces deux techniques permettent en effet une caractérisation en termes de maturités technologique, phénolique, aromatique et « texturale ». La méthode d'analyse sensorielle des baies de raisin est en cours de transfert vers les professionnels de la filière afin d'obtenir un outil d'aide à la décision pour déterminer la date de vendange. La mise au point d'un appareil portable de spectroscopie VisNIR pourrait quant à elle être envisagé afin de réaliser des mesures directes dans les parcelles.

De par leur diversité et leur large gamme d'applications, les polymères se sont imposés dans notre environnement. Dans le cas d'applications techniques ces matériaux peuvent être exposés à des environnements agressifs conduisant à une altération de leurs propriétés. Les effets de cette dégradation sont reliés à la notion de durée de vie, c'est-à-dire au temps nécessaire pour qu'une propriété atteigne un seuil en dessous duquel le matériau devient inutilisable. Le suivi du vieillissement des matériaux polymères présente donc des enjeux importants. La spectroscopie de fluorescence est une technique qui permet d'apporter certaines réponses à ce problème. Dans le cadre de cette étude, l'accent a été porté sur l'utilisation de la spectroscopie de fluorescence pour l'étude des phénomènes intervenant lors de l'irradiation UV ou de la sollicitation mécanique d'un polymère. Dans le cas du polyéthylène haute densité, l'absence de signal fluorescent intrinsèque impose l'ajout d'un colorant. Ce colorant donnant une réponse en fluorescence dépendant de son microenvironnement, toutes modifications des chaînes du polymère engendrent un déplacement du pic de fluorescence de la sonde. Ce travail peut être séparé en deux grandes parties indépendantes, d'un coté l'influence du vieillissement UV sur la réponse fluorescente et de l'autre l'influence d'une sollicitation mécanique. Dans la première partie, l'utilisation de techniques complémentaires telles que l'IRTF ou l'AED a permis de corréler les différents résultats avec les mécanismes de vieillissement connus du polyéthylène. Les résultats obtenus dans cette partie montrent la grande sensibilité de la spectroscopie de fluorescence aux réarrangements microstructuraux intervenant dans le matériau. Dans la seconde partie, la dépendance entre la contrainte appliquée au matériau et la longueur d'onde de fluorescence a permis a partir de modèles simples d'évaluer les contraintes internes qui se développent au cours d'une sollicitation cyclique.

Thèse de doctorat : Sciences : Traitement du signal : Toulon : 2007. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant du cadre-titre. Bibliographie p.145-151.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / Une sous-catégorie importante des nanomatériaux est l’utilisation de nanoparticules (NPs) métalliques dans le design de biosondes optiques en spectroscopie Raman ou de fluorescence, application permise par le plasmon généré lors de l’interaction lumière-NPs. La plage spectrale utile permise peut être modulée selon la composition, la taille et le milieu environnant du cœur métallique. Ainsi, l’or et l’argent sont des métaux couramment employés dans ce domaine en raison de la simplicité de leur synthèse et de leur applicabilité dans le visible. Cependant, ces métaux sont inutiles pour effectuer des mesures de fluorescence intrinsèque de protéines dans l’UV, un type de mesure qui serait d’intérêt en sciences biomédicales mais qui est limité par le faible signal de fluorescences des biomolécules. Nous proposons de pallier à ce problème à l’aide de sondes plasmoniques d’indium, démontrées comme étant actives dans l’UV. Ce mémoire porte donc sur la préparation de structures cœur-coquilles en vue d’une utilisation future en biodétection. Les cœurs d’indium sont préparés à l’aide d’une méthode simple qui combine les caractéristiques d’une synthèse polyol et d’une synthèse par injection à chaud. Par de simples modifications synthétiques, des cœurs d’environ 9 et 70 nanomètres (nm) de taille peuvent être obtenues. Les cœurs plus gros, qui devraient permettre un meilleur effet d’exaltation de la fluorescence sont ensuite recouverte d’une écaille de silice via une simple réaction Stöber. Le contrôle des conditions, notamment la concentration en eau, la quantité de précurseur de silice et le niveau de dilution, permet de moduler l’épaisseur de la coquille de silice entre 4 et 40 nm. Une si petite coquille sur de tels cœurs d’indium demeure, au meilleur de notre connaissance, inédit. Les colloïdes obtenus sont caractérisés par spectroscopie UV-Vis, par microscopie électronique à transmission et par diffusion dynamique de la lumière. / A notable application of nanomaterials is the use of metallic nanoparticles (NPs) as optical bioprobes in Raman or fluorescence spectroscopy detection schemes. Such a use is permitted by the plasmonic properties shown by these NPs upon light irradiation; the spectroscopic properties of these colloids are tuned through careful selection of the core’s composition, size and environment. Gold and silver are the two most commonly used metals for biodetection as they are easily prepared in nanoscopic regimes with defined shapes and sizes, as well as for their intense optical interactions with visible light. These metals are however not applicable at higher energy UV regimes, which would allow, for instance, the enhancement of the intrinsic fluorescence of proteins, a field of interest in biodetection which is hindered by the extremely low fluorescence signal of these biomolecules. We propose for such an application the use of indium-based plasmonic probes, as this metal has been shown to be active in the UV regime. This master’s thesis thus focuses on the preparation of core-shell colloids for an eventual use in biodetection. The indium cores are prepared in a single step which combines both polyol and hot-injection methods characteristics. By shuffling various synthetic parameters, indium cores approximately 9 and 70 nanometers (nm) wide are obtained. The larger cores, which should demonstrate a stronger fluorescence enhancement effect, are then covered with a silica shell through a single Stöber-like step. Again, controlling different synthetic parameters such was water content, silica precursor concentration, and Stöber system dilution allows to modulate the silica’s thickness between 4 and 40 nm. Such a thin silica shell on such a relatively small indium core is, at the best of our knowledge, still unprecedented. The synthesized core-shell colloids are characterized with UV-Vis spectroscopy, transmission electron microscopy and dynamic light scattering.

La spectroscopie de fluorescence est une méthode analytique performante utilisée dans plusieurs domaines comme technique d’analyse. Cependant, les molécules fluorescentes organiques présentent quelques désavantages, tels qu’un rendement quantique variable, une photodégradation rapide, le fait qu'elles sont sujettes à l’extinction collisionnelle et que la plupart des molécules sont hydrophobes. Afin de repousser les limites de cette méthode, il est intéressant de pouvoir augmenter les propriétés intrinsèques des fluorophores afin de palier à ces défauts en utilisant, par exemple, l’exaltation plasmonique de la fluorescence par les métaux. À cette fin, un système de nanosondes plasmoniques superluminescentes a été développé dans le laboratoire. Les nanoparticules sont composées d’un cœur d’argent et d’une couche de silice dopée de fluorescéine (Ag@SiO2). La nanoparticule métallique interagit avec la lumière à une certaine fréquence afin de former le plasmon de surface. Cette bande plasmonique est modulée par les caractéristiques des nanoparticules telles que la taille, le métal et la forme. L’exaltation de la fluorescence des nanoparticules se caractérise par une augmentation de la luminosité et une réduction du temps de vie de la fluorescence. La caractérisation de ces phénomènes se fait habituellement en cuvette, ce qui donne une moyenne des caractéristiques optiques des différentes populations présentes en solution. Dans ce projet, une plateforme de microscopie permettant de mesurer, sur une même particule, l’intensité et le temps de vie de fluorescence ainsi que la position de la bande plasmonique a été réalisée. Par la suite, une méthode de localisation des nanoparticules sur un substrat solide a été développée afin de compléter les mesures énumérées plus haut avec des mesures de taille et de forme par microscopie électronique à balayage. Cette plateforme, en permettant à la fois la microscopie en imagerie de fluorescence en temps de vie, l’imagerie en mode champ sombre et l’acquisition de spectres de diffusion, permet d'étudier l’influence de la morphologie de la nanoparticule sur la position de la bande plasmonique, la réduction du temps de vie de fluorescence et l’augmentation de l’intensité lumineuse. / Fluorescence spectroscopy is a powerful analytical method used in many areas. Nevertheless, organic fluorescent molecules show some disadvantages like variable quantum yield and fast photobleaching. Moreover, most of fluorescent dyes are hydrophobic and dynamic quenching can occur. To push the limit of this technique, it is useful to boost properties of fluorescent molecules to overcome those disadvantages. Metal enhanced fluorescence can increase the overall luminescence of fluorophore dyes. Superluminescent plasmonic nanoprobes have been developed in the lab. Those nanoparticles are made of a silver core surrounded by a fluorescent silica shell doped with fluorescein (Ag@SiO2). The metallic nanoparticle interacts strongly with the electromagnetic field of incident light at a certain frequency to create an oscillating electron cloud called a localized surface plasmon. The resonant frequency of the plasmonic band is affected by nanoparticle characteristics like shape, size and composition. Enhanced fluorescence is characterised by an increased luminescence and a shortened lifetime of fluorescence. The characterization of those properties is made in a cuvette and thus reflects the averaged properties of a heterogenous population of particles dispersed in a liquid. In this project, a microscopy platform enabling the acquisition, on the same particle, of the intensity, the fluorescence lifetime and the plasmonic band have been assembled. In addition, a method has been developed to localise nanoparticles on a solid substrate to complement the measurements mentioned above by information on the nanoparticles’ shape and size using scanning electron microscopy. The influence of the nano-objects’ morphology on the plasmonic band, the fluorescence intensity and the lifetime can then be studied. This platform regroups on a single microscope fluorescence lifetime imaging microscopy, dark field imaging and scattering spectroscopy.

La vérification de nettoyage des équipements pharmaceutiques permet de déterminer si la concentration du résidu sur la surface est inférieure à une limite acceptable afin de limiter la contamination croisée. La façon de procéder est de prélever un échantillon sur la surface par écouvillon et de l’analyser par chromatographie liquide à haute performance. Le problème avec cette approche est qu’il peut s’écouler jusqu’à 2 jours avant que le résultat soit obtenu et, durant ce temps, l’équipement nettoyé ne peut être libéré pour produire un autre lot de médicaments. Il existe une opportunité pour le développement d’une nouvelle méthode analytique permettant la quantification en temps réel et sans prise d’échantillon. La nouvelle méthode évaluée utilise la fluorescence ciblée pour la quantification directe de l’ibuprofène. Dans cette preuve de concept, les différents paramètres pouvant influencer le signal sont évalués. La façon de préparer les standards pour l’étalonnage de l’appareil (TraC) est déterminée ainsi que la façon de les analyser. Une première courbe d’étalonnage pour des surfaces en acier inoxydable est validée lors d’une collecte de données in situ et il est déterminé qu’il est impossible d’évaluer la propreté de certains équipements dû à la limite de quantification du TraC et que le TraC possède un biais positif par rapport à la méthode traditionnelle. Suite à cette étude, l’appareil a subi des modifications, une nouvelle courbe d’étalonnage est réalisée et la limite de quantification est réduite. Il est déterminé que la méthode est exacte (pourcentage de récupération situé entre 85 et 115%), précise (écart-type relatif inférieur à 5%) et que les excipients testés n’ont aucun impact sur le signal. L’étalonnage sur l’aluminium, le bronze, le polypropylène et le laiton est réalisé. La preuve de concept pour l’utilisation du TraC pour la quantification de l’ibuprofène est démontrée et il est recommandé d’implanter la méthode dans une première usine. / Cleaning verification is used to assess the cleanliness of pharmaceutical process equipment. Cleanliness is established when the concentration of the residue of a pharmaceutical ingredient is lower than an acceptance limit. The method used to perform this verification consists of collecting a sample using a swab, and to analyze it using high performance liquid chromatography. The issue with this method is that it can take up to 2 days before the results are obtained, and before the equipment can be released for the production of another batch of drugs. Therefore, there is an opportunity to develop a new analytical method to quantify cleanliness in real-time without sampling (contactless). The new method investigated in this thesis uses fluorescence for direct quantification of ibuprofen residue. In this proof of concept, the impact of various parameters on the fluorescence signal was assessed. The best way to prepare the standards and how to analyze them with the instrument (the TraC) were determined. Following the verification of a first calibration curve using in situ data collection, the equipment was modified to allow the evaluation of equipment with an acceptance limit lower than the quantification limit of the TraC. The plant tests also revealed that the TraC always gives a higher concentration than the traditional method. An upgraded unit was calibrated, and the limit of quantification was lowered. It was established that the method is accurate (recovery is between 85 and 115%) and precise (relative standard deviation is lower than 5%), and that the excipients studied have no impact on the signal. Calibration curves were also built for aluminum, bronze, polyethylene and brass. Finally, the proof of concept for the use of the TraC for the cleaning verification of ibuprofen was demonstrated, and it is recommended to implement the method at a first plant.

L'imagerie optique de fluorescence permet de localiser des cibles biologiques comme des tumeurs, marquées par des fluorophores. Pour des applications au diagnostic chez l'Homme où l'épaisseur des tissus atteint plusieurs centimètres, la détection parasite de l'autofluorescence naturelle des tissus compromet la détection de la fluorescence d'intérêt et son élimination est la condition sine qua non d'une localisation correcte de la tumeur. L'objet de cette thèse a été l'étude spectrale de l'auto fluorescence des tissus et la mise au point d'une méthode de séparation de spectres aveugle permettant de supprimer sa contribution des mesures. La Factorisation en Matrices Non-négatives a été privilégiée, et de nouveaux algorithmes ont été proposés et testés sur données réelles. Nous avons démontré les performances de notre méthode dans l'amélioration de la détection des marqueurs et la reconstruction de la position de la tumeur en tomographie optique diffuse de fluorescence.

Dans le champ des méthodologies dédiées à la caractérisation des microorganismes, les méthodes spectroscopiques comme la spectroscopie de fluorescence apparaisent des outils particulièrement sensibles. Leur puissance est renforcée par l'utilisation d'outils chimiométriques qui autorisent le traitement de l'ensemble des informations spectrales. Ce mémoire présente les étapes de mise au point de la méthode pour la caractérisation des Pseudomonads qui constituent une des flores les plus adaptatives et présentant la plus grande diversité phénotypique et génotypique décrite à ce jour. Par l'utilisation de fluorophores intrinsèques (NADH, Acides aminés aromatiques + Acides nucléiques ou tryptophane) l'analyse de suspensions bactériennes préparées directement à partir de colonies permet d'obtenir plus de 90% de bonne classification pour des souches de référence même réparties en taxons proches. Cette méthode a permis, également, une identification aisée d'isolats et les résultats obtenus sont apparus cohérents avec ceux issus de PCR tout en apportant des informations complémentaires à ceux obtenus par identification sur galerie API 20 NE. LA méthode a été développée pour une lecture directe des colonies sur un milieu gélosé. Après différentes étapes de cadrage, la meilleure pertinence a été obtenue pour une lecture des colonies en fluorescence synchrone avec un décalage constant de 30 nm. L'analyse de la variance a montré une excellente répétabilité des résultats mais aussi des effets" position de la fibre optique vis à vis de la colonie" et durée d'incubation avant lecture (entre 48 et 72 heures) négligeables. Utilisée à des fins taxonomiques, la méthode s'est révélée très cohérente et complémentaire des méthodes relevant de la génomique. Elle permet d'analyser extrêmement rapidement et sans ajout de réactifs les proximités ou distance entre souches et de décrire les zones spectrales les plus identitaires. Enfin, nous avons aussi montré les potentialités de la spectroscopie de fluorescence pour la mise en place d'un outil de "traçabilité bactérienne" susceptible de répondre aux besoins des producteurs agroalimentaires dans leur démarche d'analyse des risques.