L’intérêt pour la culture de chanvre industriel connaît un fort développement en raison du développement de nouvelles applications à base de fibres végétales (à la fois fibres xylémiennes et libériennes). La qualité des fibres et leur rendement peuvent être modulée par les procédés de transformation mais pourrait être également influencée par des facteurs génétiques et environnementaux. Afin de préciser l’impact de ces facteurs sur le chanvre, différentes variétés commerciales de chanvre ont été cultivées selon plusieurs modalités de culture et caractérisées aux niveaux de la teneur en fibres, de la taille des cellules et de la composition des parois. Nos résultats indiquent que l’irrigation et les fortes densités de semis ont un effet sur la formation des fibres secondaires (et non les fibres primaires) et induisent des modifications morphologiques et structurales des fibres primaires et secondaires. Ces différents paramètres sont susceptibles d’altérer la qualité des fibres industrielles, obtenues après défibrage mécanique. La spectroscopie infrarouge ATR a permis de révéler que les fortes densités de semis et l’irrigation se traduisent par une variabilité chimique des fibres techniques. Une étude transcriptomique (Fluidigm) a mis en évidence des variations dans l’expression de gènes associés à la biosynthèse et au remodelage des parois à la fois dans les tissus internes (riches en xylème), et les tissus externes (riches en fibres libériennes). En précisant certains évènements moléculaires associés au développement des fibres, cette étude pourrait fournir des critères d’amélioration du chanvre pour la production de fibres industrielles destinées à différentes applications. / Hemp (Cannabis sativa L.) is receiving increasing interest as an industrial crop due to the development of a new range of industrial applications based on plant fibers (both core and bast fibers). Fiber yield and quality can be greatly modified by physicochemical processing and could also be influenced by both genotype and environment. In order to gain a better understanding of how these factors impact on hemp fibers, commercial hemp varieties were grown under different agricultural conditions and analyzed for fiber content, cell size and cell wall composition. Our results show that irrigation and high seed density impact on secondary (but not primary) fiber formation, as well as on different morphological characters and cell wall composition of primary and secondary fibers. All of these parameters can potentially modify the industrial quality of the technical fibers obtained by mechanical defibering. The use of an ATR-based infrared spectroscopy approach demonstrated that high sowing density and irrigation were also associated with chemical variability in technical fibers. Initial transcriptomics (Fluidigm) of different targeted genes has also provided detailed information on how different environmental conditions affect gene expression, cell wall biosynthesis and remodeling in both inner (xylem-rich) and outer (bast-fiber rich) hemp stem tissues. Altogether, these results will lead to a better knowledge of the molecular events involved in fiber development contributing to hemp-breeding programs aimed at improving the production of high quality fibers for different industrial uses.

La Côte d’Ivoire connait de très grands succès sur le marché de l’exportation agricole et génère aussi d’importants sous-produits. Dans cette étude, 17 de ses sous-produits agricoles ont fait l’objet d’une valorisation consacrée à l’obtention d’acide citrique avec une caractérisation de la bagasse de pomme de cajou pour la conception d’agromatériaux à partir de cette bagasse. Au niveau des fruits, les pulpes de la papaye (Carica papaya) et de mangue de variété Adams (Mangifera indica) ont donné les meilleures teneurs en acide citrique respectivement de 287,70 g/kg et 137,54 g/kg. Au niveau des amylacés, les épluchures de la patate douce (Ipomoea batatas) ont donné la meilleure teneur (88 g/kg). La pomme de cajou (Anacardium occidentale) a une production moyenne d'acide citrique (90,02 g/kg). Les caractéristiques physico-chimiques (polysaccharides, lipides, protéines et pectines) de la bagasse de pomme de cajou ont permis de montrer que, quelle que soit la variété de la pomme (rouge ou jaune) ou la partie de la bagasse étudiée (peau ou pulpe), la composition lignocellulosique était dominée par les hémicelluloses. Les teneurs dans ces derniers ont de 41,12% ± 0,24% pour la pulpe de la pomme de cajou (P), de 51,65% ± 0,11% pour la pomme de cajou à peau rouge (R) et de 51,1% ± 0,18% pour la pomme de cajou à peau jaune (J). Les résultats de la fraction lipidique ont révélé la prédominance des acides gras insaturés. On note aussi la présence de divers types de phytostérols dans cette avec une teneur doublement importante dans la pulpe que dans la peau de pomme de cajou. Enfin, la conception d’agromatériaux à base de bagasse de pomme de cajou par thermopressage fut réalisée. Des tests d’immersion et de flexion ont permis de trouver le couple température/pression adéquat (170°C/116 bars) pour la conception d’agromatériaux.

La Côte d’Ivoire connait de très grands succès sur le marché de l’exportation agricole et génère aussi d’importants sous-produits. Dans cette étude, 17 de ses sous-produits agricoles ont fait l’objet d’une valorisation consacrée à l’obtention d’acide citrique avec une caractérisation de la bagasse de pomme de cajou pour la conception d’agromatériaux à partir de cette bagasse. Au niveau des fruits, les pulpes de la papaye (Carica papaya) et de mangue de variété Adams (Mangifera indica) ont donné les meilleures teneurs en acide citrique respectivement de 287,70 g/kg et 137,54 g/kg. Au niveau des amylacés, les épluchures de la patate douce (Ipomoea batatas) ont donné la meilleure teneur (88 g/kg). La pomme de cajou (Anacardium occidentale) a une production moyenne d'acide citrique (90,02 g/kg). Les caractéristiques physico-chimiques (polysaccharides, lipides, protéines et pectines) de la bagasse de pomme de cajou ont permis de montrer que, quelle que soit la variété de la pomme (rouge ou jaune) ou la partie de la bagasse étudiée (peau ou pulpe), la composition lignocellulosique était dominée par les hémicelluloses. Les teneurs dans ces derniers ont de 41,12% ± 0,24% pour la pulpe de la pomme de cajou (P), de 51,65% ± 0,11% pour la pomme de cajou à peau rouge (R) et de 51,1% ± 0,18% pour la pomme de cajou à peau jaune (J). Les résultats de la fraction lipidique ont révélé la prédominance des acides gras insaturés. On note aussi la présence de divers types de phytostérols dans cette avec une teneur doublement importante dans la pulpe que dans la peau de pomme de cajou. Enfin, la conception d’agromatériaux à base de bagasse de pomme de cajou par thermopressage fut réalisée. Des tests d’immersion et de flexion ont permis de trouver le couple température/pression adéquat (170°C/116 bars) pour la conception d’agromatériaux. / Côte d'Ivoire is very successful in the agricultural export market and generates important byproducts. In this study, 17 of its agricultural by-products were the subject of a valuation devoted to obtaining citric acid with a characterization of the cashew bagasse for the design of agromaterials from this bagasse. The pulp of papaya (Carica papaya) and mango variety Adams (Mangifera indica) gave the best citric acid contents respectively of 287.70 g / kg and 137.54 g / kg. In the case of starchy foods, peelings of sweet potato (Ipomoea batatas) gave the highest content (88 g / kg). The cashew apple (Western Anacardium) has an average production of citric acid (90.02 g / kg). The physicochemical characteristics (polysaccharides, lipids, proteins and pectins) of the cashew apple bagasse have shown that regardless of the variety of the apple (red or yellow) or part of the bagasse studied (skin or pulp), the lignocellulosic composition was dominated by hemicelluloses. The contents in the latter are 41.12% ± 0.24% for the cashew apple pulp (P), 51.65% ± 0.11% for the red-skinned cashew apple (R) and 51.1% ± 0.18% for yellowskinned cashew (J). The results of the lipid fraction revealed the predominance of unsaturated fatty acids. There is also the presence of various types of phytosterols in this with a doubly important content in the pulp than in the cashew skin. Finally, the design of agromaterials based on cashew bagasse by thermopressing was carried out. Immersion and bending tests have found the appropriate temperature / pressure pair (170 ° C / 116 bars) for the design of agromaterials.

Les matériaux agroressourcés à base de gluten de blé présentent des propriétés mécaniques qui ne leurs permettent pas de concurrencer celles des plastiques usuels issus de la pétrochimie. Les objectifs de ce travail de thèse visent (i) à améliorer les propriétés d'élongation et de résistance des matériaux gluten pour atteindre celles des polymères courants et (ii) à maîtriser la réactivité du gluten au cours de l'élaboration des matériaux afin de pouvoir utiliser les procédés connus de la plasturgie. L'enjeu scientifique est de comprendre la réactivité du gluten sous l'effet des traitements thermomécaniques et les mécanismes régissant les propriétés mécaniques des matériaux. Les fonctions réactives visées sont les thiols/disulfures qui assurent la réticulation des protéines du gluten. Nous avons testé l'effet de bloqueurs de thiols de type maléimide mono- et bifonctionnels, de nature, de taille et d'hydrophobicité variées. Ces derniers ont éventuellement été bloqués par réaction de Diels-Alder. L'ajout d'additifs de type bismaléimide bloqué par réaction de Diels-Alder permet de différer la réticulation à l'étape de thermoformage et de substituer aux liens covalents habituels des liens thioéthers. L'ajout de cet additif permet de doubler l'élongation à la rupture du matériau gluten mais entraîne la chute de la rigidité. L'effet de l'ajout de molécules bis- et tétrathiols a également été testé. Ces additifs ont permis d'augmenter par plus de 1,5 fois l'élasticité des matériaux gluten. Une analyse multi-échelle (moléculaire par FTIR, macromoléculaire par SEC et macroscopique par test de traction ; le tout complété par une analyse DMTA) de la structure et des propriétés a montré que l'absence de gain en élasticité était due au maintien d'une organisation structurale majoritaire en hélices-α, qui est le propre du gluten natif. La création d'interactions interprotéiques par feuillets-β a été identifiée comme seule responsable du gain d'élasticité des matériaux, la formation d'agrégats protéiques par le biais de liaisons disulfures ou thioéthers ne jouant qu'un rôle secondaire. Un mécanisme réactionnel mettant en avant les conditions qui assurent la participation de toutes les classes de protéines du gluten à la constitution du réseau protéique est discuté. Deux nouvelles voies prometteuses de mélange avec du caoutchouc et copolymérisation par « grafting from » ont été explorées et restent à approfondir. / Wheat gluten can be used to make biomaterials. Nevertheless their mechanical properties are not competitive with commonly used petroleum-based plastics. The purposes of this work aim at (i) improving strain and strength properties of gluten-based materials in order to reach those of common polymers and (ii) controlling gluten reactivity during material process in order to use already well-known processes for manufacturing plastics. The scientific stakes are to understand gluten reactivity during thermo-mechanical treatments and the mechanisms which govern mechanical properties of materials. The reactive functions of gluten are thiols/disulfides which are responsible of gluten proteins crosslinking. The effect of thiol blocker molecules such as mono and bismaleimide of various nature, sizes and hydrophobicity was tested. These molecules were eventually blocked by Diels-Alder reactions. The addition of bismaleimide blocked by Diels-Alder reaction enables to postpone the crosslinking to the thermo-molding step and also to substitute disulfides bonds for thioether bonds. The addition of this additive succeeds in doubling the strain at break of gluten-based material but leads to a decrease of the stiffness. The effect of addition of bis- and tetrathiol molecules was also considered as tests. These additives lead to increase by 1.5 times the elasticity of gluten-based materials. A multi-scale study (molecular scale by FTIR, macromolecular scale by SEC and macroscopic scale by tensile test, all supported by DTMA analysis) of the structure and properties showed that a predominant conformation with α-helices which is the case of native gluten, leads to a decrease of elasticity. The formation of β-sheets interproteic interactions was identified as the only responsible of elasticity increases of the material. The formation of proteic aggregates with disulfide and thioeter bonds only plays a secondary role. A reaction mechanism highlighting the conditions that ensure the participation of all types of gluten proteins in the gluten network upbuilding is discussed. Two new promising ways of rubber melt and copolymerization by “grafting from” technique were explored and need to be further developed.

Les graines de neem et de dattier du désert ont été caractérisées et leurs perspectives de fractionnement orientées. Un procédé de fractionnement des graines de neem en extrudeur bi-vis a été étudié en vue d’une production et d’une valorisation intégrée de ses fractions: huile, coextrait d’azadirachtine, protéines et lipides, et raffinat d’extrusion. La mise en oeuvre de l’eau et des mélanges hydroéthanoliques (jusqu’à 75% d’éthanol) comme solvants d’extraction avec une configuration de l’extrudeur bi-vis définissant quatre zones (une zone d’alimentation, une zone de broyage, une zone d’extraction solide-liquide et une zone de séparation solide/liquide), permet d’extraire au filtrat 83 à 86% de l’azadirachtine, 86 à 92% des lipides et 44 à 74% des protéines de la graine et de produire un raffinat essentiellement fibreux, contenant au plus 8% de lipides, 12% de protéines et 0,82 g/kg d’azadirachtine. Une des meilleures voies de traitement de la suspension que constitue le filtrat brut est la séparation solide-liquide par centrifugation. Ce procédé de séparation permet d’obtenir une émulsion diluée contenant 42 à 64% des lipides et jusqu’à 41% des protéines de la graine. La décantation centrifuge permet de le réaliser efficacement, mais elle peut présenter des inconvénients pour le traitement de grands volumes. Considérée comme sous-produit du traitement du filtrat brut, la phase insoluble peut contenir 24 à 48% des lipides, 32,9 à 47% des protéines et 10 à 13% de l’azadirachtine de la graine. L’eau s’est avérée être le meilleur solvant de ce procédé de fractionnement. Le pressage des graines de neem suivi de l’extraction aqueuse ou hydroalcoolique dans le même extrudeur bi-vis permettent d’exprimer jusqu’à 32% de l’huile de la graine et de récupérer 20% de l’huile de la graine sous forme claire, avec très peu d’azadirachtine, en assurant de meilleurs rendements en azadirachtine et en protéines au filtrat brut. Deux voies de traitement des filtrats ont été étudiées : celle conduisant à une émulsion d’azadirachtine et celle conduisant à l’obtention d’une poudre lyophilisée d’azadirachtine. La valorisation du raffinat d’extrusion, fibreux, a été orientée vers la production d’agromatériaux par thermopressage. Un schéma de bioraffinage de la graine de neem pour la valorisation de ses constituants a été ainsi mis en place. / Neem and desert date seeds were characterized and their fractionation perspectives oriented. A process of fractionation of neem seeds in twin-screw extruder has been studied for the purpose of production and integrated valorization of its fractions: oil, co-extract of azadirachtin, proteins and lipids, and extrusion raffinate. The use of water and water/ethanol mixtures (up to 75% ethanol) with a twin-screw extruder configuration defining four zones (a feed zone, a grinding zone, a solidliquid extraction zone and a solid / liquid separation zone), allows to extract from the filtrate 83 to 86% of the azadirachtin, 86 to 92% of the lipids and 44 to 74% of the proteins of the seed thereby producing a raffinate essentially fibrous containing at most 8% lipids, 12% proteins and 0.82 g/kg azadirachtin. One of the best ways of processing the suspension that is the crude filtrate, is a solid-liquid separation by centrifugation. This separation process makes it possible to obtain a diluted emulsion containing 42 to 64% of the lipids and up to 41% of the proteins of the seed. A centrifugation achieves it effectively, but this separation process can have disadvantages in the treatment of large volumes. Considered as a by-product of the treatment of crude filtrate, the insoluble phase can contain 42 to 64% of the lipids, 32.9 to 47% of the proteins and 10 to 13% of the azadirachtin of the seed. Water has proven to be the best solvent in this fractionation process. The pressing of the neem seeds followed by the aqueous or hydroalcoholic extraction in the same twin-screw extruder makes it possible to extract up to 32% of the oil of the seeds and to recover 20% of the seed oil in clear form, with very little azadirachtin, ensuring better extraction yields of azadirachtin and proteins to the crude filtrate. Two treatment pathways of the filtrates were studied: one leading to an emulsion of azadirachtin and another to a freeze-dried powder of azadirachtin. The valorization of the fibrous extrusion raffinate has been oriented towards the production of agromaterials by thermopressing. A biorefinery scheme of the neem seed for the valorization of its constituents has thus be implemented.