Ces travaux de thèse sont dédiés à l’élaboration, la caractérisation et l’application des nanoparticules de silice mésoporeuse (MSNs) et d’organosilice (PMOs). Ces nanomatériaux qui font l’objet d’un grand intérêt dans la communauté scientifique, présentent des propriétés intéressantes telles que: une surface spécifique élevée, le contrôle de la morphologie, la porosité ajustable et enfin la facilité de fonctionnalisation de leur surface par des groupes fonctionnels. Dans cette thèse, deux familles de nanoparticules ont été étudiées : les nanoparticles de silice mésoporeuse (MSNs) et les nanoparticules d’organosilice.Premièrement, les MSNs synthétisées avec une taille de 200 nm et une surface spécifique de 810 m2/g ont été fonctionnalisées d’une manière covalente avec des antioxydants, un polyphénol l’acide caféique (CAF) qui est lié par sa fonction acide (-COOH) à une fonction amine (préalablement greffée sur la silice), ou un flavonoïde la ruine (RUT) qui est liée par l’isocianatopropylthrietoxysilane comme intermédiaire silicique. Les antioxydants ont été greffés afin de diminuer le stress oxydant. Les effets cellulaires sont étudiés sur deux lignées, une lignée de cellules issues d’un carcinome colo-rectal (lignée Caco-2) et une lignée tumorale de la peau (lignée HaCaT).Dans une deuxième partie, nous avons étudié l’influence de l’ajout d’un co-solvant «éthanol» au cours de la synthèse sur la morphologie des nanoparticules de silice mésoporeuse qui entraine la formation de nanoparticules de forme bâtonnet (MSNR) ainsi que le changement de structure de la poosité. Par la suite, les NPs de forme sphérique MSNA et les NPs de forme bâtonnet MSNR ont été chargées par la doxorubicine (DOX) et testées in vitro sur des cellules MCF-7.De plus, les synthèses de nanoparticules d’organosilice ont été réalisées. Ces nanomatériaux sont exclusivement synthétisés à partir de bis (3-méthoxysilyl propyl) -N-méthylamine et bis (triéthoxysilylpropyl) amine. Tout d'abord, la synthèse des NPs d’organosilice à cavité (HPONP) est decrite. Les HPONP ont été utilisés alors pour la délivrance de méthotrexate dans des cellules MCF-7. Deuxièmement, la synthèse d'autres types de NP d’organosilice (HMONP) obtenus par condensation du précurseur de bis (3-méthoxysilyl propyl) -N-méthylaminea été étudiée. Afin d'élargir la cavité des NP, nous avons signalé l'utilisation de TEB comme agent gonflement conduisant à la synthèse des HMLONP à large cavité. La morphologie et les compositions des NP ont été complètement caractérisées par diverses techniques et la délivrance de pepstatine à partir de HMLONP est envisagée. Pour ajouter une biodégradabilité aux nanocarriers, des nanoparticules mixtes ont été synthétisées par condensation de la bis (3-méthoxysilyl) propylméthylamine et du bis [3-(triéthoxysilyl) propyl] disulfure. Différentes nanoplatformes ont été conçues et entièrement caractérisées. La biodégradabilité a été évaluée dans des conditions quasi physiologiques. En outre, la voie de synthèse a été modifiée pour concevoir des nanoparticules d'organosilice à base d'éthylène ou de porphyrine. Ces nanoparticules ont été testées in vitro avec des cellules de cancer du sein et utilisées pour la délivrance de méthotrexate et de gemcitabine monophosphate.Enfin, on a décrit les nanoparticules organosilice de type cœur coquille. La coquille de ces nanoparticules obtenue par condensation du bis- (triéthoxysilyl) éthane et du bis (3- (triéthoxysilyl) propyl) tétrasulfure. Ces nanoparticules biodégradables du fait des groupements tetrasulfure ont été testées in vitro avec des cellules de cancer du sein pour l'imagerie et la délivrance d’un anticancéreux. / This work is dedicated to the development, characterization and application of nanoparticles of mesoporous silica (MSNs) and organosilica (PMOs) nanoparicles. Silica nanoparticles became the subject of intense research worldwide for many reasons: their unique chemical and physical characteristics, high biocompatibility, various shapes ranging from spheres to rods with tunable diameter, easily functionalizable surface, and the ability to be used as a shell on different type of inorganic nanoparticles such as gold, iron oxide, lanthanide nanoparticles. In this dissertation mesoporous silica NPs and organosilica NPs have been designed, optimized and fully characterized. These two types of silica NPs have been applied for biological applications (drug delivery and bioimaging).First, mesoporous silica nanoparticles (MSNs) were designed and were covalently coated with antioxidant molecules, namely, caffeic acid (MSN-CAF) or rutin (MSN-RUT), in order to diminish the impact of oxidative stress induced after transfection into cells. Two cellular models involved in the entry of nanoparticles in the body were used for this purpose: the intestinal Caco-2 and the epidermal HaCaT cell lines. Rutin gave the best results in terms of antioxidant capacities preservation during coupling procedures, cellular toxicity alleviation, and decrease of ROS level after 24 h incubation of cells with grafted nanoparticles.Secondly, we studied the control of the shape of MSNs by the addition of ethanol (EtOH) as cosolvent. Spherical (MSNA) or Rod MSNs (MSNR) were obtained, and then loaded loaded with doxorubicin and incubated with MCF-7 breast cancer cells. MSNA and MSNR particles were efficient in killing cancer cells but their behaviour in drug delivery was altered on account of the difference in their morphology.Then, the syntheses of new organosilica nanoparticles are reported. These nanomaterials are exclusively synthesized from bis (triethoxysilylpropyl) amine (BTSPA), bis (3-methoxysilyl propyl) -N-methylamine (BMSPMA) and bis- (triethoxysilyl) ethane precursors. First, it is reported the synthesis of hollow organosilica NPs (HPONPs) obtained through the condensation of bis (triethoxysilylpropyl) amine precursor by sol-gel process. HPONPs were used then for methotrexate delivery in MCF-7 cells. Secondly, it is reported the synthesis of other types of hollow organosilica NPs (HMONPs) obtained through the condensation of bis (3-methoxysilyl propyl) -N-methylamine precursor. In order to enlarge the cavity of NPs, we reported the use of TEB as swelling agent leading to the synthesis of HMLONPs. The morphology and the compositions of the NPs were fully characterized by various techniques and the pepstatin delivery from HMLONPs are under considaration. To add biodegradability to the nanocarriers, mixed nanoparticles were synthesized through the condensation of bis (3-methoxysilyl) propyl methylamine and the bis [3-(triethoxysilyl) propyl] disulfide. Different nanoplatforms were designed and fully characterized. The biodegradability was assessed in near-physiological conditions. Furthermore, the synthesis pathway was modified to design ethylene-porphyrin based organosilica nanoparticles. These nanoparticles were tested in vitro with breast cancer cells and used for methotrexate and gemcitabine monophosphate delivery.Finally, gold core shell mixed organosilica nanoparticles were described. The mixed shell of these nanoparticles was obtained by the co-condensation of bis- (triethoxysilyl) ethane and the bis (3-(triethoxysilyl) propyl)tetrasulfide. These biodegradable nanoparticles were tested in vitro with breast cancer cells for photon fluorescence imaging and core shell NPs were studied for drug delivery.

The physiological benefits of flaxseed against pathological disturbances, such as cancers and heart diseases, are mainly attributed to its high lignan content. This study (Experiment 1) examined the application of pressurized low polarity water (PLPW) for extraction of lignans, proteins and carbohydrates from defatted flaxseed meal. Key processing conditions included temperature (130, 160, 190°C), solvent pH (4, 6.5 and 9), solvent to solid ratio (S/S) (90, 150 and 210 mL/g) and introduction of co-packing material (0 and 3 g glass beads). The addition of 3 g glass beads as co-packing material facilitated extraction by enhancing surface contact between the liquid and solid thus shortening extraction time. Elevated temperature accelerated the extraction rate by increasing the solid diffusion coefficient thereby reducing the extraction time. The maximum yield of lignans (99 %) was obtained at temperatures ranging from 160°C to 190°C, with solvent volume of 180 mL (90 mL/g meal) at pH 9. Optimal conditions for protein extraction (70 %) were pH 9, extraction volume of 420 mL (210 mL/g meal) and 160°C. Total carbohydrates yield was maximized at 50% recovery at pH 4 and 160°C with 420 mL solvent (210 mL/g meal). Increased temperature accelerated extraction, thus reducing solvent volume and time to reach equilibrium. For the extraction of proteins, however, a temperature of 130-160°C is recommended, as proteins are vulnerable to thermal degradation due to heat decomposition. The effects of flow rate and geometric dimensions for extraction of lignans and other flaxseed meal bioactives were further investigated in Experiment 2, based on the variables optimized in the previous experiment. Defatted flaxseed meal was extracted with pH 9 buffered water with meal to co-packing glass beads ratio of 1:1.5 at 5.2 MPa (750 psi) and 180°C. The aqueous extracts were analyzed for lignan, protein and carbohydrate using HPLC and colorimetric methods. The optimal extraction yields for lignan, protein and carbohydrate were found at flow rates of 1 to 2 mL/min with bed depth between 20 and 26 cm and a S/S ratio of 40 to 100 mL/g. The combination of low flow rate and high bed depth allowed the use of lower S/S ratio with reduced total solvent volume consumption. This study also evaluated the mass transfer kinetics governing the process of lignan extraction from flaxseed meal in a fixed bed extraction cell. Diffusion of solute into the continuously flowing solvent was mainly responsible for the mass transfer mechanism as flow rate did not increase proportionally with the yield and rate of extraction. The extraction kinetics were studied on the basis of two approaches: Fick’s diffusion equation and a two-site exponential kinetic model. The proposed two-site exponential kinetic model corresponding to the two-stage extraction (rapid and slow phases) successfully described the experimental data. Diffusivities attained from Fick’s diffusion model ranged from 2 x 10-13 to 9 x 10-13 m2s-1 while mass transfer coefficients were between 4.5 x 10-8 and 2.3 x 10-7 ms-1 for extraction of lignans at 180°C, pH 9 with 1:1.5 meal to co-packing material ratio. / February 2007

The physiological benefits of flaxseed against pathological disturbances, such as cancers and heart diseases, are mainly attributed to its high lignan content. This study (Experiment 1) examined the application of pressurized low polarity water (PLPW) for extraction of lignans, proteins and carbohydrates from defatted flaxseed meal. Key processing conditions included temperature (130, 160, 190°C), solvent pH (4, 6.5 and 9), solvent to solid ratio (S/S) (90, 150 and 210 mL/g) and introduction of co-packing material (0 and 3 g glass beads). The addition of 3 g glass beads as co-packing material facilitated extraction by enhancing surface contact between the liquid and solid thus shortening extraction time. Elevated temperature accelerated the extraction rate by increasing the solid diffusion coefficient thereby reducing the extraction time. The maximum yield of lignans (99 %) was obtained at temperatures ranging from 160°C to 190°C, with solvent volume of 180 mL (90 mL/g meal) at pH 9. Optimal conditions for protein extraction (70 %) were pH 9, extraction volume of 420 mL (210 mL/g meal) and 160°C. Total carbohydrates yield was maximized at 50% recovery at pH 4 and 160°C with 420 mL solvent (210 mL/g meal). Increased temperature accelerated extraction, thus reducing solvent volume and time to reach equilibrium. For the extraction of proteins, however, a temperature of 130-160°C is recommended, as proteins are vulnerable to thermal degradation due to heat decomposition. The effects of flow rate and geometric dimensions for extraction of lignans and other flaxseed meal bioactives were further investigated in Experiment 2, based on the variables optimized in the previous experiment. Defatted flaxseed meal was extracted with pH 9 buffered water with meal to co-packing glass beads ratio of 1:1.5 at 5.2 MPa (750 psi) and 180°C. The aqueous extracts were analyzed for lignan, protein and carbohydrate using HPLC and colorimetric methods. The optimal extraction yields for lignan, protein and carbohydrate were found at flow rates of 1 to 2 mL/min with bed depth between 20 and 26 cm and a S/S ratio of 40 to 100 mL/g. The combination of low flow rate and high bed depth allowed the use of lower S/S ratio with reduced total solvent volume consumption. This study also evaluated the mass transfer kinetics governing the process of lignan extraction from flaxseed meal in a fixed bed extraction cell. Diffusion of solute into the continuously flowing solvent was mainly responsible for the mass transfer mechanism as flow rate did not increase proportionally with the yield and rate of extraction. The extraction kinetics were studied on the basis of two approaches: Fick’s diffusion equation and a two-site exponential kinetic model. The proposed two-site exponential kinetic model corresponding to the two-stage extraction (rapid and slow phases) successfully described the experimental data. Diffusivities attained from Fick’s diffusion model ranged from 2 x 10-13 to 9 x 10-13 m2s-1 while mass transfer coefficients were between 4.5 x 10-8 and 2.3 x 10-7 ms-1 for extraction of lignans at 180°C, pH 9 with 1:1.5 meal to co-packing material ratio.

The physiological benefits of flaxseed against pathological disturbances, such as cancers and heart diseases, are mainly attributed to its high lignan content. This study (Experiment 1) examined the application of pressurized low polarity water (PLPW) for extraction of lignans, proteins and carbohydrates from defatted flaxseed meal. Key processing conditions included temperature (130, 160, 190°C), solvent pH (4, 6.5 and 9), solvent to solid ratio (S/S) (90, 150 and 210 mL/g) and introduction of co-packing material (0 and 3 g glass beads). The addition of 3 g glass beads as co-packing material facilitated extraction by enhancing surface contact between the liquid and solid thus shortening extraction time. Elevated temperature accelerated the extraction rate by increasing the solid diffusion coefficient thereby reducing the extraction time. The maximum yield of lignans (99 %) was obtained at temperatures ranging from 160°C to 190°C, with solvent volume of 180 mL (90 mL/g meal) at pH 9. Optimal conditions for protein extraction (70 %) were pH 9, extraction volume of 420 mL (210 mL/g meal) and 160°C. Total carbohydrates yield was maximized at 50% recovery at pH 4 and 160°C with 420 mL solvent (210 mL/g meal). Increased temperature accelerated extraction, thus reducing solvent volume and time to reach equilibrium. For the extraction of proteins, however, a temperature of 130-160°C is recommended, as proteins are vulnerable to thermal degradation due to heat decomposition. The effects of flow rate and geometric dimensions for extraction of lignans and other flaxseed meal bioactives were further investigated in Experiment 2, based on the variables optimized in the previous experiment. Defatted flaxseed meal was extracted with pH 9 buffered water with meal to co-packing glass beads ratio of 1:1.5 at 5.2 MPa (750 psi) and 180°C. The aqueous extracts were analyzed for lignan, protein and carbohydrate using HPLC and colorimetric methods. The optimal extraction yields for lignan, protein and carbohydrate were found at flow rates of 1 to 2 mL/min with bed depth between 20 and 26 cm and a S/S ratio of 40 to 100 mL/g. The combination of low flow rate and high bed depth allowed the use of lower S/S ratio with reduced total solvent volume consumption. This study also evaluated the mass transfer kinetics governing the process of lignan extraction from flaxseed meal in a fixed bed extraction cell. Diffusion of solute into the continuously flowing solvent was mainly responsible for the mass transfer mechanism as flow rate did not increase proportionally with the yield and rate of extraction. The extraction kinetics were studied on the basis of two approaches: Fick’s diffusion equation and a two-site exponential kinetic model. The proposed two-site exponential kinetic model corresponding to the two-stage extraction (rapid and slow phases) successfully described the experimental data. Diffusivities attained from Fick’s diffusion model ranged from 2 x 10-13 to 9 x 10-13 m2s-1 while mass transfer coefficients were between 4.5 x 10-8 and 2.3 x 10-7 ms-1 for extraction of lignans at 180°C, pH 9 with 1:1.5 meal to co-packing material ratio.

Les légumineuses permettent de réduire les intrants en élevage (engrais, concentrés) en raison notamment de leurs niveaux élevés en protéines. Cependant, à la fois pendant le processus d'ensilage et celui de fermentation dans le rumen, les protéines peuvent subir une importante dégradation, ce qui affecte la valeur nutritive des fourrages et induit des rejets d'azote (N) importants, notamment dans l'urine. Certaines légumineuses peuvent alors être d'un intérêt particulier car elles produisent des composés secondaires qui peuvent modifier positivement les processus fermentaires et digestifs. Ainsi, les tannins condensés (CT) présents dans le sainfoin (SF, Onobrychis viciifolia) sont capables de se lier aux protéines, réduisant leur dégradation dans le silo et le rumen et se traduisant par un transfert de l'excrétion d'azote de l'urine vers les fèces. Le trèfle violet (RC, Trifolium pratense) contient la polyphénoloxydase (PPO), une enzyme qui catalyse l'oxydation de différents composés phénoliques en quinones. Comme les CTs, les quinones sont capables de former des complexes avec les protéines permettant de réduire leur dégradation dans le silo et le rumen. L'objectif de cette thèse était alors d'étudier et de quantifier les bénéfices potentiels de l'utilisation de ces deux espèces de légumineuses bioactives sur i) la qualité et la conservation des ensilages, ii) la fermentation ruminale, l'efficacité digestive et les performances des ovins, et iii) l'empreinte environnementale (excrétion d'N et de CH4). Nous avons effectué deux essais in vitro et deux essais in vivo, basés sur des ensilages composés de ces deux légumineuses, seules ou en mélange avec une graminée (la fléole- T, Phleum pratense L.) qui nous a servie de contrôle. Les essais in vitro nous ont permis de nous focaliser sur la qualité et la conservation des ensilages ainsi que sur la fermentation ruminale, tandis que les essais in vivo se sont concentrés sur la performance et l'efficacité digestive des agneaux, ainsi que sur leur bilan azoté et leurs émissions de CH4. L'inclusion de légumineuses bioactives dans les ensilages d'herbe a amélioré la qualité du fourrage, la fermentation pendant le processus d'ensilage ainsi que la protection des protéines contre une dégradation au sein du silo et du rumen. Globalement, l'alimentation des agneaux avec des mélanges comportant ces légumineuses s'est traduite par une augmentation de l'ingestion de matière sèche, en comparaison des agneaux alimentés avec la graminée pure. Néanmoins, en raison de la digestibilité nettement plus faible de T-SF, probablement due à une composition et une nature des fibres différentes ainsi qu'à la présence de CT, les agneaux ayant reçu T-SF ont montré une ingestion et des performances plus faibles que ceux ayant reçu les ensilages contenant RC. Dans le rumen, il semble que les protéines de RC aient été plus protégées de la dégradation que celles de SF, tandis que dans la suite du tractus digestif, les complexes formés entre protéines et CT (avec SF) se seraient moins dissociés que ceux formés entre protéines et quinones (avec RC), ce qui pourrait en partie expliquer le transfert d'excrétion de l'N de l'urine vers les fèces, observé chez les agneaux alimentés avec T-SF et bénéfique pour l'environnement. SF a également permis de réduire légèrement les émissions de CH4. Ainsi, utiliser des légumineuses bioactives dans les pratiques d'alimentation des ruminants apparaît une stratégie prometteuse pour fournir des produits animaux de façon plus durable. Nos résultats montrent que chaque espèce apporte des avantages différents, plutôt orientés vers la qualité de l'aliment et les performances animales pour RC mais plutôt orientés vers la réduction des rejets pour SF. Des recherches complémentaires sont donc nécessaires pour mieux caractériser ces avantages et élargir les investigations à d'autres espèces, d'autres mélanges et d'autres bénéfices potentiels. (...) / Fodder legume species allow to reduce inputs in livestock breeding systems (fertilizer, concentrates) notably because they contain high levels of crude proteins which are of primary importance in ruminant nutrition. However, during both silage and rumen fermentation processes, proteins are submitted to degradation which affects forage nutritive value and leads to nitrogen (N) losses notably via urine. Some specific legumes can then be of particular interest as they produce plant secondary compounds that can positively affect silage and digestive processes. Condensed tannins (CTs) present in sainfoin (SF, Onobrychis viciifolia) are able to bind with proteins thereby reducing their degradation in the silo and the rumen, resulting in a shift in N excretion from urine to faeces. Red clover (RC, Trifolium pratense) contains polyphenol oxidase (PPO), an enzyme that catalyses the oxidation of different phenolics into quinones. As CTs, quinones are able to form complexes with proteins that will similarly reduce their degradation in the silo and the rumen. The aim of this thesis was to investigate and quantify the potential benefits of using these two bioactive legume species on i) quality and conservation of silages, ii) rumen fermentation, digestive efficiency and sheep performance, and iii) environmental footprint (N excretion and CH4 emissions). We conducted two in vitro and two in vivo trials which were based on silages of pure legumes or of different mixtures with the grass species (timothy T, Phleum pratense L.), which served as control. In the in vitro trials, we focussed on silage quality, silage conservation and rumen fermentation, while in the in vivo trials, we focussed on lambs' performance, digestion efficiency, N balance and CH4 emissions. Including bioactive legumes in mixtures with grass improved, compared to pure grass, forage quality and fermentation during the silage making process, as well as proteins' protection from degradation within both the silos and the rumen. Lambs fed with the mixtures involving legumes responded with an increase in DM intake compared to their counterparts fed with T. Nevertheless, due to a possibly different fibre composition and to the presence of CT which impaired SF digestibility, lambs that consumed T-SF showed lower intake and performance than those that received RC-containing silages. In the rumen, RC proteins appeared more protected from degradation than SF ones, while in the subsequent parts of the digestive tract, the proteins-CT complexes (from SF) might less dissociate than the proteins-quinones ones (from RC). This could partly explain the environment-friendly shift in N excretion from urine to faeces when animals are fed with T-SF. SF also allowed to slightly reduce CH4 emissions. Thus, utilizing bioactive legumes in livestock feeding practices is a promising strategy to produce animal products more sustainably. Our results show different benefits relative to the bioactive legume species involved, directed towards boosted forage quality and animals' performance for RC but towards lowered wastes for SF. Further research is thus needed to better characterize these benefits and enlarging investigations to other plant species, mixtures and potential benefits (e.g. health). This will help to determine the appropriate choice of plant species according to the objectives.

La nisine est un peptide antimicrobien produit par la souche de Lactococus lactis subsp. lactis, autorisée pour des applications alimentaires par le comité d'experts sur les additifs alimentaires et les aliments de l'Organisation des Nations Unies pour l’Alimentation et l'Agriculture et de l’Organisation Mondiale de la Santé (FAO / OMS). La nisine peut être appliquée, par exemple, pour la conservation des aliments, la biopréservation, le contrôle de la flore de fermentation, et potentiellement comme agent antimicrobien clinique. Le piégeage de bactéries capables de produire de la nisine dans des billes d'alginate de calcium est ainsi une voie prometteuse pour immobiliser des cellules actives et prolonger la durée de conservation des aliments. Le travail de thèse visait à concevoir des emballages actifs en biopolymère renfermant des bactéries lactiques bioprotectrices (LAB) pour contrôler la croissance de micro-organismes indésirables dans les aliments, en particulier L. monocytogenes. La stabilité mécanique et chimique des billes d'alginate a d’abord été améliorée, et l'efficacité d'encapsulation a été accrue. Des capsules « alginate / pectine (A / P) » ont été préparés comme premières microsphères, par une technique d'extrusion. La production de nisine par Lactococcus lactis subsp. lactis encapsulé dans différents états physiologiques (phase exponentielle, phase stationnaire) a été étudiée. Les résultats ont montré que les billes composites (A/P) avaient de meilleurs propriétés que celles formulées avec de l'alginate ou de la pectine pure. L’association de l'alginate et de la pectine induit un effet synergique qui a amélioré les propriétés mécaniques des microbilles. La deuxième partie du travail a concerné la mise au point de microcapsules à cœur liquides avec une membrane d'hydrogel d'alginate et d'un noyau de gomme de xanthane. Les résultats ont montré que ces microcapsules contenant L. lactis encapsulé durant la phase exponentielle dans une matrice d’alginate et un noyau nutritif de gomme xanthane ont donné les meilleurs résultats et présentent une activité anti-listeria intéressante. Ces microbilles ont enfin été appliquées pour la conservation des aliments et en particulier dans des emballages alimentaires actifs. Des films (HPMC, amidon) ont été élaborés en piégeant des perles d'«alginate actifs/gomme xanthane» enrichies en L. lactis dans des films d’emballage et appliqués pour la conservation des aliments / Nisin is an antimicrobial peptide produced by strains of Lactococus lactis subsp. lactis, recognized as safe for food applications by the Joint Food and Agriculture Organization/World Health Organization (FAO/WHO). Nisin could be applied, for shelf-life extension, biopreservation, control of fermentation flora, and potentially as clinical antimicrobials. Entrapment of bacteria able to produce nisin in calcium alginate beads is promising way for cells immobilization in active films to extend food shelf-life. The present PhD work aimed to design biopolymeric active packaging entrapping bioprotective lactic acid bacteria (LAB) and control undesirable microorganisms growth in foods, particularly L. monocytogenes. First, the mechanical and chemical stability of the alginate beads were improved, and consequently the effectiveness of encapsulation was increased. Alginate/pectin (A/P) biopolymers were prepared, as first microspheres design, by extrusion technique to encapsulate nisin-producing Lactococcus lactis subsp. lactis in different physiological state (exponential phase, stationary phase). Results showed that A/P composite beads were more efficient to increase beads properties than those formulated with pure alginate or pectin. Association of alginate and pectin induced a synergistic effect which improved microbeads mechanical properties. As a second microspheres design, aqueous-core microcapsules were prepared with an alginate hydrogel membrane and a xanthan gum core. Results showed that microcapsules with L.lactis in exponential state encapsulated in alginate membrane and aqueous-core based on xanthan gum with nutrients gave the best results and exhibit interesting antilisterial activity. These microparticles were applied in food preservation and particularly in active food packaging. A novel bioactive films (HPMC, starch) was developed and tested, entrapping active beads of alginate/xanthan gum core-shell microcapsules and alginate/pectin hydrogel enriched with L.lactis

Les nématodes parasites du tube digestif demeurent une contrainte majeure pesant sur la santé, le bien être et les productions des petits ruminants élevés à l’herbe. Le mode usuel de maîtrise de ce parasitisme repose sur l’emploi répété de molécules chimiques anthelminthiques. Toutefois, le développement et la diffusion généralisée de résistances à ces molécules dans les populations de vers imposent désormais d’utiliser ces traitements avec discernement et de trouver des solutions complémentaires ou alternatives. L’incorporation dans la conduite d’élevage (ration des moutons ou des chèvres) de légumineuses fourragères riches en tannins condensés dotées de propriétés anthelminthiques s’est avérée une option prometteuse pour réduire le recours aux molécules chimiques. Toutefois, une des difficultés d’application de ces plantes tient à la variabilité des résultats observés. En prenant le sainfoin comme modèle de légumineuse contenant des tannins et en s’appuyant essentiellement sur des méthodes in vitro basées sur les larves 3 infestantes, l’objectif général de cette thèse est d’analyser le rôle respectif de facteurs liés à l’environnement, aux variétés génétiques ou aux modes de préservation technologiques sur les propriétés anthelminthiques. Quelque soit le critère envisagé, une forte variabilité a été observée. Les principales variations liées à l’environnement dépendaient de l’année et du cycle de coupe, ainsi que du site d’exploitation. Parmi les 38 variétés testées, 9 se sont avérées à forte activité AH, alors que 22 étaient à très faible activité. Enfin, les résultats ont aussi surtout souligné une plus forte activité antiparasitaire dans des formes séchées ou ensilées par comparaison à des échantillons frais. La comparaison des profils biochimiques liés à cette variabilité a permis une exploration des composés phénoliques expliquant l’activité anthelminthique. L’existence d’une relation dose-réponse a été précisée. Le rôle des tannins condensés a été confirmé, notamment ceux à faible degré de polymérisation et à faible poids moléculaire. L’importance des prodelphinidines qui seraient plus actives que les procyanidines reste à confirmer. De plus, il a été montré que d’autres flavonoides peuvent jouer un rôle, notamment les flavan-3-ols et les flavonols. La différence d’activité entre les échantillons de sainfoin ensilés ou fanés par comparaison aux échantillons frais s‟expliquerait en partie par la présence de formes non glycosidés de flavonols. Ces résultats devraient conduire à développer des méthodes de dosage pour identifier les échantillons de sainfoin, et plus généralement de légumineuses riches en tannins, dotés de propriétés anthelminthiques significatives. / Gastrointestinal nematodes remain a major constraint on the health, welfare and production of small ruminants. Over the past decades, the usual mode of control of this parasitism has mainly relied on the repeated use of chemical anthelmintics. However these treatments are nowadaysfacing some limits among which the most important is the development and widespread diffusion of resistance to these chemical molecules within worm populations. Consequently, the need to find complementary or alternative solutions is becoming urgent. The possible exploitation of forage legumes, rich in condensed tannins, with anthelmintic properties, by incorporation in the diet of sheep or goats, seems a promising option to reduce the reliance on chemical molecules. However, one of the main difficulties to use these plants as nutraceuticals relates to the variations in results. By using sainfoin (Onobrychis viciifoliae) as a model of tannin-containing legume and based on in vitro methods on the infective third stage larvae, the main objectives of this PhD were i) to examine the influence of environmental, genetic (40 different varieties) and technological (mode of preservation) factors on the anthelmintic properties of sainfoin and ii) to analyse whether differences in phenolic compounds might explain the variations. Whatever the factor considered, a high variability in results was observed. The main variations due to the environmental factors depended on the year and the cycle of cutting, as well as on the site of cultivation. Among the 38 varieties tested, only 9 have shown AH activity over 50 %. Last, a higher antiparasitic activity was found in the dried or ensiled forms compared to the fresh samples. A comparison of the biochemical profiles associated with these variations indicated a role of proanthocyanidins plus other phenolic compounds in the anthelmintic properties. The dose-response relationship between the AH activity and the ability to form complex with proteins was defined. The role of condensed tannins was confirmed, particularly those with a low degree of polymerization. The respective importance of prodelphinidins vs procyanidins remains to be further investigated. Moreover, the possible role of other flavonoids, in particular of flavan-3-ols and flavonols was also confirmed. The difference in activity between dried or ensiled forms compared to fresh sainfoin samples was partly explained by the presence of flavonol aglycosides. These results should favour the development of measurements in order to identify sainfoin samples with higher anthelmintic properties.

Certaines phycotoxines marines de la famille des spiroimines, comme la gymnodimine et les spirolides sont produites par des dinoflagellés et se concentrent dans les mollusques filtreurs. Puis, par transport vectoriel, elles peuvent atteindre les animaux marins et les êtres humains. Des études biologiques ont montré que ces toxines sont de puissants antagonistes des récepteurs nicotiniques de l’acétylcholine (nAChRs) et qu’elles présentent une spécificité modérée pour des sous-types de récepteurs. Au laboratoire, nous nous intéressons à la synthèse totale du 13-desméthyle spirolide C, dans le but de produire une plus grande quantité de cette molécule (que par extraction) afin d'étudier plus en détail son activité biologique. Afin d’atteindre ce but, deux stratégies seront présentées. La première faisant intervenir une réaction-clef de décarboxylation allylante asymétrique, permettant la formation stéréosélective d’un centre quaternaire. La seconde approche utilise une réaction de Diels-Alder intermoléculaire pour construire le même motif. Au cours de ces dernières années, les récents développements dans le domaine des couplages organométalliques ont permis de s’affranchir de la préfonctionnalisation d’une liaison C_H avant sa transformation en liaison C_C ou C_hétéroatome, par l’utilisation de catalyseurs à base de métaux de transition. Afin de pallier ce problème, une approche généralement employée, consiste à utiliser la proximité spatiale d’un hétéroatome chélatant (N, O, etc.), appelé groupement directeur (GD), qui permet de diriger la réaction vers une liaison C_H spécifique. Nous avons étudié l’application d’une réaction de type Heck dans la synthèse de squelettes de molécules biologiquement actives. Dans un second chapitre de ce manuscrit seront détaillés les récents avancements dans la synthèse d’hétérocycles par activation C_H, catalysée au rhodium (III). Ainsi, la synthèse de spirocycles carbonés, de spiropipéridines et d’azépinones seront présentés, accompagnées des considérations mécanistiques de ces réactions. / Some marine shellfish toxins in the spiroimine family like gymnodimine and spirolides are produced by dinoflagellates and can be transferred and concentrated in seafood then by vectorial transport they can reach marine animals and humans. Biological studies have shown that these toxins are potent antagonists of the nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) and have a moderate selectivity for subtypes receptor. In the laboratory, we are interested in the total synthesis of gymnodimine and 13-desmethyl spirolide C in order to produce a larger quantity of these molecules (compared to isolation from dinoflagellates) to further investigate their biological activities. In this regard, we developed two complementary approaches to access the spiroimine pattern of these molecules. The first one is based on a decarboxylative asymmetric allylic alkylation reaction. The second uses an intermolecular Diels-Alder reaction.With the need of more sophisticated scaffolds for medicinal chemistry or total synthesis, the development of appropriate ortho-directed C_H activation reactions have proven recently to be crucial. Herein, we propose two simple and efficient intramolecular cyclisation reactions, involving a methoxy-amide directing group and a Rh(III)-catalysis. Synthesis of spiropiperidines and azepinones are presented.

Au cours de ce travail, différents glucosylamines et aminodésoxyglucoses ont été synthétisés et caractérisés par différentes méthodes spectroscopiques dont l’IRTF, la RMN 1H, 13C et MALDI-Tof MS. L’étude des propriétés biologiques de ces molécules réalisée, d’une part, avec deux champignons du bois, Coriolus versicolor et Poria placenta, et d’autre part, avec trois microorganismes potentiellement rencontrés dans des aliments, Listeria innocua, Salmonella typhimurium et Fusarium proliferatum ont indiqué une contribution positive de la N-alkylation, du degré de N-substitution et de la quaternisation sur l’inhibition de leur croissance. Par ailleurs, l’impact sur la bioactivité, de la position du groupe amine sur le sucre, a été étudié. Il a été montré que la position du groupe amine sur le C-1 du glucose conduisait à une activité antifongique contre C. versicolor et P. placenta plus prononcée alors que la position C-3 du glucose était favorable à une activité antimicrobienne contre L. innocua et S. typhimurium. / In this study different glucosylamines and amino desoxyglucoses were synthesized and characterised using various spectroscopic methods including IRFT, both 1H and 13C NMR spectroscopy and MALDI-Tof MS. Biological assessment of these compounds realised with two wood decay fungi, Coriolus versicolor and Poria placenta on one hand, and with three food microorganisms Listeria innocua, Salmonella typhimurium and Fusarium proliferatum on other hand, indicated a positive impact of both N-alkylation and degree of N-substitution and quaternisation on their growth inhibition. Furthermore, a biological impact of the amine position on sugar was studied. It was found that amine function attached to the C-1 of glucose conducted to the best antifungal activity against both C. versicolor and P. placenta while that fixed on the C-3 of glucose was indicated for antibacterial activity against L. innocua and S. typhimurium.

Accélérer la dégradation anaérobie des déchets enfouis, optimiser la production de biogaz et diminuer le temps et le coût de surveillance sont les enjeux principaux d'installation de stockage des déchets non dangereux (ISDND)-bioactives, ainsi que, plus classiquement, minimiser leurs impacts sanitaires et environnementaux. L'une des méthodes les plus efficaces pour atteindre ces objectifs est la recirculation de lixiviat et l'augmentation de l'humidité des déchets. Les objectifs du bioréacteur ne seront pas atteints sans une connaissance rationnelle des phénomènes hydrauliques, biologiques et thermiques qui s'y développent et de l'influence de l'un de ces phénomènes sur les autres. Les observations in situ, les expérimentations en laboratoire ainsi que les modèles numériques permettent ensemble une approche rationnelle de ces phénomènes. C'est ce qui constitue le corps de ce travail de thèse, où nous avons étudié le comportement hydro-thermo-biologique des déchets dans la phase anaérobie en laboratoire, sur site à partir de données hydro-thermiques de deux bioréacteurs situés en France et en développant un modèle numérique pour simuler ce comportement couplé des bioréacteurs. Les travaux en laboratoire nous ont permis d'étudier l'effet de la saturation et de la densité (compactage des déchets) sur la dégradation anaérobie des déchets ménagers et l'influence de ces paramètres sur la production de biogaz. Les données hydrauliques et thermiques in-situ des bioréacteurs nous ont permis de connaître les variations des paramètres essentiels comme la température et la saturation dans les déchets, à différentes profondeurs, et estimer d'autres paramètres qui sont difficile à déterminer expérimentalement. Le modèle numérique nous a permis d'étudier le comportement couplé, hydro-thermo-biologique, des bioréacteurs à long terme (pendant une dizaine d'années) aussi bien qu'à court terme pendant la recirculation de lixiviat. L'interdépendance des différents paramètres qui influent la dégradation des déchets est la principale raison nous ayant conduits à développer un modèle de couplage qui nous permette d'étudier chaque paramètre en fonction des autres. Les travaux en laboratoire et les données thermiques de site nous ont conduits à développer un modèle d'écoulement diphasique du liquide et du gaz dans les déchets, considérant les phénomènes biologiques, en fonction des paramètres clés de la dégradation comme la température et la saturation, pour aboutir à la production de biogaz et de chaleur. Les trois parties de ce travail, les expérimentations en laboratoire, le développement d'un modèle numérique et l'analyse des données de site ont été effectuées en parallèle de façon complémentaire. Les expérimentation de laboratoire tout comme l'analyse des données de site, nous ont montré l'importance des paramètres qu'il faut considérer dans le modèle et en retour le modèle numérique nous a aidé à diriger les expérimentations en laboratoire et montré la nécessité de conduire certaines analyses sur les pilotes expérimentaux, comme l'analyse de la biomasse, de la DCO et des AGV. L'analyse des données hydrauliques et thermiques de sites de bioréacteur nous a permis de caler les paramètres hydrauliques, biologiques et thermiques des déchets qui sont difficile à définir sur le site sans le perturber (comme la conductivité hydraulique, la saturation, la conductivité thermique, la capacité calorifique, la concentration en biomasse et en AGV). Le travail réalisé dans la thèse a permis de développer un modèle couplé hydro-thermo-biologique et de tester sa capacité à prévoir le comportement thermique d'un bioréacteur, la production totale et le taux de production de méthane. Nous avons montré qu'il était adopté à l'étude du comportement à long terme d'un bioréacteur, aussi bien qu'à court terme pendant la réinjection de lixiviat, là où les techniques de mesure et le temps sont limitants en laboratoire ou sur site