La cryoconservation du tissu ovarien (CTO) permet aujourd'hui de préserver la fertilité des femmes et jeunes filles devant subir un traitement potentiellement gonadotoxique ou souffrant de pathologie à l'origine d'une insuffisance ovarienne prématurée. En vue d'optimiser les procédures de CTO, l'objectif de notre travail a porté d'une part sur la validation d'un protocole original de congélation lente du tissu ovarien applicable en thérapeutique et d'autre part, sur le développement d'un protocole de vitrification. L'analyse statique du tissu ovarien congelé selon notre protocole de congélation lente montre des résultats similaires en comparaison à ceux obtenus avec le tissu frais en termes de qualité des follicules et de l'endothélium vasculaire ovarien. Néanmoins, le stroma semble plus sensible aux effets délétères de la congélation. L'analyse fonctionnelle montre que le tissu ovarien congelé/décongelé présente une folliculogenèse active après 12 jours de culture in vitro. Les mesures des concentrations en oestradiol dans les milieux de culture et l'étude immunohistochimique du facteur de prolifération PCNA (proliferating cell nuclear antigen) témoignent en effet de l'activité fonctionnelle des follicules décongelés en culture. Dans un second temps, nous avons développé un protocole de vitrification du tissu ovarien. Pour évaluer son efficacité, nous avons réalisé une analyse statique du tissu ovarien vitrifié selon ce protocole versus notre protocole de congélation lente validé. Les résultats obtenus ne montrent aucune différence significative entre les deux méthodes, en termes de préservation de la morphologie et de l'intégrité nucléaire des follicules et du stroma ovarien. En conclusion, notre protocole de congélation lente préserve la qualité des différents compartiments constituant le tissu ovarien et la fonctionnalité de ce tissu. Ces données viennent compléter des travaux préliminaires de l'équipe et permettent de valider ce protocole envisageable maintenant en thérapeutique. La procédure de vitrification développée présente une efficacité similaire à la procédure de congélation lente en termes de préservation de la qualité des follicules et du stroma ovarien. Néanmoins, il serait nécessaire de poursuivre l'étude de l'efficacité de ce protocole par une analyse fonctionnelle. / No abstract available

Le contrôle des caractéristiques des cristaux de glace, gouvernées par l'étape de nucléation, demeure un enjeu majeur dans les procédés de congélation et de lyophilisation industriels. Cependant la nucléation est par nature un phénomène aléatoire. L'application d'ultrasons de puissance, capable de générer de la cavitation acoustique, compte très certainement parmi les plus prometteuses méthodes permettant de contrôler le déclenchement de la nucléation, mais le matériel et les conditions opératoires à mettre en oeuvre afin d'industrialiser le procédé restent encore à définir.Le premier objectif de ce travail a été de corréler empiriquement les caractéristiques géométriques des cristaux de glace et les conditions opératoires dans le cas de la congélation d'une solution aqueuse de mannitol en vials. Il a été montré, grâce à une analyse de surface de réponses basée sur un plan d'expérience de deuxième ordre, que l'augmentation du sous refroidissement et de la puissance acoustique provoquent une diminution de la taille moyenne des cristaux et une augmentation de leur circularité.Le deuxième objectif était la modélisation de la cinétique de nucléation de glace dans de l'eau pure déclenchée par cavitation acoustique. D'après les simulations réalisées, la nucléation peut être initiée à de faibles sous-refroidissements (quelques degrés) au moyen de pressions acoustiques modérées (de l'ordre de un bar). Le nombre de nuclei créés est d'autant plus important que le sous-refroidissement et la pression acoustique sont élevés.Ces résultats sont cohérents si l'on considère que la taille des cristaux est inversement proportionnelle au nombre de nuclei générés.

Le principal objectif de ce travail de recherche est de contribuer à la définition et optimisation de procédés traditionnels de séchage et congélation des piments, afin de valoriser ces produits tout en gardant leur qualité. Dans le cas du procédé de séchage, l’étude fondamentale des principaux phénomènes de transferts qui se produisent pendant cette opération, ainsi que l’identification des processus limitant, ont montré que malgré la simultanéité temporelle des processus de transfert de matière et de chaleur, leur action couplée sur l'élément moteur de l'opération est de type de causalité en série. C'est ainsi que, lors du séchage par entraînement du produit, le transfert de matière interne correspond au phénomène limitant. De cette manière, afin d’intensifier l’opération de séchage, le procédé « swell drying », couplage du séchage par air chaud à la technologie de Détente Instantanée Contrôlée (DIC), a été étudié. L’application du procédé « swell drying » sur les piments, a permis d’améliorer les cinétiques de séchage à travers l’augmentation de la diffusivité effective de l’eau et l’accessibilité initiale de la surface des produits. De même, grâce à la nouvelle structure expansée, ce procédé a permis d’augmenter la durée de vie des produits secs à travers la réduction de l’activité de l’eau et l’augmentation de la surface spécifique. Par ailleurs, les propriétés fonctionnelles (habilité de réhydratation et capacité de rétention d’eau) et les propriétés nutritionnelles (contenu d’antioxydants et capacité antioxydant) ont été aussi améliorées. Dans le respect du procédé de congélation traditionnel, et pour l’intensifier, une étape de séchage partiel, suivi du traitement DIC avant la congélation a été proposée. Ce couplage a permis d'augmenter l’extraction des antioxydants ainsi que leur capacité antioxydante, en état plus remarquable dans le cas de flavonoïdes. Finalement, avec ces résultats, il peut être conclu que le procédé DIC couplé au séchage par convection et à la congélation peut jouer un rôle important pour la valorisation et transformation des piments. / The present research work had as main objective to contribute to the comprehension, development and improvement of the traditional drying and freezing process applied to peppers. In the case of drying process, the fundamental study of the main transfer phenomena occurred during hot air drying and the identification of the limiting process, showed that even if there exist simultaneity of the four processes of heat and mass transfer, the whole process take place in causality series. Therefore, it has been highlighted the internal mass transfer as the mainly limiting process. In this manner, with the aim to intensify the drying operation, the “Swell drying” process, the hot air drying coupling to the Instant Controlled Pressure Drop (DIC process) was studied.The application of “swell drying” process on peppers, allowed enhancing the drying kinetics by increasing the effective diffusivity of water and the starting accessibility at the surface of the products. Furthermore, thanks to the new expanded structure, this process allowed to increase the shelf life of products by decreasing their water activity and increasing their specific surface area. Moreover, the functional properties (ability of rehydration and water holding capacity) and nutritional properties (antioxidant content and antioxidant capacity), were also improved. Regarding the freezing process, in order to intensify it, a stage of partial dehydration followed by the DIC treatment was inserted previous freezing. This coupling of processes, allowed to increase the antioxidant extraction and the antioxidant capacity of the products, being special important for flavonoids. Finally, with these results it can be concluded that the DIC process, coupling to traditional drying and freezing could play an important role on the valorization and transformation of peppers.

Le contrôle des caractéristiques des cristaux de glace, gouvernées par l'étape de nucléation, demeure un enjeu majeur dans les procédés de congélation et de lyophilisation industriels. Cependant la nucléation est par nature un phénomène aléatoire. L'application d'ultrasons de puissance, capable de générer de la cavitation acoustique, compte très certainement parmi les plus prometteuses méthodes permettant de contrôler le déclenchement de la nucléation, mais le matériel et les conditions opératoires à mettre en oeuvre afin d'industrialiser le procédé restent encore à définir.Le premier objectif de ce travail a été de corréler empiriquement les caractéristiques géométriques des cristaux de glace et les conditions opératoires dans le cas de la congélation d'une solution aqueuse de mannitol en vials. Il a été montré, grâce à une analyse de surface de réponses basée sur un plan d'expérience de deuxième ordre, que l'augmentation du sous refroidissement et de la puissance acoustique provoquent une diminution de la taille moyenne des cristaux et une augmentation de leur circularité.Le deuxième objectif était la modélisation de la cinétique de nucléation de glace dans de l'eau pure déclenchée par cavitation acoustique. D'après les simulations réalisées, la nucléation peut être initiée à de faibles sous-refroidissements (quelques degrés) au moyen de pressions acoustiques modérées (de l'ordre de un bar). Le nombre de nuclei créés est d'autant plus important que le sous-refroidissement et la pression acoustique sont élevés.Ces résultats sont cohérents si l'on considère que la taille des cristaux est inversement proportionnelle au nombre de nuclei générés. / Ice crystal characteristics control, which are governed by the nucleation step, remains a key issue in industrial freezing and freeze-drying processes. However nucleation is by nature arandom phenomenon. Power ultrasounds, able to generate acoustic cavitation, are one of the most promising methods of triggering nucleation, but operating conditions pertaining to an industrial freezing process have not yet been defined.This work aims first at empirically correlating the ice crystals' geometry to the operating conditions, in the case of mannitol aqueous solution in vials freezing. A response surface analysis based on a second order experimental design proved that increasing both supercooling and acoustic power resulted in decreasing ice crystals' mean size and increasing their circularity.The second goal was the modelling of ice nucleation triggered by acoustic cavitation in pure water. According to simulations, the nucleation could be initiated with moderate acoustic pressure amplitude (around one bar) even at low supercooling levels (around few degrees). The number of generated nuclei appeared to increase with the super cooling and with the acoustic power which should lead to a decrease of ice crystals' size as observed experimentally.These results are consistent if the ice crystals' size is considered to be inversely proportional to the number of generated nuclei.

Les pâtes surgelées sont relativement stables et peuvent être fabriquées à l'échelle industrielle, distribuées et cuites à la demande au moment de la vente ou de la consommation (point chaud). La congélation des pâtes sucrées induit une baisse de volume et une augmentation du temps de fermentation, ces conséquences sont dues à deux facteurs : la baisse de la production de CO2 (viabilité des levures) et la faible capacité de rétention de gaz du réseau gluténique. La perte de la qualité des pâtes congelées est accélérée durant le stockage. Cette thèse porte sur l'étude de l'effet de la congélation et de la conservation sur les levures et les propriétés techno-fonctionnelles des pâtes sucrées type Kougelhopf. Ce travail vise à l'étude de l'impact de la vitesse de congélation sur les propriétés microbiologiques, rhéologiques, structurales et sensorielles de ces pâtes. Elles ont été congelées à différentes températures (-20 °C, -30 °C, -40 °C et une immersion dans l'azote liquide) puis conservées à -40 °C pendant 9 semaines. Les principaux résultats de cette étude ont permis de mettre en évidence le rôle de la vitesse de congélation et de la durée de conservation sur les propriétés intrinsèques des pâtes sucrées surgelées. Il en découle que l'activité fermentaire et l'intégrité du réseau du gluten sont tributaire de la vitesse de congélation. En effet, cette dernière contrôle la taille et la localisation des cristaux de glace d'où la recherche d'un compromis entre une vitesse de congélation ni trop rapide pour diminuer la viabilité des levures ni trop lente pour former de gros cristaux pouvant perforer le réseau de gluten de la pâte. Ce travail a démontré que le surdosage de levure reste valable uniquement pour les pâtes sucrées surgelées destinées à être conservées au-delà de 4 semaines. Ce surdosage améliore ainsi la qualité globale du Kougelhopf en compensant la perte de l'activité des levures pendant la congélation et le stockage.

Le principal objectif de ce travail de recherche est de contribuer à la définition et optimisation de procédés traditionnels de séchage et congélation des piments, afin de valoriser ces produits tout en gardant leur qualité. Dans le cas du procédé de séchage, l'étude fondamentale des principaux phénomènes de transferts qui se produisent pendant cette opération, ainsi que l'identification des processus limitant, ont montré que malgré la simultanéité temporelle des processus de transfert de matière et de chaleur, leur action couplée sur l'élément moteur de l'opération est de type de causalité en série. C'est ainsi que, lors du séchage par entraînement du produit, le transfert de matière interne correspond au phénomène limitant. De cette manière, afin d'intensifier l'opération de séchage, le procédé " swell drying ", couplage du séchage par air chaud à la technologie de Détente Instantanée Contrôlée (DIC), a été étudié. L'application du procédé " swell drying " sur les piments, a permis d'améliorer les cinétiques de séchage à travers l'augmentation de la diffusivité effective de l'eau et l'accessibilité initiale de la surface des produits. De même, grâce à la nouvelle structure expansée, ce procédé a permis d'augmenter la durée de vie des produits secs à travers la réduction de l'activité de l'eau et l'augmentation de la surface spécifique. Par ailleurs, les propriétés fonctionnelles (habilité de réhydratation et capacité de rétention d'eau) et les propriétés nutritionnelles (contenu d'antioxydants et capacité antioxydant) ont été aussi améliorées. Dans le respect du procédé de congélation traditionnel, et pour l'intensifier, une étape de séchage partiel, suivi du traitement DIC avant la congélation a été proposée. Ce couplage a permis d'augmenter l'extraction des antioxydants ainsi que leur capacité antioxydante, en état plus remarquable dans le cas de flavonoïdes. Finalement, avec ces résultats, il peut être conclu que le procédé DIC couplé au séchage par convection et à la congélation peut jouer un rôle important pour la valorisation et transformation des piments.

Ce travail s’inscrit dans le cadre duprojet européen FREEZEWAVE (ERA-NetSUSFOOD) et porte sur l’étude et lamodélisation d’un procédé de congélationassistée par micro-ondes. Il a pour objectif unemeilleure compréhension des phénomènesphysiques associés à ce procédé. Un modèlecouplant thermique, changement de phase etélectromagnétisme a été développé. Une étudenumérique préliminaire a permis d’appréhenderles interactions complexes entre micro-ondes etmatière durant le changement de phase,notamment l’importance de la diminution despropriétés diélectriques sur la modification desphénomènes de résonance entrainant ledéplacement des « points chauds » et sur laquantité de chaleur générée.Un gel modèle a été caractérisé puis utilisé pourvalider le modèle sur un pilote développé pourl’étude. La micro-tomographie à rayon X apermis la mesure de la taille des cristaux et amis en évidence, lors d’une congélationconventionnelle, l’impact du tempscaractéristique de congélation et du gradient detempérature sur la taille des cristaux de glace.Cette étude a permis de constater une nettediminution de la taille des cristaux de glace lorsd’une congélation assistée par micro-ondes parrapport à une congélation conventionnelle. EnfinIl a été montré que la réduction de taille descristaux n’était pas due aux oscillations detempérature provoquées par des créneaux depuissance micro-ondes mais à la quantitéd’énergie apportée / This work was performed in thecontext of the European project FREEZEWAVE(ERA-net SUSFOOD) and focuses on studyingand modelling the microwave assisted freezingprocess. The main objective was to acquire abetter understanding of the correspondingphysical phenomena. A model coupling thermal,phase change and electromagnetism wasdeveloped. A preliminary numerical studypermitted to grasp the complex interactionsbetween microwaves and matter, especially theimportance of the dielectric properties reductionon resonance phenomena, leading to the movingof “hot spots”, and on the generated heat.A methylcellulose gel was characterised andused for the model validation on a prototype pilotspecially designed for this study. A protocolbased on X ray tomography was developed todetermine the ice crystal size. It highlighted, fora conventional freezing process, that thethermal gradient and characteristic freezing timeimpacts the ice crystals sizes.In the case of microwave assisted freezing, thestudy permitted to show a clear decrease in icecrystal size compared to conventional freezing.Finally, it has been shown that the ice crystalsize reduction was not a consequence oftemperature oscillations due to microwavespulses but the consequence of the energyquantity brought to the system by microwaves.

L'objectif de cette étude était d'étudierl'effet d’un procédé innovant de congélation assistéepar micro-ondes (CAPMO) à faible énergie sur letemps de congélation, la qualité (microstructure,texture, perte de masse, et couleur) de la pomme etde la pomme de terre. La CAPMO des pommes etdes pommes de terre a été effectuée à unepuissance micro-onde constante (167 W/kg) et unepuissance micro-ondes appliquée par créneaux (500et 667 W/kg avec 10 s de micro-ondes sur unepériode de 30 s). Les températures ont été mesuréespendant le processus de congélation et lamicrostructure a été examinée en utilisant latomographie à rayons X et les techniques de cryo-SEM. D'autres paramètres de qualité tels que latexture, la perte de masse et la couleur ont étéévalués après décongélation de l'échantillon àtempérature ambiante.Les résultats ont montré que le processus deCAPMO n’affectait pas le temps de congélation.L'application de micro-ondes pendant le processusde congélation a produit une microstructure dequalité supérieure à celle de l'échantillon témoin ; LaCAPMO a réduit de manière significative la taillemoyenne des cristaux de glace dans les échantillonsde pommes et de pommes de terre. De plus, laCAPMO de la pomme et de la pomme de terre aentrainé une perte de masse moindre. La réductionde la fermeté / dureté et du module de Young aégalement été diminué par rapport à l'échantillontémoin. La couleur n'a pas été significativementinfluencée par la CAPMO. Parmi toutes lesconditions de congélation testées, la condition microondepulsée de 667 W/kg a donné le meilleur résultaten termes de réduction de la taille des cristaux deglace et de qualité. Ces résultats prometteursindiquent donc que l’application de micro-ondespendant la congélation permettrait d’obtenir desproduits congelés de meilleure qualité. / The objective of this study was toinvestigate the effect of innovative low energymicrowave assisted freezing (MAF) on freezing time,quality attributes (microstructure, texture, drip lossand colour) of apple and potato. MAF of apples andpotatoes was performed by applying constantmicrowave power (167 W/kg) and pulsed microwavepower (500 and 667 W/kg with 10 s pulse width and20 s pulse interval) during the freezing process. Thetemperature profile was monitored during thefreezing process, and the microstructure wasexamined using X-ray tomography and cryo-SEMtechniques. Other quality parameters such astexture, drip loss and colour were evaluated afterthawing frozen sample at room temperature.Results showed that the freezing time was notaffected by the MAF process. The application ofmicrowaves during freezing process producedsuperior microstructure than the control sample; MAFsignificantly reduced the mean ice crystal size inapple and potato sample. Moreover, MAF of appleand potato resulted in a lower drip loss, meanwhile,it also led to a lower reduction in firmness/hardnessand Young's modulus value if compared to controlsample. The colour was not significantly influencedby MAF. Among all the tested freezing conditions, the667 W/kg pulsed microwave condition yielded thebest result in terms of reduction in ice crystals sizeand retention of other quality parameters. Lastly,these results indicate that the application ofmicrowave during freezing would result in higherquality frozen products.

La congélation des produits alimentaires est un procédé qui permet d'augmenter leur durée de conservation. Ceci est possible grâce à l'abaissement de la température mais surtout à la solidification de l'eau réduisant la disponibilité de l'eau nécessaire au développement des micro-organismes. Cependant, si les produits ne sont pas emballés ou si l'emballage n'est pas adhérent à leur surface pendant la congélation, un transfert d'eau a également lieu simultanément à la libération de chaleur. Ce transfert d'eau se traduit par la déshydratation des produits qui implique une perte de masse. Celle-ci a un impact direct sur la masse de produit congelé qui pourra être vendue et donc un coût économique pour les industriels.La cristallisation de l'eau est également un paramètre clé de la congélation. En effet, les caractéristiques des cristaux de glace formés pendant la congélation (nombre, taille et forme) peuvent provoquer des modifications de structure des aliments et des dommages irréversibles. Ceux-ci se traduisent par la modification des propriétés organoleptiques et nutritionnelles des produits une fois décongelés et une baisse de leur qualité.Que ce soit pour la déshydratation ou la cristallisation, les conditions opératoires de congélation (température, vitesse d'écoulement d'air et hygrométrie) ainsi que certaines caractéristiques des produits (température initiale, surface, épaisseur) ont une influence importante. L’objectif de la thèse est d’étudier et savoir estimer la perte en eau et les caractéristiques des cristaux formés dans un aliment non poreux en fonction des conditions opératoires afin de choisir une technologie de congélation adaptée.Le travail a été axé sur l'étude des transferts de chaleur et de matière (eau) à la surface et à l'intérieur du produit lors de la congélation à deux niveaux d'échelle : macroscopique pour la déshydratation et microscopique pour la cristallisation. Cette approche multi-échelles s’est appuyée à la fois sur l’expérimentation et sur la modélisation.Pour ce qui est de la déshydratation, un dispositif expérimental a été conçu à l’échelle du produit pour mesurer la variation de la masse et de la température de l’aliment au cours de sa congélation (conditions mécaniques ou cryogéniques).Parallèlement, un modèle (1D) de prédiction de la déshydratation et de la durée de congélation en fonction du produit (homogène et non poreux) et des conditions opératoires de congélation a été développé. Cette étude a été réalisée pour un produit modèle, le gel de méthyl-cellulose (Tylose®) et pour de la viande hachée de bœuf (5 % de matière grasse).Pour l’étude de la cristallisation, un modèle à l’échelle des cristaux (2D) a pour vocation de représenter les phénomènes liés au changement de phase de l’eau (apparition et croissance des cristaux) en fonction des conditions opératoires de congélation. Il simule la cristallisation de l’eau dans des solutions notamment en prenant en compte la diffusion des molécules de solutés dans la solution cryo-concentrée ainsi que la libération et la dissipation de la chaleur latente de solidification de l'eau.Des observations de la cristallisation au sein d'échantillons de viande hachée de bœuf ont été faites par micro-tomographie à rayon X et cryo-microscopie électronique à balayage sur des échantillons congelés mais aussi par microscopie électronique à balayage et microscopie optique sur des échantillons lyophilisés (après congélation en conditions mécaniques ou cryogéniques). / Freezing extends food shelf life by lowering the temperature and mainly thanks to water solidification which decreases water availability for micro-organism growth. Nevertheless, if the food is not packaged or if the packaging is not adherent to its surface, a water transfer occurs simultaneously with the heat transfer during freezing. This water transfer leads to product dehydration which means weight loss. Food dehydration during freezing has consequences on the product weight and so has an economic cost for industrials.Water crystallization is also an important parameter of the freezing process. Indeed, ice crystal characteristics (number, size and shape) may induce food structure changes and irreversible damages. These modifications can alter organoleptic properties and food quality after thawing.Freezing operating conditions (temperature, flow velocity, hygrometry) and some food characteristics (initial temperature, surface, thickness) have an influence on both dehydration and water crystallization.The objective of this thesis is to study and to be able to estimate the water loss and crystal characteristics for non-porous food according to the freezing operating conditions in order to select the best freezing technology.The work was focused on the multi-scale study of heat and mass (water) transfers during freezing, at the product surface and throughout the product : on a macroscopic point of view for dehydration and on a microscopic point of view for crystallization. Each study is built on an experimental and a modelling work.For dehydration, an experimental device was developed to measure weight loss and product temperature kinetics during freezing (mechanical and cryogenic freezing conditions).Moreover, a predictive model (1D) was established for estimation of dehydration and freezing time according to the product and the freezing conditions. Dehydration was studied with a model material (methylcellulose gel-Tylose®) and with minced beef (5 % fat).For crystallization, a model at crystal scale (2D) aims to simulate phenomena related to the water phase change (nucleation and crystal growth) according to the freezing operating conditions. It takes into account water crystallization in solution considering the diffusion of the solute in the cryo-concentrated solution, the release and dissipation of the latent heat of water solidification.Crystallization observations were done in frozen samples of minced beef by X-ray micro-tomography and by cryo-scanning electron microscopy. Some visualizations were also carried out on freeze-dried samples by scanning electron microscopy and optical microscopy (after mechanical or cryogenic freezing).

Cette thèse s'articule autour de la caractérisation des propriétés thermophysiques et mécaniques d'un produit modèle : la Tylose et d'un produit alimentaire: le chocolat, ainsi qu'une modélisation du couplage thermique-mécanique en cours de congélation. L'étude expérimentale (en statique et en dynamique) a mis en évidence l'influence de la formation de glace sur la variation des propriétés mécaniques en fonction de la température. L'étude numérique a été réalisée sur une géométrie simple (plaque de Tylose) et sur deux géométries bicouches (plaque et cylindre), en éléments finis. Les simulations ont mis en évidence une contrainte parallèle au flux thermique qui engendre au sein de la structure une compression (proche de la température de cristallisation) suivi d'une tension (après l'apparition de 90% de glace). Cette contrainte complexe pourra engendrer l'apparition de fissures au sein du produit. De plus, le champ de déformation globale peut être utilisé comme un nouveau paramètre de contrôle et d'optimisation de la congélation. La présence de fortes contraintes aux interfaces peut également engendrer la création de fissures.