Les emballages alimentaires existent depuis la nuit des temps, depuis que l'homme transporte des aliments solides ou liquides. Comme tous les matériaux destinés à entrer au contact des aliments, le bois peut être une source de contaminations chimiques et/ou biologiques, il est donc soumis au règlement (CE) 1935/2004 du parlement européen. Cependant en France, la réglementation spécifique « bois » date de novembre 1945. Elle définit les espèces autorisées pour le contact alimentaire. Il existe également une note d'information « bois » de l'agence sanitaires française « DGCCRF » qui détaillent quelques phénomènes de migration entre le bois et l'aliment mais elles sont très peu développées. L'objectif de cette thèse est d'étudier les différents facteurs qui influencent la migration des composés organiques du bois après un contact alimentaire afin de développer une méthodologie d'analyse simple applicable par les industriels de l'emballage. A l'échelle locale, ce projet innovant apporte une réponse auprès des autorités sanitaires françaises et auprès de la filière française emballages bois et palettes. Et fournira des éléments nécessaires pour la mise à jour de la fiche « matériau bois n°2012-93 » et permettront aux industries agroalimentaires d'avoir à disposition une méthode d'analyse de référence. / Food packaging has existed for millennia; ever since man wished to transport solid or liquid foods that were gathered previously. As in the case most materials, wood could be a source of contamination by chemical or biological products. To date, there are no studies available that assess the migration potential of wood components in to food. Food in contact with materials, like wood, is subject to the European Regulation (EC) 1935/2004. In contrast to other materials, there is no specific directive for wooden food contact packaging. In France, the only specific regulation concerning "wood" dates from November 1945 and is very underdeveloped. This thesis aims to study various factors that influence the migration of organic compounds from wood to food when in direct or indirect contact with one another. The final outcome will be a simple methodology that can be applied to industrial packaging. At the national level, this innovative project is in response to the needs of both the French health authorities and the French wood packaging industry. And provide the information necessary to update the information contained in "wood material No. 2012-93” which will, in turn, give the food industry an analytical method and a point of reference.

Les matériaux au contact des aliments (MCDA) constituent un enjeu majeur pour les industriels européens de l’alimentation et de l’emballage d’autant que les MCDA doivent être produits selon les bonnes pratiques de fabrication et être en accord avec les règlementations, notamment le règlement cadre européen 1935/2004. Les MCDA constituent une source potentielle de contamination des aliments car ils peuvent transférer des constituants aux aliments par migration. Parmi les MCDA, les matériaux papiers-cartons sont les plus utilisés après les matériaux plastiques et leur taux de recyclage en Europe était de 72% en 2015 et il ne cesse d’augmenter. En plus des substances dites intentionnelles (SI), des substances non intentionnelles (SNI) peuvent migrer du MCDA vers l’aliment ; elles peuvent être des impuretés, des produits de dégradation, des contaminants provenant des matériaux recyclés etc. Actuellement, de nombreuses SNI ne sont pas identifiées. La présence potentielle de SNI et la nature complexe de ces matériaux rendent difficile l’étude des MCDA papiers-cartons recyclés. Ce projet de thèse a pour objectif d’évaluer le danger lié de ces matériaux. Pour cela, des papiers-cartons recyclés ont été prélevés le long d’une chaine de production (du papier-carton à recycler de début de chaine au papier-carton issu du processus de recyclage), extraits dans l’eau puis lyophilisés. Des analyses chimiques ont été réalisées par spectrophotométrie et par des méthodes chromatographiques (HPLC, GC-MS, LC-MS, ICP-MS). Ces analyses ont montré la présence d’un plus grand nombre de substances dans le papier-carton de début de chaine par rapport au papier-carton de fin de chaine de recyclage. Parmi les composants détectés, des substances naturelles ont été identifiées dans les deux extraits étudiés, provenant notamment du bois qui est la matière première utilisée pour la fabrication du papier (polymères de cellulose, d’hémicellulose et de lignine, acides gras, sucres, acides résiniques ou encore des phénols). D’autres substances identifiées comme additifs ou contaminants ont été caractérisées dans les extraits étudiés, dont bisphénols, des molécules appartenant à la famille des phthalates, des amines aromatiques ou encore des hydrocarbures saturés d’huiles minérales. Il est à souligner qu’une grande partie des substances identifiées dans le produit de début de chaine étaient absentes du produit de fin de chaine. En parallèle des analyses chimiques, des biotests ont été réalisés afin d’identifier des mécanismes d’action et des potentiels effets « cocktail ». Grâce à une batterie de biotests, les effets des extraits sur des cibles toxicologiques ont été étudiés sur différentes lignées cellulaires humaines (deux lignées hépatiques HEpG2 et HepaRG, la lignée hERα-HeLa-9903 et la lignée MDA-kb2): cytotoxicité, génotoxicité et potentiel perturbateur endocrinien. A la plus forte concentration testée, seul l’extrait de produit de fin de chaine a entrainé un effet cytotoxique sur la lignée MDA-kb2. Cependant, les mêmes conditions de test ont montré que les produits de départ et de fin de chaine pouvaient entrainer un stress oxydant dans les lignées hépatiques utilisées. L’évaluation de la génotoxicité a montré des effets génotoxiques des deux papiers-cartons étudiés. Cependant, contrairement aux lésions du matériel génétique induites par le produit de départ, les dommages de l’ADN dus au produit de de fin de chaine pourraient ne pas être réparables pas les systèmes de réparation cellulaires et entrainer des mutations chromosomiques. Enfin, l’étude du potentiel perturbateur endocrinien a mis en évidence des activités oestrogéniques et antiandrogéniques dose-dépendantes des extraits étudiés. Ainsi, la mise en corrélation des résultats d’analyses chimiques et toxicologiques permet d’offrir une stratégie pertinente pour l’évaluation du danger lié aux MCDA, afin d’aider les industriels dans l’évaluation du risque des potentiels NIAS présents dans ces matériaux. / Food contact materials (FCM) are a major issue of concern for European packaging and food companies as FCM must be produced in accordance with the good manufacturing practices and be in compliance with European Regulation 1935/2004/UE. FCM could be a potential source of food contamination because they could release chemicals by a phenomenon called migration. Among FCM, paperboards are the most common materials after plastics and the recycling rate of paperboards is high and was 72% in Europe in 2015. In addition to started substances also called Intentionally Added Substances (IAS), Non-Intentionally Added Substances (NIAS) such as impurities, degradation products, contaminants from recycled materials etc, are also able to migrate from the FCM to food and many of them are not always fully characterized. Assessing the risk of recycled paperboards FCM is difficult because of NIAS and as recycled paperboards can be complex mixtures of substances. This thesis project uses a methodology combining chemical analysis and in vitro bioassays to evaluate the potential hazard of recycled food contact paperboard extracts. For this study, recycled paperboards have been sampled at different steps a food packaging production chain (the starting paperboard of the beginning of the production chain and the end paperboard issued from the recycling process), extracted with water and the dry matter content was recovered by freeze-drying. Chemical analysis of the extracts was performed by spectrophotometry and by chromatographic methods (HPLC, GC-MS, LC-MS and ICP-MS). Chemical analysis showed the presence of a higher number of substances in the starting paperboard than the end paperboard issued from the recycling process. Among these substances, several natural substances were detected in both extracts such as wood extractives (polymers of cellulose, hemicellulose and lignin, fatty acids, sugars, resin acids and phenols). Other substances identified as additives and contaminants were characterized in both extracts such as bisphenols, phthalates, aromatic amins or mineral oil saturated hydrocarbons. It is important to precise that a large number of the substances of the starting paperboard were not detected in the end paperboard. In parallel to chemical characterization, bioassays were used as relevant tools to identify mechanisms of action and potential “cocktail effects”. A battery of bioassays has been performed using different human cell lines (two hepatic cell lines HepG2 and HepaRG, the hERα-HeLa-9903 cell line and the MDA-kb2 cell line) to check toxicological endpoints which are relevant to low exposure: cytotoxicity, genotoxicity and potential endocrine disruption. No cytototoxic effects of both extracts were observed on both human hepatic cell lines HepG2 and HepaRG neither on the HeLa 9903 cell line; whereas the end paperboard extract had cytotoxic effects on MDA-kb2 cells at the highest tested concentration. However, in the same conditions, the starting and the recycled end paperboard extracts were able to induce oxidative stress in the used cell lines. The results of the genotoxicity study showed genotoxic effects of the starting paperboard and the end paperboards. The DNA damage induced by the starting paperboard in the used cellular models might be repaired by cell repair systems. In contrast, data of this study suggest that the end paperboard was able to induce DNA damage that might turn into chromosomal mutations. Data of the endocrine disruption potential showed that the tested FCM paperboard extracts induced significant agonist and dose dependent estrogenic and antiandrogenic activities in the used cell lines. The correlation of the results of the in vitro toxicological study and chemical analysis offers a relevant strategy for hazard assessment of FCM in order to help manufacturers to manage the risk of NIAS.

En raison de leurs excellentes propriétés, les polyoléfines telles que le polypropylène et le polyéthylène sont largement utilisées dans des applications d'emballage alimentaire. Cependant, tout au long de leur cycle de vie ou de la première utilisation, les polyoléfines peuvent être exposées à des milieux contaminés qui limitent leur recyclabilité en contact alimentaire. Par conséquence, le recyclage de polyoléfines au contact alimentaire nécessite des niveaux de décontamination rigoureux et donc une technologie de décontamination avancée. L’objectif de ce travail consiste dans un premier temps à étudier la faisabilité et la potentialité de l’extraction par CO2 supercritique en mode batch pour la purification de polyoléfines (extraction d’additifs et de contaminants modèles). On s’est plus particulièrement attaché à étudier l’effet des paramètres du procédé sur la cinétique de l’extraction ainsi que l’influence de l’extraction supercritique sur les comportements rhéologique et thermique des matériaux purifiés. Dans un deuxième temps, on s’est intéressé au développement d’un nouveau procédé continu d’extraction par couplage de l’extraction supercritique et l’extrusion bi-vis. Les résultats les plus importants ont montré la potentialité de l’extraction par CO2 supercritique en mode batch pour la purification de polyoléfines sans influencer significativement les propriétés de la matrice / Due to their excellent properties, polyolefins such as polypropylene and polyethylene are widely used in food packaging applications to preserve and protect foodstuffs. However, throughout their lifecycle or first use, polyolefins can be exposed to contaminated media which limit their recyclability in food contact applications. Therefore, the recycling of polyolefins into direct food contact applications requires rigorous decontamination levels and thus effective and advanced recycling technology. The objective of this work is, at first hand, to study the feasibility and the potential of supercritical CO2 extraction in batch process for the purification of polyolefins (extraction of additives and model contaminants). In the whole, we investigated the effects of process parameters and contaminant structure on the extraction kinetic, and the influence of the supercritical CO2 extraction on the rheological and thermal behaviors of the purified materials. On the other hand, we aimed at the development of a novel continuous extraction process by coupling supercritical extraction technique and twin-screw extrusion. The most significant results showed the potential of supercritical CO2 extraction in batch mode for the purification of polyolefins without influence significantly the matrix properties

Des produits de consommation de première nécessité aux produits les plus fortuits, l'emballage, en particulier plastique, constitue aujourd'hui un élément indispensable de notre vie quotidienne. Son utilisation intensive dans le domaine agroalimentaire pour un usage unique à courte durée de vie incite aujourd'hui à s'orienter vers de nouveaux matériaux d'origine renouvelable et biodégradables, aux caractéristiques similaires que leurs homologues issus des ressources fossiles. Les mélanges à base de biopolymères et de biopolyesters peuvent être une bonne alternative. Dans ce présent travail de thèse, des mélanges de farine de blé, thermoplastifiée par du glycérol et de l'eau, et des polyesters biosourcés et biodégradables tels que le PLA et/ou le PHB ont été obtenus par extrusion bivis et moulés par injection thermoplastique. Les caractéristiques thermiques, thermomécaniques dynamiques, morphologiques, mécaniques et barrières de ces nouveaux matériaux ont été étudiés. De l'acide citrique a été utilisé comme agent de compatibilisant pour améliorer l'interface amidon/PLA. Les différentes investigations nous ont permis de mettre au point différents types de formulations aux caractéristiques mécaniques et barrières à la vapeur d'eau intéressantes pour la fabrication de corps de barquettes d'emballage alimentaire de denrées périssables comme la viande ou les fromages. L'aptitude au contact alimentaire des matériaux farine thermoplastifiée/polyester et l'impact de l'incorporation des polyesters sur la biodégradabilité de ces matériaux ont également été étudiés. / From basic and essential to unnecessary and optional consumer products, packaging, particularly plastic, is today an indispensable part of our daily life. Its extensive use in the food industry for a single use and for a short shelf-life encourages us today to move towards new renewable and biodegradable materials with similar characteristics than their counterparts from fossil resources. Biopolymers and biopolyesters blends can be a good alternative. Within the framework of this present work, wheat flour, thermoplasticised by glycerol and water, and biobased and biodegradable polyesters such as PLA and/or PHB, were blended using an industrial twin screw extruder and were injection-molded into thermoplastic materials. Thermal, dynamic thermomechanical, morphological, mechanical and barriers properties of these new materials were studied. Citric acid was used as a compatibilizer to improve the interface starch/PLA. The different investigations have allowed us to develop various types of formulations, with mechanical characteristics and barrier properties to water vapor, very attractive for manufacturing plastic food packaging which can be used for meats or cheeses. Food contact suitability and biodegradability of thermoplasticised wheat flour/polyester materials have also studied.