Ces dernières années, la sécurité civile et la lutte contre le terrorisme sont devenus des enjeux primordiaux, induisant un besoin croissant en techniques de détection de différentes menaces. Dans ce cadre, le CEA participe au développement de capteurs chimiques de gaz et des matériaux sensibles associés. Il existe aujourd'hui un besoin en matériaux sensibles robustes pour la détection des vapeurs de H2O2 car la durée de vie des composés fluorescents organiques existants est courte. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans cette optique et portent sur l'élaboration d'un matériau sensible inorganique composé de nanoparticules fluorescentes de vanadates de terres rares synthétisées par voie sol-gel. Des voies de synthèse innovantes, avec un contrôle fin des étapes de nucléation et de cristallisation, ont permis d'atteindre des performances importantes comme la détection sélective du gaz à des teneurs inférieures au ppm, en garantissant une durée de vie du matériau de plusieurs mois. De plus, un contrôle précis du pH assure une bonne reproductibilité des synthèses. Enfin, une excellente photostabilité des particules a été atteinte via l'intégration d'une étape de traitement au four micro-ondes dans la synthèse. Les particules ont été caractérisées par spectrométrie photoélectronique X, par résonance paramagnétique électronique ou encore par thermoluminescence pour mieux comprendre le mécanisme de quenching dynamique de la fluorescence des nanoparticules YVO4:Eu associé à l'exposition à H2O2. Il semble impliquer une action de H2O2 sur des lacunes d'oxygène. Un transfert d'énergie aurait lieu à partir de l'état excité des ions Eu3+ vers les défauts, empêchant donc l'émission. / Over the past few years, civil security and the fight against terrorism have become critical issues, leading to a growing need for techniques to detect different threats and especially gas. In this context, the CEA is actively involved in the development of chemical gas sensors and in the elaboration of their sensitive materials. Due to the short lifetime of fluorescent organic materials, a need for robust sensitive materials exists. In light of these issues, this project focuses on the development of a sensitive inorganic material composed of fluorescent nanoparticles of rare earths vanadates synthesized by the sol-gel process. Innovative syntheses, with a fine control of the nucleation and crystallization steps, enable to reach significant performance such as the selective detection of the target gas at sub ppm levels, while guaranteeing a material lifetime of several months. In addition, a precise pH control ensures a good reproducibility of the syntheses. Finally, an excellent photostability of the particles was obtained by incorporating a microwave treatment into the synthesis.The particles were characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Electron paramagnetic resonance (EPR) or thermoluminescence to better understand the mechanism of the detection of H2O2 vapors by the YVO4:Eu nanoparticles. A dynamic quenching of the particles fluorescence is associated with exposure to hydrogen peroxide. It seems to imply an action of H2O2 on the defects (such as oxygen vacancies), resulting in a transfer of energy from the excited state of Eu3+ ions to the defects, thus preventing the fluorescence emission.

Les formes réactives de l’oxygène (peroxyde d’hydrogène, radicaux superoxydes et hydroxyles) sont produites lorsque la régulation du métabolisme de l’oxygène est perturbée. Ces espèces sont responsables, directement ou indirectement, de nombreux dommages oxydatifs au niveau moléculaire (acides nucléiques, protéines, lipides…) pouvant affecter les mécanismes cellulaires. Toutefois le peroxyde d’hydrogène pourrait également se comporter comme un messager secondaire dans différentes voies de signalisation et être à l’origine de processus physiologiques. Ainsi sa double fonction a suscité l’intérêt de nombreux laboratoires qui tentent à présent d’élucider son rôle et son degré d’implication dans les processus physiologiques et pathologiques. Pour la détection du peroxyde d’hydrogène, de nombreuses pro-sondes ont été élaborées sur la base d’une amorce boronate. La plupart de ces pro-sondes ont permis de détecter un stress oxydant in cellulo mais souffrent cependant d’un manque de réactivité. Le but du mon projet de thèse a alors été d’améliorer la réactivité de l’amorce en élaborant des pro-sondes à amorce borinate. Malgré des difficultés de synthèse, nous avons obtenu une telle pro-sonde à amorce borinate, dissymétrique, portant à la fois un phényle et la coumarine, choisie comme chromophore. Des études cinétiques ont montré que la réactivité de notre pro-sonde borinate est 100 fois plus élevée que celle des pro-sondes à amorce boronate actuelles, en conditions physiologiques. Un mécanisme réactionnel a été proposé. Enfin notre pro-sonde a pu être validée in cellulo sur des macrophages, activés au PMA pour la détection endogène du peroxyde d’hydrogène. Encouragés par ces résultats, nous synthetisons actuellement d’autres pro-sondes à amorce borinate présentant d’autres chromophores. / Reactive oxygen species (hydrogen peroxide, hydroxyl and superoxide radicals) are produced when the regulation of oxygen metabolism is disrupted. These species are directly or indirectly responsible for numerous oxidative damage at the molecular level (nucleic acids, proteins, lipids, etc.) which can affect cellular mechanisms. However, hydrogen peroxide could also behave as a secondary messenger in various signaling pathways and be the source of physiological processes. Thus its dual function has aroused the interest of many laboratories which are now trying to elucidate its role and its degree of involvement in physiological and pathological processes. In order to detect hydrogen peroxide, many pro-probes have been developed, based on a boronate trigger. Most of these probes proved able to detect an oxidative stress in cellulo but suffer from lack of reactivity. The goal of my thesis project was to improve the reactivity of the trigger by developing pro-probes with a borinate trigger. In spite of difficulties of synthesis, we obtained such a pro-probe with a borinate trigger, dissymmetrical, and bearing both a phenyl and a coumarin substituent, chosen as chromophore. Kinetic studies have shown that the reactivity of our borinate pro-probe is 100 times higher than that of the current boronate-based trigger pro-probe, under physiological conditions. A reaction mechanism has been proposed. Finally, our pro-probe has been validated in cellulo on macrophages, activated with PMA for the endogenous detection of hydrogen peroxide. Encouraged by these results, we are currently synthesizing other pro-probes with borinate trigger presenting other chromophores.

L'hydrogène a révélé un grand potentiel en tant que vecteur d'énergie du futur polyvalent et non polluant, offrant une densité d'énergie élevée et une conversion efficace en puissance utilisable. La fermentation noire est l'un des procédés de production biologique les plus prometteurs, mais doit encore surmonter des défis majeurs, notamment des taux de production d'hydrogène faibles (HPR) et des rendements en hydrogène (HY), avant que son application industrielle ne devienne économe en énergie et en coûts. Dans ce travail, nous avons cherché à optimiser la production d’hydrogène par fermentation noire de Thermotoga neapolitana. Les principaux objectifs étaient d'améliorer le HPR et de maintenir une HY élevée en utilisant différentes approches pour contrecarrer les limitations des processus et prévenir les inhibitions les plus pertinentes. En outre, un développement du procédé à flux continu privilégié par l'industrie a été prévu. Une augmentation de la concentration de biomasse initiale de 0,46 à 1,74 g CDW / L dans les essais biologiques en lots a entraîné une augmentation de plus de 2 fois de la HPR jusqu'à 654 (± 30) mL / L / h sans affecter négativement l'HY. Cependant, alors que la productivité volumétrique augmentait, le HPR spécifique (par unité de biomasse) était négativement corrélé avec le HPR et la concentration de biomasse. Par la suite, nous avons étudié la sursaturation en hydrogène de la phase liquide (H2aq) dans des essais biologiques par lots. À 100 tr / min d'agitation, H2aq est sursaturé jusqu'à 3 fois la concentration à l'équilibre. L'augmentation de la vitesse d'agitation diminuait l'accumulation de H2aq jusqu'à atteindre un équilibre entre l'hydrogène en phase gazeuse et liquide en agitation à 500 tr / min à de faibles concentrations cellulaires. Une augmentation de 200 à 600 tr / min a réduit progressivement l'H2aq de 21,9 (± 2,2) à 8,5 (± 0,1) mL / L et a presque doublé le HPR, révélant une corrélation directe entre les deux paramètres. De même, l’ajout de supports K1 et de recirculation de biogaz riche en H2 (GaR) a permis de contrecarrer l’accumulation de H2aq. En accélérant le processus en augmentant la concentration de biomasse dans les réacteurs jusqu'à 0,79 g CDW / L, le GaR s'est révélé plus efficace pour éliminer l'H2aq que l'agitation à 500 tr / min. L'application de GaR à 300 et 500 tr / min a augmenté le HPR d'environ 260% à 850 (± 71) mL H2 / h / L, par rapport à une agitation à 300 tr / min, atteignant une HY de 3,5 mol / mol de glucose. Nous avons démontré qu'un transfert de masse gaz-liquide insuffisant conduit à une accumulation de H2aq qui inhibe le rendement, mais plus encore le taux de fermentation à l'obscurité. Dans la phase finale de ce projet, nous avons réussi à maintenir la production d'hydrogène à débit continu. L'augmentation de la concentration en glucose de l'alimentation, de 11,1 à 41,6 mM, a entraîné une diminution de l'HY de 3,6 (± 0,1) à 1,4 (± 0,1) mol H2 / mol de glucose. L’HPR a augmenté simultanément jusqu’à environ 55 ml / L / h à 27,8 mM de glucose, tandis qu’une augmentation supplémentaire du glucose dans l’alimentation animale à 41,6 mM n’a pas augmenté les concentrations en HPR et en AA. Pour rechercher si des taux élevés d'AA limitaient le processus, la concentration en AA de l'alimentation a été progressivement augmentée. Cependant, cela n'a révélé aucun effet négatif sur la fermentation à l'obscurité en continu jusqu'à 240 mM de nourriture AA et, tout au long des 110 jours de fermentation en continu, l'HY a augmenté de 47%. La réduction du THS de 24 à 7 h a également entraîné une augmentation du taux de HPR de 82 (± 1) à 192 (± 4) mL / L / h, tout en diminuant le HY. De manière concomitante, le H2aq accumulé est directement corrélé au HPR atteignant 15,6 mL / L pour un THS de 7 h et à une agitation de 500 tr / min. L'application de GaR a efficacement neutralisé la sursaturation en H2aq et a permis d'obtenir le HPR le plus élevé de 277 mL / L à un THS de 5 h / Hydrogen has revealed a great potential as a versatile and non-polluting energy carrier of the future providing a high energy density and an efficiently conversion to usable power. Dark fermentation is one of the most promising biological production processes, but still has to overcome major challenges, most importantly low hydrogen production rates (HPRs) and hydrogen yields (HYs), before its industrial application becomes cost- and energy-efficient.In this work, we aimed to optimize the hydrogen production via dark fermentation by Thermotoga neapolitana. The main objectives were to enhance the HPR and maintaining a high HY using different approaches to counteract process limitations and prevent the most relevant inhibitions. Furthermore, a development of the industrially preferred continuous-flow process was projected. An increase of the initial biomass concentration from 0.46 to 1.74 g CDW/L in batch bioassays resulted in a more than 2-fold enhancement of the HPR up to 654 (±30) mL/L/h without negatively affecting the HY. However, while the volumetric productivity increased the specific HPR (per unit of biomass) was negatively correlated with the HPR and the biomass concentration. Subsequently, we investigated the supersaturation of hydrogen in the liquid phase (H2aq) in batch bioassays. At 100 rpm agitation H2aq supersaturated up to 3 times the equilibrium concentration. Increasing the agitation speed diminished the accumulation of H2aq until an equilibrium between the gas and liquid phase hydrogen was reached with 500 rpm agitation at low cell concentrations. A raise from 200 to 600 rpm gradually reduced H2aq from 21.9 (± 2.2) to 8.5 (± 0.1) mL/L and approximately doubled the HPR, revealing a direct correlation between the two parameters. Similarly, the addition of K1 carrier and H2-rich biogas recirculation (GaR) successfully counteracted the accumulation of H2aq. Accelerating the process by increasing the reactors biomass concentration up to 0.79 g CDW/L, GaR revealed to be more efficient in removing H2aq than 500 rpm agitation. The application of GaR at 300 and 500 rpm enhanced the HPR by approximately 260% up to 850 (± 71) mL H2/h/L, compared to a sole 300 rpm agitation, reaching a HY of 3.5 mol/mol glucose. We demonstrated that an insufficient gas-liquid mass transfer leads to the accumulation of H2aq which inhibits the yield but even more so the rate of dark fermentation. In the final phase of this project we successfully maintained continuous-flow hydrogen production. Increasing the feed glucose concentration from 11.1 to 41.6 mM diminished the HY from 3.6 (± 0.1) to 1.4 (± 0.1) mol H2/mol glucose. The HPR increased concomitantly up to approximately 55 mL/L/h at 27.8 mM of glucose, whereas a further increase of feed glucose to 41.6 mM did not enhance the HPR and the AA concentration. To investigate whether high levels of AA limited the process, the feed AA concentration was gradually increased. However, this revealed no negative effect on continuous dark fermentation up to 240 mM of feed AA and, throughout the 110 days of continuous fermentation, the HY increased by 47%. Decreasing the HRT from 24 to 7 h also led to a HPR enhancement from 82 (± 1) to 192 (± 4) mL/L/h, while decreasing the HY. Concomitantly, the H2aq accumulated, directly correlated to the HPR reaching 15.6 mL/L at an HRT of 7 h and 500 rpm agitation. The application of GaR efficiently counteracted the supersaturation of H2aq and allowed the highest HPR of 277 mL/L at a HRT of 5 h

La croissance constante de la population mondiale exige l’élaboration de stratégies alimentaires capables de soutenir les besoins nutritionnels des populations. Parmi les moyens stratégiques mis en œuvre, nous pouvons citer l'utilisation des sous-produits de transformation des aliments pour des besoins nutritionnels humains. En ce sens, l’industrie de concassage des graines oléagineuses, produisant des huiles végétales, fournit des résidus qui sont riches en fibres et en protéines. Ceci fait de ces résidus d’excellentes matières premières pour le développement de nouveaux ingrédients pour l'industrie alimentaire. Le tourteau de canola est un sous-produit du processus de broyage des graines de canola. En 2007 par exemple, la production du tourteau de canola au Canada était de l’ordre de 2050 tonnes métriques. Sur base sèche, le tourteau de canola contient environ de 12 à 20% (p / p) de fibres et de 35 à 45% (p / p) de protéines. Sa composition en acides aminés est bien équilibrée, ce qui rend du tourteau de canola une source potentielle de protéines pour l'alimentation humaine. Toutefois, des niveaux élevés de facteurs antinutritionnels comme les glucosinolates et les phytates ainsi que la présence de composés phénoliques limitent l’utilisation du tourteau de canola dans des produits alimentaires. Les composés phénoliques dans le tourteau de canola sont responsables de la couleur foncée, du goût amer et de l’odeur désagréable des matrices alimentaires dans lesquelles le tourteau est utilisé. Le niveau de composés phénoliques dans le tourteau de canola est plus élevé que celui dans le tourteau de soja, et il doit être diminué avant d’utiliser le tourteau de canola comme source d'ingrédients alimentaires. La couleur du tourteau doit également être considérablement améliorée. Jusqu'à présent, il n'existe aucune technologie complètement réussie pour diminuer la teneur en composés phénoliques dans le tourteau de canola et améliorer son odeur, sa couleur et son goût. Dans le présent travail, nous avons développé une nouvelle approche pour améliorer l'utilisation du tourteau de canola et de ses dérivés (protéines et fibres) comme ingrédients dans des applications alimentaires humaines. Pour ce faire, le tourteau de canola a été décoloré (blanchi) par des solutions de peroxyde d'hydrogène. La couleur du tourteau a été considérablement améliorée et elle est passée de L * = 45 à L * = 78. Le traitement au peroxyde d'hydrogène a permis aussi l'amélioration de l'extractabilité de la matière sèche totale dans les solutions aqueuses. Cette extractabilité était d'environ 22% pour le tourteau initial, tandis que celle du tourteau traité avec du peroxyde d'hydrogène est de 83%. La solubilité élevée de la matière sèche totale, comprenant les protéines et les fibres, permettra d'améliorer la biodisponibilité de ces ingrédients. La teneur en polyphénols totaux a été abaissée d'au moins 93%. Aussi, la matière extraite à sec a été caractérisée par de très bons paramètres organoleptiques (couleur, odeur et goût). Nous espérons que ce travail contribuera à résoudre des problèmes nutritionnels à l’échelle mondiale. / This research work was aimed to study the possibility of enhancing the use of canola meal as a source of food ingredients. The main objectives of this research work were to discolour the meal and to evaluate the product properties as well as the effect of the treatment on the extractability of the total dry matter, protein profile, total polyphenolics content, and overall acceptability of the end product. The constant growth of world population requires governments in all countries to develop food policies to support the nutritional needs of populations. Among the strategic means adopted, we can found the use of by-products of food processing practices for human nutritional needs. In this context, vegetable oils crushing industry provides residues which are rich in fibres and proteins. This makes them excellent raw materials for the development of new ingredients for the food industry. Canola meal is a by-product of de-oiling process of canola seeds. For example, the production of canola meal in Canada in 2007 was estimated at 2050 metric tonnes. On a dry basis, canola meal contains approximately 12-20% (w/w) carbohydrates and 35-45% (w/w) proteins. The well balanced and favourable amino acid composition of the canola meal makes this latter a potential source of proteins for human nutrition. However, high levels of antinutritional factors such as glucosinolates and phytates and the presence of phenolics prevent canola meal from being fully used in food products. Phenolics in canola meal are responsible of the dark color of the food matrices in which they are used, bitter taste, and strong undesirable smell. The level of phenolics compounds in canola meal is at least an order of magnitude higher than in soybean meal, and has to be decreased before the meal can be used as a source of food ingredients. The meal color must also be significantly improved. Enhancing the overall quality of the canola meal would contribute to both higher nutritional and monetary values of this material. Until now, there is no completely successful large scale technology for decreasing the phenolic content in canola meal and for improving its color, bitterness, and strong smell. The prupose of the present work was to develop a novel approach to improve the use of canola meal and its derivatives (proteins and fibres) as ingredients in food applications. The canola meal was successfully discolored (bleached) following a treatment with hydrogen peroxide solutions. The meal color was significantly improved and passed from L* = 45 up to L* = 78. The treatment with hydrogen peroxide allowed enhancing the extractability of the total dry matter in aqueous solutions. The initial meal extractability was approximately 22% whereas the meal treated with hydrogen peroxide was characterized by an extractability of the total dry matter of 83%. The increased solubility of the total dry matter, including proteins and fibres, will enhance the bioavailability of these ingredients. Total phenolic content was lowered by at least 93%. The extracted dry matter was characterized by very good organoleptic parameters (color, smell, and taste). The output of this research work will hopefully contribute to solving nutritional problems worldwide.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Le sulfure d'hydrogène (H2S) et le méthyle-mercaptan (MM) sont les contaminants odorants les plus abondants parmi le quatuor qui compose les soufres réduits totaux (SRT) (H2S, CH3SH, (CH3)2S, (CH3)2S2) dans les émissions atmosphériques des industries papetières Kraft. L'association de SRT avec suffisamment d'oxygène peut être exploitée sur la base de la chimie du fer, pour convertir les SRT gazeux en produits non-volatils et non-odorants. Le procédé utilise l'oxyde-hydroxyde de Fe/Ce (Fe/CeOx) dans des solutions alcalines où l'absorption oxydative de H2S et de MM (sous forme d’ hydrosulfure et de méthyle mercapture) est favorisée. Des protocoles d'électrophorèse capillaire ont été développés pour la séparation, l'identification et la quantification de l’hydrosulfure, du méthyle mercapture, des polysulfures, du thiosulfate, du sulfate, du sulfite et du tétrathionate. La cinétique et le mécanisme de la réaction anoxique entre l’hydrosulfure et le Fe/CeOx ont été étudiés aux pH [8.0-11.0] dans un réacteur batch liquide-solide. La plupart du Fe(II) produit à pH = 9.5 reste associée à la surface de l'oxyde dans l’échelle de temps des expériences. L’hydrosulfure a été converti en thiosulfate, polysulfures et, probablement, en soufre élémentaire, alors que le Fe2+ lixivié et le thiosulfate ont montré une production équimolaire pour pH ≥ 9.5. Un mécanisme de réaction détaillé pour l'oxydation anoxique d’hydrosulfure par le Fe/CeOx a été proposé pour expliquer la formation des produits ci-dessus et dont un modèle cinétique a été dérivé pour décrire les vitesses de lixiviation du Fe(II) et de consommation d’hydrosulfure. En conditions oxiques à pH [8.5-11.0], le Fe/CeOx oxyde l’hydrosulfure via une voie combinée hétérogène-homogène pour former les mêmes produits qu’en anoxique. L'oxygène accélère l'oxydation de l’hydrosulfure par le Fe/CeOx par un facteur de plus de trois en comparaison avec la réaction anoxique. L'oxygène assume un double rôle : d'abord, il ré-oxyde le fer de Fe(II) à Fe(III); en second lieu, il favorise l'oxydation de l`hydrosulfure vers les polysulfures et de ces-ci vers le thiosulfate, un produit non-volatile et non-odorant. L'oxydation du méthyle mercapture par Fe/CeOx a été étudiée aux différentes valeurs du pH [10.5-12] en conditions anoxique et oxique. Des conversions de mercapture allant jusqu'à 100% ont été obtenues en conditions oxiques bien que la conversion du mercapture se soit avérée tributaire de la quantité d'oxygène dissous. L'interférence avec l’hydrosulfure co-mélangé avec le mercapture a causé une inhibition dans la conversion des deux polluants. Une telle inhibition est due aux polysulfures naissants formés par l'oxydation de l’hydrosulfure. L'oxydation du méthyle mercapture par le système Fe/CeOx/O2 n'a pas affecté la capacité de régénération du Fe(III) de surface par l'oxygène dissous. Fe/CeOx semble être un matériau très prometteur pour un éventuel procédé de lavage-oxydatif pour l’élimination du méthyle mercaptan dans les émissions des industries papetières de type Kraft. / Hydrogen sulfide (H2S) and methyl mercaptan (MM) are the most abundant odor contaminants among the Total Reduced Sulfur (TRS) quartet (H2S, CH3SH, (CH3)2S, (CH3)2S2) contained in the Kraft mill atmospheric emissions. The association of TRS with sufficient oxygen could be taken advantage of, based on the iron chemistry, to convert TRS gases to odorless non-volatile products. The process uses Fe/Ce oxide-hydroxide (Fe/CeOx) slurried in alkaline solutions where both H2S and MM oxidative absorption (in the form of hydrosulfide and methyl mercaptide) is promoted. Capillary electrophoresis protocols were developed for the separation, identification and quantification of hydrosulfide, methyl mercaptide, polysulfides, thiosulfate, sulfate, sulfite and tetrathionate. The kinetics and mechanism of the anoxic reaction between hydrosulfide and Fe/CeOx were studied for pH [8.0-11.0] in a batch slurry reactor. Most of Fe(II) produced at pH = 9.5 remained associated with the oxide surface in the time-frame of the experiments. Hydrosulfide was converted into polysulfides, thiosulfate and, probably, elemental sulfur, while the leached Fe2+ and thiosulfate dovetailed equimolarly. A detailed reaction pathway of the anoxic oxidation of hydrosulfide by Fe/CeOx was proposed for explaining the formation of above products and whereof a kinetic model was derived to depict the Fe2+ leaching and hydrosulfide consumption rates. In oxic conditions at pH [8.5-11.0], Fe/CeOx will oxidize hydrosulfide via a combined heterogeneous-homogenous pathway to yield the same products as in anoxia. Oxygen enhanced Fe/CeOx-promoted hydrosulfide oxidation by more than a factor three when compared with anoxic reaction. Oxygen is believed to have a double role: first, it re-oxidizes iron from Fe(II) to Fe(III); second, it promotes oxidation of hydrosulfide to polysulfides which in turn transforms into non-volatile, non-odorous thiosulfate. The reaction between methyl mercaptide and Fe/CeOx was studied at different pH values [10.5-12] both in anoxic and oxic conditions. Up to 100% conversions of mercaptide were obtained in oxic conditions, though the mercaptide conversion was found to be tributary to the dissolved oxygen. Interference with hydrosulfide co-mixed with mercaptide caused an inhibition in the conversion for both pollutants, due to the incipient polysulfides formation. The oxidation of methyl mercaptide by the Fe/CeOx/O2 system did not affect the re-oxidative regeneration of surface Fe(III) by O2. Fe/CeOx appears to be a very promising material for a redox-scrubbing process targeting the TRS emissions from Kraft mills, via in situ regeneration of Fe(III) sites by O2.

Le microbiote intestinal joue un rôle important dans la santé de son hôte. Les bactéries qui le composent vont agir à différents niveaux, comme celui de la digestion, du métabolisme, de l'immunité ou du cerveau. Ces bactéries vont former un réseau équilibré qui est nécessaire pour le maintien de notre santé. Cependant, des facteurs externes tels que la diète, la prise de médicaments, l'environnement et le stress peuvent grandement influencer cet équilibre et altérer la composition du microbiote intestinal. De plus, ces perturbations peuvent engendrer un stress oxydatif et provoquer encore plus de dommages, notamment à notre cerveau. Afin d'étudier ces variations, deux outils génétiques ont été développés pour le modèle du poisson-zèbre. Le premier outil consiste en un système CRISPR-dCas9 photoactivable à la lumière bleue ayant pour but de contrôler les populations microbiennes de l'intestin d'une larve (transparente) de poisson-zèbre à l'aide de la lumière. La preuve de concept a été réalisée avec Escherichia coli. Le deuxième outil consiste en un senseur de peroxyde d'hydrogène ciblé aux mitochondries des cellules épithéliales de l'intestin. Cet outil vise à mesurer les niveaux de peroxyde d'hydrogène, un dérivé réactif de l'oxygène menant à la production de stress oxydatif. Ultérieurement, cet outil sera exploité afin de générer une lignée transgénique de poisson-zèbre exprimant ce senseur. Il sera également possible d'utiliser en parallèle le système CRISPR-dCas9 photoactivable afin de faire des liens entre les perturbations du microbiote intestinal et le stress oxydatif produit par le peroxyde d'hydrogène dans l'intestin de la larve de poisson-zèbre. Finalement, des liens entre ces effets et le développement du cerveau pourront être établis. / The intestinal microbiota plays an important role in the health of its host. The bacteria that compose it will act at different levels, such as digestion, metabolism, immunity, or the brain. These bacteria will form a balanced network that is key for the maintenance of our health. However, external factors such as diet, drugs, environment, and stress can greatly influence this balance and alter the composition of the intestinal microbiota. Moreover, these disturbances can lead to oxidative stress and cause further damage, especially to our brain. To study these variations, two genetic tools were developed to use in the zebrafish larva model. The first tool is a blue-light photoactivatable CRISPR-dCas9 system to control the gut microbiota using light. The proof of concept has been realized with Escherichia coli. The second tool consists of a hydrogen peroxide sensor targeted to the mitochondria of intestinal epithelial cells. This tool aims to measure the levels of hydrogen peroxide, a reactive oxygen derivative leading to the production of oxidative stress. Later, this tool will be used to generate a transgenic line of zebrafish expressing this sensor. It will also be possible to use in parallel the photoactivatable CRISPR-dCas9 system to make links between the disturbances of the intestinal microbiota and the oxidative stress produced by hydrogen peroxide in the larval zebrafish gut. Finally, links between these effects and the brain development will be further studied.

L'objectif de cette maîtrise était de développer une méthode qui permettra de trouver une formule de blanchiment efficace du tourteau de canola. Dans ce souci d'optimisation, la méthodologie basée sur les surfaces de réponse (MRS) a été utilisée pour déterminer le pH, les concentrations de tourteau de canola (CM) et de peroxyde d'hydrogène (HP) optimums qui procurent le meilleur profil chromatique au produit. La démarche expérimentale consistait à trouver les conditions optimales pour blanchir le tourteau. Nous avons trouvé les réponses suivantes: L*=83,46; a*=-3,66; b*=17,18; BI=18,05, grâce à la combinaison : pH=10, HP=10 (v/v) et CM = 2,65 (p/v). La MSR nous a également permis de trouver une formule de blanchiment qui donne un profil chromatique identique à celui des farines de blé entier pâtissière et tamisée, d'avoine et de seigle. L’autre objectif était d’examiner les conditions d’extraction des isolats de protéines des tourteaux de canola blanchis (ITB) et non blanchis (ITNB) et d’étudier leurs propriétés fonctionnelles; à savoir le pouvoir moussant et émulsifiant qui sont très importants dans des applications alimentaires. L'étude de fonctionnalité des protéines du tourteau blanchi en présence et en absence de sel et leur comparaison avec les protéines du tourteau non blanchi dans les mêmes conditions ont démontré que les ITB ont de bonnes propriétés moussantes et émulsifiantes. Les capacités émulsifiantes des ITB avec ou sans sel sont respectivement 65,22 et 63,83% et restent supérieures à celles des ITNB (50%); les stabilités des émulsions suivent aussi la même tendance. La capacité moussante et la stabilité des mousses des ITNB avec ou sans sel sont inférieures à celles des ITB avec et sans sel. Les résultats ont montré la bonne capacité de l'ITB à former une émulsion et une mousse en présence de sel. Le blanchiment optimal a eu un impact positif sur l'extractabilité de la matière sèche totale et les propriétés fonctionnelles des isolats. / The objective of this research study was to develop a method to find a formula for effective bleaching of canola meal. Optimization methodology based on response surfaces (MRS) was used to determine the pH, the concentrations of meal (CM), and hydrogen peroxide (HP) which provide the optimum color profile. The experimental approach was to find the optimum conditions for bleaching canola meal. We found the following parameters: L * = 83.46, a * = -3.66, b * = 17.18, BI = 18.05, with the combination of pH = 10, HP = 10 (v/v) and CM = 2.6515 (p / v). MSR also allowed finding a formula which gives a bleaching color profile identical to whole wheat pastry and sifted flour, oats and rye. The other objective was to analyse/investigate the extraction conditions of protein isolates bleached canola meal (ITB) and unbleached (ITNB) and study their functional properties. The study of protein functionality meal bleached in the presence and absence of salt and their comparison with the unbleached protein meal under the same conditions showed that the ITB have good foaming and emulsifying properties. Emulsifying capacities of ITB with or without salt are 65.22 and 63.83%, respectively, and remain higher than those of ITNB ( 50%); the stabilities of emulsions also follow the same trend. The foaming capacity and foam stability of ITNB with or without salt are lower than those of ITB with and without salt. The results showed good ability of ITB to form an emulsion and foam in the presence of salt. The optimal bleaching had a positive impact on the extractability of dry matter as well as the functional properties of the isolates.

Les huiles végétales ont été identifiées depuis longtemps comme première ressource naturelle à fort potentiel permettant de remplacer le pétrole. Les acides gras insaturés obtenus à partir des huiles végétales constituent une alternative pour la production de biopolymères. La scission oxydative de l’acide oléique (C18:1) conduit aux acides azélaïque et pélargonique. Ces acides gras possèdent de nombreuses applications industrielles : en particulier l’acide azélaïque qui est le premier précurseur dans la fabrication du polymère (nylon-6: 9) utilisé dans l’industrie textile pour la production de vêtements. Actuellement, cette réaction est réalisée dans l’industrie via l’ozonolyse. Cependant, cette réaction pose de nombreux problèmes, l’ozone est un produit dangereux qui comporte un risque élevé d’explosion. L’objectif est donc de mettre au point un procédé de clivage oxydatif performant, moins couteux et moins polluant que l’ozonolyse. C’est ainsi que pour répondre aux principes de chimie durable, nous avons choisi de travailler avec les ultrasons et un système oxydant à base d’eau oxygénée, associée à des nanocatalyseurs sous forme de nanoparticules magnétisables de façon à pouvoir les séparer par application d’un champ magnétique. Ce travail aborde le sujet du développement d’un système permettant la production des monoacides et diacides sous ultrasons dans un réacteur soit discontinu (batch) ou soit à alimentation continue. L’aspect original des conclusions du travail est la vision par laquelle les ondes ultrasonores affectent la vitesse des réactions de clivage oxydatif qui passe de 5 h à 15 min pour des conversions très élevées supérieures à 98 %. En utilisant ce processus, le temps et l’énergie sont sauvés. La cavitation par ultrason est rapide et génère de fines émulsions du système biphasique dans tout le volume du réacteur qui affectent le transfert de matière interphase. Celui-ci est accéléré, ce qui permet de hautes conversions de l’huile de canola en mono et diacides gras (azélaïque et pélargonique) avec un temps de résidence aussi bas que 6 min dans le cas d’un réacteur continu et 15 min dans un réacteur discontinu, sans avoir recours à un solvant organique. La technique de production des acides carboxyliques sous ultrasons est une nouvelle technologie prometteuse pour la fabrication de biopolymères. / Vegetable oils have long been identified as a natural resource with high potential to replace petroleum. Unsaturated fatty acids obtained from vegetable oils are an alternative for the production of biopolymers. The oxidative cleavage of oleic acid (C18: 1) leads to azelaic and pelargonic acids. These fatty acids have many industrial applications: in particular azelaic acid which is a precursor in the manufacture of the polymer (nylon-6: 9) used in the textile industry for the production of clothing. Currently, this reaction is carried out in the industry via ozonolysis. However, this reaction poses many problems, since ozone is a dangerous product with a high risk of explosion. The objective is to develop an efficient oxidative cleavage process, less expensive and less polluting than ozonolysis. Thus, to meet the principles of sustainable chemistry, we chose to work with ultrasound and an oxidizing system based on hydrogen peroxide, associated with nanocatalysts in the form of magnetizable nanoparticles to separate them by a magnetic field. This work deals with the development of a system allowing the production of monoacids and diacids under ultrasound in a batch reactor or a continuous feed reactor. The original aspect of this work is the vision by which the ultrasonic waves affect the speed of the oxidative cleavage reactions which goes from 5 h to 15 min with conversions higher than 98%. Using this process, time and energy are saved. Ultrasonic cavitation is rapid and generates fine biphasic system emulsions throughout the reactor volume that affect interphase material transfer. The latter is accelerated which allows high conversions of canola oil into mono and di-fatty acids (azelaic and pelargonic) with a residence time as low as 6 min in the case of a continuous reactor and 15 min in a batch reactor, without the use of an organic solvent. The technique of producing carboxylic acids under ultrasound is a promising new technology for the manufacture of biopolymers. / Résumé en espagnol

L’incorporation du son de blé dans une farine de blé dans le but d’augmenter sa valeur nutritionnelle cause des problèmes dans l’industrie boulangère, car cette incorporation change les propriétés rhéologique et colorimétrique de la pâte. Le blanchiment au peroxyde d’hydrogène peut améliorer la couleur du son de blé, par conséquent pourrait contribuer à augmenter le potentiel d’utilisation du son de blé dans l’industrie de produits à base de farine de blé. L’objectif principal de cette maîtrise était de développer une formule de blanchiment du son de blé en utilisant du peroxyde d’hydrogène comme agent décolorant et d’optimiser les conditions de décoloration. Pour cela, la méthode des surfaces de réponse a été utilisée pour déterminer la concentration de peroxyde d’hydrogène H2O2, la concentration du son de blé (SB) et la durée de la réaction optimales qui donneront le meilleur profil chromatique au produit en particulier les indices de clarté et de chromacité jaune – bleu : L*et b* du système HunterLab. Nous avons développé dans cette étude une formule de blanchiment qui a permis d’éliminer la couleur brune du son de blé. Nous avons optimisé cette formule afin d’avoir un son de blé avec une couleur proche celle d’une farine commerciale pour y faciliter son incorporation. L’optimisation a été faite par la méthode des surfaces de réponse, et une relation d’approximation entre les paramètres de la réaction et les réponses souhaitées a été proposée : L* = 78, a* = -2,6 et b* = 18,8. Ces résultats ont été trouvés avec la combinaison des paramètres suivants : une concentration de peroxyde d’hydrogène de 20%, une concentration de son de blé de 10% et une durée d’agitation de 40 minutes. Cette formule a été utilisée pour étudier l’effet du pH conduisant à une accentuation de la teinte jaune du son de blé à un pH égal à 11. Par ailleurs, le blanchiment du son de blé a diminué sa rétention d’eau. Cette diminution correspond à de 1 gramme d’eau par gramme d’échantillon par rapport au son de blé non blanchi. En revanche, le blanchiment a augmenté considérablement l’extractabilité en milieu aqueux : le pourcentage d’extractabilité est passé de 20% pour le son non blanchi à 90% pour le son blanchi. En outre, pour les mélanges à base de son de blé et de farine, les résultats trouvés ont montré l'existence d'une seule couleur dans le cas du mélange de la farine à 20% et le son de blé à 5 et 10%. Dans le cas d'utilisation du son de blé non blanchi (5, 10 et 15%), les résultats ont montré l'existence de deux couleurs sur les surfaces de mélanges. / The incorporation of the wheat bran in wheat flour with the aim of increasing its nutritional value causes problems in manufacturing bakery products, because this incorporation changes the rheological and colorimetric properties of the dough. The bleaching with hydrogen peroxide can improve the color of the wheat bran, consequently could contribute to increase the potential of use of the wheat bran in the industry of products with wheat flour. The aim of this study was to develop a formula of bleaching wheat bran by using some hydrogen peroxide as bleaching agent and to optimize the conditions of discoloration. For that purpose, the response surface method was used to determine the concentration of hydrogen peroxide (H2O2), the concentration of the wheat bran ( SB) and the duration of the reaction which will give the best chromatic profile to the product in particular the indications L*, a* and b* of the system HunterLab. We developed in this study a formula of bleaching which allowed eliminating the brown color of the wheat bran. This formula has been optimized to reach the typical color of the commercial wheat bran flour. The optimization was made by the response surface methodology, and a relation of approximation between the parameters of the reaction and the desired answers has been proposed: L* = 78, a* = -2.6 and b* = 18.8. These results were found with the combination of the following parameters: a concentration of hydrogen peroxide at 20%, a concentration of wheat bran at 10% and stirring time at 20 minutes. This formula has been used to study the effect of the pH leading to an enhanced yellow tint of the wheat bran at pH = 11. The bleaching of the wheat bran decreased its water retention. We were able to notice a decrease of 1g of water by gram of sample compared with the unbleached wheat bran. We also showed that the bleaching increased considerably the extractability, the percentage passed of 20 % as the unbleached bran in 90 % for the bleached bran. Besides, for mixtures with wheat bran flour, the found results showed the existence of a single color in the case of the mixture of the flour in 20 % and the bleached wheat bran in 5 and 10 %. In the case of use of the unbleached wheat bran (5, 10 and 15 %), the results showed the existence of two colors on the surfaces of mixtures.

Un dispositif expérimental, composé principalement de deux chambres en acier inoxydable ayant chacune leur propre système de pompage indépendant, a été construit pour étudier la cinétique homogène d'espèces qui sont susceptibles de se décomposer facilement sur des parois. Le gaz à analyser est introduit dans un réacteur cylindrique en Pyrex à l'extrémité inférieure duquel on a percé un orifice circulaire. Une partie du gaz qui effuse par l'orifice du réacteur en régime d'écoulement hydrodynamique est collimaté en un faisceau moléculaire par un émondeur qui sépare les deux chambres et plus loin par un orifice circulaire placé à l'entrée de la chambre d'ionisation d'un spectromètre de masse quadrupolaire. Après son passage dans la chambre d'ionisation, le faisceau moléculaire se détruit sur un piège froid qui piège certains gaz facilement condensables. Le faisceau moléculaire permet le transfert sans collision d'un échantillon du mélange réactionnel jusqu'à la chambre d'ionisation. Pour analyser quantitativement des espèces qui sont susceptibles de se décomposer facilement sur des parois, il est nécessaire de distinguer entre le signal provenant du faisceau moléculaire et celui provenant du fond réactionnel. En employant un interrupteur situé entre l'orifice du réacteur et l'orifice de l'émondeur, nous avons mis au point deux techniques pour déterminer les différentes contributions ioniques au spectre de masse… / Montréal Trigonix inc. 2018