NaCl et KCl sont des matériaux à large bande interdite d’énergie, qui sont de plus en plus utilisés sous forme de couches minces en sciences des surfaces et dans des études de spectroscopie de molécules individuelles, pour découpler électroniquement des molécules organiques d’un substrat métallique. De plus, la réactivité de NaCl et KCl, sous forme de cristaux massifs, sous irradiation électronique ou photonique, a été beaucoup étudiée depuis les années 1970s. Dans ce mémoire de thèse, nous présentons les résultats d’une étude détaillée de couches minces de NaCl et de KCl sur Ag(001) par microscopie et spectroscopie à effet tunnel (STM/STS), diffraction des électrons lents (LEED) et spectroscopie d’électrons Auger (AES) sous ultravide. Afin d’obtenir des couches minces de haute qualité sur une surface métallique et de contrôler les propriétés de ces couches (épaisseur, taille et orientation des domaines, etc.), nous étudions en détails la formation de la couche en fonction des paramètres de croissance. De plus, les mesures de topographie STM montrent que l’épaisseur apparente et le contraste STM des couches isolantes dépendent de la différence de potentiel pointe-surface. Nous décrivons les modifications induites par irradiation électronique d’halogénures d’alcalins dans le régime de couches ultraminces. Les cinétiques et produits de réaction sont examinés dans le cas de couches de NaCl sur Ag(001). Les modifications structurales et chimiques sous faisceau d’électrons d’énergie 52-60 eV et 3 keV sont étudiées en utilisant respectivement le LEED et l’AES. Les effets de l’irradiation sur la géométrie et l’épaisseur des couches (allant de 2 à 5 couches atomiques) sont mesurés en STM. Nous observons que la déplétion en chlore induite par l’irradiation suit une cinétique différente de celles précédemment décrites pour les couches épaisses et cristaux massifs de NaCl. Les atomes de sodium produits par la dissociation de NaCl diffusent vers les zones nues de la surface Ag(001), où ceux-ci forment des superstructures Na-Ag connues pour le système Na/Ag(001). La modification des couches est le résultat de deux processus, pouvant être interprétés comme une désorganisation rapide de la couche avec l’arrachement de molécules de NaCl des bords d’îlots, et une perte lente de l’ordre structural à l’intérieur des îlots de NaCl due à la formation de trous par déplétion du chlore. La cinétique de la croissance des superstructures Na-Ag est expliquée par la diffusion limitée sur la surface irradiée, en raison de l’agrégation de molécules de NaCl désordonnées aux bords de marches du substrat. Nous avons également entrepris l’étude par STM de molécules de PTCDA déposées sur le substrat métallique Ag(001) et sur le système KCl/Ag(001). Nous obtenons une monocouche de PTCDA sur Ag(001) qui présente un arrangement avec une maille carrée. Sur les films de KCl, des molécules de PTCDA isolées ainsi que des structures empilées compactes ont été trouvées. / NaCl and KCl are wide band gap materials that are increasingly used as thin films in surface science and single-molecule spectroscopy studies to electronically decouple organic molecules from a metal substrate. In addition, the reactivity of bulk NaCl and KCl crystals under electron irradiation has been widely studied since the year 1970 s. In this dissertation, we report a detailed investigation on the structures of two different thin films of NaCl and KCl grown on the Ag(001) substrate by scanning tunneling microscopy (STM), scanning tunneling spectroscopy (STS), low energy electron diffraction (LEED), and Auger electron spectroscopy (AES) in ultrathin vacuum condition. In order to obtain high-quality thin films and to control the properties of these films on the metal surface (film thickness, domain size, domain orientation, etc), we study in detail the film growth, especially as a function of the growth parameters. In addition, the apparent height measurements by STM show that the apparent thickness and the STM contrast of these two insulating films are bias dependent. We report on an electron-induced modification of alkali halides in the ultrathin film regime. The reaction kinetics and products of the modifications are investigated in the case of NaCl films grown on Ag(001). Their structural and chemical modification upon irradiation with electrons of energy 52–60 eV and 3 keV is studied using LEED and AES, respectively. The irradiation effects on the film geometry and thickness (ranging from between two and five atomic layers) are examined using STM. We observe that Cl depletion follows different reaction kinetics, as compared to previous studies on thick NaCl films and bulk crystals. Na atoms produced from NaCl dissociation diffuse to bare areas of the Ag(001) surface, where they form Na-Ag superstructures that are known for the Na/Ag(001) system. The modification of the film is shown to proceed through two processes, which are interpreted as a fast disordering of the film with removal of NaCl from the island edges and a slow decrease of the structural order in the NaCl with formation of holes due to Cl depletion. The kinetics of the Na-Ag superstructure growth is explained by the limited diffusion on the irradiated surface, due to aggregation of disordered NaCl molecules at the substrate step edges. We have also investigated the deposition of PTCDA molecules on the metallic substrate Ag(001) and on the KCl/Ag(001) system using STM. We obtain a monolayer of PTCDA molecules on Ag(001) that is arranged in a square unit cell. On KCl films, both individual PTCDA molecules and a densely packed structure are found.

Cette thèse porte sur l'intensification de l'extraction de polyphénols à partir de produits à base de pomme (chair, peau et marc) par ultrasons (US) et sur la purification d'extraits de peau de pomme par adsorption/désorption et technologie membranaire. L'extraction sélective des polyphénols issus des produits de la pomme a été analysée. Les données obtenues ont démontré la possibilité d’une régulation fine de l’extraction sélective de la matière soluble, de la catéchine et des composés polyphénoliques totaux en utilisant différentes températures, protocoles UAE, mélanges éthanol/aqueux. La sélectivité de l'extraction de la catéchine dépendait également du type de tissu (chair, peau ou marc) et de la variété de pomme (verte ou rouge). Le phénomène de cavitation généré par les ultrasons pourrait augmenter l'extraction de composants précieux des pelures de fruits en endommageant les membranes cellulaires des échantillons et en accélérant ainsi le transfert de chaleur et de masse. D’autre part, les solvants eau-gaz pourraient améliorer l'efficacité d'extraction des polyphénols des peaux de pomme en renforçant le phénomène de cavitation généré par les ultrasons. L'efficacité de la purification de polyphénols d'extraits de pelure de pomme par adsorption/désorption assisté par ultrasons (adsorbant polyaromatique Amberlite XAD-16) et par électrofiltration sur membrane a été mise en évidence. Les données obtenues ont démontré que la sonication facilitait significativement la cinétique d’adsorption, la capacité d’adsorption accrue et augmentation de l’énergie d’activation de l’adsorption des polyphénols. En outre, le taux de désorption a été positivement affecté par la sonication au cours de l'étape d'adsorption. Par ailleurs, les résultats ont montré que l’électrofiltration sur membrane permettait de purifier les polyphénols dans l’espace anodique (+) et d’obtenir un volume plus important de filtrats. / This thesis focuses on the intensification of polyphenols extraction from apple products (flesh, peel, and pomace) by ultrasound (US) and the purification of apple peel extracts by adsorption/desorption and membrane technology. The selective extraction of phenolic contents from apple products has been analyzed. The obtained data evidenced the possibility of fine regulation of selective extraction of soluble matter, catechin and total polyphenolic compounds using different temperatures, ultrasound-assisted extraction (UAE) protocols, ethanol/aqueous mixtures. The selectivity of catechin extraction was also depended on the type of the tissue (flesh, peel or pomace) and apple variety (green or red). The cavitation phenomenon generated by ultrasound could increase extraction of valuable components from fruit peels by damaging cell membranes of samples and accelerating heat and mass transfer by disrupted cell walls of samples. Meanwhile, the gas water solvents could enhance the extraction efficiency of polyphenols and antioxidant activity from apple peels by enhancing cavitation phenomenon generated by ultrasound. The efficiency of polyphenols purification from apple peel extracts with adsorption/desorption process by ultrasound treatment with the polyaromatic amberlite adsorbent XAD-16 and with membrane electro-filtration were studied. The obtained data demonstrated that the sonication significantly facilitated adsorption kinetics and increased activation energy of polyphenols adsorption. In addition, the desorption ratio was positively affected by the sonication during the adsorption step. On the other hand, the results demonstrated that the membrane electro-filtration allowed the purification of polyphenols in the anode (+) space and obtaining larger volume of filtrates.

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Les cyanobactéries ont une place très importante dans les écosystèmes aquatiques et un nombre important d’espèces considéré comme nuisible de par leur production de métabolites toxiques. Ces cyanotoxines possèdent des propriétés très variées et ont souvent été associées à des épisodes d’empoisonnement. L’augmentation des épisodes d’efflorescence d’origine cyanobactériennes et le potentiel qu’ils augmentent avec les changements climatiques a renchéri l’intérêt de l’étude des cyanobactéries et de leurs toxines. Considérant la complexité chimique des cyanotoxines, le développement de méthodes de détection simples, sensibles et rapides est toujours considéré comme étant un défi analytique. Considérant ces défis, le développement de nouvelles approches analytiques pour la détection de cyanotoxines dans l’eau et les poissons ayant été contaminés par des efflorescences cyanobactériennes nuisibles a été proposé. Une première approche consiste en l’utilisation d’une extraction sur phase solide en ligne couplée à une chromatographie liquide et à une détection en spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-MS/MS) permettant l’analyse de six analogues de microcystines (MC), de l’anatoxine (ANA-a) et de la cylindrospermopsine (CYN). La méthode permet une analyse simple et rapide et ainsi que la séparation chromatographique d’ANA-a et de son interférence isobare, la phénylalanine. Les limites de détection obtenues se trouvaient entre 0,01 et 0,02 μg L-1 et des concentrations retrouvées dans des eaux de lacs du Québec se trouvaient entre 0,024 et 36 μg L-1. Une deuxième méthode a permis l’analyse du b-N-méthylamino-L-alanine (BMAA), d’ANA-a, de CYN et de la saxitoxine (STX) dans les eaux de lac contaminés. L’analyse de deux isomères de conformation du BMAA a été effectuée afin d’améliorer la sélectivité de la détection. L’utilisation d’une SPE manuelle permet la purification et préconcentration des échantillons et une dérivatisation à base de chlorure de dansyle permet une chromatographie simplifiée. L’analyse effectuée par LC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et des limites de détections ont été obtenues entre 0,007 et 0,01 µg L-1. Des échantillons réels ont été analysés avec des concentrations entre 0,01 et 0,3 µg L-1 permettant ainsi la confirmation de la présence du BMAA dans les efflorescences de cyanobactéries au Québec. Un deuxième volet du projet consiste en l’utilisation d’une technologie d’introduction d’échantillon permettant des analyses ultra-rapides (< 15 secondes/échantillons) sans étape chromatographique, la désorption thermique à diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et à la spectrométrie de masse (MS). Un premier projet consiste en l’analyse des MC totales par l’intermédiaire d’une oxydation de Lemieux permettant un bris de la molécule et obtenant une fraction commune aux multiples congénères existants des MC. Cette fraction, le MMPB, est analysée, après une extraction liquide-liquide, par LDTD-APCI-MS/MS. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et des concentrations entre 1 et 425 µg L-1 ont été trouvées dans des échantillons d’eau de lac contaminés du Québec. De plus, une analyse en parallèle avec des étalons pour divers congénères des MC a permis de suggérer la possible présence de congénères ou d’isomères non détectés. Un deuxième projet consiste en l’analyse directe d’ANA-a par LDTD-APCI-HRMS pour résoudre son interférence isobare, la phénylalanine, grâce à la détection à haute résolution. La LDTD n’offre pas de séparation chromatographique et l’utilisation de la HRMS permet de distinguer les signaux d’ANA-a de ceux de la phénylalanine. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et la méthode a été appliquée sur des échantillons réels d’eau avec un échantillon positif en ANA-a avec une concentration de 0,21 µg L-1. Finalement, à l’aide de la LDTD-APCI-HRMS, l’analyse des MC totales a été adaptée pour la chair de poisson afin de déterminer la fraction libre et liée des MC et comparer les résultats avec des analyses conventionnelles. L’utilisation d’une digestion par hydroxyde de sodium précédant l’oxydation de Lemieux suivi d’une purification par SPE a permis d’obtenir une limite de détection de 2,7 µg kg-1. Des échantillons de poissons contaminés ont été analysés, on a retrouvé des concentrations en MC totales de 2,9 et 13,2 µg kg-1 comparativement aux analyses usuelles qui avaient démontré un seul échantillon positif à 2 µg kg-1, indiquant la possible présence de MC non détectés en utilisant les méthodes conventionnelles. / Cyanobacteria have a very important place in aquatic ecosystems and a significant number of species are considered harmful given their production of toxic metabolites. These cyanotoxins have various chemical proprieties and have often been associated with poisoning episodes. The frequency of cyanobacterial blooms is increasing and the study of cyanobacteria and their toxins is of increasing interest, especially considering the potential increase associated with climate changes. Given the chemical complexity of the cyanotoxins, the development of simple, sensitive and fast detection methods is an analytical challenge. Considering these issues, the development of new analytical approaches for the detection of cyanotoxins in water and fish samples contaminated with harmful cyanobacterial blooms have been proposed. A first approach consists of the use of an on-line solid phase extraction coupled to liquid chromatography and tandem mass spectrometry (SPE-LC-MS/MS) for the analysis of six microcystins (MCs), anatoxin-a (ANA-a) and cylindrospermopsin (CYN). This method allows a simple and rapid analysis and enables the chromatographic separation of ANA-a and its isobaric interference, phenylalanine. The detection limits ranged from 0.01 to 0.02 µg L-1 and concentrations in lake waters were found between 0.024 and 36 µg L-1. A second method consists of using manual solid phase extraction (SPE) coupled to high resolution mass spectrometry (HRMS) for the determination of b-N-methylamino-L-alanine (BMAA), ANA-a, CYN and saxitoxin (STX) in contaminated lake water. The analysis of two conformational isomers of BMAA was done to improve the selectivity. Dansyl chloride-based derivatization allows simplified chromatography. The detection limits were obtained between 0.007 and 0.01 µg L-1. The analysis of bloom water samples detected concentrations of cyanotoxins between 0.01 and 0.3 µg L-1 allowing the confirmation of the presence of BMAA in algal blooms in Québec. A second part of the project consists in the use of an alternative sample introduction technology for MS analysis. It enables ultra-fast analysis (< 15 seconds/sample) without the use of a chromatographic step, and is called laser diode thermal desorption (LDTD) coupled with atmospheric pressure chemical ionization (APCI). The first LDTD project consists of the analysis of total MCs via Lemieux oxidation in order to obtain a common moiety of all MCs existing congeners. This fraction, the MMPB, is analyzed after a liquid-liquid extraction step, with the LDTD-APCI-MS/MS. A value of 0.2 µg L-1 was obtained for detection limit and concentrations between 1 and 425 µg L-1 have been found in contaminated water samples. In addition, a comparison with a parallel analysis using MCs congeners’ standards suggested the possible presence of undetected MCs or isomers. A second project involves the direct analysis of ANA-a using LDTD-APCI-HRMS in order to solve the isobaric interference, phenylalanine, which is possible due to the high resolution detection. The LDTD offers no chromatographic separation and by using HRMS, we can distinguish ANA-a signals from those of phenylalanine. A value of 0.2 µg L-1 was obtained as detection limit and the method has been applied on water bloom samples with a positive concentration of 0.21 µg L-1. Finally, using the LDTD-APCI-HRMS combination, analysis of total MCs has been adapted to fish tissues to determine the unbound and bound MCs and compare the results with standard analysis. The use of digestion with sodium hydroxide prior to Lemieux oxidation followed by SPE purification yielded a detection limit of 2.7 µg kg-1. Total MCs concentrations were found between 2.9 and 13.2 µg kg-1 in real field-collected contaminated fish samples and comparison was made with standard analysis which yield a single positive sample with a concentration of 2 µg kg-1. This indicates the possible presence of undetected MCs using conventional analytical methods.

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Les enzymes lipolytiques sont solubles en phase aqueuse mais hydrolysent des substrats insolubles. Leurs activités lipolytiques dépendent donc fortement de l’organisation des substrats lipidiques présents sous forme de structures interfaciales telles que des émulsions, des micelles, des liposomes, ou des bicouches lipidiques. Les propriétés cinétiques et la spécificité de substrat de ces enzymes résultent de l’étape initiale d’adsorption à l’interface lipide-eau et des interactions entre le substrat et le site actif. Dans le cadre de ce travail de thèse, la technique des films monomoléculaires a été utilisée pour étudier en détail les étapes séquentielles d’adsorption, de catalyse et d’inhibition de l’enzyme à l’interface lipide-eau. Dans une première partie, nous avons réalisé la caractérisation physico-chimique de la lipase gastrique de chien (DGL), avec l’étude :  de son adsorption sur un film non substrat de dilauroylphosphatidylcholine ; ‚ de l’hydrolyse interfaciale de la 1,2-dicaprine dans des films mixtes en présence d’Orlistat. Concernant l’étape de catalyse, nous avons étudié l’effet du propeptide sur la spécificité de substrat et l’activité interfaciale de la phospholipase A2 sécrétée de groupe X de souris. Enfin, dans une troisième partie, nous avons comparé les propriétés interfaciales de la lipase YLLIP2 de la levure Yarrowia lipolytica qui serait un bon candidat pour l’enzymothérapie de substitution chez les patients atteints d’insuffisance pancréatique exocrine (IPE), la lipase pancréatique humaine et la DGL. Nos résultats ont confirmé le rôle d’YLLIP2 en tant qu’excellent « substitut » non seulement de la HPL en cas d’IPE, mais aussi de la DGL. / Lipolytic enzymes are water-soluble whereas their substrates are insoluble in water. Their lipolytic activities depend strongly on the organization of the lipid substrates present in interfacial structures such as oil-in-water emulsions, micelles, liposomes, and membrane bilayers. The kinetic properties and substrate specificity of these enzymes result from both their adsorption at the lipid-water interface, and the interactions occurring between the substrate and the active site. In this thesis work, the monomolecular film technique was used to study in details the sequential steps of adsorption, catalysis and inhibition of model enzymes at the lipid-water interface. In a first part, we performed the physico-chemical characterization of the dog gastric lipase (DGL), by studying:  its adsorption onto a dilauroylphosphatidylcholine non-substrate film; ‚ its interfacial hydrolysis of 1,2-dicaprin in mixed films with various amounts of Orlistat. Regarding the catalysis step, we studied the effect of the propeptide on the substrate specificity and interfacial activity of the murine group X secreted phospholipase A2. A model of this enzyme with its propeptide was built from the available 3D structure of the corresponding mature human enzyme. Finally, in the third part, we compared the interfacial kinetic properties of YLLIP2 lipase of the yeast Yarrowia lipolytica which has been identified as a good candidate for enzyme replacement therapy for patients with exocrine pancreatic insufficiency (EPI), human pancreatic lipase and DGL. Our results confirmed the role of YLLIP2 as an excellent "substitute" not only for HPL in case of PEI, but also for the DGL at acidic pH values.