L'objectif principal de cette thèse est d'étudier in vitro et in vivo, le métabolisme de certains terpènes caractéristiques de régimes d'hiver-printemps ingérés par les chèvres laitières dans la région du Basilicate (Italie). Nous avons cherché à quantifier dans une première étape le métabolisme des terpènes en milieu fermentaire in vitro, et de caractériser les facteurs majeurs de variation de leur métabolisme. Nous avons également effectué un essai in vivo sur 4 terpènes particuliers (-pinène, -pinène, p-cymène, et linalool, les terpènes principaux ingérés par les chèvres en Basilicate) dans le but de valider les résultats obtenus in vitro, de caractériser leur devenir dans le rumen, et leur flux au niveau duodénal et sanguin. En parallèle nous avons étudié l'impact de ces terpènes sur le métabolisme ruminal des parois et des protéines, ainsi que leurs effets sur les performances des chèvres laitières. La partie expérimentale est composée de trois séries d'études. Les études méthodologiques, les études de métabolisme des terpènes in vitro et celles in vivo. Les études méthodologiques de mise au point d'une méthode d'extraction et d'analyse (SPME «Solid Phase Microextraction») ont été réalisées afin d'obtenir les conditions optimales pour l'extraction des terpènes en milieu fermentaire et dans la matrice sanguine. Le premier essai in vitro a conduit à une discrimination des terpènes testés en termes de leur disparition dans le jus de rumen, qui a été associée au type chimique du terpène considéré. Les terpènes hydrocarbones ont montré en effet une disparition beaucoup plus marquée par rapport aux terpènes oxygénés. Cette différence tient principalement à leurs différences de propriétés physico-chimiques, qui sépare en partie leur voie métabolique. La disparition de terpènes semble avoir deux causes principales, une intervention biologique d'origine microbienne et une interaction avec la matrice. Une propriété moins toxique et plus hydrophobe semble renforcer le métabolisme (dégradation) microbien et l'intervention de la matrice sur les terpènes hydrate de carbones par rapport à ceux oxygénés. Dans le deuxième essai in vitro, l'effet de trois facteurs de variation, le type d'inoculum (riche en fibre vs. riche en amidon), le type des bactéries (Gram + vs Gram -, sélectionnées par l'apport d'antibiotique) et le potentiel redox ont été étudiés sur le métabolisme des terpènes en milieu fermentaire. Les résultats obtenus ont montré que l'inoculum riche en fibre, théoriquement favorisant les bactéries cellulolytiques accroît la dégradation apparente de terpènes. L'absence d'un effet de l'ajout de l'antibiotique éliminant des bactéries Gram + a montré que ce sont les bactéries Gram - qui contribuent au métabolisme des terpènes. Enfin, l'augmentation du potentiel redox a augmenté la disparition de certains des terpènes testés, notamment dans l'inoculum riche en amidon. Les résultats obtenus dans les études in vitro concernant le métabolisme des terpènes, ont été confirmé par ceux observés in vivo. Toutefois une disparition supérieure observée in vivo a suggéré l'intervention d'autres facteurs de variation qui peuvent être attribué à l'absorption dans le rumen et une perte causée par rumination et éructation. L'impact de terpènes sur le métabolisme du rumen et la performance des chèvres laitières a été étudié par l'incorporation d'un mélange de quatre terpènes (mentionnées ci-dessus) à deux doses (0.05 et 0.5 ml/kg MSI). L'ingestion de terpènes n'a provoqué aucun effet sur le métabolisme ruminal des fibres, et des protéines. Les performances de production des chèvres n'ont pas été affectées par les terpènes; cependant une modification du taux protéique (chute du Taux protéique à dose faible) observée, peut être considérée comme un effet secondaire (effet de dilution) lié à une augmentation numérique de la production du lait à cette dose

Nous avons exploré dans la présente étude la diversité de la flore fermentaire indigène libanaise de Saccharomyces cerevisiae en collectant des échantillons de moûts de raisins en cours de fermentations naturelles de diverses localités dispersées sur le territoire libanais. Une grande diversité moléculaire de la flore libanaise a été mise en évidence, que ce soit entre différentes localités géographiques, au sein des caves ou au sein des fermentations naturelles. En dépit de cette diversité, plusieurs cas de dominance et de pérennité de souches ont été observés dans les caves vinicoles où les fermentations semblent être conduites par des lignées de souches apparentées. Une telle parenté a aussi été observée dans des zones géographiques restreintes, mais plus la zone s'élargissait moins apparente était la parenté entre souches. La flore libanaise, en dépit de sa diversité, pourrait être dotée d'une certaine spécificité en comparaison aux autres flores vinicoles. L'influence du milieu de fermentation sur la parenté des isolats semble en outre plus importante que l'effet géographique. Nous avons aussi évalué les méthodes moléculaires utilisées pour l'exploration de la diversité ; deux méthodes déjà mises au point auparavant (amplifications de séquences entre deux éléments delta et de loci microsatellites) et une nouvelle méthode que nous avons testé, le MLST. Les deux premières méthodes se sont avérées très utiles pour le typage vu la grande variabilité de leurs marqueurs et par conséquent leur grande capacité de discrimination. Par contre le schéma MLST a montré une capacité de discrimination inférieure à celle des deux autres méthodes. Il pourrait néanmoins être amélioré par l'utilisation de loci plus variables. Mais contrairement aux deux autres méthodes, le MLST est apparu plus utile pour l'inférence des relations phylogéniques, particulièrement pour les souches peu apparentées. La diversité phénotypique accompagnant la diversité moléculaire a été examinée elle aussi en vue d'une potentielle sélection de souches et pour envisager son éventuelle congruence avec la diversité moléculaire. Les souches étudiées de S. cerevisiae ont présenté des capacités fermentaires différentes ce qui pourrait être exploité pour pousser la sélection entamée dans cette étude en vue de futures utilisations oenologiques, notamment dans l'industrie vinicole libanaise. La diversité phénotypique qui a accompagné la diversité moléculaire a montré une certaine congruence avec elle. Cette congruence a été particulièrement reliée à la production élevée d'acétaldéhyde de certains profils moléculaires et elle pourrait éventuellement aider à prédire la production d'acétaldéhyde pour certaines souches.

Cette étude vise à étudier l'effet de la composition de substrats organiques solides sur les performances de production d'hydrogène, les voies métaboliques associées et les changements des communautés microbiennes dans un réacteur discontinu (sCSTR). L'hydrogène est un vecteur énergétique idéal qui a gagné en intérêt scientifique au cours de la dernière décennie. L'H2 produit par voie biologique, ou biohydrogène, peut être produit par des procédés de fermentation sombre où les déchets organiques sont traités et avec la production de molécules à haute valeur ajoutée. Cependant, l'effet de la composition des déchets organiques solides sur la production de biohydrogène dans la fermentation sombre n'a pas encore été clairement élucidé. Au cours de cette étude, une revue bibliographique a été réalisée sur la production d'hydrogène à partir de déchets agricoles. Cette revue montre qu'une large gamme de performances en hydrogène peut être observée principalement en raison de la variabilité dans les compositions en même type de substrats et des conditions expérimentales appliquées. Après avoir optimisé un protocole de test de potentiel biohydrogène (BHP), une grande variété de substrats organiques solides visant à couvrir un grand panel de déchets a été testée pour fournir des données comparables à analyser. Les résultats d'une régression PLS ont montré que seuls les sucres solubles ou facilement disponibles éteint corrélaient avec la production d'hydrogène. En outre, les rendements d'hydrogène corrélaient aussi bien avec l'accumulation de butyrate, principale voie productrice de bioH2. Un modèle prédictif du rendement en hydrogène en fonction de la teneur en sucres a été proposé. Ensuite, des expériences ont été menées en réacteur semi-continu (sCSTR) avec le topinambour comme substrat solide. Il a été montré qu'une faible charge organique favorisait une production continue d'hydrogène tandis que l'accroissement de la charge organique introduisait la présence de voies concurrentes à la production d'hydrogène. De plus, les profils des empreintes moléculaires basées sur l'ADNr 16s ont montré que l'augmentation de la charge organique avait un impact significatif sur la diversité microbienne en favorisant l'implantation de microorganismes ne produisant pas d'hydrogène tels que des bactéries lactiques. / This study aims to investigate the effect of solid substrates composition on hydrogen production performances, metabolic pathways and microbial community changes in batch reactor and their dynamics in semi continuous reactors (sCSTR). Hydrogen is an ideal energy carrier which has gained scientific interest over the past decade. Biological H2, so-called biohydrogen, can especially be produced by dark fermentation processes concomitantly with value-added molecules (i.e. metabolic end-products), while organic waste is treated. However, the effect of solid organic waste composition on biohydrogen production in dark fermentation has not yet been clearly elucidated. In this study, a bibliographic review was made on hydrogen production from agricultural waste. This survey on literature showed that diverse performances were reported on hydrogen production due to the variability in substrate compositions and experimental conditions. After having optimized a protocol of biohydrogen potential test (BHP), a wide variety of organic solid substrates aiming to covering a large range of solid waste was tested to provide a comparable data analysis. The results of a PLS regression showed that only soluble carbohydrates or easily available carbohydrates correlated with hydrogen production. Furthermore, hydrogen yields correlated as well with butyrate H2-producing pathway which is consistent with the literature knowledge. A predictive model of hydrogen yield according to carbohydrate content was proposed. Then, experiments were carried out in sCSTR with Jerusalem artichoke tubers as a case study. It was shown that low organic loading rate favored continuous hydrogen production while higher organic loading introduced hydrogen competition pathways and decreased the overall hydrogen yields. Moereover, 16S rRNA gene based CE-SSCP profiles showed that increasing OLR had a significant effect on the microbial diversity by favoring the implementation of microorganisms not producing hydrogen, i.e. lactic acid bacteria.

Dans le futur, différentes sources d'énergies renouvelables comme les énergies de seconde génération produites à partir de déchets lignocellulosiques seront nécessaires pour palier à l'épuisement des énergies fossiles. Parmi ces énergies de seconde génération, le biohydrogène, le méthane et l'hythane produits à partir de procédés fermentaires anaérobies représentent des alternatives prometteuses. Cependant la production de biohydrogène et de méthane à partir de résidus lignocellulosiques est limitée par leurs structures récalcitrantes et une étape de prétraitement en amont des procédés fermentaires est souvent nécessaire. Ce travail a pour but d'étudier l'impact des facteurs biochimiques et structurels des résidus lignocellulosiques sur les performances de production d'hydrogène et de méthane, pour pouvoir par la suite développer des stratégies de prétaitements adaptées. Tout d'abord, sur un panel de vingt substrats lignocellulosiques, les potentiels hydrogène et méthane ont été corrélés aux paramètres biochimiques et structurels. Les résultats ont mis en évidence que le potentiel hydrogène est uniquement corrélé positivement à la teneur en sucres solubles. La production de méthane quant à elle est négativement corrélée à la teneur en lignine et, à un moindre degré, à la cristallinité de la cellulose, mais positivement à la teneur en sucres solubles, holocelluloses amorphes et protéines. Par la suite, des stratégies de prétraitements ont été établies pour améliorer la production d'hydrogène et de méthane. Le couplage prétaitements alcalins/enzymatique ainsi que les prétraitements à l'acide dilué, efficaces pour solubiliser les holocelluloses en sucres solubles ont été appliqués en amont de la production d'hydrogène. En combinant le pretraitement alcalin avec une hydrolyse enzymatique, le potentiel hydrogène des tiges de tournesol fut multiplié par quinze. En revanche, suite aux prétraitements acides, la production d'hydrogène fut inhibée à cause de la libération de sous-produits (furfural, 5-HMF et composés phénoliques) engendrant un changement d'espèces bactériennes vers des espèces non productrices d'hydrogène. Pour la production de méthane, cinq prétraitements thermo-chimiques (NaOH, H2O2, Ca(OH)2, HCl and FeCl3) efficaces pour délignifier ou solubiliser les holocelluloses ont été étudiés. Parmi ces prétraitements, la meilleure condition fut 55°C à une concentration de 4% NaOH pendant 24 h, résulant en une augmentation du potentiel méthane variant de 29 à 44 % en fonction des tiges de tournesol. Cette condition fut par la suite validée en réacteurs anaérobies continusavec une augmentation de 26.5% de la production de méthane. Un procédé à deux étages couplant la production d'hydrogène en batch suivi de la production de méthane en continu fut aussi étudié. Néanmoins, aucune différence significative en termes d'énergie produite ne fut observée entre les procédés à deux étages (H2/CH4) et à un étage (CH4). / In the future, various forms of renewable energy, such as second generation biofuels from lignocellulosic residues, will be required to replace fossil fuels. Among these, biohydrogen and methane produced through fermentative processes appear as interesting candidates. However, biohydrogen and/or methane production of lignocellulosic residues is often limited by the recalcitrant structure and a pretreatment step prior to fermentative processes is often required. Up to date, informations on lignocellulosic characteristics limiting both hydrogen and methane production are limited.Therefore, this work aims to investigate the effect of compositional and structural features of lignocellulosic residues on biohydrogen and methane performances for further developping appropriate pretreatments strategies. Firstly, a panel of twenty lignocellulosic residues was used to correlate both hydrogen and methane potentials with the compositional and structural characteristics. The results showed that hydrogen potential positively correlated with soluble carbohydrates only. Secondly, methane potential correlated negatively with lignin content and, in a lesser extent, with crystalline cellulose, but positively with the soluble carbohydrates, amorphous holocelluloses and protein contents. Pretreatments strategies were further developed to enhance both hydrogen and methane production of sunflower stalks. Dilute-acid and combined alkaline-enzymatic pretreatments, which were found efficient in solubilizing holocelluloses into soluble carbohydrates, were applied prior to biohydrogen potential tests. By combined alkaline-enzymatic pretreatment, hydrogen potential was fifteen times more than that of untreated samples. On the contrary, hydrogen production was inhibited after dilute-acid pretreatments due to the release of byproducts (furfural, 5-HMF and phenolic compounds) that led to microbial communities shift toward no hydrogen producing bacteria. Similarly, methane production, five thermo-chemical pretreatments (NaOH, H2O2, Ca(OH)2, HCl and FeCl3) found efficient in delignification or solubilization of holocelluloses, were considered. Among these pretreatments, the best conditions were 55°C with 4% NaOH for 24 h and led to an increase of 29-44 % in methane potential of sunflower stalks. This pretreatment condition was validated in one stage anaerobic mesophilic continuous digester for methane production and was found efficient to enhance from 26.5% the total energy produced compared to one stage-CH4 alone. Two-stage H2 (batch) / CH4 (continuous) process was also investigated. Nevertheless, in term of energy produced, no significant differences were observed between one-stage CH4 and two-stage H2 /CH4.

L’équilibre gustatif des vins secs repose notamment sur les saveurs amère et sucrée, dont les déterminants moléculaires n’ont été que partiellement élucidés. Un premier axe a consisté en l’étude de la contribution gustative des lignanes du chêne et neuf composés ont été observés pour la première fois dans le vin. Le (±)-lyonirésinol a été établi comme le plus amer et le plus abondant des lignanes isolés. Ses deux énantiomères ont été séparés, caractérisés par VCD et leur dégustation a révélé que seul le (+)-lyonirésinol possède une amertume modifiant le goût du vin. Dans un second axe, la saveur sucrée conférée par les raisins aux vins secs a été étudiée. Des expérimentations de vinification combinées à des outils sensoriels ont montré un gain de saveur sucrée au cours de la macération post-fermentaire à chaud et un effet des pépins de raisin sur le moelleux des vins secs. La mise en place d’un protocole de fractionnement d’extrait de pépins et de vin, par des techniques séparatives couplées à la gustatométrie, a permis la purification de six composés sapides. Plusieurs marqueurs de la sucrosité des vins secs ont ainsi été identifiés par FTMS et RMN : le mélange de deux nouvelles molécules, les acides 2-hydroxy-3-méthylpentanoïque-2-O-β-glucopyranoside et 2-hydroxy-4-méthylpentanoïque-2-O-β-glucopyranoside ; l’acide gallique-4-O-β-glucopyranoside et l’acide epi-DPA-3′-O-β-glucopyranoside, identifiés pour la première fois dans les vins, ainsi que l’ILA-Glc et l’astilbine. Ces nouveaux marqueurs ont été quantifiés dans les vins ainsi que dans les différentes parties de la baie pour préciser leur localisation et établir leur contribution gustative. / Dry wines taste balance is mainly based on bitter and sweet tastes, whose molecular determinants have been only partially explained. The first key objective was the study of the gustatory contribution of oak lignans. Nine compounds were identified in wines for the first time. (±)-lyoniresinol has been established as the bitterest and the most abundant of the isolated lignans. Its two enantiomers have been resolved, characterized by VCD and their tasting revealed that only (+)-lyoniresinol is bitter and modifies wine taste. In the second part of this work, the contribution of grapes to wine sweet taste has been studied. The combination between vinification experimentations and sensorial tools showed a gain of sweetness during a warm post-fermentative maceration as well as an influence of grape seeds on dry wine sweetness. A fractionation protocol of grape seeds macerates and wines has been established. Separation techniques coupled with gustatometry allowed the isolation of six taste active compounds. Several markers of dry wines sweetness have been identified by FTMS and NMR: the mix of two new compounds, 2-hydroxy-3-methylpentanoic-2-O-β-glucopyranoside and 2-hydroxy-4-methylpentanoic-2-O-β-glucopyranoside acids; gallic-4-O-β-glucopyranoside acid and epi-DPA-3′-O-β-glucopyranoside acid, identified for the first time in wines, ILA-Glc and astilbin. These new markers have been quantified in wines and in different parts of grape berry in order to refine their localization and to establish their gustatory contribution.

Le couplage fonctionnel des opérations de séparation et de réaction ainsi que les bio-procédés sont deux axes de recherche largement explorés. Cependant, l’industrie du génie des procédés a du mal à se tourner vers des technologies de ce type car il demeure un réel manque de connaissances et d’outils de conception pour ce genre de procédés. Une méthodologie de conception générale pour l'extraction liquide-liquide réactive est introduite dans cette étude. Elle est composée de trois étapes différentes: l'analyse de faisabilité, la synthèse ou dimensionnement du procédé et la validation par simulation. Cette méthodologie conduit à des paramètres structuraux et opératoires de la colonne étudiée à partir seulement des informations concernant le comportement physico-chimique du système étudié, en exploitant les équations d’équilibre chimique et entre phase ainsi que les bilans matières. Les résultats de cette méthode sont un bon point de départ pour une étude d'optimisation ou d'un processus de calcul d'investissement. Cette méthodologie a été appliquée à différentes études de cas: regroupant deux stratégies différentes d'extraction avec plusieurs solvants pour récupérer l'acide succinique dans un milieu de fermentation / The functional coupling of separation and reaction operations and bioprocesses are two widely explored areas of research. However, process engineering industry is struggling to turn to these technologies because it remains a real lack of knowledge and design tools for this kind of processes. A general design methodology for reactive liquid-liquid extraction is introduced in this study. It is composed of three different steps: feasibility analysis, pre-design determination and simulation validation. This methodology leads to the design specifications of the units from the information concerning the physicochemical behaviour of the studied system, exploiting the equilibrium and material balance equations. The results of this methodology are a good starting point for an optimization study or for an investment calculation process. This methodology has been applied to different case studies: two different strategies of extraction and several solvents to recover succinic acid in fermentation broth.