La présente étude porte sur l’analyse fondamentale et expérimentale des procédés d’extraction des volatils. Les méthodes conventionnelles d’hydrodistillation et d’entrainement à la vapeur dans l’extraction des composés volatils (huiles essentielles…), impliquent une cinétique ralentie voire bloquée par « le processus paradoxal ». Ce dernier est dû au couplage de la génération interne de vapeur impliquant deux transferts couplés de vapeur (par diffusion) et de chaleur (par conduction). Ces deux transferts sont alors dirigés de la surface d’échange vers l’intérieur. Seul un processus de transfert partiel de la vapeur par front progressif assure l’évolution du processus. La cinétique est ainsi inévitablement lente, générant un niveau élevé de consommation d’énergie et induisant une dégradation potentielle de la matière extraite. Pour faire face à cette situation, une modification du type de transfert est essentielle. Nous avons opté pour un transfert de type Darcy au lieu du transfert de Fick, soit un gradient de pression totale au lieu du gradient de pression partielle comme « driving force ». Nous avons ainsi choisi la Détente Instantanée Contrôlée DIC comme procédé générant, suite à la détente vers le vide, une autovaporisation instantanée couplée à un grand gradient de pression totale de l’intérieur du matériau vers le milieu environnant sous vide. La détente instantanée contrôlée (DIC) a été étudiée, selon la méthodologie des plans d’expériences dans le but d’évaluer l’impact des variables opératoires sur l’extraction et de définir les paramètres optimums. Le nombre de cycles et le temps de traitement ont été pris comme paramètres indépendants. Ces paramètres sont appropriés pour représenter les aspects mécaniques et thermiques du processus DIC. L’extraction directe de l’huile essentielle du bois de santal par DIC-MP, gérée essentiellement par le nombre de cycles, indépendamment du temps de traitement, est une autovaporisation des composés volatils. Cette nouvelle méthode a ensuite été comparée tout au long de sa mise en application à l’hydrodistillation. Alors que la méthode traditionnelle d’extraction de l’huile essentielle du bois de santal requiert 140 h, l’optimisation de la DIC nous a permis de réaliser l’extraction en seulement 6 minutes, avec des rendements pratiquement similaires. Dans un dernier temps, une approche écologique et une compréhension du phénomène mis en jeu pour l’extraction des huiles essentielles par DIC ont été abordées. La rapidité de la procédure, la réduction du coût énergétique et le bon impact environnemental font de la DIC une technique industrielle particulièrement innovante et hautement attrayante. / This study focuses on fundamental analysis and experimental work carried out on extraction via conventional and innovative processes. The extraction of volatile compounds (essential oils ...) through hydrodistillation or steam distillation as conventional methods is slowed or even blocked because of "the paradoxical process". The latter is due to the coupling of vapor and heat transfers, both directed from the exchange surface towards product core. Only partial vapor transfer by progressive forehead ensures the evolution of the process. The kinetics is so inevitably slow, implying high energy consumption and inducing a high degradation of both extracted and residual material. To face this situation, changing the nature of the transfer is essential. We considered the total pressure gradient instead of the vapor pressure gradient as "driving force". Instant Controlled Pressure Drop DIC was used. Instant releasing of high pressure/high pressure towards a vacuum leads to instant autovaporisation, implying a Darcy-type transfer of vapor within the material to the surrounding medium vacuum. Instant Controlled Pressure Drop (DIC) was investigated, according to the Response surface methodology RSM in order to evaluate the impact of process variables on the extraction and to define the optimal settings. The number of treatment cycles and treatment time were taken as independent parameters. These parameters were appropriated to represent both mechanical and thermal impacts of DIC process. Direct extraction of the essential oil of sandalwood DIC-MP, managed primarily by the number of cycles, regardless of treatment time, is an autovaporization of volatile compounds. This new method was then compared throughout its application to steam distillation. While traditional extraction method requires 140 hours, optimized DIC allowed performing essential oil extraction of sandalwood in only 6 minutes, with substantially similar yields. Finally, environment approach and understanding of the phenomena involved in DIC extraction of essential oils were addressed. By dramatically reducing the treatment time and the energy consumption, DIC is a particularly innovative, exceptionally effective and highly attractive environment-friendly essential oil extraction technique.

Depuis plusieurs siècles les racines de vétiver sont utilisées en Inde du sud afin de prévenir l'érosion du sol. Par la suite, la production de l’huile essentielle des racines de vétiver a permis d’alimenter l’industrie de la parfumerie. De nos jours, cette matière première sert principalement à la confection de parfums masculins, où elle apporte des notes boisées, terreuses, de pamplemousse et de rose. En dépit de son utilisation abondante, la nature des molécules responsables de son odeur est encore un sujet de controverses. Dans un premier temps, l’étude des constituants volatils a été entreprise, et certaines incohérences de la littérature ont été mises en évidence. Par la suite, l'analyse par GC × GC d'huiles de vétiver d'origines différentes a permis de mieux comprendre la variabilité de cette matière première. Elle a également facilité l’identification de substances odorantes d'impact, réalisée par GC-O sur l’huile essentielle et l’acétate de vétiveryle. La synthèse de plusieurs dérivés zizaane a également été développée pour confirmer certains des résultats de la caractérisation des odorants. Nous avons également développé une nouvelle procédure pour la synthèse à grande échelle de dérivés nor-zizaane à puissante odeur de vétiver. Lors de cette étude, nous avons développé une nouvelle réaction de décarbonylation utilisant le peroxyde d'hydrogène en milieu alcalin. Cette réaction a pu être appliquée sur différents aldéhydes aliphatiques, les meilleurs résultats étant obtenus avec des substrats α-disubstitués. Une bonne sélectivité a également pu être observée sur les aldehydes linéaires, qui conduisent généralement à l’acide dans de telles conditions. / Vetiver have been used from centuries in South India to prevent soil erosion and later on, the essential oil produced by distillation of this raw material has begun to been largely employed in perfume composition. This essential oil is now abundantly used in the confection of men perfumes for its pleasant fragrance of wood, earth, grapefruit and rose. However, paradoxically, the nature of its impact odorants still remains controversial. At first, we have realized the review of the volatile constituents identified in this material, and some discrepancies of the literature have been highlighted. Then, the analysis by GC × GC of vetiver oils from different origins has permitted to better understand the composition of these materials. Subsequently, the characterization of the impact odorants of Haitian vetiver essential oil and vetiveryl acetate has been performed by GC-O. To confirm some of the results of this investigation, several zizaane derivatives have been synthesized, and in the course of this study, we developed a new reaction of decarbonylation of aliphatic aldehydes using alkaline hydrogen peroxide. A new procedure for the large scale preparation of highly potent nor-zizaane odorants could then be developed. Moreover, when exploring the scope and limitations of this reaction, it appeared to be applicable on various aliphatic aldehydes. The best results were obtained with α-disubstituted substrates, and a surprisingly good selectivity of this reaction was noticed on linear aldehydes.

De nos jours, environ 3000 huiles essentielles sont produites et utilisées dans le monde avec des champs d'application aussi variés que la cosmétique, la parfumerie l'agro-alimentaire, la pharmacie et l'aromathérapie. Ces huiles sont extraites des hespéridés ou des plantes aromatiques et médicinales. Étant donné que la culture de ces matières premières implique généralement l'application de pesticides, la présence de tels résidus dans les huiles essentielles ne peut pas être écartée. Compte tenu du nombre important de pesticides employés et des nombreux champs d'application des huiles essentielles, il apparaît nécessaire, afin d'assurer la santé du consommateur, de disposer d'une méthode d'analyse multi-résidus capable de doser les pesticides dans les huiles essentielles. L'état de l'art des méthodes d'analyse lié à cette problématique a révélé un manque évident de performance des méthodes actuelles aussi bien en termes de limite de détection que du nombre de pesticides analysés. Ce mémoire propose donc la mise au point d'une méthode d'analyse multi-résidus de pesticides dans les huiles essentielles par couplage de la chromatographie liquide et de la spectrométrie de masse, technologie la plus à même de répondre à la problématique au vue de la bibliographie. Après avoir mis en évidence les performances du nouveau mode d'acquisition Scheduled SRM, disponible sur le spectromètre de masse 4000 QTrap, pour la détection et la quantification de 250 pesticides dans un solvant déterminé, l'importance de considérer la nature de la matrice, aussi bien dans les méthodes de préparation que lors de l'analyse de l'échantillon, a ensuite été démontrée en étudiant deux huiles essentielles représentatives (lavandin et citron). Enfin, la méthode d'analyse multi-résidus LC-MS/MS a été appliquée à la recherche de pesticides dans des échantillons réels d'huiles essentielles. Elle a démontré sa capacité à détecter, quantifier et identifier les pesticides dans ces matrices au travers de l'utilisation d'un mode d'acquisition couplé SRM-EPI faisant appel aux spécificités du spectromètre de masse hybride et notamment de sa trappe d'ion linéaire. Ce travail a de plus révélé l'importance de disposer d'une telle méthode au regard du nombre de pesticides détectés dans les échantillons et de leurs concentrations relativement élevées. Celles-ci peuvent en effet atteindre des teneurs supérieures au milligramme par litre dans les huiles essentielles analysées.

Au Québec, de nombreux arthropodes s'attaquent au pommier, entraînant des pertes de rendement pour les producteurs. Afin de minimiser ces pertes, les producteurs ont recours à différents traitements chimiques qui ont des conséquences négatives pour l'environnement et la santé humaine. L'objectif de ce projet de recherche était d'établir un aménagement végétal pour améliorer la lutte naturelle aux arthropodes ravageurs. Des plates-bandes de fleurs composées d'achillée millefeuille (Achillea millefolium L.) et de verge d'or du Canada (Solidago canadensis L.) (Asteraceae) ont été établies dans trois vergers de pommiers commerciaux au Québec, afin d'évaluer leur impact sur deux ravageurs du pommier et sur les principaux prédateurs. Les populations de l'hoplocampe des pommes Hoplocampa testudinea Klug et du puceron vert du pommier Aphis pomi DeGeer ont donc été suivies durant l'été 2008 à l'aide de pièges collants blancs et d'observations visuelles dans les vergers et au sein même des aménagements. Dans le même temps, les principaux prédateurs aphidiphages en verger ont été suivis, soit les Araneae, Cecidomyiidae, Chrysopidae, Coccinellidae, Hemerobiidae et Syrphidae. Chaque verger de pommiers comportait des parcelles aménagées (avec plate-bande de fleurs) et non aménagées (avec couvre-sol naturel) qui étaient comparées entre elles. La plate-bande de fleurs a eu un effet positif sur l'hoplocampe des pommes en réduisant significativement l'abondance des populations dans les parcelles aménagées. De plus, une étude en parallèle a permis de démontrer que l'huile essentielle d'achillée millefeuille avait un effet répulsif sur ce ravageur, en réduisant significativement la ponte et le nombre d'œufs dans les fleurs de pommiers. D'un autre côté, le pourcentage de dommages aux fruits était similaire entre les parcelles aménagées et non aménagées. La plate-bande de fleurs n'a pas eu d'effet sur le puceron vert du pommier ni sur les prédateurs aphidiphages, car les abondances n'étaient pas différentes entre les parcelles aménagées et non aménagées, ni entre la plate-bande de fleur et le couvre-sol naturel du verger. La plate-bande de fleurs n'a donc pas joué son rôle attractif attendu envers les arthropodes bénéfiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Aménagement végétal, plate-bande de fleurs, Malus sp., huile essentielle, Achillea millefolium, Solidago canadensis, Hoplocampa testudinea, Aphis pomi, prédateurs, Araneae, Coccinellidae, Syrphidae.

Ce travail de thèse, développé en partenariat avec la Société Mavela et l'INRA de Corse, est axé autour de l'étude de deux plantes traditionnellement utilisées en Corse pour la préparation de spiritueux (liqueur et eau de vie) : le myrte commun (Myrtus communis L.) et le cédrat (Citrus medica L). Le mémoire de thèse se décline en deux parties principales : * Une partie fondamentale visant à établir une méthodologie d'analyse des spiritueux par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse, d'une part, et à définir et à réunir en un même corpus les règles de fragmentation des flavonoïdes, d'autre part. * Une partie appliquée dont l'objectif est de contribuer à la définition d'une qualité en termes de compositions volatile et phénolique. Ainsi, nous avons étudié la variabilité intraspécifique des baies de myrte récoltées en Corse et nous avons caractérisé différentes variétés de cédrats. La composition volatile des baies de myrte est dominée par le couple α-pinène/1,8-cinéole alors que la composition phénolique est riche en myricétine, myricétine-3-O-arabinoside, myricétine-3-O-galactoside et en épigallocatéchine. Cette " empreinte " chimique des baies est retrouvée dans les liqueurs et les eaux de vie correspondantes. En outre, les huiles essentielles ont une composition homogène pour l'ensemble des lieux d'échantillonnage. L'étude des caractéristiques morphologiques, génétiques, et chimiques de 24 variétés de cédrat a permis de différencier les variétés " ancestrales " et les variétés " hybrides ". Sur la base de l'analyse de la diversité morphologique et génétique, 13 variétés dont le cédrat de Corse (Citrus medica var. corsican) sont considérées comme des cédrats ancestraux alors que les 11 autres cultivars sont assimilés à des hybrides entre les cédratiers et d'autres espèces du genre Citrus. Au niveau de la composition chimique des huiles essentielles, les cédratiers ancestraux se distinguent des autres variétés par des chimiotypes à limonène/néral/géranial ou limonène/nérol/géraniol pour les feuilles et à limonène/ץ-terpinène ou limonène/néral/géranial pour les zestes. Au niveau des composés phénoliques, la distinction entre les cédrats ancestraux et hybrides n'a pas pu être mise en évidence. L'étude de la composition chimique des liqueurs élaborées à partir du cédrat de Corse a permis d'étudier l'influence de la maturité des fruits sur la qualité des spiritueux. Il apparait que la date de récolte n'a pas d'impact sur la composition en volatils. A contrario, les concentrations en acides phénoliques et en leurs dérivés diminuent fortement au cours du développement du fruit. En outre, nous avons défini la qualité de la liqueur en fonction des conditions expérimentales de sa préparation. Enfin, ce travail de doctorat est la première étape de la mise en place d'un programme de protection de l'origine géographique et botanique de ces productions identitaires.

En Afrique sud- saharienne, plusieurs méthodes de protection des stocks alimentaires sont utilisées ; parmi elles, les insecticides synthétiques qui représentent un risque réel pour la santé humaine. Pour apporter une alternative à ces insecticides chimiques potentiellement dangereux, le présent travail a pour objectif de développer des bio-insecticides en formulant des poudres par adsorption d’huiles essentielles sur des argiles. Deux argiles naturelles du Cameroun ont été utilisées comme adsorbants des composés terpéniques des huiles essentielles de Xylopia aethiopica et Ocimum gratissimum pour la préparation d’insecticides. Dans le but d’améliorer leur capacité d’adsorption, ces argiles ont été traitées par la soude et l’acide sulfurique. Elles ont également été modifiées par des solutions de polycations d’aluminium ou de fer de rapport molaire varié ainsi que par des cations d’alkylammoniums. Une bentonite commerciale a été utilisée comme référence dans le suivi des modifications. Ces différentes matrices ont été caractérisées avant et après modifications par diffraction des rayons X, adsorption-désorption d’azote, spectroscopie infra rouge à transformée de Fourier, analyses thermogravimétriques et différentielles, et photométrie de flamme. Il ressort de la caractérisation que l’échantillon de Wak est majoritairement constitué de kaolinite, et celui de Maroua de montmorillonite. Le traitement par l’acide sulfurique et par les polycations métalliques entraînent une augmentation de la surface spécifique des argiles, tandis que la soude et les cations d’alkylammoniums la réduisent fortement. La surface spécifique de la montmorillonite passe de 82 m².g-1 à 4,5 m².g-1 après traitement au céthyl triméthyl ammonium (CTMA). Les diffractogrammes montrent une augmentation de la distance interfoliaire des argiles étudiées après modification aux cations alkylammoniums. La distance interfoliaire augmente de 5,5 Å et de 10,6 Å respectivement pour la montmorillonite et la bentonite traitée par le CTMA. Les argiles de type smectite après modifications aux polycations métalliques, présentent en revanche un étalement du pic caractéristique de l’espace interfoliaire. Les cations alkylammoniums entraînent donc une intercalation effective des molécules de CTMA et phényl triméthyl ammonium (PTMA) entre les feuillets de montmorillonite et de bentonite tandis que les polycations métalliques entraînent une exfoliation du matériau argileux. Les argiles-alkylammoniums présentent les plus grandes capacités d’adsorption des composés terpéniques malgré les plus faibles surfaces spécifiques. Ainsi, face aux composés terpéniques, la capacité d’adsorption des argiles ne dépend pas uniquement de la surface spécifique mais également de l’espacement interfoliaire de l’adsorbant ainsi que de l’affinité des molécules d’adsorbât vis-à-vis de l’adsorbant. Des tests insecticides ont montré que les formulations à base de la Mont-CTMA présentent une toxicité plus stable que celle préparée à partir de l’argile brute (Mont-Na). La formulation Mont-Na-HE perd la totalité de son activité insecticide au bout de 30 jours de conservation dans les boîtes ouvertes. La formulation Mont-CTMA-HE par contre n’en perd qu’environ 60% dans les mêmes conditions. La rémanence de la formulation varie avec l’adsorbant utilisé ; car l’effet insecticide de l’huile essentielle d’O. gratissimum persiste pendant 107 jours lorsqu’elle est fixée sur la Mont-CTMA, tandis que fixée sur l’argile brute, elle perd son activité au bout de 45 jours. Ces résultats nous permettent d’affirmer que les argiles modifiées augmentent la durée de l’effet insecticide des huiles essentielles et peuvent être utilisées pour une application industrielle dans la production des bio-insecticides. / In sub-Saharan Africa, several methods to protect food stocks are used ; amongst them are synthetic insecticides. These synthetic insecticides pose high real risk to human health. This study aims at providing an alternative to the dangerous synthetic chemical insecticides, by developing bioinsecticides formulating powders through adsorption of essential oils on Cameroonian clays. Two natural clays collected in Cameroon were used as adsorbents of terpene compounds of Xylopia aethiopica and Ocimum gratissimum essential oils, for the preparation of insecticides. The clay fractions were obtained from soil aggregates by sedimentation. In order to improve their adsorption capacity, these clays were treated with sodium hydroxide and sulfuric acid. They were also modified with solutions of aluminum, iron polycations with molar ratio varied and alkylammoniums cations. A commercial bentonite was used as reference for these modifications. These different adsorbents materials were characterized before and after modifications by X-ray diffraction, nitrogen adsorption-desorption, infrared Fourier transform spectroscopy, thermal analysis, and flame photometry. According to the characterizations of the clay materials, Wak sample contained more kaolinite clay, while Maroua sample contained more montmorillonite clay. The sulfuric acid and metallic polycations caused an increase in the specific surface of clays, while sodium hydroxyl and alkylammoniums cations greatly reduced the SBET. For example, the Mont-Na+ SBET decreased from 82 m². g-1 to 4.5 m².g-1 after treatment with cetyl trimethyl ammonium (CTMA). Diffractogrammes showed spacing of smectites interlayer (montmorillonite and bentonite) after treatments with alkylammoniums cations at 5.5 Å and 10.6 Å respectively, for the interlayer space of Mont- CTMA and Bentonite- CTMA clays. After treatments with metallics polycations, smectite clays show a broadening of characteristic peak. Alkylammoniums cations led to an effective insertion of CTMA molecules and phenyl trimethyl ammonium (PTMA) between the interfoliar space of montmorillonite and bentonite while the metal polycations led to an exfoliation of the same clays. The interreticular spacings of kaolinite remain unchanged after any treatments. The kinetic model of pseudo second order is applicable to the adsorption of terpenic compounds by clays. Finding also showed that spread is not the only limiting factor in the process of adsorption of terpene compounds. Alkylammoniums-clays have the largest adsorption capacities of terpene compounds despite the lower specific surface they present. All this allows us to maintain that in the presence of terpenic compounds, the adsorption capacity of clays depends not only on the SBET but more on the interlayer spacing of the adsorbent and on the affinity of the adsorbate molecules toward the adsorbent. Concerning bioassays, it appears that the formulations made with Mont- CTMA presented a more stable toxicity than Mont-Na. Mont-Na-EO formulation loses all its insecticidal activity after 30 days of storage in the open boxes ; while Mont-CTMA- EO formulation only loses about 60% under the same conditions. Moreover, the Mont-Na-EO loses 50% of its insecticidal power (LD50) after 6 days ; while Mont-CTMA- EO loses the same quantity after 16 days when stored in open boxes. The remnance effect of the formulations based on essential oil varied with the adsorbent used. Because the insecticidal effect of O. gratissimum essential oil persisted during 107 days when it is adsorbed on Mont-CTMA, when adsorbed on Mont-Na, it loses all its activity for about 45 days. These results allow us to assert that modified clays increase the duration of the insecticidal effect of essential oils and can be used for industrial application in the production of bio-insecticides based on essential oils.

Les huiles essentielles (HE) de lavande et de lavandin appartiennent au patrimoine de la région méditerranéenne. Comme tout produit naturel ou synthétique à valeur ajoutée, ces HE doivent être contrôlées pour justifier la qualité du produit. Ce contrôle qualité nécessite la mise en place d'une méthodologie analytique fiable. Dans cette étude, une nouvelle approche utilisant les techniques spectroscopiques et chromatographiques et le traitement de données à l'aide d'outils chimiométriques permet de différencier les HE de lavande et de lavandin par origine variétale. Cette discrimination s'effectue grâce à leur empreinte spectrale ou chromatographique. L’intérêt d’utiliser la chromatographie chirale associée à la détection polarimétrique et de la signature chiroptique acquise a également été étudié. Cette étude nous a permis d’identifier des marqueurs métabolomiques qui sont primordiaux pour caractériser les variétés. Les résultats montrent qu'il est possible de discriminer les HE de lavande et de lavandin selon leurs variétés avec une bonne justesse sur l'ensemble des techniques utilisées. / Lavender and lavandin essential oils (EOs) belong to the heritage of the Mediterranean region. Like any natural or synthetic product with an added value, these EOs must be controlled to justify the quality of the product. This quality control requires the establishment of a reliable analytical methodology. In this study, a new approach using spectroscopic and chromatographic techniques for data processing associated to chemometric tools allows to discriminate lavender and lavandin EOs. This discrimination is carried out thanks to their spectroscopic or chromatographic fingerprints. The interest to use the chiral chromatography combined with polarimetric detection and of acquired chiroptical signature was also studied. This methodology has allowed us to identify metabolomic markers which are paramount to characterize the varieties. The results show that it is possible to discriminate the lavender and lavandin EOs according to their varieties with good accuracy on all of the techniques used.

Les apiaceae peuvent être définies en tant qu' Aroma-Tincto-Oleo-Crop (ATOC), plantes qui contiennent à la fois une huile végétale et une huile essentielle. Appliquer le concept d'agroraffinage aux ATOC revient à proposer un procédé séquentiel alliant une co-extraction huile végétale et huile essentielle à une valorisation des résidus en tant que source de molécules biosourcées et de susbtrat pour la formulation d'agromatériaux . Les objectifs de cette thèse seront donc d'étudier la faisabilité biologique et technologique d'application du concept d'ATOC-raffinage à la coriandre (Coriandrum sativum L.). Le chapitre I présente l'état de l'art bibliographique sur l'extraction et l'analyse des huiles végétales et huiles essentielles de coriandre tandis que dans le chapitre II sont décrits les matériels et méthodes mis en oeuvre au cours de la thèse tant au niveau échantillonnage, extraction, analyse que traitement des données. Le chapitre III est centré sur l'étude des différents paramètres biologiques pouvant influencer la bioaccumulation des huiles végétales et huiles essentielles dans la coriandre (différentes variétés, différents organes de la plante, différents stades de développement biologique) et leur impact sur l'activité anti-oxydante des extraits obtenus à partir des résidus d'extraction. Dans le chapitre IV, la technologie d'extrusion (mono-vis et bi-vis) a été appliquée aux graines de coriandre dans le but d’évaluer la faisabilité du pressage mécanique du fruit de la coriandre pour l’extraction d'une huile végétale aromatisée. L’influence des conditions expérimentales sur le rendement d'extraction en huile végétale (diamètre de buse et distance buse-vis (extrudeur mono-vis) ou configuration de vis, coefficient de remplissage et température de pressage (extrudeur bi-vis)) a été étudiée tandis que la faisabilité de la valorisation du résidu solide d'extraction en agromatériaux (thermo-pressage) a été montrée. / Apiaceae could be defined as Aroma Tincto Oleo Crops (ATOC), e.g. plants containing both vegetable oil and essential oil. Applying agroreffinery concept to ATOC led to propose a sequential fractionation process coupling co-extraction of vegetal oil and essential oil to a valorization of by-product residues as biosourced active molecules and substrates for designing agromaterials. The aim of this thesis is to determine the biological and technological feasability of application of the ATOC-refinery concept to coriander (Coriandrum sativum L.) Chapter I reports a bibliographic state of the art study on extraction and characterisation of coriander vegetal oil and essential oil while chapter II describes materials and methods setting up during the thesis for sampling, extraction, analysis and data processing. Chapter III focus on the study of major various biological parameters influencing bioaccumulation of vegetal oil and essential oil in coriander (different plant varieties, different plant organs, different biological stages) and their impact on anti-oxidant activity of extracts obtained from extraction residues. In chapter IV, coriander fruits are processed by extrusion technology (mono screw and twin-screw extruder) in order to evaluate the feasability of mechanical pressing for extracting a flavored vegetal oil. Influence of operating parameters on vegetal oil extraction yields (nozzle diameter and nozzle/screw distance (single-screw extruder) or screw configuration, device’s filling coefficient and pressing temperature (twin-screw extruder)) is studied while the feasability of valorization of extraction cake as agromaterial (thermopressing) was stated.

Les problèmes d’hyperpigmentation cutanée sont caractérisés par l’apparition de taches brunes foncées, distribuées irrégulièrement sur la peau, généralement sur les zones photo-exposées. Ce problème largement répandu est la conséquence de plusieurs perturbations cutanées d’une ampleur autant physiologique qu’esthétique. Les rayonnements ultraviolets (UV) jouent un rôle important dans la mélanogenèse mais sont aussi à l’origine de plusieurs dérèglements physiologiques des mélanocytes induisant ainsi leur mal-fonctionnement.L’application d’un écran solaire est un moyen très efficace pour la protection contre les UV et la prévention des problèmes d’hyperpigmentation cutanée. Pour la première fois, nous avons pu mettre en place une nouvelle méthode in vitro pour la détermination du facteur de protection solaire (SPF) d’un écran en utilisant le film Gafchromic® EBT3 comme substrat et en se basant sur le changement de couleur du substrat. La variation de couleur est évaluée par spectroscopie ultraviolet-visible et est rapportée à l’absorbance du film après son exposition à un simulateur de soleil.En plus, nous nous sommes intéressés à la recherche de principes actifs extraits de plantes pour la régulation des problèmes d’hyperpigmentation cutanée. Pour ce, des huiles essentielles (HE) ont été extraites à partir de cinq plantes indigènes ou endémiques au Liban et leur composition analysée par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). Leurs effets moléculaires sur les structures cutanées ont été déterminés par analyses in tubo et in vitro. Les analyses enzymatiques in tubo ont permis de détecter une activité anti tyrosinase importante des deux HE d’Origanum syriacum et Origanum ehrenbergii. Cette activité a été liée à la composition phytochimique de chaque HE et a été attribuée au composé majoritaire, le carvacrol. Les études in vitro sur des cultures de mélanocytes ont permis de déterminer une diminution significative de la production de la mélanine en présence des HE et du carvacrol. Nous avons pu établir un lien entre les deux études pour déterminer le mécanisme d’action du carvacrol. Il s’agit d’une inhibition compétitive où le carvacrol se lie à la tyrosinase pour suivre une série d’oxydations enzymatiques bloquant ainsi l’oxydation de la tyrosine et causant un dérèglement de la mélanogenèse.Notre étude est la première à démontrer l’activité anti tyrosinase des HE d’O. syriacum et d’O. ehrenbergii. La complémentarité entre les tests d’efficacité et les analyses GC-MS nous a permis d’attribuer l’activité anti tyrosinase au carvacrol qui agit par inhibition compétitive.Ainsi, l’application de protecteur solaire associée à l’application cutanée de régulateurs de la mélanogenèse pourrait être une solution efficace pour les problèmes d’hyperpigmentation cutanée. / Hyperpigmentation disorders are characterized by an irregular distribution of dark spots on the skin, mainly on photo-exposed skin areas. This widespread problem is the result of several skin disorders leading to many physiological and aesthetic perturbations. Ultraviolet (UV) radiations play an important role in melanogenesis. However, they are also the source of several physiological disorders that induce a malfunctioning of melanocytes.The application of sunscreen is a very effective UV protection method and it is considered a main factor in the prevention of skin hyperpigmentation problems. One of the novelties in our research is that, for the first time, we were able to establish a new in vitro method for the determination of the sun protection factor (SPF) of a sunscreen, using EBT3 Gafchromic® film as a substrate. Our method relied on the color change of the substrate that was evaluated by UV-visible spectrophotometric measurements and valued by the absorbance of the film exposed to a solar simulator.In addition, we were interested in discovering new plant-derived active ingredients for the regulation of skin hyperpigmentation disorders. For this process, five essential oils (EO) of indigenous or endemic plants to Lebanon were extracted and their composition was studied by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). We studied as well their molecular effects on cutaneous structures by in tubo and in vitro analysis. In tubo enzymatic analysis allowed us to identify an important anti tyrosinase activity of the two EO of Origanum syriacum and Origanum ehrenbergii. This activity was linked to the phytochemical composition of the EO and was assigned to the presence of their main component, carvacrol. In vitro cell cultures of melanocytes enabled us to determine a significant reduction in the melanin production in the presence of the EOs and carvacrol. Furthermore, we were able to define the mechanism of action of carvacrol by linking both in tubo and in vitro studies: carvacrol binds to tyrosinase and undergoes a series of oxidation reactions, thus preventing the oxidation of tyrosine. This mechanism is called competitive inhibition and it disturbs the regular pathway of melanogenesis.Our study is the first to demonstrate the anti tyrosinase activity of the EO of O. syriacum and O. ehrenbergii. The complementarity between efficacy tests and the phytochemical GC-MS analysis was our tool to discover that tyrosinase inhibition is mainly due to the presence of carvacrol that acts by competitive inhibition.Thus, the application of a sunscreen paired with the application of cutaneous melanogenesis regulator could be an effective solution for skin hyperpigmentation disorders.

La liqueur Grand Marnier® produite par la Société des Produits Marnier-Lapostolle (SPML), contient un arôme d'orange amère. Cet arôme, appelé parfum, est obtenu à partir de l'huile essentielle (HE) d'écorces d'orange amère qui ont subi un procédé de macération-distillation. Le but de ce travail de thèse a été de cibler les composés d'arôme clés des écorces d'orange amère et de comprendre leur comportement au cours de la production du parfum, afin de trouver des stratégies d'optimisation. Les axes d'étude ont été les suivants : (1) identification des composés volatils odorants de l'HE et du parfum d'orange amère; (2) observation et compréhension des étapes de la production du parfum, des matières premières à la distillation, et étude de leur impact sur la qualité du parfum (3) étude détaillée de la distillation discontinue multi-étagée. Parmi les 51 et 37 composés volatils identifiés de l'HE et du parfum, nous avons détecté par olfactometrie 19 composés odorants dans l'HE et 7 dans le parfum. Avec les résultats de l'HE de l'axe (1), une sélection de composés d'arôme, dits marqueurs, a été faite selon certains critères. Cette procédure a été validée par une étude sensorielle de classification d'HE d'orange amère de différentes origines géographiques. Les observations et résultats de l'axe d'étude (2) ont montré que la distillation est l'étape de la production qui a le plus grand impact sur la qualité du parfum. Durant la distillation, 9 paramètres de conduite, tels que le titre alcoométrique volumique et le taux de reflux, ont été régulièrement enregistrés. En parallèle, les composés marqueurs ont été quantifiés dans des échantillons de distillat prélevés à des moments spécifiques de la distillation des têtes aux queues. La connaissance du comportement des composés marqueurs et de leurs propriétés physico-chimiques permet de mieux comprendre la conduite actuelle de la distillation. Ainsi des changements de paramètres de distillation ont été proposés et des essais pilote ont été mis en place dans l'axe d'étude (3). Dans l'optique de contrôler et d'optimiser la distillation discontinue multi-étagée, d'autres travaux ont été menés en simulation avec le logiciel BatchColumn de ProSim®. Cela nécessite de : 1) déterminer les données d'équilibre liquide-vapeur de certains composés marqueurs ; 2) trouver un modèle thermodynamique représentant les données expérimentales ; 3) intégrer les données expérimentales et le modèle choisi dans le logiciel BatchColumn. La distillation telle qu'elle est menée à la distillerie de la SPML a bien été représentée. De futures études, incluant des changements de paramètres tels que la composition de la charge du bouilleur, des paramètres de conduite et de structure pourront être réalisées, afin d'optimiser le procédé et voir l'impact de ces changements sur la qualité du parfum. / The Grand Marnier® liqueur produced by the Société des Produits Marnier-Lapostolle (SPML), is composed of a bitter orange aroma. This aroma, called parfum, is produced from essential oil (EO) of bitter orange peelings that underwent a maceration-distillation process. The aim of this PhD study was to focus on the key odour compounds of the bitter orange peelings, and understand their behaviours throughout the process, in order to find optimisation strategies. The following strategies were applied: (1) identification of odour volatiles compounds in bitter orange EO and parfum; (2) observation and understanding of the steps of the parfum production, from raw material to distillation, and study of their impacts on the quality of the parfum; (3) deep study of the multi-stage batch distillation. Among the 51 and 37 volatile compounds identified, we detected by olfactometry 19 odour compounds in EO and 7 in parfum. From the EO results of the strategy (1), a selection of odour compounds, called markers, was thus carried out applying specific filters. This procedure was validated by a classification sensorial study of bitter orange EO from different geographical origins. Observations and results of strategy (2) demonstrated that distillation has the biggest impact on the quality of the parfum. During distillation, 9 key process parameters, such as the alcoholic strength by volume and reflux rate, were continuously recorded. In parallel, markers compounds were quantified in distillate samples collected at specific control points from head to tail cuts. The behaviour of the key markers together the knowledge of their physical-chemical characteristics made it possible to better understand the current lead of the distillation. Thereby changes of distillation parameters were proposed and pilote trials were carried out in the strategy (3). In view to control and optimise the multi-stage batch distillation process, other works were focused on simulation with the BatchColumn software from ProSim®. This requires to: 1) determine the vapour-liquid equilibrium data of certain markers compounds; 2) build a thermodynamic model simulating real experimental data; 3) integrate the experimental data and the model selected in BatchColumn. With this approach, we easily represented the distillation as it was realised in the industry. Futures studies, including changes of parameters such as still composition, distillation and structure parameters, could be carried out to optimise the process and see the impact on these changes of the quality of the parfum.