L'objectif est la mise au point d'une méthodologie de synthèse des nanoparticules d'or en présence du chitosane sous rayonnement permettant l'obtention d'objet de taille homogène et contrôlée. Dans ce but, nous mettrons l'accent sur l'étude des interactions entre les ions Au(III) et le chitosane en solution avant irradiation. En effet, la coordination entre des unités de glucosamine et l'ion Au(III) favorise la réduction de Au(III) en Au(0) et la formation de nanoparticules d'or. Cela est démontré clairement par l'étude de l'influence du pH sur la formation de nanoparticule lors du vieillissement des solutions d'HAuCl4 en présence de chitosane. Ce phénomène a été avance pour expliquer tout au moins partiellement, le mécanisme de la réduction des ions Au(III) en présence du chitosane sous rayonnement. Il s'agissait de définir si le mécanisme de réduction des ions Au(III) en ions Au(0) suivait un processus classique tels qu'il a été décrit dans les travaux de Belloni et de Henglein, ou si la présence de chitosane influe sur ce processus. L'élaboration des nanoparticules d'or en présence du chitosane utilisé comme agent stabilisant a été réalisée sous irradiation par faisceau d'électrons ou par rayonnement gamma. L'influence des paramètres de synthèse (rapport du [GLA]/[Au(III)], conditionnement des échantillons, effet de la dose d'irradiation, effet du débit de dose, rôle d'un piégeur de radicaux ou d'électrons solvatés) a ensuite été évaluée sur les propriétés caractéristiques des solutions de nanoparticules d'or (taille, charge, résonance plasmon de surface). L'activité catalytique des nanoparticules synthétisées a été testée vis-à-vis de la réaction de réduction du 4-nitrophénol en 4-aminophénol par NaBH4.Mots-clés : or, nanoparticules, chitosane, coordination, irradiation, faisceau d'électrons, rayonnement gamma, 4-nitrophénol. / The goal of this work is to develop a methodology for the synthesis of gold nanoparticles in the presence of chitosan under radiation to obtain a homogeneous object and controlled size. To reach this purpose, we will focus on the study of interactions between the ions Au(III) and chitosan in solution before irradiation. Indeed, the coordination between units of glucosamine and Au(III) promotes the reduction of Au(III) to Au(0) and the formation of gold nanoparticles. This is clearly demonstrated by the influence of pH on the formation of nanoparticles upon aging of HAuCl4 solutions in the presence of chitosan. This formulation has been used to explain the mechanism of reduction of Au(III) in the presence of chitosan in radiation. It was to define whether the reduction mechanism of ion Au(III) ions Au(0) followed a conventional process such as those described by the work of Belloni and Henglein, or if the presence of chitosan affects this process. The development of gold nanoparticles in the presence of chitosan used as a stabilizing agent was produced by the electron beam and gamma radiation. The influence of the synthesis parameters (report [GLA]/[Au (III)], sample conditioning, effect of irradiation dose, dose rate effect, role of a radical scavenger) on the characteristic gold nanoparticles was then evaluated (size, charge, surface plasmon resonance). The catalytic activity of these nanoparticles was tested towards the reduction reaction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol by NaBH4.Keywords: gold, nanoparticles, chitosan, coordination, irradiation, electron beam, gamma radiation, 4-nitrophenol.

La détection et l'identification de bactéries pathogènes revêt une grande importance dans de nombreux domaines tels que la santé et l'industrie agroalimentaire. Dans ce contexte, les travaux de thèse s'intéressent à détection non invasive de Salmonella via la fraction volatile de son métabolome dont les métabolites volatils caractéristiques sont le sulfure d'hydrogène et la cadavérine. Ils illustrent également le concept de substrats osmogènes libérant des mCOV exogènes sous l'action d'enzyme spécifique d'Escherichia coli. Un premier capteur colorimétrique capable de distinguer le sulfure d'hydrogène du méthanethiol a été préparé. Il s'agit d'une matrice de silicate nanoporeuse dopée avec les réactifs N,N-diméthyl-p-phénylènediamine et ions Fe3+. Une bonne stabilité de l'intermédiaire réactionnel issu de ces réactifs, la quinonediimine (QD), est obtenue pour une forte concentration d'acide chlorhydrique. La réaction entre QD et 1000 ppm de sulfure d'hydrogène et de méthanethiol entraîne l'apparition respective d'une coloration verte et rouge-marron du capteur. Le capteur fluorimétrique de cadavérine, basé sur la formation d'un complexe fluorescent entre le Naphthol AS-BI déméthylé (ArOH) et la cadavérine, permet de détecter 250 ppb de cadavérine. La preuve de concept de substrats osmogènes a été illustrée avec la détection de p-nitrophénol (pNP) et de β-naphthylamine (β-NA) libérés en présence d'enzymes de E. coli, β-D-glucuronidase et L-alanine- β-naphthylamidase. Les capteurs nanoporeux produits, de taille de pores contrôlée, peuvent détecter 100 ppm de pNP, composé coloré (jaune) et 100 ppm de β-NA, composé fluorescent, ou encore 100 ppm de β-NA par dérivation chimique de ce dernier avec le diméthyl-p-aminocinnamaldéhyde (formation d'un produit rouge). En milieu biologique, l'eau est un interférent majeur.

La détection et l'identification de bactéries pathogènes revêt une grande importance dans de nombreux domaines tels que la santé et l’industrie agroalimentaire. Dans ce contexte, les travaux de thèse s’intéressent à détection non invasive de Salmonella via la fraction volatile de son métabolome dont les métabolites volatils caractéristiques sont le sulfure d’hydrogène et la cadavérine. Ils illustrent également le concept de substrats osmogènes libérant des mCOV exogènes sous l’action d’enzyme spécifique d’Escherichia coli. Un premier capteur colorimétrique capable de distinguer le sulfure d’hydrogène du méthanethiol a été préparé. Il s’agit d’une matrice de silicate nanoporeuse dopée avec les réactifs N,N-diméthyl-p-phénylènediamine et ions Fe3+. Une bonne stabilité de l’intermédiaire réactionnel issu de ces réactifs, la quinonediimine (QD), est obtenue pour une forte concentration d’acide chlorhydrique. La réaction entre QD et 1000 ppm de sulfure d’hydrogène et de méthanethiol entraîne l’apparition respective d’une coloration verte et rouge-marron du capteur. Le capteur fluorimétrique de cadavérine, basé sur la formation d’un complexe fluorescent entre le Naphthol AS-BI déméthylé (ArOH) et la cadavérine, permet de détecter 250 ppb de cadavérine. La preuve de concept de substrats osmogènes a été illustrée avec la détection de p-nitrophénol (pNP) et de β-naphthylamine (β-NA) libérés en présence d’enzymes de E. coli, β-D-glucuronidase et L-alanine- β-naphthylamidase. Les capteurs nanoporeux produits, de taille de pores contrôlée, peuvent détecter 100 ppm de pNP, composé coloré (jaune) et 100 ppm de β-NA, composé fluorescent, ou encore 100 ppm de β-NA par dérivation chimique de ce dernier avec le diméthyl-p-aminocinnamaldéhyde (formation d’un produit rouge). En milieu biologique, l’eau est un interférent majeur. / Microbial contamination of food and biological samples is a big issue in the industry as much as in the medical field. In that context, the present thesis brings innovative solutions. A first explored way is the identification of Salmonella by detecting and measuring the specific metabolomics volatile organic compounds (mVOC) released, H2S and cadaverine. Another new concept is the use of osmogenic substrates able to release mVOC under the action of specific enzyme of Escherichia coli.A first colorimetric sensor able to discriminate H2S from CH3SH was produced, using a nanoporous silicate matrix doped with N,N-dimethyl-p-phenylenediamine and Fe3+ ions. A very acidic medium is needed to stabilize the “key” intermediate of the reaction, the quinonediimine species (QD), which gives with H2S and CH3SH a green and red-brown product, respectively. The fluorimetric sensor of cadaverine is based on the formation of a fluorescent complex between AS-BI demethylated Naphthol and cadaverine and can detect 250 ppb of cadaverine. A proof of concept of osmogenic substrates is given with the detection of p-nitrophenol (pNP) et de β-naphthylamine (β-NA) released under the action of Escherichia coli enzymes, β-D-glucuronidase et L-alanine- β-naphthylamidase. Various nanoporous sensors are produced with tailored pore size, which can detect 100 ppm of the yellow pNP, 100 ppm of the fluorescent β-NA and 100 ppm of the red product issued from the derivation of β-NA with dimethyl-p-aminocinnamaldehyde. In biological media, water remains the major interfering agent.

La présence de microorganismes peut être révélée par des métabolites volatils caractéristiques. Cette approche est particulièrement intéressante pour la détection non-invasive de pathogènes dans des échantillons complexes comme les matrices alimentaires, les échantillons sanguins, ou encore les plaies chroniques. Des capteurs nanoporeux à grande surface spécifique ont été préparés par voie sol-gel (xérogels) ; leur rôle est à la fois de capturer, concentrer et permettre une détection optique des Composés Organiques Volatils (COV) microbiens. Des capteurs dopés avec une molécule sonde, l'acide 5,5′ dithiobis 2 nitrobenzoïque, ont été développés pour mettre en évidence le sulfure d'hydrogène (H2S) produit par Salmonella, un pathogène d'intérêt dans le domaine de l'agroalimentaire. La capture d'H2S provoque un changement de couleur du capteur dès 5 ppm. Une partie du travail de recherche porte également sur la détection de métabolites dits « exogènes », libérés suite à l'hydrolyse d'un substrat enzymatique. C'est alors l'activité enzymatique qui est spécifique du micro-organisme ciblé. Deux COV exogènes sont envisagés : la β naphthylamine (β NA) et le 2 nitrophénol (2 NP). La première est issue d'activités enzymatiques peptidases, le second est issu d'activités glycosidases ou estérases. Pour ce dernier, une détection directe est possible dès 14 ppb grâce à son absorbance intrinsèque dans le visible. Après un travail sur la composition chimique des xérogels, une mise en forme originale par moulage des gels en forme de coin de cube permet une lecture de l'absorbance des xérogels en réflexion. Enfin, les capteurs obtenus ont été testés vis-à-vis de COV générés par 3 pathogènes: Salmonella, Escherichia coli et Staphylococcus aureus dans des matrices complexes (sang et échantillons alimentaires). / The presence of micro-organisms can be revealed by specific volatile metabolites. This approach is interesting for the non-invasive detection of pathogenic species in complex samples, such as food, blood or exudate. Nanoporous materials developing a high surface area have been prepared by sol-gel process (xerogels). They trap, concentrate and reveal the presence of microbial Volatile Organic Compounds (VOC) by means of an optical detection. Sensors have been doped with a probe molecule (5,5′ dithiobis 2 nitrobenzoic acid) in order to detect hydrogen sulfide emitted by foodborne pathogen Salmonella. The colour of sensor changes in the presence of 5 ppm of H2S. Another detection method is the use of enzymatic substrates which release exogenous VOCs. In this approach, the enzymatic activity is specific to the targeted pathogenic bacteria. Sensors have been developed for two exogenous VOCs: β naphthylamine (β NA) and 2 nitrophenol (2-NP). β NA is issued from peptidase activity, whereas 2 NP is produced by glycosidase or esterase activity. The latter can be detected above 14 ppb through absorbance in the visible region. The work focused both on the chemical composition of the xerogels and on their shape. After molding the xerogels into a trihedral prism (“corner reflector”), the absorbance can be easily monitored using the reflected light. VOCs produced by 3 pathogenic bacteria, Salmonella, Escherichia coli and Staphylococcus aureus, in complex media (blood and food samples) have been monitored with the obtained sensors.

Ce travail, sur la dépollution de l’eau par OVHC sur charbon actif (CA), étudie l'interaction oxydation - adsorption : comment l'oxydation sur charbon de produits aromatiques modifie ses propriétés et en particulier sa capacité d'adsorption et d'oxydation (désactivation). Divers charbons commerciaux, mais aussi issus de boues activées, ont été caractérisés avant et après oxydation : propriétés texturales, composition élémentaire (CHNSO), fonctions de surface, pH au point de charge nulle et allure des courbes ATG. Seule leur teneur en cendres semble différer notablement. Les charbons actifs de boues ont une surface spécifique bien moindre (de 90 à 265 m².g-1) et un taux de cendres supérieur à 50% qui en font de moins bons adsorbants. Cependant la présence de métal, notamment le fer, a un effet positif sur l'oxydation catalytique. L'étude comparative en oxydation catalytique de 4 CA commerciaux en grains montre une désactivation intense (qui augmente avec la concentration de polluant) sur les 3-4 premières utilisations, puis une stabilisation. Le charbon résultant est nettement moins adsorbant. Les CA S23 et F22 ainsi stabilisés ont ensuite été utilisés pour déterminer la cinétique d'oxydation catalytique apparente et intrinsèque du phénol, grâce à un modèle incluant la diffusion. La comparaison de l'OVHC de 4 polluants aromatiques seuls et en divers mélanges synthétiques met en évidence des effets de mélange significatifs: les polluants les plus réfractaires en oxydation catalytique se dégradent beaucoup plus vite en mélange (ex 4NP) et inversement, les polluants les plus oxydés, lorsqu'ils sont seuls en solution, voient leur cinétique diminuer lorsqu'ils sont mélangés aux autres polluants (ex phénol, 4chlorophénol). Le mélange tend donc à uniformiser les comportements particuliers. Enfin, les essais de faisabilité du procédé de régénération oxydante AD-OX ont été effectués sur des effluents industriels. La régénération du charbon actif comme adsorbant est moins limitée qu'avec des mélanges de phénols substitués. / This work, on water treatment by catalytic Wet Air Oxidation (CWAO) using activated carbon (AC), aimed to study the interaction between oxidation-adsorption phenomena: how the oxidation of aromatic compounds on AC can modify its properties and specially its adsorption and oxidation characteristics (deactivation). Various commercials AC, and AC produced from activated sludge, have been characterized before and after oxidation by according methods such as textural characterization, elemental analysis (CHNSO), functional groups on carbon surfaces analysis, pH of the point of zero charge (pHpzc) analysis and thermogravimetric analysis (TGA); however, only their ash level was significantly different. In addition, the sludge based AC (SBAC) have a specific surface range of 90 to 265 m².g-1, which is lower than commercial AC, and with an ash level over 50%. Consequently they are less good adsorbents. However, the presence of metal, e.g. iron, has a positive affect on catalytic oxidation. The comparative study of catalytic oxidation with 4 commercial AC, show a severe deactivation (which increase with the pollutant concentration) on the first 3-4 utilizations before stabilization. The residual AC is clearly poor adsorbent. After stabilization, 2 commercials AC, only S23 and F22 CA, were studied on catalytic oxidation of phenol in term of apparent and intrinsic kinetics with including the diffusion effect in the model. The CWAO of 4 pure aromatic pollutants, and their various synthetic mixtures, showed mixing effects significantly: the most oxidation catalytic refractory pollutants were degraded rapidly when they mixed (e.g. 4-nitrophenol) but the kinetic was slow down for the pure pollutant whereas, the most oxidised pollutants, for pure solution, have an oxidation kinetic slower than when they mixed with others pollutants (e.g. Phenol, 4-chlorophenol). Therefore, the mixture tends to standardize from the individual behaviour. In conclude, the feasibility study of the oxidative regeneration process (AD-OX) was performed on industrial waste water. The regeneration AC as adsorbent is less limited than with mixtures of substituted phenols.