Academic literature on the topic 'Potentiel membranaire de repos'

L’accumulation et la toxicité (aigüe) des métaux dissous chez plusieurs organismes aquatiques peuvent être prédites adéquatement à l’aide du modèle du ligand biotique (MLB), même si quelques exceptions existent. Lors d’expositions chroniques aux métaux, des interactions physiologiques complexes entre les organismes et les métaux essentiels et non essentiels modulent le taux de transport des métaux et leur toxicité. La présente revue de littérature aborde les récentes avancées en chimie de l’environnement, en biologie moléculaire et en physiologie cellulaire touchant aux mécanismes de régulation du transport membranaire des métaux essentiels chez le phytoplancton eucaryote et leurs impacts sur l’accumulation et la toxicité d’un métal habituellement non essentiel, le cadmium. Cette revue évalue finalement la possibilité d’inclure des éléments de physiologie algale dans la présente version du MLB afin d’améliorer le potentiel de ce modèle à prédire l’accumulation et la toxicité des métaux pour des expositions chroniques. Les résultats disponibles dans la littérature suggèrent que l’inclusion des rétroactions négatives et positives des métaux sur les paramètres cinétiques (Vmax : vitesse maximale de transport transmembranaire; KM : affinité des transporteurs pour le métal) des multiples systèmes de transport membranaire des métaux a le potentiel d’améliorer les prédictions de l’accumulation et de la toxicité des métaux à long terme chez le phytoplancton. Le développement d’un MLB capable de prédire adéquatement la toxicité chronique des métaux dans des conditions physicochimiques variables représentatives de celles retrouvées en milieu naturel bénéficiera des avancées récentes et futures en toxicologie, biologie et chimie de l’environnement. Ces connaissances pourraient permettre à long terme d’atteindre l’objectif ambitieux d’un MLB capable de réaliser des prédictions fiables à l’intérieur de milieux naturels complexes de différentes compositions chimiques.

Le potentiel glycolytique du muscle (PG) se réfère à la teneur en glycogène musculaire chez l’animal vivant et est défini comme le potentiel de production d’acide lactique lors de la glycolyse post mortem. Le PG varie selon le muscle considéré : il est plus fort dans les muscles de type blanc que dans les muscles de type rouge. La valeur du PG dépend aussi du moment de la mesure : elle est plus élevée lorsque le muscle est prélevé par biopsie sur l’animal au repos que lorsqu’il est prélevé sur la carcasse dans l’heure qui suit l’abattage. Une relation de type linéaire puis en plateau lie le pH ultime au PG, et la valeur-seuil de PG au-delà de laquelle le pH ultime reste constant dépend du muscle considéré. La valeur du PG est très fortement influencée par le gène majeur RN (viande acide), qui est à l’origine de la position très particulière occupée de ce point de vue par la race Hampshire ("effet Hampshire"). L’allèle RN-, responsable de l’augmentation substantielle (+ 70 %) de la teneur en glycogène des muscles de type blanc rapide (Long dorsal par exemple), est presque complètement dominant. En dehors du gène RN, le PG présente une variabilité polygénique appréciable (héritabilité de 20-25 %). Ce caractère est lié positivement au rapport muscle/gras de la carcasse et à la teneur en glycogène résiduel de la viande. Il est lié négativement au pH ultime et au rendement à la cuisson de la viande. Les animaux porteurs de l’allèle RN-se caractérisent par une forte élévation du rapport eau/protéines du muscle. Plusieurs faits indiquent que le métabolisme énergétique du muscle est à tendance plus oxydative chez les animaux à PG génétiquement plus fort. Le potentiel glycolytique du muscle, caractère mesurable chez l’animal vivant (sur une biopsie du Long dorsal), est un critère de sélection à prendre en considération pour l’amélioration génétique de la qualité de la viande de porc.

La dépression majeure est une pathologie psychiatrique reposant sur différents mécanismes neurobiologiques. Parmi ces mécanismes, on trouve une hypersensibilité de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien associée à un excès de cortisol dans le sang et un déficit de neurotransmission monoaminergique. Ainsi, l’efficacité thérapeutique des antidépresseurs actuels repose sur leur capacité à augmenter les taux extracellulaires de monoamines dans la fente synaptique. Depuis la découverte des effets antidépresseurs rapides et durables de la kétamine, un antagoniste des récepteurs NMDA, un intérêt croissant est porté sur les moyens pharmacologiques atténuant l’action du glutamate pour traiter la dépression majeure. Les astrocytes jouent un rôle prépondérant dans la balance excitation/inhibition du système nerveux central en régulant la recapture et la sécrétion du glutamate. De manière intéressante, la libération de cet acide aminé excitateur est contrôlée, du moins en partie, par des canaux membranaires regroupés au niveau de jonctions intercellulaires de type « gap » ou d’hémicanaux formés par les connexines 30 et 43. Les données précliniques suggèrent que ces deux entités fonctionnelles ont des effets sur les comportements émotionnels dans différents modèles murins de dépression. Après un bref rappel sur les troubles de l’humeur et leurs traitements, cette revue de la littérature décrit le rôle des astrocytes et des connexines dans la neurotransmission glutamatergique et la dépression majeure. Les arguments avancés soulignent l’intérêt thérapeutique potentiel du blocage des connexines astrocytaires mais aussi les difficultés pratiques à cibler la fonction hémicanal sans impacter la fonction « gap ».

Aujourd’hui, la fonction essentielle d’une station d’épuration est de dépolluer les effluents liquides pour limiter les dommages sur les milieux naturels ou pour la santé publique. Cet objectif de conservation ne prend malheureusement pas en compte les pressions sociétales. La croissance démographique, les sociétés de consommation nous ont amenés à une situation où annuellement nous consom mons plus de ressources que la planète peut nous offrir. À l’heure du recyclage et du développement de l’économie circulaire, il semble urgent de faire évoluer la conception et l’exploitation des stations d’épuration (STEP). Ces dernières ne doivent plus jouer le rôle de « déchetterie liquide », mais celui de « récupérateur/producteur de ressources ». Avec son développement, la filière biogaz apparaît comme une évidence. Cependant, malgré ces tendances, la croissance d’unités de biogaz sur STEP est figée. Cela est dû au fait que les procédés classiques d’épuration dégradent le pouvoir méthanogène des effluents et restreignent la valorisation d’autres ressources. Les STEP de demain devront être des bioraffineries à forte valeur ajoutée. Cela conduit à faire évoluer nos procédés : au lieu d’enlever les polluants par étapes successives pour obtenir des effluents « propres », extrayons les ressources les unes après les autres, à commencer par l’eau pour la recycler, de l’énergie ainsi que des matières organiques et minérales. Oublions le traitement et valorisons le tri pour une économie circulaire respectueuse quantitativement et qualitativement de nos ressources naturelles. Des technologies de fractionnement membranaire sont la clé du développement de ces bioraffineries. Un retour d’expérience sur une industrie agroalimentaire est présenté dans cet article. Les résultats de ces essais à grande échelle révèlent le potentiel et l’intérêt du recyclage par fractionnement en comparaison aux procédés conventionnels de traitement. Les nouvelles STEP peuvent ainsi devenir des usines de production d’eau potable, de bioengrais, de biomatériaux… tout en étant productrices d’énergie.

L'objectif de ce travail de thèse est de mieux comprendre les forces physico-chimiques fondamentales qui régissent les interactions soluté-interface et soluté-soluté en milieu aqueux à l'intérieur des nanopores. Tout d'abord, nous étudions le transport des ions à travers les pores membranaires par une approche portant sur la physique méso- et macroscopique des fluides et en utilisant le « modèle de la charge d'espace ». Ce modèle, basé sur l'équation non-linéaire de Poisson-Boltzmann, est une théorie du champ moyenne qui ne tient compte que des interactions électrostatiques entre la membrane et les ions en solution. La compréhension à cette échelle du transport et de la sélectivité ionique à travers les membranes de nanofiltration n'est que partielle. Ensuite, donc, nous complétons l'approche méso et macroscopique par la méthode de « Dynamique moléculaire classique », particulièrement bien adaptée à l'échelle nanoscopique. Il s'agit de simuler l'interface « eau/vapeur » et le système « eau/nanopore », plus particulièrement les effets dus aux caractéristiques spécifiques des molécules et des ions : taille, charge, polarisabilité. Nous étudions les distributions moyennes des ions et des molécules et leurs corrélations/fluctuations. Nos simulations mettent en évidence le rôle important de la polarisabilité atomique et ionique sur la distribution des ions en milieux aqueux proches des interfaces et dans des nanopores. Cet effet pourrait être à l'origine de la sélectivité du transfert membranaire des ions de même valence et doit être mieux compris avant d'être intégré dans les théories mésoscopique du transport membranaire
The aim of this thesis is to better understand the physical and physicochemical phenomena involved in nano-confined aqueous solutions, especially the role of "solute-solute" and "solute-interface" interactions within nanopores. By a fundamental approach based on the meso- macroscopic physics of fluids, we study the ionic transport across the membrane pores using the “space charge model”. This model based on the nonlinear Poisson-Boltzmann “mean field theory”, takes into account the electrostatic interactions between the membrane and ions in solution. Understanding of Ionic transport and selectivity across nanofiltration membranes is only partial at this level of description. We therefore go beyond the meso and macroscopic approaches by performing "Molecular Dynamics" simulations, a method particularly well adapted to the nanoscale. We focus on a study of “Water/vapour” interfaces and “Water/nanopore” systems, more particularly effects due to the specific characteristics of molecules and ions: size, charge, polarizability. We study the distribution of the ions and molecules and their correlations/fluctuations. Our simulations reveal the important role played by atomic and ionic polarizability on the distribution of ions in aqueous solutions near interfaces and in nanopores. This effect may be at the origin of the filtration selectivity of nanoporous membranes for ions of the same charge valence and therefore must be better understood before being reliably integrated into mesoscopic theories of membrane transport

La membrane des cellules excitables se comporte comme un circuit electrique non lineaire. Cette non linearite permet une grande variete d'oscillations complexes, comme les oscillations en salves (bursting) qui sont le sujet de notre these. Les modeles proposes au cours de la these sont constitues par des systemes d'equations differentielles, ordinaires ou aux derivees partielles. Dans la partie i de la these, nous proposons d'abord un modele de l'activite electrique d'un neurone du homard. Nous montrons que, suivant l'intensite des stimuli mecaniques sur les dendrites, differents motifs de reponse entre oscillations dendritiques et axonales sont possibles. Ensuite, nous considerons un modele simplifie de la membrane neuronale, negligeant l'espace mais incluant la dynamique de ca i et les courants electriques qui en dependent. Nous obtenons un comportement connu comme bursting elliptique. Nous montrons par des simulations numeriques que la seule solution stable pour le couplage diffusif de deux bursters elliptiques est celle avec oscillations en phase durant la periode active. Nous retrouvons ce resultat analytiquement sur un modele simple de bursting elliptique, fonde sur la forme normale de la bifurcation de hopf generalisee. La partie ii de la these concerne la modelisation du comportement electrique des cellules du pancreas. Nous montrons que le courant d'echange na/ca modifie le rapport entre duree de la phase active et periode totale du bursting (plateau fraction) en fonction du glucose. Ceci permet de proposer un nouveau mecanisme liant la secretion d'insuline a la concentration de glucose. La modelisation d'un reseau heterogene de cellules couplees montre que le courant d'echange na/ca est crucial pour la regulation locale de ca i. Enfin, dans le cas de deux cellules couplees, nous demontrons l'existence d'un effet de memoire et l'influence d'une bifurcation de noeud-col sur la phase silencieuse du bursting et sur la transition vers la phase active.

Les neurones sont des cellules excitables capables de coder et transmettre l’information sous forme d’oscillations du potentiel membranaire. Cette activité électrique est produite par une modification des flux ioniques transmembranaires. Les neurones constituent un exemple d’oscillateur cellulaire dont la dynamique non linéaire permet l’apparition d’une activité électrique complexe. Dans ce système, les ions calciques sont des messagers intracellulaires importants. Ils servent de médiateur entre un signal électrique et un signal chimique, par une modulation de l’activité enzymatique de certaines protéines. Ils interviennent dans de nombreuses fonctions neuronales, dont l’excitabilité électrique. Un des mécanismes mis en place par les neurones pour contrôler l’homéostasie du calcium intracellulaire provient de protéines cytoplasmiques capables de lier les ions calciques. Ces protéines jouent un rôle de « tampon » du calcium. Cependant, toutes leurs fonctions n’ont pas encore été mises en évidence. C’est l’objectif de notre travail. Nous avons voulu comprendre le rôle joué par une protéine « tampon » particulière, la calrétinine, sur le mode de décharge électrique d’un neurone où elle est exprimée en abondance, le grain cérébelleux. Pour cela, nous avons utilisé une approche théorique et expérimentale.

Au niveau théorique, nous avons élaboré un modèle mathématique de l’activité électrique du grain cérébelleux, prenant en compte la chélation du calcium intracellulaire. Il permet de clarifier le rôle de la chélation du calcium intracellulaire sur les oscillations du potentiel membranaire. La modélisation de l’activité électrique du grain cérébelleux repose sur le formalisme développé par Hodgkin et Huxley pour l’axone géant de calmar. Dans ce contexte, l’application de la conservation de la charge au circuit équivalent de la membrane cellulaire fournit un système d’équations différentielles ordinaires, non linéaires. Dès lors, notre modèle nous a permis d’étudier l’impact des variations de la concentration de chélateur calcique sur les oscillations du potentiel membranaire. Nous avons ainsi pu constater qu’une diminution de la concentration en chélateur calcique induisait une augmentation de l’excitabilité électrique du grain cérébelleux, sans altérer le régime d’oscillations. Par contre, en augmentant fortement la concentration en chélateur calcique, nous avons montré que le grain cérébelleux changeait de dynamique oscillatoire, montrant des transitions d’un mode de décharge périodique régulier vers des oscillations en salve du potentiel membranaire.

Au niveau expérimental, nous avons vérifié les résultats prévus par le modèle théorique. Nous avons ainsi montré que des grains de souris transgéniques déficientes en calrétinine présentaient une excitabilité électrique accrue par rapport aux grains contrôles.

Puis, en restaurant un niveau de chélation calcique normal dans ces grains, par perfusion intracellulaire de chélateur calcique, nous montrons qu’ils retrouvent un niveau d’excitabilité normal. Ensuite, nous avons introduit dans des grains cérébelleux de souris sauvages, une forte concentration en chélateur calcique exogène. Conformément aux résultats théoriques, nous avons pu observer des transitions vers des oscillations en salve du potentiel membranaire. Enfin, nous avons montré que l’absence de calrétinine affecte les paramètres morphologiques du grain cérébelleux des souris transgéniques déficientes en calrétinine.

En conclusion, ces résultats suggèrent que le mode de décharge des cellules excitables peut être modulé d’une façon importante par les protéines liant le calcium. De ce fait, des changements dans le niveau d’expression et/ou dans la localisation subcellulaire des protéines liant le calcium pourraient aussi jouer un rôle critique dans la régulation de processus physiologiques contrôlés par l’excitabilité membranaire. De plus, les mécanismes que nous avons mis en évidence pourraient être à l’origine d’un nouveau principe de régulation de la signalisation dans les circuits neuronaux et pourraient jouer un rôle fonctionnel dans le contrôle du codage de l’information et de son stockage dans le système nerveux central.
Doctorat en sciences, Spécialisation physique
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Les canaux ioniques voltage-dépendants sont des protéines membranaires permettant les échanges ioniques entre les cellules et leur environnement. Ces protéines régulent le passage des ions tels que potassium, sodium et calcium, et sont responsables de l'activité électrique notamment dans le coeur, les muscles squelettiques et le cerveau. L'activité de ces canaux ioniques est régulée par le potentiel membranaire mais aussi par des composés extracellulaires, cytosolique ou membranaire comme le phospahatidylinositol (4,5)- bisphospahe (PIP2). Un défaut de régulation de ces canaux entraine des pathologies cardiaques, musculaires ou neuronales appelées canalopathies dont les moyens de traitements actuels sont limités par leur manque de spécificité. La découverte de molécules thérapeutiques spécifiques et efficaces contre ces canalopathies nécessite une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires à la base de la régulation de ces canaux ioniques. Par conséquent, mes travaux de recherche doctorale se sont focalisés sur trois principaux projets : 1) l'étude des mécanismes moléculaires à la base de la régulation des canaux potassiques voltage-dépendants par le PIP2 et 2) l'étude des mécanismes de dépendance au potentiel du canal potassique cardiaque KCNQ1. Dans ce deuxième projet, nous avons établi un nouveau modèle moléculaire de la régulation de KCNQ1 par le potentiel membranaire, ce qui nous a permis de générer des peptides modulateurs (activateurs et inhibiteurs) spécifiques de ce canal. Par conséquent, je me suis intéressé à 3) l'étude de la généralisation de ce modèle sur les canaux sodiques dont le canal sodique musculaire Nav1. 4 afin de générer des peptides régulateurs spécifiques de ce canal également. Afin d'améliorer l'efficacité de ces peptides modulateurs, les bases structurales de l'interaction peptide-canal sont en cours d'étude. En somme, ces études sur les mécanismes de régulation des canaux ioniques par le PIP2 et par le potentiel membranaire présentent des enjeux à la fois fondamental et thérapeutique
Voltage-dependent ion channels are plasma membrane proteins allowing ionic exchanges between cells and their environment. These proteins regulate the passage of ions such as potassium, sodium and calcium, and are responsible of the electrical activity in the heart, the squeletal muscles and the brain. The activity of these ion channels is regulated by the membrane potential as well as extracellular, cytosolic or membrane compounds such as the phosphatidylinositol (4,5)-bisphosphate (PIP2). Impaired regulation of these channels triggers cardiac, muscular or neuronal pathologies called channelopathies, whose treatments are limited by their low specificity. Discovery of efficient and more specific pharmacological tools against these channelopathies requires a better understanding of the molecular mechanisms underlying ion channels regulation. Consequently, my thesis researches were focused on three main projects: 1) the study of the molecular mechanisms underlying voltage-gated potassium channels regulation by PIP2 and 2) the study of the mechanisms of the cardiac potassium channel KCNQ1 voltage dependency. In this second project, we established a new molecular model of KCNQ1 regulation by the membrane potential, allowing us to generate KCNQ1-specific modulator peptides (activators and inhibitors). Consequently, I was interested to study (3) if this new model applies to other ion channels such as the muscular sodium channel Nav1. 4, in order to generate specific modulator peptides for these channels. In order to improve the potency of these modulator peptides, the structural bases of peptidechannel interaction are under investigations. In short, these studies on the mechanisms of ion channels regulation by PIP2 and by the membrane potential provide both basic and therapeutic insights

Le traitement des eaux usées urbaines constitue une phase importante de la gestion globale des ressources en eau. Le bioréacteur à membranes est une option de choix pour répondre à cette demande. Ce procédé de traitement présente plusieurs avantages par rapport aux procédés classiques à boues activées mais reste confronté à l’un des problèmes majeurs de la filtration membranaire : le colmatage de la membrane. De nombreuses études ont mises en évidence l’impact néfaste sur la filtration de composés contenus dans le liquide interstitiel des boues activées définis comme des colloïdes ou des composés solubles. Cependant dépendant des nombreuses conditions opératoires rencontrées dans les bioréacteurs à membranes, les résultats sont encore contradictoires. Ainsi une meilleure identification des composés problématiques et des mécanismes de colmatage est nécessaire afin de mieux optimiser les conditions opératoires et les opérations de maintenances. C’est pourquoi cette étude s’attache à identifier les principaux composés colmatants contenus dans la fraction non particulaire d’échantillons de boues activées réelles, à étudier la modification des dépôts de filtration induite par l’ajout de particules synthétiques submicroniques et à suivre la formation des dépôts in situ par mesure de différence de potentiel électrique transmembranaire. Les résultats soulignent l’important rôle dans le colmatage membranaire jouer par les biopolymères organiques, plus précisément la structure de type protéines des ces composés. Il a été montré que ces composés induisent des dépôts très résistants, réversibles et très compressibles. De plus, nous avons montré que l’ajout de particules submicroniques au sein de ces dépôts à pour principal impact de modifier la compressibilité de ces dépôts et d’augmenter la rétention indépendamment des interactions prenant lieu entre les particules et les matières organiques. Cette étude ouvre donc sur la possibilité de réduire les doses de composés chimiques utilisés pour limiter le colmatage en prenant en compte les effets de structuration des dépôts. De plus les résultats montrent, que pour des matrices organiques relativement simples, la possibilité de suivre la formation de dépôts colmatants par mesure de potentiel électrique. Cependant de plus amples expériences doivent être réalisées afin d’interpréter le signal électrique lors de la filtration de fluides biologiques complexes
Direct treatment of activated sludge in membrane bioreactor frequently results in low net fluxes and frequent maintenance operations. The water separation by membrane is largely determined by the quality of the activated sludge (AS) and by the mechanisms involved in fouling. Many research studies have focused on the understanding of fouling mechanisms and on the development of processes to reduce fouling in order to achieve a stable operation. This thesis investigates the role of fine “inert” particles (melamine and latex) on structuration of a fouling layer formed during membrane filtration of waters rich in natural organic matters (waste waters). Two cases were investigated: (i) the fine particles were mixed with AS supernatant and then filtered on a virgin microfiltration membrane. And secondly (ii) filtration was performed on a dynamic filter previously made of the fine particles. In order to characterise fouling layer properties during filtration a new experimental method was developed by measuring the electrical potential across the membrane as an in situ measurement. Results emphasized the important role in reversible fouling of macromolecular proteins present in the biopolymer of the water phase of the sludge. It was found that fouling layer induced by these macromolecules is highly compressible. Moreover results show that the addition of particles into biofluid diminishes the fouling layer compressibility and improve its removal by backwash. It was found that OM fouling resistance increase when latex particles are present whereas the resistances are lower when melamine is added. Thus even small interactions (small compared to classical adsorbent particles such as activated carbon) between particles and OM can improve the filterability of the biofluids. Results show that melamine particles are more prone to interact with organic matter than latex, and lead to less flux decline. However dynamic filter made of melamine leads to more flux decline and compressible organic matter layer but is easily removable. Add to this the measurement of electrical potential during fouling layer formation show, in simple case (filtration of fine particles alone), the possibility to characterise fouling layer properties in terms of surface charge and thickness

La microfiltration est un procédé baro-membranaire largement utilisé pour stabiliser et clarifier les jus de fruits ou pour concentrer leur fraction pulpeuse. Toutefois le colmatage membranaire limite la productivité économique du procédé. Même si de nombreuses études ont été menées pour comprendre et limiter le colmatage, aucun véritable outil n'est aujourd'hui disponible pour prévoir la filtrabilité d'un jus de fruits. Le développement de ce type d'outils prévisionnels est pourtant essentiel pour faciliter l'optimisation des conditions de filtration et pour une meilleure maitrise du colmatage membranaire. Dans ce contexte, l'étude a été axée sur l'identification de nouveaux critères de filtrabilité des jus de fruits au travers de la compréhension et de la caractérisation des mécanismes de colmatage qui interviennent.En choisissant le jus d'orange comme modèle, une approche statistique a permis, dans un premier temps, une sélection rapide et pertinente des caractéristiques physico-chimiques des jus de fruits directement corrélées à leur filtrabilité, à savoir la matière sèche totale, l'extrait sec soluble, le pH, la conductivité et la granulométrie. Ensuite, des stratégies expérimentales complémentaires basées sur des filtrations à l'échelle du laboratoire ont été proposées pour identifier les différentes fractions colmatantes en fonction de leur taille ainsi que les mécanismes de colmatage associés. Ces stratégies novatrices ont permis d'étudier le pouvoir colmatant du jus d'orange en prenant en compte toute sa complexité et de proposer par la suite des cartographies de composés colmatants. Ces cartographies s'avèrent particulièrement intéressantes pour anticiper le comportement colmatant des jus de fruits sans avoir recours à des filtrations longues et coûteuses à grande échelle. Les résultats ont montré que le phénomène le plus important qui régit le colmatage membranaire global au cours de la filtration du jus d'orange semble être le colmatage externe par dépôt. Les objectifs de la dernière partie du travail, ont été de considérer plus fortement le caractère complexe et hétérogène des jus de fruits, pouvant les conduire à des changements brutaux de comportement lors de leur filtration. Pour cela des mesures rhéologiques en mode dynamique couplées à une stratégie d'isolement spécifique des différentes fractions colmatantes du jus d'orange ont été menées pour déterminer le comportement viscoélastique de la fraction insoluble du jus d'orange au cours de sa concentration. Les observations ont montré que les énergies des interactions entre les particules insolubles sont des fonctions croissantes de la concentration de la fraction insoluble et dépendent de la taille des particules. De plus, la transition vers un comportement « solide » du jus d'orange semble être favorisée par la présence des fractions particulaire et supra-colloïdale. Ces observations sont cohérentes avec le mécanisme de colmatage prédominant dû à l'accumulation de ces fractions à la surface de la membrane. La confrontation de nouvelles études de filtrabilité à l'échelle du laboratoire avec la performance de la filtration à grande échelle permettra de généraliser les stratégies proposées pour prédire la performance de la filtration de nouveaux jus de fruits
Microfiltration is a pressure driven process successfully used to clarify and stabilize fruit juices or to concentrate their pulpy fraction. However, membrane fouling remains the critical factor governing the overall economic productivity of this process. Even if, many studies have been made to understand and limit membrane fouling, to date, there stills a lack of predicting tools to evaluate the filterability of fruit juices. However, it is interesting to develop practical and efficient tools for the prediction of fruit juices filterability in order to adapt and optimize filtration conditions to the fouling behavior of the filtered juice. In this respect, this study focused on the identification of new criteria of fruit juices filterability through the comprehension and the characterization of the potential fouling mechanisms.First, orange juice was chosen as test matrix and a statistical approach was used to select simple and relevant physico-chemical characteristics of this juice in relation with its filterability, namely dry matter, TSS, pH, conductivity, and particles size. Later, additional experimental strategies based on filtration tests at lab-scale were developed to identify the relevant size-classes of foulant compounds and related fouling mechanisms. These innovative strategies allowed studying the fouling potential of orange juice with the consideration of its complexity and proposing cartographies of foulant compounds. These cartographies are particularly interesting to anticipate the fouling behavior of fruit juices without any costly filtration operation at large scale. Moreover, results showed that external fouling seems to be the predominant fouling mechanism governing the overall membrane fouling during orange juice filtration. Finally, the aim of the last part of the work was to highlight the role of the complex and heterogeneous nature of fruit juices in their unexpected behavior during their filtration. For this purpose, the viscoelastic behavior of orange juice suspended solids during their concentration was obtained from rheological measurements in dynamic mode coupled with specific isolation of orange juice foulant fractions. Results showed that the energy of the interactions between juice particles increased as the suspended solids concentration increased and depends on the particles size. Furthermore, the solid-like behavior of the juice was enhanced by the presence of supra-colloids and large particles. These observations are in accordance with the predominant fouling mechanism that is due to the accumulation of these fruit fractions on the membrane surface. The confrontation of new filterability studies at laboratory scale with the performance of large-scale filtration will enable to generalize the proposed strategies to predict the performance of filtration of new fruit juices

La production industrielle des silicones génère des effluents aqueux contenant des siloxanes et polysiloxanes, chargés en sels à divers stades de la filière. Dans une perspective de développement durable et pour tenir compte des préoccupations grandissantes autour de l'impact environnemental des rejets industriels, des procédés d'épuration sont recherchés. L'objectif de cette étude est d'évaluer les performances de deux procédés, nanofiltration et oxydation biologique, pour le traitement des effluents aqueux polysiloxaniques. Des expériences de nanofiltration frontale ont été réalisées. Les essais préliminaires avec des solutions synthétiques, mélange d'eau et des siloxanes, ont montré une rétention quasi-totale des siloxanes dans tous les cas testés. Des expériences ont ensuite été menées avec des effluents représentatifs des effluents usines de différentes compositions pour évaluer la robustesse du procédé. Nous avons montré que la nanofiltration réduit efficacement la charge organique globale de l'effluent et réduit significativement la concentration en siloxane. La dilution provoque une diminution de l'abattement du COT et de la rétention des siloxanes mais la qualité du perméat est améliorée. L'augmentation de la salinité réduit la qualité du filtrat. Des essais de micro et ultrafiltration des mêmes effluents ont montré que seule la NF permet d'atteindre un niveau de rétention important des siloxanes. Des essais de nanofiltration tangentielle ont ensuite été réalisés afin de préparer une étude plus complète nécessaire en vue d'une éventuelle l'industrialisation du procédé. La biodégradabilité des siloxanes a été explorée par la méthode Oxitop. Aucune activité biologique provoquée par les siloxanes n'a été enregistrée lors de tests Oxitop réalisés avec des boues activées de stations d'épuration, mais aucun effets toxique ou inhibiteur n'ont été observés non plus. Un bioréacteur à membrane pilote a été alimenté pendant 5 mois au laboratoire avec une solution contenant des siloxanes pour tenter d'acclimater les boues activées aux siloxanes. Les tests Oxitop effectués avec des boues issues du pilote n'ont pas mis en évidence d'acclimatation des micro-organismes aux siloxanes
Industrial production of silicones generates liquid streams containing siloxanes with high salinity. In a perspective of sustainable development and to consider the growing concern about the environmental impact of industrial residues, we are looking for treatment processes to remove siloxanes in wastewater. This study aims to evaluate the performance of two processes for the treatment of effluents containing siloxanes: nanofiltration and biological oxidation, Frontal nanofiltration experiments were carried out. Firstly, experiments with synthetic solutions (mix of water and siloxanes) have shown almost total siloxane retention in all conditions investigated. Then, experiments were performed with effluents of different compositions representative of industrial ones in order to evaluate the process robustness. It was concluded that nanofiltration is efficient to reduce the total organic content of the effluent and significantly reduces siloxanes concentration. Dilution of the effluent causes a decrease in TOC reduction and siloxanes retention, but the permeate quality is improved. Increasing salinity reduces the filtrate quality. Micro and ultrafiltration of identical effluents confirmed that only NF can reach a high level of siloxane retention. Tangential nanofiltration experiences were performed in order to prepare a more complete study which is necessary to anticipate industrialization of the process. Siloxanes biodegradability was explored by Oxitop method. No biological activity induced by siloxanes was recorded in Oxitop tests with activated sludge from wastewater treatment plant, but no toxic or inhibitory effects were observed. A pilot membrane bioreactor was fed in the laboratory for 6 months with a solution containing siloxanes to try to acclimate activated sludge to siloxane. Oxitop tests performed with sludge taken from the pilot did not show acclimation of microorganisms to siloxanes

Lors de l'application d'un champ electrique, la forme allongee des bacteries escherichia coli induit un phenomene d'orientation de ces cellules dans le champ. Cette orientation priviligiee a des consequences sur toutes les autres reponses de la cellule associees au caractere vectoriel du champ electrique. La permeabilisation membranaire n'est effective que lorsque la phase d'orientation est terminee et que la cellule est positionnee avec son grand axe parallele aux lignes de champ. La permeabilisation membranaire apparait alors au niveau des extremites de la bacterie et se caracterise par une diffusion transmembranaire des molecules dans le sens de leur gradient de concentration. Cette permeabilisation entraine une reponse metabolique de la cellule qui provoque une augmentation de la vitesse de la division cellulaire. Le desequilibre metabolique provoque par la permeabilisation membranaire entraine, lorsqu'il est trop important, une mortalite cellulaire, a differencier d'une lyse brutale des cellules pendant l'impulsion. L'etude de la cinetique de transfert d'un plasmide a travers l'enveloppe bacterienne nous permet de postuler un mecanisme en quatre etapes pour l'electrotransformation bacterienne: 1) l'orientation des bacteries avec leur grand axe parallele aux lignes de champs (duree de l'ordre de la ms); 2) la permeabilisation des bacteries au niveau des extremites fortement incurvees. La modification de l'integrite membranaire, ainsi que l'augmentation de la concentration ionique pres des zones membranaires permeabilisees, provoquent l'integration du plasmide a l'enveloppe bacterienne; 3) apres l'arret du champ, le plasmide est transfere a travers la membrane par un processus dependant du metabolisme cellulaire et non pas par l'effet du champ electrique (duree de quelques secondes); 4) les phases de replication du plasmide et d'expression des genes dependent du maintien du metabolisme et de la viabilite cellulaires