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Efficient approach to identify a useful by-product of Tombac plants : the exploration of the possibilities of a novel bio-pesticide by field experiment

/ Kabbara Mohamad Bachir / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 24-06-2019
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Le Tombac est une plante à fumer plantée au Liban, pays méditerranéen doté de conditions climatiques uniques reflétant une biodiversité particulière permettant la présence de nombreux habitats végétaux à différents niveaux de la mer. Cependant, cette variété de plante à fumer locale libanaise est principalement plantée dans la vallée d’Akkar (nord du Liban) du côté de la mer, ce qui lui confère une saveur et un arôme uniques qui la différencie du fameux tabac oriental de haute valeur aromatique qui est cultivé dans quelques-uns des très rares pays méditerranéens voisins. Étant donné que le Tombac a besoin de conditions de croissances particulières et afin de conserver son arôme et sa saveur uniques, une procédure de récolte et de séchage spéciale est supposée contribuer à la production de ses métabolites secondaires qui jouent un rôle important en tant que bio-pesticide végétal préliminaire. La production de feuilles sèches de Tombac au Liban est continue car elle est subventionnée par une entreprise gouvernementale appelée Régie Libanaise des Tabacs et Tombacs, sous la supervision du ministère des Finances, dans le but de réduire l'immigration des agriculteurs de leurs villages. Les plantes sèches de Tombac nécessitent un appareil à fumer spécial appelé pipe à eau (Shisha ou Arguilet en arabe), qui peut également être utilisé pour le tabac Mouassel (un mélange spécial contenant du saccharose et de la glycérine) après avoir changé le type de tête, où les feuilles sont séchées pour être fumées, elles sont ensuite trempées dans de l’eau et, après le rinçage, elles sont fixées sur la tête en forme de selle sur le tuyau d’eau avec des braises de charbon au-dessus. Le Tombac est considéré comme une plante cancérigène et dangereuse, non seulement pour la santé des fumeurs, mais également pour les mains et les parties du corps des agriculteurs et les travailleurs dans les champs ou dans les ateliers d’emballage qui sont en contact avec sa sève à tous les stades de la production en raison de l’effet de la maladie du tabac vert (MTV). De nos jours, les pesticides bio-essences dérivés de certains extraits de métabolites végétaux sont considérés comme l'une des solutions les plus prometteuses pour la lutte antiparasitaire respectueuse de l'environnement en agriculture. En raison de ces faits, un certain nombre d’études ont été menées sur la plante Tombac afin de la définir, de déterminer son origine, sa taxonomie, ses plantations, ses utilisations, ses effets sur la santé de l’homme, que ce soit pour les fumeurs ou les travailleurs, et en tant que source prometteuse d’utilisation écologique de Tombac comme bio-essence pour l’avenir par l’analyse chromatographique de cette huile.

Aerosol hygroscopic properties: a laboratory approach for single and multi-component inorganic particles of atmospheric relevance

/ El Hajj Danielle / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 05-03-2019
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Les aérosols atmosphériques jouent un rôle essentiel sur l’équilibre énergétique de la planète et ont également un impact important sur la santé humaine. Le dernier rapport d’évaluation du Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat (GIEC) souligne que le niveau d’incertitude du forçage radiatif des aérosols est particulièrement élevé. Ceci est principalement dû aux effets complexes et mal quantifiés des propriétés chimiques, physiques et optiques des aérosols. En particulier, une humidité relative élevée (RH) augmente la quantité de vapeur d’eau captée par les particules d’aérosol atmosphériques, ce qui modifie leurs tailles, leurs morphologies et leurs composition chimiques et donc leurs propriétés optiques. Les mesures in situ des propriétés des aérosols (coefficients de diffusion et d’absorption, distribution en taille) sont généralement obtenues dans des conditions sèches (RH <40%). Or dans l’atmosphère les aérosols existent à humidité plus importante. Il est donc essentiel de connaı̂tre l’évolution des propriétés physico-chimiques et optiques des particules d’aérosol à différentes humidités relatives, afin d’améliorer les estimations des forçages radiatifs de l’aérosol. Le but de ce travail est d’étudier l’évolution des propriétés optiques (diffusion et absorption), physiques (taille) des aérosols à différentes humidités, en s’appuyant sur des mesures de laboratoire à humidité contrôlée. Des aérosols purs ont été générés, tels que des particules de silice amorphe (SiO2 ), de chlorure de sodium (NaCl), de sulfate d’ammonium ((NH4)2SO4), de nitrate de sodium (NaNO3 ) et le chlorure de potassium (KCl). L’étude est d’abord réalisée à faible humidité relative (≈ 35% RH), ensuite, les mesures sont effectuées à une RH plus élevée (de 40 à 90%) en utilisant deux dispositifs expérimentaux différents. La vapeur d’eau captée par l’aérosol, calculée à l’aide du modèle thermodynamique E-AIM, provoque un changement de sa taille et de son indice de réfraction (RI) qui influence directement ses propriétés optiques . La relation de Zdanovskii-Stokes-Robinson (ZSR) est appliquée aux mélanges d’aérosols et comparée aux mesures expérimentales. Les écarts constatés seront présentés et devraient être utilisés pour mieux comprendre l’influence de la vapeur d’eau captée par les aérosols sur le forçage radiatif estimé par les modèles climatiques.

Dynamique de la qualité des masses d’eau dans le bassin Artois-Picardie : compréhension des mécanismes actuels et prévision des évolutions dans un contexte de changement climatique

/ Bhurtun Pratima / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 18-12-2018
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La Selle Rivière, cours d’eau non canalisé du bassin Artois-Picardie est considérée par l’Agence de l’Eau comme une masse d’eau prioritaire dont la qualité est à améliorer. L’objet de ce travail a été d’étudier le comportement spatio-temporel de plusieurs substances déclassantes ou non, avec des échelles de temps allant du prélèvement ponctuel à la mesure haute fréquence, en passant par des échantillonneurs passifs intégrateurs. Nous nous sommes intéressés à plusieurs traceurs de la contamination urbaine, agricole et industrielle, au travers des nitrates, des phosphates, des éléments traces métalliques, de certains produits phytosanitaires et pharmaceutiques, et de la matière organique dissoute. Dans un premier temps, nous avons confirmé que la Selle est principalement alimentée par les eaux souterraines riches en nitrates, avec des teneurs résiduelles en atrazine qui se retrouvent dans le cours d’eau à des concentrations similaires. Par ailleurs, le bassin versant étant très agricole dans sa partie amont et avec des ilots urbains plutôt localisé en aval, quelques pesticides et médicaments sont retrouvés à l’état d’ultra-traces par temps sec, et des teneurs en phosphates souvent supérieures à 0,2 mg L-1. Les métaux sont peu présents dans le cours d’eau malgré des teneurs pouvant être élevées en sortie de stations d’épuration (notamment Gd et Zn) car les débits des stations représentent des apports mineurs. La mesure haute fréquence a permis de préciser des problèmes de qualité d’eau par temps de pluie avec des lessivages de sols, et des pics importants mais limités dans le temps en phosphore et carbone organique alors que l’on observe une dilution des nitrates. La composition de la matière organique étudiée par spectroscopie de fluorescence a permis de caractériser la signature spectrale de différents types d’eau (souterraine, de surface et effluent de station d’épuration) et de différencier les apports allochtones des apports autochtones. Enfin, ces résultats permettent de discuter qualitativement les futurs effets du changement climatique à l’échelle régionale sur l’évolution de la qualité de la Selle Rivière.

Dye sensitized solar cells efficiency improvement : optimization of the electrolyte using ionic liquids/molecular solvents mixture and study of the photodynamic properties of organic indolinic derivative dyes

/ Smortsova Yevheniia / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 04-12-2018
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Parmi les énergies renouvelables, l’énergie solaire est la plus puissante. L’élément clé des DSSCs est le photosensibiliseur, par lequel la génération de photocourant est possible. L’autre élément important est l’électrolyte. Les liquides ioniques (Ils) sont utilisés en tant qu’électrolytes dans les DSSCs du fait de leurs propriétés chimiques: pression de vapeur basse, haute résistance thermique et chimique, polarité et phase modulables, etc. L’objectif de cette thèse est de comprendre les processus photophysiques dans les colorants dérivés d’indolines dans les solvants moléculaires (MS) et les mélanges IL/MS. L’influence du solvant sur les propriétés spectroscopiques de D131, D102, D149 and D205 est d’abord étudiée par spectroscopie stationnaire d’absorption et de fluorescence. Ensuite, la spectroscopie résolue en temps est employée pour étudier leur photophysique et sa dépendance au solvant. Ces expériences ont permis de démontrer l’influence des paramètres d'aptitude de donneur de liaison hydrogène et d'accepteur de liaison hydrogène des solvants. Le rôle majeur de la dynamique de solvatation dans la dynamique des états excités de ces colorants a été montré. Ce phénomène a été suivi dans les mélanges IL/MS en utilisant une sonde fluorescente classique, C153, et des techniques de fluorescence résolues en temps et de dynamique moléculaire. Les réponses de solvatation multi-régimes de ces mélanges sont dirigées par le renforcement de la liaison hydrogène entre la sonde et les composants des mélanges. Les résultats de cette these apportent beaucoup à la compréhension des processus photophysiques fondamentaux régissant les sensibiliseurs et les électrolytes dans les DSSCs.

Recyclage des eaux grises: Etude de nouvelles filières de traitement

/ Halwani Bouchra / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université libanaise / 18-10-2018
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Le recyclage des eaux constitue une bonne option pour une majeure partie des eaux usées résiduaires urbaines rejetées dans le milieu naturel. L'eau grise compose 61% du flux total des eaux usées, elle provient essentiellement de l’usage en salle de bain, en cuisine et lavage de linge (machines à laver). Une fois traitée, cette eau peut être facilement réutilisée à l'exclusion de l'office comme eau potable. Ce travail de recherche explore les possibilités de traitement des eaux grises et de choisir les techniques de traitement les plus efficaces et les moins coûteuses. Nous avons identifié les différents types de procédés de traitement, puis nous avons choisi les systèmes qui peuvent fournir à la fois de l'efficacité et la faisabilité pour le traitement des eaux grises à faible charge. Après avoir sélectionné deux systèmes de traitement, nous les avons fusionnés en un seul système. Ces deux systèmes s'appuient fortement sur les procédés d'adsorption. Différents types d'adsorbants, à faible coût et adapté aux pays en voie de développement ont été testés : résidus de briques, du charbon actif et différentes granulométries de sable. La demande chimique en oxygène, la turbidité et le pourcentage d'élimination des agents actifs ont été utilisés pour juger l’efficacité de chaque adsorbant. Après avoir sélectionné le support de filtration, nous nous sommes concentrés sur le concept de phytoremédiation en utilisant différents types de plantes. Le choix s’est porté sur la Lavande pour réaliser les expérimentations. Deux paramètres ont été suivis, la demande chimique en oxygène et la turbidité, pour juger l’efficacité du traitement sur un système pilote. Les résultats obtenus montrent que le pilote est opérationnel et permet de récupérer une grande quantité d'eau qui pourrait être réutilisée dans les toilettes ou l'irrigation. La dimension sociétale est un élément très important dans le succès de tout nouveau système de traitement destiné à une large utilisation par la population ou la collectivité. En fonction de l'option choisie, des enquêtes ont été réalisées pour percevoir la volonté d’engagement dans une telle voie de traitement.

Raman transduction and unconventional membrane compositions for polymeric sensors

/ Ashina Yulia / Université Lille1 - Sciences et Technologies, ITMO University / 01-10-2018
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Au cours des dernières années, le nombre de travaux scientifiques portant sur le développement de capteurs chimiques simples a significativement augmenté. Les études sont principalement orientées vers la recherche de nouveaux schémas de transduction du signal et vers le développement de capteurs dont les propriétés peuvent être programmées. Trois approches originales pour la transduction du signal des membranes polymères des capteurs potentiométriques sont présentées. La première partie est consacrée à la description d’une nouvelle technique pour la détection indirecte de cations métalliques au moyen de la spectrométrie micro-Raman. Le spectre Raman est mesuré à la surface de la membrane polymère au contact avec la solution échantillon. Ce spectre est converti en information analytique quantitative par étalonnage multivarié. Dans la deuxième partie, nous étudions la faisabilité de capteurs ne contenant pas d’ionophore, les membranes n’étant alors composées que des différents échangeurs d'ions et plastifiants. La performance de ces capteurs pour l’analyse quantitative de mélanges binaires de Ca2+-Mg2+ est évaluée en combinant une approche originale basée sur des capteurs multiples. Les résultats sont comparés à ceux obtenus avec des capteurs à base d’ionophores traditionnels. Enfin, la modification à façon des schémas de sensibilité des capteurs utilisant des membranes contenant plusieurs ionophores est présentée dans la dernière partie. Trois ionophores ont été choisis pour la préparation de la membrane. Les performances de ce réseau de capteurs sont testées sur des mélanges de Ln3+ et les résultats sont comparés à ceux des capteurs mono-ionophores conventionnels.

Etude des propriétés de commutation de composés en série indolino-oxazolidine par spectroscopie RMN et calculs DFT

/ Guerrin Clément / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 28-09-2018
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Les composés moléculaires étudiés présentent une fonction indolino-oxazolidine (Box) et une jonction éthylénique (lié à un groupement thiényle – Box simples) qui sont toutes deux commutables chimiquement ou photochimiquement entre deux états. Le suivi des réactions associées a été réalisé en solution par spectroscopie RMN 1H afin de caractériser les différents états de commutation de ces composés. L’ouverture de la fonction Box peut être provoquée par ajout d’acide ou par irradiation dans l’UV (chloroforme), et ce processus est réversible en présence de base. Quel que soit l’état de la Box, l’isomérisation trans  cis de la jonction éthylénique est photochimique par irradiation à 436 nm alors que la réaction inverse est spontanée et thermique. Des composés comportant deux fonctions Box et deux jonctions éthyléniques liées à un groupement aromatique phényle ou bithiényle (BiBox) ont également été étudiés et des processus de commutation similaires ont été observés entre un nombre d’états supérieur du fait de la présence de quatre entités commutables. La commutation entre les différents états a donc été montrée et est déterminé le stimulus le plus adapté pour donner un été sélectivement et quasi quantitativement. Des calculs de chimie quantique de DFT et de TD-DFT ont permis de caractériser les structures moléculaire et électronique de chacun des états de commutation des Box simples ainsi que certains états des systèmes BiBox et de rationaliser certaines observations expérimentales. Des propriétés de fluorescence ont été observées et les spectres d’émission mesurés et les rendements quantiques de fluorescence calculés en fonction de l’état ouvert ou fermé de la (des) Box.

Etude spectroscopique de la réaction de vulcanisation et du vieillissement thermique de matériaux caoutchoutiques

/ Eliard Camille / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 11-07-2018
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Comprendre le vieillissement des caoutchoucs afin de le ralentir est un challenge industriel. Pour répondre à cette problématique, la caractérisation du matériau à chaque étape de sa préparation est primordiale. En effet la vulcanisation au soufre est largement utilisée dans l’industrie alors que les mécanismes réactionnels et la structure des matériaux formés restent encore hypothétiques et controversés. La connaissance de ces mécanismes permettrait une amélioration de leur durée de vie. Pour cela nous avons utilisé des techniques innovantes comme l’Analyse Directe en Temps Réel couplée à la spectrométrie de masse (DART-MS) et la Résonance Paramagnétique Electronique (RPE). Une analyse par spectroscopie RPE et DART-MS est effectuée sur chaque additif et mélange (gomme et additifs) à différentes étapes de leur préparation (brut, cru et vulcanisé) pour constituer une base de données. Le cœur de la thèse est l’étude menée par RPE sur la réaction de vulcanisation et sur le vieillissement accéléré des matériaux afin d’apporter des éléments de réponse sur les mécanismes radicalaires proposés dans la littérature. La vulcanisation est étudiée en comparant l’étude ex-situ consistant à analyser le matériau ayant subi la vulcanisation au sein du rhéomètre et l’étude in situ qui consiste à mimer cette réaction au sein du spectromètre RPE pour une étude en temps réelle. Les analyses par RPE montrent la présence d’espèces paramagnétiques de différentes natures (organique et métallique) évoluant au cours de la réaction de vulcanisation et de vieillissement. La spectroscopie RPE montre clairement son intérêt dans l’étude de la réaction de vulcanisation et le suivi du vieillissement.

Development of multidimensional spectral data processing procedures for analysis of composition and mixing state of aerosol particles by Raman and FTIR spectroscopy

/ Siepka Damian / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Katolicki uniwersytet lubelski Jana Pawła II / 20-12-2017
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Les méthodologies de traitement de données multidimensionnelles peuvent considérablement améliorer la connaissance des échantillons. Les techniques spectroscopiques permettent l’analyse moléculaire avancée d’échantillons variés et complexes. La combinaison des techniques spectroscopiques aux méthodes de chimiométrie trouve des applications dans de nombreux domaines. Les particules atmosphériques affectent la qualité de l’air, la santé humaine, les écosystèmes et jouent un rôle important dans le processus de changement climatique. L’objectif de cette thèse a été de développer des outils de chimiométrie, simples d’utilisation, permettant de traiter un grand nombre de données spectrales provenant de l’analyse d’échantillons complexes par microspectrométrie Raman (RMS) et spectroscopie d’absorption IRTF. Dans un premier temps, nous avons développé une méthodologie combinant les méthodes de résolution de courbes et d’analyse multivariée afin de déterminer la composition chimique d’échantillons de particules analysées par RMS. Cette méthode appliquée à l’analyse de particules collectées dans les mines en Bolivie, a ouvert une nouvelle voie de description des échantillons. Dans un second temps, nous avons conçu un logiciel facilement accessible pour le traitement des données IRTF et Raman. Ce logiciel inclue plusieurs algorithmes de prétraitement ainsi que les méthodes d’analyse multivariées adaptées à la spectroscopie vibrationnelle. Il a été appliqué avec succès pour le traitement de données spectrales enregistrées pour divers échantillons (particules de mines de charbon, particules biogéniques, pigments organiques).

Transferts de charges dans les zéolithes hiérarchisées : un nouveau défi pour la catalyse

/ Cremoux Thomas / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 20-12-2017
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Les zéolithes acides sont des matériaux largement utilisés pour la catalyse hétérogène dans les domaines de la pétrochimie et du raffinage. A l’issue de la réaction, ces zéolithes partiellement cokées montrent encore parfois une forte activité qui pourrait être due à la présence d’espèces radicalaires dans le coke. Pour une meilleure compréhension de cette réactivité, il est crucial de déterminer les paramètres qui contrôlent la génération et la stabilisation de ces espèces radicalaires. Dans ce contexte, ce travail avait pour but d’établir l’influence de nombreuses propriétés physico-chimiques (acidité de Brønsted et de Lewis, rapport Si/Al, taille des particules, mésoporosité, défauts…) d’une zéolithe ZSM-5, sur le comportement des espèces radicalaires (quantité, durée de vie) stabilisées à l’intérieur des pores. Ces espèces sont formées à la suite de l’adsorption et de l’ionisation spontanée d’une molécule aromatique modèle : le t-stilbène. Ainsi, nous avons modifié graduellement pendant la synthèse ou par traitements post-synthèse (désilication, désalumination), une seule de ces propriétés pour étudier son influence sur le comportement des espèces radicalaires. Les résultats montrent l’importance de la teneur en aluminium sur la force des sites acides, et l’existence d’une corrélation entre la présence de couples acides Brønsted-Lewis forts (CBLF) et la quantité d’espèces radicalaires stabilisées. Quel que soit le paramètre testé, les expériences conduisent toutes à la conclusion que le rapport du pourcentage de CBLF par le volume microporeux est intimement lié aux transferts de charge.

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