Soutenance mémoire
L’industrie des tensioactifs est à la recherche de nouvelles molécules possédant des caractéristiques fonctionnelles bien précises et répondant aux exigences de plus en plus strictes en termes de qualité environnementale. Les tensioactifs sont de plus en plus utilisés dans les formulations et, par conséquent, une quantité importante de tensioactifs est produite et se retrouve ensuite dans la nature. Ceci implique la production de composés à la fois économiques (matières premières et procédés de fabrication) et respectueux de l’environnement.
Les esters de sucres sont arrivés dans ce contexte, apportant de nouvelles solutions aux industriels du secteur des tensioactifs [1]. Les avantages des esters de sucres seront sans doute décisifs dans un avenir proche. Constitués d’un groupement osidique hydrophile et d’une chaîne grasse hydrophobe, les sucroesters possèdent un caractère amphiphile. Cette caractéristique leur confère une affinité particulière pour les interfaces de type air/eau et eau/huile et, en conséquence, la capacité d’abaisser l’énergie libre de ces interfaces. Ce phénomène est à la base de la stabilisation des systèmes dispersés. Les esters de sucres amphiphiles et de structure simple ne sont pas disponibles dans la nature. Leur synthèse est réalisée par voie chimique, entraînant la production d’une quantité non négligeable de produits secondaires. Ces derniers doivent être éliminés, ce qui implique des coûts de purification relativement importants. Ce problème peut être contourné en optant pour une voie de synthèse beaucoup plus spécifique: la biocatalyse [2]. L’utilisation de lipases permet d’envisager le greffage d’un acide gras sur un sucre grâce à une liaison ester.
Les esters de sucres
Définition
Les esters de sucres sont des tensioactifs non-ioniques possédant d’une part une chaîne à caractère lipophile (chaîne grasse apolaire) et d’autre part un groupement à caractère hydrophile (groupement osidique polaire) .
Les esters de sucres ont plusieurs avantages en tant que tensioactifs:
● Matières premières peu coûteuses et renouvelables.
● Biodégradabilité complète.
● Molécules ne présentant ni toxicité ni caractère irritant.
● Absence de goût et d’odeur.
● Molécule non ionique.
● Large gamme de structure disponibles et le caractère inoffensif, tant pour la santé que pour l’environnement.
Synthèse enzymatique
L’utilisation d’enzymes pour catalyser les réactions de synthèse permet de cibler le site de réaction et d’opérer dans des conditions plus douces, limitant ainsi les réactions secondaires, comme la caramélisation. Les seuls contaminants présents suite à la synthèse enzymatique sont le sucre et l’acide gras résiduels [5]. Le principe de la synthèse enzymatique est d’utiliser une enzyme hydrolytique (le plus souvent une lipase, nom abrégé d’une triacylglycérolacylhydrolase) dans un milieu non aqueux [6]. Dans ces conditions, l’activité de la lipase est inversée, passant de l’hydrolyse à l’estérification [7].La biocatalyse permet d’envisager la production sélective de structures complexes et originales.
Applications des esters de sucres
Les esters de sucres sont des tensioactifs non-ioniques possèdent des propriétés spécifiques (émulsifiant, dispersant, agent moussant et solubilisant). Leurs applications sont multiples. Ils jouent le rôle soit de matière première de base pour la formulation de produits détergents, pharmaceutiques ou cosmétiques, soit de produits axillaires dans les procédés de fabrication de l’industrie des additifs alimentaire, des peintures, du cuir, du phytosanitaire …etc [16].
Les enzymes
Définition
Les enzymes sont des protéines qui allient la capacité de reconnaitre très spécifiquement des molécules, au pouvoir de catalyser efficacement leurs transformations en composées utiles au métabolisme des organismes vivants. Au cours de ces dernières années, le nombre d’enzymes connues a considérablement augmenté et leurs applications sont multiples, en chimie analytique, en pharmacologie, en toxicologie, dans l’industrie agro-alimentaire et dans le secteur biomédical [17]. Les réactions chimiques dans les systèmes biologiques se font rarement en l’absence d’enzymes. Une enzyme ne favorise pas seulement une réaction chimique donnée, elle empêche aussi la présence de réactions secondaires gênantes.
Les lipases
Les lipases constituent un groupe d’enzymes très largement utilisées en biotechnologie qui trouve de nombreuses applications dans différents secteurs industriels tels que l’industrie pharmaceutique, l’industrie alimentaire, l’agrochimie (pesticides), l’industrie des détergents,l’industrie des cosmétiques et des parfums, l’industrie du papier, l’industrie du cuir…etc [18, 19,20]. Elles jouent un rôle important dans le métabolisme des graisses et sont présentes dans la plupart des tissus animaux et végétaux, mais aussi dans de nombreux micro-organismes [21, 22]. La fonction biologique des lipases est de catalyser l’hydrolyse d’esters comme les triglycérides. Elles reconnaissent différemment les acides gras selon leur degré d’insaturation et la longueur de la chaîne carbonée. Cependant, elles sont capables d’hydrolyser une très grande variété de substrats naturels et non-naturels et de réaliser en milieu organique des réactions de synthèse.
Immobilisation des lipases
Du point de vue industriel, les biocatalyseurs immobilisés présentent une stabilité augmentée [23] et des changements dans l’activité enzymatique [24]. Il existe cinq méthodes générales d’immobilisation qui opèrent toutes en milieu tampon, ce sont:
1- Immobilisation par liaison covalente
2- Immobilisation par réticulation
3- Immobilisation par microencapsulation
4- Immobilisation par inclusion
5- Immobilisation par adsorption .
Parmi les diverses techniques d’immobilisation, l’adsorption est la méthode la plus économique et la plus simple à mettre en œuvre [25]. Dans ce procédé, l’enzyme est retenu à la surface d’un corps adsorbant, minéral ou organique, grâce à des liaisons de Van der Waals et des interactions homophiles, hydrophobes et/ou hydrophiles (Figure 4). Les supports adsorbants utilisés sont très variés, tant du point de vue de leur structure chimique que du point de vue de leurs propriétés physiques (densité, granulométrie, porosité, etc.). Différents supports tels que la célite [26] et le carbonate de calcium [27] ont été exploités pour l’immobilisation des enzymes. Les quantités d’enzyme immobilisé par adsorption sont extrêmement variables et sont fonction de la nature du support.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1: Synthèse des esters de sucres par voie enzymatique
1. Introduction
2. Les esters de sucres
2.1. Définition
2.2. Obtention
2.2.1. Synthèse chimique
2.2.2. Synthèse enzymatique
2.2.3. Optimisation des conditions d’une réaction enzymatique
2.3. Applications des esters de sucres
3. Les enzymes
3.1. Définition
3.2. Les lipases
3.3. Immobilisation des lipases
4. Conclusion
Chapitre 2: Les plans d’expériences.
1. Introduction
2. Historique
3. Définition et domaine d’application des plans d’expériences
4. Vocabulaire
4.1. Facteur
4.2. Réponse
4.3. Domaine expérimental et domaine d’étude
4.4 Matrice d’expérience
4.5. Effet d’un facteur
4.6. Interaction
4.7. Modèle mathématique
5. Différents types des plans d’expériences
5.1. Plans de mélanges
5.2. Plans de criblages
5.2.1. Plans factoriels complets à deux niveaux
5.2.2. Plans factoriels fractionnaire à deux niveaux
5.2.3. Plans de Plakett et Burman
5.3 Plans de modélisation
5.3.1. Plans composites centrés
5.3.2. Plans de Box-Behnken
6. Logiciels de plans d’expériences
7. Technique d’analyse
7.1. Analyse de la variance
7.2. Probabilité P
7.3. Coefficients de détermination (R2, R2 ajusté)
7.4. Validation du modèle
7.5. Courbes d’isoréponses et surfaces de réponses
8. Conclusion
Chapitre 3: Résultats et discussion
1. Introduction
2. Préparation du plan d’expériences
2.1. Objectifs
2.2. La réponse
2.3. Détermination des facteurs et du domaine d’étude
2.4. Choix du Plan d’expériences
3. Le plan de criblage ( Plakett-Burman)
3.1. Réalisation des essais
3.2. Analyse statistique des résultats
3.2.1. Représentation graphique des effets
a. Diagramme de Pareto
b. Diagramme des effets principaux
3. 2.2. Détermination des effets significatifs et des coefficients du modèle
3.2.3. Equation du modèle mathématique
3.2.4. Analyse de la variance
4. Plan de Box-Behnken
4.1. Résultats statistiques et interprétations
4.2. Détermination du modèle mathématique
4.3. Validation du modèle
4.3.1. Validation primaire du modèle
4.3.2. Représentation graphique des réponses théoriques en fonction des réponses mesurées
4.4. Optimisation de la conversion
4.5. Vérification
4.6. Conclusion
Conclusion générale
