New innovative methods for cleaning surfaces using foams based on bio-based surfactants | Nouvelles méthodes innovantes pour le nettoyage des surfaces à l’aide de mousses à base de tensioactifs biosourcés

English. In the food industry, surfaces contaminated with microorganisms are a major cause of cross-contamination, resulting in foodborne illness and food waste. Despite thorough cleaning efforts, foodborne illness rates are rising, suggesting current practices are insufficient. Traditional cleaning methods also consume large amounts of water, energy, and chemicals, raising sustainability and environmental concerns. The industry is exploring more sustainable alternatives, such as dry-cleaning methods, eco-friendly products, and advanced control systems, to reduce resource consumption while maintaining hygiene standards. One promising alternative for cleaning closed surfaces is the use of foam, a method already used for open surfaces. Foam cleaning can potentiallyreduce water, energy, and chemical consumption. The aim of this thesis is to study the links between foam properties and removal of microorganisms from both open and closed surfaces, and explores innovative cleaning techniques to develop more sustainable and efficient methods for the food industry.The first part is dedicated to the cleaning of open surfaces, i.e., static foam cleaning. Here we study the removal of hydrophilic and hydrophobic Bacillus subtilis spores from stainless steel surfaces by using foams. The model foams are formulated with bio-based surfactants (10-hydroxystearic acid and sodium cocoyl isethionate). The relationship between bubbles size and foam liquid fraction and the decontamination efficiency is investigated to determine the mechanisms of foam action. Foams themselves can decontaminate surface soiled with spores, most probably by wiping and imbibition mechanisms. Foams with smaller bubbles size have the highestdecontamination efficiency. Under the conditions studied, the liquid fraction is not the main parameter governing the decontamination efficiency.The second part is dedicated to the cleaning of closed surfaces, i.e., foam flow cleaning. Here we study the efficiency of foam flow formulated with a model surfactant (Sodium dodecyl sulfate) in comparison with foam flow formulated with bio-based surfactants (alkyl polyglucosides) to remove hydrophilic spores from pipes. We demonstrate similar efficiency for short cleaning times). In addition, through a life cycle assessment we demonstrate the reduction of several environmental impacts with the use of bio-based surfactant compared to the model surfactant.The third part is dedicated to the stabilization of water-in-water emulsions and the production of a foamulsion based ont these emulsions. We study the stabilization of PEG-in-Dextran emulsions with lamellar gel networks based on alkyl polyglucosides and fatty alcohols. We show that highly stable emulsions are obtained over a long period of time for specific formulation conditions. We also demonstrate for the first time the production of a foamulsion based on water-in-water emulsions.

French. Dans l'industrie alimentaire, les surfaces contaminées par des micro-organismes sont une cause majeure de contamination croisée, entraînant des maladies d'origine alimentaire et du gaspillage alimentaire. Malgré des efforts de nettoyage rigoureux, les taux de maladies d'origine alimentaire augmentent, ce qui suggère que les pratiques actuelles sont insuffisantes. Les méthodes de nettoyage traditionnelles consomment également de grandes quantités d'eau, d'énergie et de produits chimiques, soulevant des préoccupations en matière de durabilité et d'environnement. L'industrie explore des alternatives plus durables, telles que les méthodes de nettoyage à sec, les produits écologiques et les systèmes de contrôle avancés, pour réduire la consommation de ressources tout en maintenant les normes d'hygiène. Une alternative prometteuse pour le nettoyage des surfaces fermées est l'utilisation de la mousse, une méthode déjà utilisée pour les surfaces ouvertes. Le nettoyage avec de la mousse peut potentiellement réduire la consommation d'eau, d'énergie et de produits chimiques. L'objectif de cette thèse est d'étudier les liens entre les propriétés de la mousse et l'élimination de micro-organismes sur des surfaces ouvertes et fermées, et d'explorer des techniques de nettoyage innovantes afin de développer des méthodes plus durables et efficaces pour l'industrie alimentaire.La première partie est consacrée au nettoyage des surfaces ouvertes, c'est-à-dire au nettoyage par de la mousse en condition statique. Nous étudions ici l'élimination des spores hydrophiles et hydrophobes de Bacillus subtilis des surfaces en acier inoxydable en utilisant des mousses. Les mousses modèles sont formulées avec des tensioactifs biosourcés (acide 10-hydroxystéarique et cocoyl iséthionate de sodium). La relation entre la taille des bulles et la fraction liquide de la mousse et l'efficacité de la décontamination est étudiée pour déterminer les mécanismes d'action de la mousse. Les mousses elles-mêmes peuvent décontaminer les surfaces souillées par des spores, très probablement par des mécanismes de frottement/balayage et d'imbibition. Les mousses avec des bulles plus petites ont la plus grande efficacité de décontamination. Dans les conditions étudiées, la fraction liquide n'est pas le principal paramètre gouvernant l'efficacité de la décontamination.La deuxième partie est consacrée au nettoyage des surfaces fermées, c'est-à-dire au nettoyage par écoulement de mousse. Nous étudions ici l'efficacité de l'écoulement de mousse formulée avec un tensioactif modèle (dodecyl sulfate de sodium) en comparaison avec l'écoulement de mousse formulée avec des tensioactifs biosourcés (alkyl polyglycosides) pour éliminer les spores hydrophiles des tuyaux. Nous démontrons une efficacité similaire pour des temps de nettoyage courts. De plus, grâce à une évaluation du cycle de vie, nous démontrons la réduction de plusieurs impacts environnementaux avec l'utilisation de surfactants biosourcés par rapport au surfactant modèle.La troisième partie est consacrée à la stabilisation des émulsions eau-dans-eau et à la production d'une mousse basée sur ces émulsions. Nous étudions la stabilisation des émulsions PEG-dans-Dextran avec des réseaux de gel lamellaire basés sur des alkylpolyglycosides et des alcools gras. Nous montrons que des émulsions très stables sont obtenues sur une longue période pour des conditions de formulation spécifiques. Nous démontrons également pour la première fois la production d'une mousse basée sur des émulsions eau-dans-eau.