L'auto-assemblage en solution aqueuse des copolymères di-blocs amphiphiles à base de polystyrène (hydrophobe) et de poly(acide acrylique) (hydrophile et polyélectrolyte) est connue et décrit dans la littérature. Ils mènent à la formation d'agrégats dynamiquement « gelés » (indissociables et insensibles à divers stimuli tels que le pH). L'objectif de cette thèse était d'obtenir une agrégation pH-sensible réversible de copolymère à base de PS et de PAA.<br />La polymérisation par l'intermédiaire de nitroxyle , nous a permis de synthétiser des copolymères di-blocs classiques PS-b-PAA mais aussi un type de copolymère original constitué d'un bloc pur de PAA et d'un second bloc à gradient de composition PS-grad-PAA. Le passage d'agrégats gelés, pour les copolymères PS-b-PAA, à des micelles dynamiques et une micellisation réversible pH-sensible pour les copolymères à gradient de composition a été mis en évidence. <br />Nous avons aussi greffés chimiquement ces copolymères à gradient de composition sur des surfaces de silicium. Un comportement similaire à celui révélé en solution a alors été observé. Il est ainsi possible de moduler, de manière réversible, la structure de la surface selon le pH. A bas pH, on forme une surface rugueuse du fait de la présence d'agrégats et à pH basique on obtient une surface hydrophile homogène.<br />L'ensemble des résultats, que ce soit en solution ou sur des surfaces greffées, montrent la grande complexité de comportement de ce nouveau type de copolymère amphiphile et ouvre la voie à de nombreuses applications comme l'encapsulation ou le re-largage de principes actifs et formations de bio-récepteurs ou bio-capteurs.

Le travail présenté dans ce manuscrit concerne l'étude de la réactivité de surface par mesures d'angles de contact. D'un point de vue fondamental, la description des phénomènes de mouillabilité repose essentiellement sur la compréhension de la nature des interactions entre une surface et un liquide. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l'élaboration de surfaces texturées rugueuses. La rugosité étant un paramètre clé qui amplifie la mouillabilité d'une surface. Dans la première partie, nous avons préparé des polymères formés d'un mélange de polychlorure de vinyle et d'acide laurique. Puis, ces films sont rendus rugueux en y incorporant des billes d'aérosil. Dans les deux cas, nous avons déterminé la valeur de la constante d'acidité et cela à partir d'un modèle thermodynamique simple. Mais, l'inconvénient de ce type de surface réside dans le fait qu'il n'est pas aisé d'en modifier la morphologie ni de la contrôler. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à des matériaux dont la rugosité peut être facilement contrôlée. Pour cela, nous avons choisi l'oxyde de zinc (ZnO). Nous avons opté pour l'électrodépôt comme voie de synthèse. Différentes morphologies de ZnO sont obtenues comme les nanocolonnes et les nanotiges. La mouillabilité de ces films est facilement modifiable en adoptant la voie ascendante et cela en fixant des molécules organiques telles que l'octadécylsilane ou des acides gras. Des mesures d'angles de contact ont été effectuées sur ces couches auto-assemblées et interprétées en fonction de la molécule choisie. Nous avons ainsi réussi à préparer des surfaces superhydrophobes en fonctionnalisant les nanotiges par l'acide stéarique, un angle de contact de 176° est atteint, cette valeur est la plus élevée jamais rapportée sur de l'oxyde de zinc. L'étude a été étendue sur d'autres molécules notamment à caractère redox contenant un dérivé du ferrocène. Les films de ZnO modifiés sont caractérisés par électrochimie et électromouillage. Cette étude ouvre la porte à de nouvelles applications du ZnO notamment dans le domaine des capteurs électrochimiques et/ou biologiques.

L'objectif de ce travail a été la mise au point de deux procédés de traitement de surface par voie plasma destinés à l'amélioration des propriétés de résistance à la corrosion d'un acier (HLE S235). Des films d'oxyde de silicium (SiOxCy) ont été déposés sur des substrats d'acier par PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) à basse pression et à pression atmosphérique. L'héxaméthyldisiloxane (HMDSO), qui est un organosilicié, a été utilisé comme précurseur. Ces films affichent de très prometteuses propriétés anticorrosion et d'adhésion. Les performances de perméabilité aux gaz et aux liquides des couches déposées par plasma (PECVD) sont très fortement liées à leur composition chimique (présence de carbone, absence de silanol) et à leur structure (épaisseur, densité, volume libre etc...). Celles-ci dépendent des conditions du procédé de polymérisation, c'est à dire des paramètres du plasma tels que la pression, la puissance, le débit d'oxygène, le débit de monomère, le temps de traitement? Les analyses concernant la morphologie du dépôt ainsi que sa composition ont été nécessaires afin de caractériser les dépôts. Nous avons pu obtenir des couches épaisses, continues, lisses, peu poreuses, contenant du carbone. L'efficacité des procédés de dépôts de films d'oxyde de silicium a été validée par l'étude des propriétés de protection contre la corrosion des films par voltampérométrie et par impédancemétrie en milieu NaCl 0,5 M aéré. Pour des conditions optimales de traitement, aussi bien à basse pression qu'à pression atmosphérique, les propriétés anticorrosion ont été nettement améliorées et persistent pour des temps d'immersion importants (Rp stabilisée après 25 h). Un pré-traitement à l'oxygène à basse pression a permis d'augmenter l'adhérence des couches au substrat et donc la protection contre la corrosion pour les dépôts réalisés à basse pression et à pression atmosphérique. Les résistances de polarisation ainsi obtenues ont atteint une valeur de 191 kOhm.cm² et 550 kOhm.cm², respectivement (acier non traité : 1,2 kOhm.cm²).

Les interactions protéine–protéine jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement cellulaire et sont impliquées dans diverses pathologies. L'étude de ces interactions est donc primordiale. Nous avons entrepris de développer une méthode de « footprinting » basée sur la différence d'accessibilité à l'eau des acides aminés d'une protéine selon qu'elle est seule ou en interaction. Le principe de cette méthode de caractérisation des zones d'interactions protéine–ligand, est basé sur une étape de génération de radicaux carbo-centrés sur les chaînes latérales des acides aminés de la protéine, et sur une étape de réparation de ces radicaux par un atome de tritium.<br /> <br />La première étape a été de déterminer la réactivité des 20 acides aminés communs vis-à-vis de notre méthode : <br />Lys>Leu>Arg>Ile>Trp>Phe>Val>Cys>Met>His>Tyr>Glu>Thr>Asp><br />Gln>Pro>Ala>Asn> Ser>Gly. Notre méthode ensuite appliquée à l'étude du complexe entre la protéine hAsf11-156 et un fragment de l'histone H3 a permis de caractériser sans ambiguïté les trois résidus principaux de H3 (L126, R129 et I130) impliqués dans cette interaction. De plus, nous avons mis en évidence que notre méthode de caractérisation des interactions protéique est à la fois sensible aux phénomènes d'interaction et de repliement.

La photosynthèse est un processus biologique naturel qui convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique par l'action de centres réactionnels photosynthétiques. L'énergie convertie est stockée sous forme de produits de haute énergie synthétisés par la branche réductive du processus photosynthétique. Les électrons nécessaires à ces réactions sont fournis par des molécules d'eau lors de leur oxydation par le centre de dégagement de l'oxygène (Oxygen Evolving Complex: OEC) pour le système de photosynthèse II (PSII). La photosynthèse artificielle cherche à reproduire les réactions qui se produisent dans les organismes naturels afin de i) de mieux comprendre les processus chimiques qui se déroulent dans les systèmes naturels, et ii) de parvenir à exploiter l'énergie solaire pour le développement de carburants propres et renouvelables. Chaque étape qui survient dans le processus de photosynthèse naturelle, telle que la capture de lumière, le transfert d'énergie, le transfert d'électron, la séparation de charge, l'activation du catalyseur et la réaction catalytique doit se produire au sein du système artificiel. La photosynthèse artificielle cherche à reproduire les réactions qui se produisent dans les organismes naturels afin de i) de mieux comprendre les processus chimiques qui se déroulent dans les systèmes naturels, et ii) de parvenir à exploiter l'énergie solaire pour le développement de carburants propres et renouvelables. Chaque étape qui survient dans le processus de photosynthèse naturelle, telle que la capture de lumière, le transfert d'énergie, le transfert d'électron, la séparation de charge, l'activation du catalyseur et la réaction catalytique doit se produire au sein du système artificiel. Avec ces concepts en vue, nous avons conçu, synthétisé et caractérisé des molécules qui imitent les réactions réalisées par les antennes et les centres réactionnels présents dans le photosystème II. Ces molécules sont capables de reproduire la séparation de charges induite par la lumière, le transfert d'électrons et l'accumulation d'équivalents oxydo-réducteurs observés pendant la photosynthèse naturelle. Les antennes artificielles se constituent de caroténoïdes et phthalocyanines. Ces molécules présentent des profiles d'absorption large avec des coefficients d'extinction élevés, et sont capables de supporter des transferts d'énergie ultra rapides qui permettent l'état de séparation de charges. En faisant varier la longueur de la chaine conjuguée des caroténoïdes de neuf à onze liaisons doubles, nous avons pu mettre en évidence comment ces molécules peuvent agir aussi bien comme donneurs que comme agents dissipateurs d'énergie, effet caractéristique qui s'apparente au processus de trempe non-photochimique (Non Photochemical Quenching: NPQ) qui se produit dans le cycle de la zéaxanthine. Les mimiques des agents donneurs du photosystème II ont aussi été étudiées. Ces systèmes supramoléculaires contiennent une partie photoactive liée de façon covalente par un intermédiaire à une cavité contenant un ion ou un agrégat d'ions métalliques. La photosensibilisateur utilisé est un complexe du ruthénium [Ru(bipy)3]2+ (bpy = 2,20-bipyridine), homologue du P680, qui absorbe la lumière dans le spectre visible et déclenche le transfert d'électron. Les espèces RuIII résultantes ont un potentiel d'oxydation réversible de 1.3 V vs SCE, comparables à celui de P680 (1.25 V vs NHE) et présentent donc la possibilité d'oxyder à la fois un complexe manganèse ainsi qu'une source d'électron. Concernant les molécules imitant le coté donneur du PSII, nous avons synthétisé des paires ruthénium-phénol, ainsi que des systèmes ruthénium-manganèse bimétalliques. Parmi ces dernières, nous avons étudié celles présentant des cavités de coordination constituées de terpyridines, vu qu'il a déjà été montré que les dimères Mn-di-μ-oxo-Mn de ce type peuvent catalyser l'oxydation de l'eau en oxygène moléculaire. Des salènes et salophènes ont aussi été examinés étant donné que de tels groupes peuvent accomplir l'oxydation à deux électrons de substrats organique. Dans la littérature, ces réactions sont toutes conduites par l'action d'oxydants chimiques externes, tandis que nous avons pour but d'utiliser des espèces oxydantes induites par l'action de la lumière.

Les glucides sont omniprésents dans la nature et jouent un rôle clé dans divers processus de reconnaissance moléculaire. Nous avons réalisé la conception et la synthèse de quatre types de dérivés glucidiques qui se divisent en 4 chapitres. Le le` chapitre est consacré à la synthèse d'analogues C glycosidiques de l'arbutine, une hydroquinone glycosylée, inhibiteur de la tyrosinase utilisé pour le blanchissement de la peau. Le 2è' chapitre concerne la synthèse d'analogues C glycosidiques de la vitamine E avec comme objectif d'améliorer ses propriétés antioxydants. Le 3e' chapitre est consacré à la synthèse des glycosides photolabiles pour la réalisation de glycopuces. Via l'ouverture régiosélective du 4,6 0 (o nitro)benzylidene des methyl glycopyranosides, suivie d'une C 4 épimerization, plusieurs 6 0 (o nitro)benzyl glycopyranosides ont été préparés. Enfin, le chapitre 4 est consacré à la synthèse des C glycosyl amino acides comme inhibiteurs potentiels de PTP 1B, cible potentielle pour le traitement du diabète de type II. Les résultats biologiques montrent que ces molécules inhibent l'enzyme avec IC50 de l'ordre de micromolaire.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la recherche de procédés de détection rapides et sensibles des agents de la menace biologique. Nous avons étudié une nouvelle méthode de dosage immunologique par transfert d'énergie par résonance de fluorescence (FRET) adaptable à un dosage en flux. Cette méthode est basée sur l'emploi d'un réactif trifonctionnel (tripode) comportant i) un fluorophore Donneur (D), ii) un analogue de la molécule à doser (analyte) et iii) une fonction permettant son immobilisation sur une phase solide. La liaison d'un anticorps anti-analyte marqué avec un fluorophore Accepteur (A) entraîne une diminution de la fluorescence de D (quenching). La présence de l'analyte induit une compétition pour la liaison de l'anticorps avec le tripode et restaure ainsi la fluorescence de D. Le procédé permet d'obtenir un signal localisé et cumulatif et la réalisation de dosages successifs sur une même surface régénérée par ajout d'anticorps. L'évaluation du procédé a été effectuée en plaque de microtitration sur des petites molécules (substance P, atrazine, aflatoxine) et des protéines (β-lactoglobuline, toxine botulinique, ricine). Les propriétés spectrales des fluorophores, le rapport A/D et la distance A-D conditionnent fortement l'efficacité du FRET et donc la sensibilité du dosage qui dépend toutefois surtout des caractéristiques d'affinité relatives de l'anticorps envers l'analyte et envers le tripode. Idéalement l'anticorps devrait présenter une bonne affinité pour le tripode et une encore meilleure pour l'analyte. Des essais de mesure avec circulation de fluide, effectués dans une microcellule en verre en employant comme détecteur une caméra CCD montée sur un microscope à fluorescence, ont montré la faisabilité d'une détection en flux et permettent d'envisager le développement d'un biocapteur fonctionnant selon ce principe. Un autre procédé basé sur la discrimination des fluorophores en solution et immobilisés est également présenté, permettant de développer un dosage rapide et simultané de plusieurs composés.

Ce travail de thèse se divise en deux grandes parties concernant les nanotubes de nitrure de bore d'une part et de carbone d'autre part. La première partie concerne la synthèse, la purification et la fonctionnalisation chimique des nanotubes de nitrure de bore. Les nanotubes de nitrure de bore sont des analogues structuraux des nanotubes de carbone formés de l'enroulement d'un ou plusieurs feuillets de nitrure de bore hexagonal. Des nanotubes de nitrure de bore monofeuillets sont synthétisés à l'ONERA par ablation LASER continue d'une cible de nitrure de bore hexagonal (hBN). Les échantillons issus de la synthèse contiennent des nanotubes monofeuillets et des coques de nitrure de bore, mais sont aussi contaminés par des fragments de hBN et de l'acide borique. Des améliorations de la synthèse ont permis d'abord de limiter ces sous-produits. Un procédé de purification des échantillons a ensuite été développé pour disposer d'échantillons enrichis en nanotubes. Ce procédé est constitué uniquement d'étapes douces de centrifugation et de filtration n'affectant pas la structure des tubes. Les échantillons de nanotubes purifiés ont ensuite été utilisés pour étudier leur fonctionnalisation chimique. Plusieurs voies de fonctionnalisation ont été envisagées au cours de ce travail. Deux voies efficaces de fonctionnalisation non covalente des nanotubes de nitrure de bore monofeuillets purifiés ont été développées. Ces deux voies impliquent des molécules chimiques possédant une affinité marquée pour le réseau de nitrure de bore. Ainsi, l'utilisation de quinuclidines et de borazines greffées par des chaînes alkyles a permis la solubilisation de nanotubes de nitrure de bore monofeuillets en milieu organique. Les méthodes de purification et de fonctionnalisation chimique développées sur les nanotubes monofeuillets ont été appliquées avec succès à diff´erents types de nanotubes. La sensibilité des atomes de 10B aux neutrons thermiques a enfin servi de point de départ à l'étude de l'effet de l'irradiation neutrons sur le hBN et des possibilités de fonctionnalisation covalente du réseau de nitrure de bore qui en découlent. La seconde partie de ce travail de thèse concerne la séparation des nanotubes de carbone en fonction de leurs propriétés morphologiques ou électroniques. L'irradiation micro-ondes d'échantillons de nanotubes de carbone a d'abord permis d'une part l'abaissement de la puissance nécessaire à l'allumage de plasmas de gaz rare à pression atmosphérique en présence de nanotubes et d'autre part l'enrichissement des échantillons de nanotubes de carbone après traitement en nanotubes de grand diamètre. Une seconde stratégie a enfin été envisagée pour solubiliser sélectivement des nanotubes de propriétés électroniques données (métalliques ou semi-conducteurs). Cette voie implique une interaction sélective entre un type de tubes et des micelles de fullérènes fonctionnalisés et a donné lieu au développement de molécules amphiphiles comportant des fullérènes.

Lors de la dégradation du peroxyde d'hydrogène en eau et dioxygène catalysée par les hémoenzymes à fer de type catalase et peroxydase, il se forme à l'échelle de la milliseconde un intermédiaire réactionnel radicalaire porté par la porphyrine. Dans le cas de l'enzyme modèle utilisée, la catalase de foie de bœuf, il a été montré par des études de spectroscopie RPE que ce radical est ensuite délocalisé sur un résidu tyrosyle de la chaîne polypeptidique. A ce jour, on ne connaît pas l'exacte localisation du résidu impliqué, donc le rôle de ce site d'oxydation alternatif. <br />Par ailleurs, il a été montré au laboratoire que l'identification et la quantification des radicaux formés sur les acides aminés d'une protéine par l'attaque de radicaux hydroxyle sont possibles. Cette méthode est basée sur le marquage au tritium des résidus acides aminés. Notre approche est basée sur la génération de radicaux hydroxyle par radiolyse de l'eau. Les radicaux hydroxyle formés arrachent un hydrogène sur la chaîne latérale des acides aminés et génèrent ainsi un radical carboné. Il est ensuite “réparé” in situ par un composé, le sel sodique de l'acide phénylphosphinique tritié, qui permet d'introduire un atome de tritium à la place de l'hydrogène précédemment arraché. Cet atome de tritium sert de marqueur pour détecter les sites de formation des radicaux. <br />Nous avons donc utilisé les propriétés de réparation du vecteur tritié pour identifier quelle est la tyrosine impliquée dans les transferts d'électrons de la BLC. Même s'il a été montré par RPE que la disparition du radical porté par la tyrosine est effective en présence de l'agent de réparation, les études de marquage n'ont pas abouti à déterminer l'exacte localisation du radical. Une des raisons invoquées est le manque d'efficacité de l'agent de réparation pour transférer son atome d'hydrogène. C'est pourquoi d'autres composés capables eux aussi de fournir un atome d'hydrogène par voie radicalaire ont été synthétisés puis testés sur ce système enzymatique par une étude de spectroscopie RPE.<br />En parallèle, nous avons voulu comprendre les mécanismes d'action des ces mêmes composés sur un système modèle en générant des radicaux sur la tyrosine en solution par radiolyse de l'eau. La méthode consiste à produire dans une solution aqueuse de tyrosine des radicaux hydroxyle, qui vont former les radicaux tyrosyle. Les radicaux ainsi générés peuvent être ensuite réparés par un atome de deutérium fourni par un donneur. L'incorporation en deutérium et la régiosélectivité de l'attaque sont ensuite analysées par spectrométrie de masse et RMN 2H. L'irradiation de solution de tyrosine en présence des différents composés choisis s'est révélée difficile à analyser, en raison notamment de la difficulté à déterminer la proportion de radicaux hydroxyle réagissant avec l'agent réparateur au lieu de la tyrosine, mais surtout en raison de l'incorporation inattendue de deutérium dans la tyrosine en l'absence de tout agent de transfert. Ce phénomène jusqu'alors inconnu a, dès lors, retenu toute notre attention. Nous avons alors focalisé nos travaux sur la compréhension des processus intervenant dans l'autoréparation de la tyrosine et ainsi proposé un mécanisme pour expliquer nos observations.

Au cours de ce travail nous nous sommes intéressés à la caractérisation de nanoparticules magnétiques anioniques et cationiques en électrophorèse capillaire (CE). Dans le cadre de l'analyse de particules cationiques, différentes stratégies de modification du capillaire ont été envisagées de sorte à supprimer les phénomènes d'adsorption et ainsi permettre une mesure précise de la mobilité électrophorétique de ces particules. Il a été montré l'influence de différents paramètres inhérents au choix de l'électrolyte de séparation, dont la force ionique, la nature et la concentration des co-ions et contre-ions ainsi que le pH, sur la mobilité et la dispersion électrophorétique des particules. Une séparation en taille a été obtenue pour des populations de particules de maghémite dont les diamètres moyens (< 10 nm) diffèrent de seulement 2 nm et expliquée à la lumière des théories d'Overbeek-Booth qui tiennent compte de l'effet de relaxation. Une caractérisation précise de la charge de surface de particules cœur/coquille bifonctionnalisées amino-PEG a également été réalisée sur des populations de particules de taille uniforme (~ 40 nm), et corrélée à un taux de greffage effectif. Enfin un protocole de mesure du coefficient de diffusion collectif des particules a été développé, basé sur la théorie de la dispersion de Taylor, permettant de (i) distinguer des populations de particules dont les diamètres moyens (< 10 nm) diffèrent de seulement 2 nm, (ii) mettre en évidence l'existence d'interactions répulsives de nature électrostatique entre particules de même signe de charge, (iii) quantifier ces interactions en fonction de la force ionique du milieu de dispersion. Ces nouvelles méthodes de caractérisation à la fois simples et rapides devraient s'avérer cruciales pour l'optimisation de la conception de nanoparticules fonctionnalisées destinées à des applications biomédicales.