L’objectif de la thèse est la caractérisation expérimentale du frottement entre l’acier et un matériau fragile. Les pressions et les vitesses de glissement qu’on cherche à atteindre sont respectivement de l’ordre de 10 à 100 MPa et l’ordre de 10 à 100 m/s. Les tribomètres classiques ne peuvent pas être utilisés car les pressions qu’on cherche à atteindre sont suffisamment élevées pour mener le matériau fragile à rupture. Pour pallier cette difficulté, le matériau doit être confiné. Un échantillon cylindrique du matériau est alors inséré dans un tube en acier qui fait à la fois office de confinement et de surface de frottement. Avec cette configuration, comme nous ne pouvons pas effectuer de mesures directes au niveau de l’interface, les paramètres de frottement sont identifiés à partir de mesures indirectes et de modèles analytique et numérique. Deux types de dispositifs ont été conçus pour effectuer à la fois des essais d’orientation en quasistatique et des essais sur barres de Hopkinson. Les essais quasi-statiques permettent une identification fiable du frottement et montrent que des pressions de 100 MPa peuvent être obtenues avec notre configuration sans dégrader le matériau fragile. En revanche, les essais sur barres de Hopkinson ne donnent pas satisfaction. Un dispositif spécifiquement adapté à la dynamique rapide a alors été conçu. Il permet d’identifier le frottement sous des pressions de 100 MPa et des vitesses de10 m/s. / The aim of the thesis is the experimental characterisation of the friction between steel and a brittle material. The desired pressures and the desired sliding velocities are respectively of the order of 10-100 MPa and 10-100 m/s. Usual tribometers cannot be used because the desired pressures are high enough to fracture the brittle material. The material has to be confined to overcome this difficulty. A cylindrical sample of the material is therefore inserted into a steel tube which acts both as a confinement and a sliding surface. Such a configuration does not enable to carry on direct measurements on the interface, the friction parameters are thus identified from indirect measurements and from analytical and numerical models. Two types of set-up have been designed to carry on both quasi-static tests and tests on split Hopkinson pressure bars. Quasi-static tests enable a reliable identification of friction and show that the desired pressures can be reached with our configuration whilst retaining the brittle material integrity. Unfortunately, the results obtained with split Hopkinson pressure bars are not satisfactory. A set-up specifically adapted to dynamic situations has thus been designed. It enables identification of friction under pressure of 100 MPa and velocities of 10 m/s.

Les chantiers de maintenance et d’assainissement dans les centrales nucléaires nécessitent la mise en place d’enceintes ventilées autour des zones contaminées afin de limiter la propagation de la contamination à l’environnement extérieur. L’air rentre dans l’enceinte aux travers d’ouvertures sous la forme d’un écoulement directionnel, orienté de l’extérieur vers l’intérieur, assurant ainsi le confinement dynamique. En raison des opérations qui se déroulent à l’intérieur de l’enceinte et des perturbations externes, il est possible que l’écoulement de confinement dynamique aux ouvertures soit perturbé et subisse des inversions locales et instationnaires, conduisant ainsi à transporter la contamination à l’extérieur de l’enceinte. La présente étude s’intéresse aux petites ouvertures de type fentes minces rectangulaires où l’écoulement au droit de celles-ci est généralement turbulent. Les principaux objectifs de la thèse sont d’une part d’identifier les conditions aérodynamiques susceptibles de produire le phénomène de rétrodiffusion aux ouvertures, d’autre part d’évaluer la capacité des approches de modélisation de la turbulence URANS et LES à reproduire les instabilités liées à ce type d’écoulement. Il a été montré que l’apparition du phénomène de rétrodiffusion est principalement liée à la présence d’une perturbation aéraulique additionnelle, de type jet turbulent ou sillage, en compétition avec l’écoulement initial de confinement dynamique. Des expériences de traçage gazeux ont été mises en place sur une maquette expérimentale dans le but de quantifier la rétrodiffusion en fonction des différentes conditions aérauliques à l’ouverture et des caractéristiques de celle-ci. Des visualisations des écoulements à l’ouverture ont également été réalisées à l’aide d’un dispositif de tomographie laser. Enfin, l’analyse des résultats des simulations CFD a démontré que les approches de type RANS ou URANS ne permettaient pas de reproduire les instabilités de l’écoulement conduisant au phénomène de rétrodiffusion, contrairement aux simulations des grandes échelles de la turbulence (LES) qui reproduisent fidèlement les structures locales et instantanées à l’origine du phénomène.

Le but de cette thèse est de construire un modèle décrivant la matière nucléaire symétrique et asymétrique dans une approche relativiste incluant des effets de la chromodynamique quantique, en particulier la symétrie chirale et le confinement. Le système considéré est une assemblée de nucléons en interaction {\it via} l'échange de mésons. L'attraction est assurée par la présence d'un champ scalaire invariant chiral lié aux fluctuations du condensat de quarks. La saturation est obtenue après ajout de la réponse scalaire nucléo- nique liée à la sous-structure en quarks du nucléon. Les paramètres liés au secteur scalaire de l'interaction et au confinement des quarks dans le nucléon sont estimés à partir de données sur réseau. Le reste des paramètres est contraint autant que possible par la phénoménologie hadronique. Le modèle n'est ainsi quasiment pas ajustable, le fait qu'il donne de si bons résultats constitue l'originalité de ce travail de thèse. Dans un premier temps, nous avons choisi de travailler à l'approximation de champ moyen dans le schéma Hartree--Fock. La propagation du champ scalaire dans les termes de Fock conduit à des effets de réarrangement qui permettent de satisfaire le théorème de Hugenhotz--Van Hove. Nous soulignons également le rôle du terme tenseur du $\rho$ dans l'énergie d'asymétrie ainsi que dans la dépendance en isospin de la masse effective de Landau. Enfin, nous donnons l'équation d'état des étoiles à neutrons prédite par ce modèle. Dans un deuxième temps, nous avons décidé d'inclure des effets au-delà du champ moyen en incluant l'énergie de corrélation due aux boucles de pions. Un ingrédient important est l'introduction d'un paramètre de Landau--Migdal contrôlant les interactions à courte portée. L'énergie de corrélation améliore la description des propriétés de la matière nucléaire au niveau du point de saturation. / This work aims at constructing a model for symmetric and asymmetric nuclear matter in a relativistic approach including effects from quantum chromodynamics, in particular chiral symmetry and confinement. We consider an assembly of nucleons interacting via meson exchange. The attraction is due to a chiral invariant scalar field associated with the fluctuations of the chiral condensate. The inclusion of scalar nucleonic effects due to the quark substructure of the nucleon ensures the saturation to occur. The parameters corresponding to the scalar sector of the interaction and to the quarks confinement in the nucleon are obtained from lattice calculations. The rest of the parameters are obtained as much as possible by hadron phenomenology. With such constrained inputs, the results are nevertheless very good: this constitutes the originality of this work. In one part, we chood to work at the mean-field level in the Hartree--Fock scheme. The propagation of the scalar field in the Hartree-Fock terms induce some rearrangement effects which play an essential role in the Hugenhotz--Van hove theorem. We discuss also the role of the tensor part of the $\rho$ interaction in the symmetry energy and the isospin dependance of the Landau effective mass. Then, in the idea to enlarge this work to neutron stars, we give the equation of state predicted by our model. The last step corresponds to the introduction of effects after the mean-field including the correlation energy due to pion loops. An important ingredient is the Landau-Migdal parameter controling short range interactions. The correlation energy enhances the description of the saturation point of nuclear matter

Malgré ses avantages économiques et environnementaux, le procédé de reformage à sec du méthane sur des catalyseurs au nickel supporté se heurte encore à des problèmes de frittage de la phase active (un métal de transition) et de dépôt de carbone, ce qui entraîne une diminution de l'activité catalytique. Cette thèse porte sur l'étude de l'effet de confinement du nickel dans des catalyseurs à base de silice mésoporeuse pour la production de gaz de synthèse par reformage du méthane par le CO2. Dans cette étude, les échantillons ont été caractérisés par physisorption de N2, DRX, MET/MEB, RTP, et, en plus, par Raman, SPX, HTP/SM, ATG/SM pour les catalyseurs après test catalytique. Les résultats montrent qu'un support mésoporeux bien structuré ayant une grande surface spécifique et un grand volume poreux est important pour une meilleure dispersion et stabilisation de la phase active à l'intérieur de la porosité. La silice mésoporeuse de SBA-15 (préparée en grande quantité), composée de grains allongés, semble être appropriée pour atteindre cet objectif. Il est de plus démontré que la formation de petites particules bien confinées à l'intérieur des pores favorise la résistance au dépôt de carbone. Ceci peut être obtenu en imposant un traitement hydrothermal au support, en utilisant la méthode deux solvants pour le dépôt de Ni, en passant à une réduction directe des échantillons non calcinés, en ajoutant du Rh en faibles quantités ou en utilisant du Ce comme promoteur, à condition que le Ni et Ce soient en interaction. / Although economically and environmentally advantageous, the methane dry reforming process using supported nickel based catalysts still faces problems of active phase (a transition metal) sintering and of carbon deposition, which result in catalytic activity loss. This thesis is focused on the study of the confinement effect of nickel in mesoporous silica-based catalysts for syngas production by reforming of methane with CO2. In this study, the samples were characterized by N2 sorption, XRD, TEM/SEM, TPR, in addition to Raman, XPS, TPH/MS, TGA/MS for the spent catalysts. The results indicate that a well-structured mesoporous support with high surface area and large pore volume is important for better dispersion and stabilization of the active phase inside the porosity. The mesoporous SBA-15 silica support (prepared in large quantity), composed of elongated grains, appear to be suitable for the purpose. Moreover, it is demonstrated that the formation of small nickel particles well-confined inside the pores favors carbon resistance. This can be achieved by applying hydrothermal treatment to the support, using two solvents method for Ni deposition, using direct reduction of uncalcined samples, adding Rh in small quantities or promoting with Ce, provided that Ni and Ce are in interaction.

Les micro-instabilités ioniques et électroniques présentes dans les plasmas de fusion sont à l’origine de la turbulence. Le transport anormal de particules et d’énergie, induit par cette turbulence, joue un rôle néfaste pour les performances des machines à fusion nucléaire comme le tokamak. C’est dans ce cadre général que s’inscrit ce travail visant à une meilleure compréhension de la turbulence et des phénomènes de transport sous-jacents. On sait que la dynamique des particules piégées joue un rôle très important dans l’établissement de la turbulence au travers des instabilités ioniques TIM (Trapped Ion Modes) et électroniques TEM (Trapped Electron Modes). Nous nous attachons donc dans ce travail au développement d’un modèle décrivant ces particules piégées (ions et électrons) de manière cinétique. L’échelle de temps à laquelle nous nous plaçons est de l’ordre de la période de précession toroïdale des particules piégées, période typique de la turbulence TIM/TEM. L’originalité de ce modèle réside dans la réduction de la dimension du problème (de 6D à 4D) par la moyenne sur les deux échelles de temps rapides associées aux particules piégées, respectivement le mouvement cyclotronique et le mouvement de rebond. De plus, l’utilisation des variables d’angle et d’action permet de transformer deux variables en paramètres. Le modèle final ainsi obtenu est 4D, dont deux dimensions interviennent sous la forme de paramètres. L’analyse linéaire du modèle nous permet de connaître les gradients de température et de densité permettant le déclenchement des instabilités TIM et TEM. Il nous permet également de connaître les taux de croissance et les pulsations associés à ces deux instabilités. Ensuite, nous nous appuyons sur le code global TERESA 4D décrivant les ions piégés cinétiques pour y inclure la résolution non-linéaire du modèle décrivant les ions et les électrons piégés cinétiques. Les échelles spatio-temporelles de la turbulence induite par les électrons et celle induite par les ions étant du même ordre de grandeur, cela nous permet d’intégrer à ce code une réponse cinétique des électrons avec un très faible coût numérique supplémentaire par rapport à la version existante. A l’aide de ce nouveau code nous pouvons observer une turbulence générée à la fois par les TIM et les TEM, ceci avec peu de ressources numériques. Nous pouvons obtenir des turbulences présentant différentes structures typiques observées dans les tokamak. C’est le cas des écoulements zonaux et des streamers ayant un rôle majeur dans le transport de particules et d’énergie. En vue d’une meilleure compréhension, voire d’un meilleur contrôle du transport, l’influence de différents paramètres, comme la largeur banane ou le rapport de température ionique sur la température électronique, est étudiée. / In tokamak plasmas, it is recognized that ion and electron micro- instabilities are held responsible for turbulence giving rise to anomalous transport. These limit particle and energy confinements in tokamak devices. This is the context of this work. The main objective is to have a better understanding of turbulence and thus of anomalous transport. It is known that the behaviour of trapped particles plays a major role in the development of turbulence via trapped ion mode (TIM) instability and trapped electron mode (TEM) instability. This work focus on the development of a model describing kinetic trapped particles (ions and electrons). The involved time scale is of the order of the trapped particle precession frequency which corresponds to characteristic frequency of TIM/TEM turbulence. The originality of this model is the reduction of the dimension from6D to 4D. This reduction is made by averaging over both the fast cyclotron motion and the bounce motion. In addition, using a set of action-angle variables allows one to deal with two parameters instead of two variables. The final model is 4D, dealing with two parameters and 2D space coordinates. The temperature and density gradients which trigger TIM and TEM instabilities are given by the linear analysis of the model. This analysis allows us to calculate the growth rates and frequencies associated with these instabilities. In order to solve the non-linear model describing both trapped kinetic ions and trapped kinetic electrons, we use the existing global code TERESA 4D including only trapped kinetic ions. The spatial and temporal scales associated to TIM and TEM turbulence are of the same order of magnitude. It allows us to include trapped electron kinetic response with very low numerical cost compared to the existing version. The TIM/TEM turbulence can be generated by this new code with low computational resources. Different typical structures observed in tokamak can be studied. This is the case of zonal flow and streamer structures which play a major role in anomalous transport. Finally, the influence of different parameters, such as banana width or electron to ion temperature ratio, is considered.

L'idée à la base de ce projet est de mettre à profit le confinement nanométrique unidimensionnel pour décupler la conduction ionique des électrolytes et donc la puissance des accumulateurs au lithium. Nous avons concentré nos efforts sur une classe particulière d'électrolytes qui, en raison de leurs stabilités physique et électrochimique, ont été identifiés comme prometteurs: les Liquides Ioniques (LI). Nous avons confiné les LI dans deux systèmes poreux présentant une topologie commune (pores cylindriques macroscopiquement orientés) mais aux propriétés physico-chimiques complémentaires: i) des alumines poreuses (AAO, interface hydrophile, diamètre des pores de 25 à 160 nm) et ii) des membranes de NanoTubes de Carbone (NTC, interface hydrophobe, diamètre des pores 4 nm).Nous avons développé un modèle microscopique multi-échelle original, prenant en compte la dynamique complexe des cations des LI: combinaison i) de la dynamique de réorientation rapide des chaînes latérales alkyle, ii) de la diffusion de la molécule au sein des agrégats nanométriques spontanément formés par les LI, puis iii) de la diffusion entre ces agrégats. Ce modèle reproduit de façon remarquablement robuste les données de diffusion quasi-élastique de neutrons sur une gamme étendue de vecteurs de diffusion (0,1 à 2,5 Å-1) et de temps (10-1 à 2.103 ps). A cette échelle locale, nous ne détectons pas d'influence du confinement sur la dynamique du LI confiné au sein des AAO et des CNT. Nous montrons cependant qu'à l'échelle microscopique (PFG-NMR) et macroscopique (spectroscopie d'impédance) le confinement des LI au sein des NTC permet d'obtenir un gain de conductivité d'un facteur 3. Un brevet est déposé. / The idea behind this project is to exploit the 1D nanometric confinement in order to increase the electrolytes ionic conductivity and, thus, the power of the lithium accumulators. We have focus on a specific class of electrolytes, which, owing to their physical and electrochemical stabilities, have been identified as very promising: the Ionic Liquids (ILs). We have confined the ILs in porous systems having a common topology (cylindrical pores macroscopically oriented), but with complementary physico-chemical properties: i) the porous alumina (AAO, hydrophilic interface, pores diameter between 25 and 160 nm) and ii) Carbon NanoTubes based membranes (CNT, hydrophobic interface, pores diameter of 4 nm).We have developed an original microscopic multiscale model, taking into account the complex dynamics of ILs cations: combination of i) fast reorientation dynamics of side alkyl-chains, ii) molecule diffusion within nanometric aggregates spontaneously formed in the ILs and iii) diffusion between the aggregates. This model reproduces in a very robust way the quasi-elastic neutrons scattering data on an extent interval of wave vector (0.1 à 2.5 Å-1) and time (10-1 à 2.103 ps). At this local scale, we do not observe any influence due to the confinement on the dynamics of the ILs confined in the AAO and CNTs. We show however that at microscopic (PFG-NMR) and macroscopic (impedance spectroscopy) scale the ILs confinement within the NTCs allows to obtain a conductivity gain of factor 3. A patent is filed.

Les procédés de séparation membranaires sont des techniques particulièrement adaptées aux exigences écologiques et industrielles en matière de traitement de l'eau. Parmi les différentes techniques de séparation existantes, la nanofiltration est un procédé économique permettant le dessalement et l'adoucissement de l'eau. En dépit du nombre croissant de travaux académiques ou industriels portant sur la nanofiltration ces dernières années, les phénomènes physiques impliqués dans le transport de solutés (en particuliers les sels) à travers les matériaux nanoporeux restent mal compris. En effet, les matériaux sont des membranes de polymère dont la structure est complexe et méconnue. Les propriétés des liquides en milieu confiné présentent de plus des propriétés inattendues. L'utilisation d'outils numériques permet d'explorer et d'améliorer la compréhension des mécanismes de transport à travers des membranes. Parmi les différentes approches existantes, les simulations de type dynamique moléculaire permettent de sonder les propriétés des liquides confinées à l'échelle moléculaire. L'objectif de cette thèse est d'analyser les propriétés de solutions aqueuses d'électrolytes confinées dans un nanopore modèle par simulation de dynamique moléculaire. Les systèmes étudiés sont constitués d'un pore de silice connecté à deux réservoirs contenant de l'eau salée. Deux types de simulations ont été réalisés. Au cours d'une simulation dite « à l'équilibre », les propriétés structurales, diélectriques et dynamiques des liquides ont été étudiées. Au cours des simulations ''hors-équilibre'', une différence de pression est appliquée entre les réservoirs afin de générer un écoulement. Les propriétés de transport de l'eau et des sels à travers le nanopore ont été étudiées. Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet MUTINA financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR 2011 BS09 002) portant sur la modélisation multi-échelle du transport d'ions en nanofiltration. / Membrane processes are very powerful techniques in term of water treatment. Nanofiltration is a recent membrane process mainly used for water desalination and water softening. Although nanofiltration has attracted increasing attention over the recent years, physical phenomenon related to species (especially aqueous salts) inside the membranes are still poorly understood at the nanoscale. The membranes used in a nanofiltration process (polymeric membranes) are indeed very complex and little is known about their structure. Moreover, liquids in a confined phase exhibit very different behaviour with respect from a bulk phase. In order to investigate the transport mechanisms, modelling tools are often used to reproduce the liquids and membranes behaviour. Molecular dynamic simulations are very useful in that case to gain insight into the liquid properties at the molecular scale. The aim of this thesis is to improve the understanding of the electrolytes transport inside a model nanopore. For this purpose, molecular simulations were carried out to simulate two kind of systems composed of pore connected to reservoirs filled of water and salts. On one hand, we performed equilibrium simulations to analyse the structural, dielectric and dynamic properties of confined liquids. On the other hand, non-equilibrium simulations were performed to generate a pressure-driven fluid flow to investigate water and ions transport. This work is part of the MUTINA project founded by the French National Research Agency for Research (ANR 2011 BS09 002) about multi-scale modelling of ion transport in nanofiltration.

La compréhension des mécanismes d’absorption de l’eau, ainsi que l’arrangement moléculaire adopté par le réseau de molécules d’eau lors du confinement à l’échelle nanométrique, est crucial que ce soit pour l’optimisation de plusieurs applications, telles que la production d’énergie propre, la purification et le dessalement de l’eau, ou pour élucider certains processus complexes qui ont lieu dans les systèmes biologiques. Dans le cadre de cette thèse, l’hydratation contrôlée de trois systèmes poreux modèles suivie par spectroscopie infrarouge montre les effets de la nature des surfaces et des limitations stériques qui, en altérant les liaisons hydrogène établies entre les molécules d’eau, déclenche la formation de réseaux atypiques. La brillance de la source de rayonnement synchrotron infrarouge, exploitée par la ligne de lumière AILES au sein du synchrotron SOLEIL, a permis l’étude d’échantillons très absorbants en permettant de mettre en évidence la faible contribution de monocouches de molécules d’eau voire même de chaînes linéaires. L'effet d'une surface hydrophile sur la structure, la densité et la dynamique des molécules d'eau à l'interface a été étudié en mesurant l’absorbance d’une lamelle de Vycor poreux (pores d’environ 5 nm) à l’équilibre avec une pression de vapeur d'eau donnant lieu à la formation d’un réseau d’eau bi-dimensionnel. Les interactions fortes entre l’eau interfaciale et la surface hydrophile provoquent plusieurs transitions structurales du réseau d’eau expliquant ainsi les observations par d’autres techniques. Des similitudes et des différences surprenantes ont été observés entre l’hydratation d’une surface hydrophile et celle d’un système hydrophobe dans des conditions de confinement extrême : les nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNTs) ayant un diamètre de quelques Angstrom. Nos mesures ont montré que l’établissement d’un réseau de molécules d’eau unique peut être à l’origine du déplacement rapide des molécules d’eau à l’intérieur des nanotubes de carbone. Enfin, l’étude des mécanismes d’adsorption de la membrane Nafion, membrane modèle dans les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFCs), a permis de clarifier les processus en jeu lors de l’ionisation et la formation d’espèces protonique responsable de la remarquable conductivité ionique propre à cette famille de membranes.Cette méthodologie pourra être étendue à des systèmes plus complexes, tels que les réseaux de molécules d’eau dans les systèmes biologiques. / Understanding the water absorption mechanisms, and the molecular arrangement adopted by the water molecules upon confinement at the nanoscale is crucial both for technological applications, such as clean energy production, purification and desalination of water, and to unveil some of the complex processes occurring in biological systems.In this thesis, the controlled hydration of three porous model systems monitored by infrared spectroscopy shows the effects of surfaces forces and steric limitations that triggers the formation atypical networks by altering the hydrogen bonds established between water molecules. The brightness of the infrared synchrotron radiation source on the AILES beamline at synchrotron SOLEIL allowed to highlight the low contribution coming from water molecules arranged as monolayer or linear chains in highly infrared absorbent matrices. The effect of a hydrophilic surface on structure, density and dynamic of water molecules at interfaces was examined by measuring the absorbance of a porous Vycor slab (pores of about 5 nm) at equilibrium with the water vapor pressure needed to obtain a two-dimensional water network. The strong interfacial interactions between water and the hydrophilic surface cause several structural transitions on the water network elucidating the observations made by other techniques. Surprising similarities and differences are observed between the hydration of a hydrophilic surface and that of a hydrophobic system under extreme confinement: single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) having a diameter of several Angstroms. Our measurements have shown that the arrangement of a peculiar water network may be the origin of the enhanced water flux in carbon nanotubes. Finally, the study of the adsorption mechanisms of the Nafion membrane, the benchmark electrolyte in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs), has shed new light on the processes involved in the ionization and the formation of protonic species, accountable for the remarkable ionic conductivity typical of these membranes.This approach may be also extended to more complex systems, such as water molecules networks in biological systems.

Les enjeux de réduction des consommations des transports amplifie l'intérêt pour de nouveaux stockages d'énergie a forte densité de puissance et d'amortisseurs performants permettant d'alléger les structures. Les systèmes Hétérogènes Lyophobes (SHL) utilisent le mouillage forcé de matrices poreuses pour convertir les énergies mécaniques en énergies interfaciales qui peuvent ensuite être restituée(stockage) ou dissipée(amortisseur) selon le choix de liquide et de matériau. Ces systèmes ont été étudiés depuis les années 80 du fait de leurs propriétés prometteuses pour ces applications en amortissement et stockage d'énergie mécaniques mais aussi comme objet physique.L'application de ces systèmes requière de comprendre leurs intrusion et extrusion du liquide hors du volume poreux sur une plage de température et de durée d'intrusion.Un dispositif d'intrusion à haute pression (100 MPa) a été développé pour étudier l'impact de la température (5-70°C) et de la durée d'intrusion sur trois décades afin de mesurer précisément le comportement dynamique à échelle macroscopique.Ce dispositif a été utilisé pour étudier un matériau de porosité cylindrique (MCM-41) qui a été rendu non mouillant par un greffage hydrophobe en condition anhydre stricte qui a été intégré au laboratoire.Les pressions d'intrusions de l'eau dans le MCM-41 sur une large plage de durée et de température ont confirmé le modèle d'ancrage de la ligne de contact au cours de l'intrusion et à l'extrusion le modèle de nucléation de bulle avec la contribution majeure de la tension de ligne, mesurée sur les autres solutions aqueuses. Des mesures inédites avec de l'eau deutérée, des solutions salines jusqu'à saturation et en pH alcalin ont éclairé la contribution des liaisons hydrogènes, des ions et des silanols sur la pression d'intrusion et la dissipation d'énergie.Le deuxième matériau étudié (ZIF-8) présente une structure cristalline de cages nanométriques connectées par des ouvertures commensurables avec les molécules d'eau dont l'intrusion présente une hystérèse réduite pour le stockage d'énergie. Les mesures dynamiques précises ont montré au-dessus de 35°C un comportement inédit de constance de la pression d'intrusion sur trois décades de durée. Aux températures inférieures une surpression de grande ampleur en puissance -1/2 contraste avec les modèles de réponse linéaire et présente une dépendance affine en température.Des mesures dynamiques inédites avec de l'eau deutérée ont révélé un impact significatif des liaisons hydrogènes. Des particules de différentes durée de synthèse ont montré que la pression d'intrusion est principalement pilotée par des défauts et non la capillarité.Ces résultats inédits ont amené à réaliser des expériences de diffusion de neutrons sous pression qui ont apporté des mesures inédites de déformation des pores cylindriques sous l'effet de l'intrusion et confirmé l'existence de cluster d'eau séparé au sein du ZIF-8. / The stakes of reducing the consumption of transportation drives the interest in high density energy storage as well as shock absorbers to reduce the weight and power of vehicles.Heterogeneous Lyophobic Systems leverage forced wetting to convert mechanical energy into interfacial energy which can be recovered later (storage) or dissipated (damper) depending on the choice of liquid and material.These systems have been studied since the 80s because of their promising properties for damping and storage applications but also as a physics topic.Actual use of these systems require the understanding and control of their intrusion and extrusion pressures in a relevant range of temperatures and over different time scales.A macroscopic high pressure intrusion device (100 MPa) was developed to study the impact of temperature (5-70°C) and the duration of intrusion over three decades to measure precisely the dynamic behavior.This device was used to study a material with cylindrical pores (MCM-41) which was made non-wetting thank to anhydrous hydrophobic grafting protocol that has beenintegrated into the laboratory.Water intrusion pressures in the MCM-41 over a wide rangeof time and temperature confirmed the model of anchored contact line duringintrusion and the bubble nucleation model during extrusion.This confirmed the key contribution of line tension which was quantified and in water and on other aqueous solutions.Original measures with deuterated water, saturated brine andhigh pH have clarified the contributions from hydrogen bonds, ions and silanols to the intrusion pressure and energy dissipation.The second material (ZIF-8) is a crystal composed of nanometric cavities connected by openings as large as water molecules. Water intrusion has a low hysteresis suitable for storage and above 35°C a unprecedented behavior of constant pressure of intrusion spanning three orders of intrusion duration.At lower temperatures, intrusion pressures see ample increase scaling as a power law -1/2 which conflicts with linear response behavior. This descriptive model depends linearly on temperature, dropping to zero at 35°C.First measurements on deuterated water showed similar pattern and a strong impact of hydrogen bonds. Particles from different synthesis durations showed that the intrusion pressure is heavily dependent on inner defects and not capillarity.Those new results driving questions about microscopic mechanisms lead to neutron scattering experiments under pressure. These brought unprecedented measures of cylindrical pores deformations under intrusion and confirmed the division of water in ZIF-8 cavities.

L’endocytose dépendante de la clathrine (EDC) est la principale voie d’internalisation des récepteurs de surface et de leurs ligands. L’internalisation se fait suite à l’invagination de la membrane plasmique vers l’intérieur de la cellule suite à la formation, dans un premier temps, de puits recouverts de clathrine (PRCs) qui bourgeonnent ensuite en vésicules recouvertes de clathrine dans le cytosol. L’EDC est un processus très dynamique qui a lieu en l’espace de 30 sec-1mn. Elle est impliquée dans de multiples fonctions et permet ainsi à la cellule de réguler l’expression de ses protéines en surface, de répondre aux signaux de prolifération ou migration envoyés par l’environnement immédiat via l’activation de voies de signalisation spécifiques ou encore de réguler le renouvellement des composants de la membrane plasmique. De par son importance, des dérégulations de l’endocytose dépendante de la clathrine ont déjà été observées dans les cancers. Ces modifications peuvent impliquer directement l’EDC en modifiant ses composants ou indirectement lors d’altérations de récepteurs régulés par celle-ci. La progression tumorale est elle-même régulée par de multiples facteurs, notamment l’accumulation de mutations qui ont des conséquences sur les cellules cancéreuses elle-même ou bien sur l’environnement immédiat, formant ainsi la « niche tumorale ». Ces changements agissent réciproquement sur la progression tumorale afin de l’amplifier. Lors de la croissance tumorale, les cellules cancéreuses recrutent des fibroblastes qui vont participer au remodelage et à l’augmentation de la rigidité autour de la tumeur. La rigidité de la matrice extracellulaire est détectée par les cellules ce qui envoie des signaux déclencheurs de prolifération et de migration en conséquence. Cette détection passe essentiellement par les intégrines à la surface membranaire qui vont s’agréger et induire des cascades de signalisation impliquées dans ces réponses. Ces intégrines peuvent se regrouper dans deux types de structures, les adhésions focales et les structures recouvertes de clathrine. En ce qui concerne ces dernières, il a été démontré précédemment que la rigidité du substrat augmente sa force d’interaction avec les intégrines, et empêche ainsi l’internalisation des vésicules recouvertes de clathrine, on parle alors d’ « endocytose frustrée ». Cette rétention des structures recouvertes de clathrine à la surface provoque une signalisation soutenue à la surface au lieu de l’arrêter par dégradation ultérieure des récepteurs dans les lysosomes. Le laboratoire a démontré que les structures de clathrine frustrées capturent ainsi différent récepteurs conduisant à une signalisation accrue dans la voie de la MAP Kinase Erk. Mon projet de thèse repose sur ces observations en s’intéressant plus particulièrement au rôle d’une autre modification induite par la croissance tumorale, le confinement. En effet, en se multipliant de manière incontrôlée dans un environnement spatialement restreint, les cellules tumorales se retrouvent soumises à des forces de compression. Les résultats mis en évidence au cours de ma thèse ont montré que le confinement provoque, comme la rigidité, une frustration des structures de clathrine qui ne sont donc plus capables de soutenir l’endocytose des récepteurs. De plus, la compression cellulaire induit le clivage d’un pro-ligand de l’EGFR, le HB-EGF, ce qui conduit à l’activation paracrine de l’EGFR et à l’activation de la voie Erk. En effet, l’absence de facteurs de croissance dans le milieu ainsi que l’inhibition de ce clivage démontrent la nécessité de la mise en place de ce mécanisme. En résumé, le confinement induit le clivage du pro-ligand HB-EGF, qui à son tour va activer le récepteur à l’EGF. En parallèle, l’endocytose est ralentie et provoque une signalisation accrue à la membrane. Ces deux évènements coopèrent pour mener à une très forte activation de la voie Erk. / Clathrin-mediated endocytosis (CME) is the major route of endocytosis for many cargos in eukaryotic cells. Endocytosis takes place at clathrin-coated pits (CCPs), small assemblies of clathrin and clathrin adaptors randomly distributed at the plasma membrane. Clathrin polymerization induces the progressive bending of the plasma membrane resulting in the formation of a vesicle budding off into the cytosol. CME is a highly dynamic process with an average lifetime of CCPs in the order of 30 seconds. In this manner, CME fulfills a range of different functions and enables cells to regulate the surface expression of proteins, to sample the cell’s environment for growth and guidance cues, to control the activation of signaling pathways and to turn over membrane components by sending these components for degradation in the endo-lysosomal pathway. A deregulation of the endocytic pathways was previously shown to be involve in cancer. These modifications can affect CME directly by modifying its actors, or indirectly with mutations on receptors or cargoes undertaken by CME. Tumor progression is dependent of several factors, the first one involving the accumulation of mutations which results in modifications in the cells themselves or on their surrounding environment by changing its biochemical and physical properties, leading to the formation of the tumor niche. These changes reciprocally foster cancer progression. During tumor growth, fibroblasts will be recruited around tumor cells, leading to the remodeling of the microenvironment and to an increase of rigidity nearby the tumor. This stiffness is sensed by the cells and send signals for proliferation and migration as a result. Stiffness sensing engages mainly integrins at the cell surface which will aggregate and initiate signaling cascades accountable for these responses. Integrins are capable of clustering into two types of structures: focal adhesions and clathrin-coated structures (CCSs). Regarding CCSs, it was shown previously that high stiffness strengthen the interaction between integrins and the substrate, hence preventing the budding off of the vesicle, and this is referred to as “frustrated endocytosis”. This holding of CCSs at the cell surface promotes a sustained signaling at the plasma membrane instead of a signal termination after internalization and further degradation in lysosomes. My PhD project relied on these previous findings, with a particular focus on another mechanical alteration observed in tumors, the confinement. Indeed, during the uncontrolled proliferation of cancer cells in a spatially restricted area, cells become subjected to compressive forces. The results I obtained indicate that confinement leads to frustrated endocytosis and hence to sustained signaling from the plasma membrane. In addition, compression also leads to HB-EGF shedding at the cell surface, and the resulting EGF product activate the EGFR in a paracrine manner, thus leading to the activation of the MAP kinase Erk signaling pathway. Indeed, both the absence of EGFR ligands in the medium and the inhibition of the shedding demonstrate the necessity of this mechanism in EGFR activation. To sum up, confinement induces the shedding of the EGFR pro-ligand HB-EGF necessary to EGFR activation in these conditions. Simultaneously, endocytosis is delayed and frustrated endocytosis leads to sustained signaling at the cell surface. Together, these events cooperate to strongly activate the Erk pathway. These findings highlight the interplay between the physical feature of the tumor environment and signaling pathways known to govern tumor growth.