Le sujet de cette thèse porte sur l'élaboration du nouveau nanomatériau par la gravure électrochimique bipolaire (BEE) -- le Ge mésoporeux et sur l'analyse de ses propriétés physico-chimiques en vue de son utilisation dans des applications photovoltaïques. La formation du Ge mésoporeux par gravure électrochimique a été précédemment rapportée dans la littérature. Cependant, le verrou technologique important des procédés de fabrication existants consistait à obtenir des couches épaisses (supérieure à 500 nm ) du Ge mésoporeux à la morphologie parfaitement contrôlée. En effet, la caractérisation physico-chimique des couches minces est beaucoup plus compliquée et le nombre de leurs applications possibles est fortement limité. Nous avons développé un modèle électrochimique qui décrit les mécanismes principaux de formation des pores ce qui nous a permis de réaliser des structures épaisses du Ge mésoporeux (jusqu'au 10 ?m ) ayant la porosité ajustable dans une large gamme de 15% à 60%. En plus, la formation des nanostructures poreuses aux morphologies variables et bien contrôlées est désormais devenue possible. Enfin, la maîtrise de tous ces paramètres a ouvert la voie extrêmement prometteuse vers la réalisation des structures poreuses à multi-couches à base de Ge pour des nombreuses applications innovantes et multidisciplinaires grâce à la flexibilité technologique actuelle atteinte. En particulier, dans le cadre de cette thèse, les couches du Ge mesoporeux ont été optimisées dans le but de réaliser le procédé de transfert de couches minces d'une cellule solaire à triple jonctions via une couche sacrificielle en Ge poreux.

Les conséquences économiques, politiques et environnementales de la consommation énergétique galopante de nos sociétés nécessitent le développement d'énergies renouvelables. Le dihydrogène est un des principaux candidats à ce poste. Sa production par électro- ou photolyse de l'eau est réalisée par des catalyseurs métalliques. Dans le processus de la photosynthèse, cette réaction est réalisée par un agrégat d'ions manganèses liés par des ponts oxo, selon un mécanisme qui reste inconnu. Le développement de nouveaux catalyseurs de coût plus faible nécessite la compréhension des mécanismes fondamentaux de la réaction d'oxydation de l'eau. Notre travail de thèse a consisté à étudier les étapes élémentaires de cette réaction, à savoir, l'activation d'une molécule d'eau par des complexes de manganèse. Nous avons étudié pour cela la formation par voie électrochimique de complexes mononucléaires manganèse(IV) et (V)-oxo. Le premier chapitre traite de la problématique environnementale et énergétique actuelle. Le second chapitre décrit les éléments fondamentaux de la chimie du manganèse, ainsi que la structure et le fonctionnement de l'enzyme responsable de l'oxydation de l'eau. Une approche générale de la catalyse artificielle d'oxydation de l'eau est également présentée, ainsi que les objectifs de nos travaux. Le chapitre trois présente la synthèse et la caractérisation d'une nouvelle famille de ligands tétradente et des complexes de nickel(II) et de manganèse(III) correspondant. La préparation électrochimique de complexes de nickel(III) et manganèse(V) est présentée. Le chapitre quatre décrit la préparation d'un complexe mononucléaire manganèse(IV)- oxo par oxydation électrochimique d'un complexe manganèse(II)-aqua. Le complexe de manganèse(IV), ainsi que certains intermédiaires de manganèse(III) ont été caractérisés par différentes techniques spectroscopiques. Le chapitre cinq présente la synthèse d'une famille de ligands pentadentes et des complexes de manganèse(II) et (III) correspondant. La formation électrochimique de deux complexes de manganèse(IV) mononucléaire et (III/IV) dinucléaire nous renseigne sur les critères régissant la nucléarité au sein d'une même famille de ligands. Le chapitre six présente la synthèse d'un ligand possédant une double cavité, pour l'élaboration de complexes dinucléaires de manganèse en face-à-face.

<p align="justify">Le but de ce travail a été l'étude de la technique d'électropolymérisation en vue d'obtenir les meilleurs films possibles pour l'application de protection contre la corrosion de métaux non nobles, par formation à leur surface de films de polymères.</p> <p align="justify">Une étude bibliographique des divers cas déjà envisagés dans la littérature nous a permis de nous faire une opinion sur les composés susceptibles de présenter un intérêt et de choisir ceux que nous allions étudier. Cette étude bibliographique est assez volumineuse, de nombreux cas ayant été abordés par divers groupes de chercheurs partout dans le monde. Chacun des laboratoires s'est attaché à l'étude d'une propriété ou d'un paramètre particulier et il est assez difficile de synthétiser ces résultats. Nous avons relevé la liste des paramètres importants ayant une influence tant au point de vue des propriétés de conductivité des dépôts obtenus qu'en ce qui concerne leurs propriétés mécaniques, leur morphologie et leur adhérence au substrat. Ces paramètres comprennent la nature du substrat sur lequel on réalise l'électropolymérisation, le type de solvant, le type et la concentration en électrolyte support dans la solution, la concentration en monomère, les conditions de synthèse (mode potentiostatique, intensiostatique ou balayage en potentiel, durée de maintien du potentiel ou de la densité de courant, valeur de ce potentiel ou de cette densité de courant ou encore vitesse du balayage en potentiel, température), etc. Il faut d'ailleurs signaler qu'il existe bien entendu des influences croisées, entre autres entre la morphologie, la conductivité, la couleur et le taux de dopage.</p> <p align="justify">Le choix d'un composé doit se faire en tenant compte des propriétés intrinsèques et de l'usage que l'on veut faire du polymère obtenu. Le choix des paramètres de synthèse devra résulter d'un compromis puisque plusieurs propriétés des films sont influencées en sens divers par ces paramètres. Par exemple, une structure plus régulière, et donc a priori plus conductrice, semble être obtenue par augmentation de la taille du contre-ion dopant dans le cas du pyrrole, mais le changement de nature du contre-ion peut également faire varier le taux d'insertion de ceux-ci dans le polymère, facteur qui aura aussi un effet sur la conductivité et sur la morphologie du film formé. Le type de substituant et sa position sur le monomère sont aussi à prendre en considération.</p> <p align="justify">Le premier composé envisagé dans la partie expérimentale est la 2-vinylpyridine. Ce cas a été choisi parce qu'il s'agissait d'une électropolymérisation par réduction, méthode qui nous paraissait intéressante puisqu'elle présente l'avantage d'éviter tout risque d'oxydation du substrat lors de la formation du film. La réaction secondaire de dégagement d'hydrogène simultanée à la formation du film nous a cependant conduit à la conclusion que ce procédé n'offrait pas que des avantages.</p> <p align="justify">Les films de poly-2-vinylpyridine formés semblent être constitués de polymères à assez faible degré de polymérisation et relativement adhérents au substrat métallique, mais présentent l'inconvénient d'être poreux et irréguliers du fait du dégagement d'hydrogène gazeux au cours du processus de synthèse. Ils sont constitués principalement de carbone et d'azote, et ce dans un rapport proche de celui du monomère. D'après les comparaisons des spectres infrarouge et ultraviolet de ces films avec ceux de poly-2-vinylpyridines obtenues par voie chimique, il s'agirait bien de ce composé. Bien que notre but n'était pas de déduire le mécanisme conduisant à la formation du polymère, nous avons pu déterminer que la réduction conduisant à la formation de ces dépôts nécessitait un échange d'un électron par molécule de monomère présente dans la chaîne polymérique. La conductivité électronique des films est faible. Leur croissance aurait plutôt lieu par un mécanisme ionique dans lequel des molécules de monomère pourraient diffuser au travers de la couche polyédrique déjà formée et qui, une fois chargées, pourraient soit se combiner à d'autres monomères au niveau du substrat, soit diffuser dans le film et aller former du polymère à sa surface, au contact de la solution d'électropolymérisation.</p> <p align="justify">Parmi les composés qui peuvent être obtenus lors d'une électropolymérisation par oxydation, nous avons choisi le pyrrole qui nous a semblé particulièrement intéressant pour une application de protection vis-à-vis de la corrosion de l'acier doux. Ce dérivé hétéroaromatique possède en effet, par rapport à ses homologues thiophène et furanne, un potentiel d'oxydation relativement peu élevé, c'est-à-dire peu anodique. Il est de plus bien soluble dans des milieux aqueux et possède de bonnes propriétés d'adhérence pour autant qu'il soit formé en présence d'électrolyte conduisant à la passivation du fer. Son électropolymérisation n'est pas inhibée par la présence d'eau comme c'est le cas du thiophène. Les propriétés mécaniques du polypyrrole, meilleures que celles de la polyaniline qui est également obtenue par oxydation électrochimique, constituent également un élément en sa faveur. Parmi les solutions dignes d'intérêt pour la polymérisation électrochimique de ce monomère, le cas de la solution aqueuse d'acide oxalique s'est révélé particulièrement intéressant. Elle permet en effet la formation d'un film passivant d'oxalate de fer sur le substrat, suivie d'un dépôt polymérique très adhérent, noir et conducteur.</p>

De par leur excellente résolution spatiale et leurs propriétés particulières, les ultramicroélectrodes (UME) constituent des outils de choix pour l'étude de mécanismes biologiques de sécrétion à l'échelle de la cellule unique. En configuration " synapse semi-artificielle ", du fait de la faible distance qui sépare la cellule émettrice de l'UME, les molécules sont libérées dans un faible volume, induisant alors des concentrations suffisamment élevées pour être détectables par électrochimie. Ainsi, les UME offrent la possibiIité de mesurer des flux, même infimes, de molécules électroactives en temps réel. Cette technique analytique a été utilisée, complétée ou adaptée afin d'étudier deux phénomènes biologiques : l'exocytose vésiculaire et le stress oxydant cellulaire. L'analyse ampérométrique de l'exocytose, mécanisme impliqué dans la communication cellulaire, permet l'étude quantitative de la cinétique de libération des molécules intravésiculaires libérées dans le milieu extracellulaire. L'UME, placée dans le milieu extérieur, n'apporte pas d'information quant au statut des vésicules avant la fusion. Pour compléter ces informations, nous avons développé, par des techniques de microfabrication, un microsystème constitué d'électrodes conductrices et transparentes d'ITO permettant un couplage des détections ampérométrique et optique (microscopie TIRF) pour l'étude de la sécrétion des cellules BON BC21. L'ampérométrie à quatre potentiels constants, utilisée au laboratoire pour la détection des ROS/RNS libérées par les macrophages, cellules du système immunitaire, nécessite un grand nombre d'expériences pour s'affranchir de la variabilité cellulaire et des différences de sensibilité des UME. Afin de réduire considérablement le temps d'expérience, nous avons développé un microsystème constitué de quatre chambres de mesure, chacune contenant un jeu de trois électrodes. Ces quatre chambres permettront, à terme, le suivi et la détection simultanée en temps réel des variations de production de H2O2, ONOO-, NO* et NO2- libérées par une cellule.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Depuis de nombreuses années des chercheurs imitent le vivant afin d'obtenir des systèmes capables de s'adapter à des environnements de plus en plus complexes. Aujourd'hui aucune des technologies classiques n'est capable de rivaliser complètement avec le fonctionnement d'un muscle. L'objectif de ce travail est de synthétiser et d'intégrer une nouvelle génération d'actionneurs-capteurs à base de réseaux interpénétrés de polymères conducteurs dans des systèmes de perceptions biomimétiques. Nous avons tout d'abord réalisé la synthèse et la caractérisation d'une nouvelle matrice hôte à base de réseaux interprétés de polymères (RIP) combinant de bonnes propriétés mécaniques du caoutchouc nitrile (NBR) et de conductivités ioniques du poly (oxyde d'éthylène). Nous avons ensuite incorporé dans cette matrice hôte un polymère conducteur électronique, le poly (3,4-éthylènedioxythiophène), par polymérisation in situ. Nous avons caractérisé les effets de différents paramètres de synthèse sur la localisation et la morphologie du polymère conducteur au sein de la matrice. Puis nous avons caractérisé les propriétés d'actionneurs et de capteurs de ces matériaux électroactifs. Enfin nous avons réalisé l'intégration de ces matériaux dans deux prototypes de systèmes de perceptions biomimétiques, le premier tactile imitant les vibrisses du rat et le deuxième visuel imitant les muscles oculomoteurs. Finalement, nous concluons que les propriétés et performances de cette nouvelle génération d'actionneurs-capteurs permettent leurs intégrations dans des systèmes de perceptions spécifiques pouvant être utilisés sur un robot mobile. / For many years researchers mimic the living in order to obtain systems that can adapt to complex environments. Today no conventional technology is able to fully compete with the functioning of a muscle. The objective of this work is to synthesize and integrate a new generation of actuators and sensors based on interpenetrating polymer networks of conductive polymers in biomimetic perceptions systems. We first carried out the synthesis and characterization of a novel host matrix based on interpreted polymer networks (IPN) combining good mechanical properties of nitrile rubber (NBR) and ionic conductivities of poly(ethylene oxide ) (PEO). Then, We incorporated into this host matrix an electronically conductive polymer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), by in situ polymerization. We characterized the effects of various synthesis parameters on the location and morphology of the electrically conductive polymer within the matrix. Then, we characterized the actuation and sensing properties of these électroactive materials. Finally, we completed the integration of these materials into two prototypes of biomimetic perceptions. The first one tactile is imitating and emulating tactile perception of the rat vibrissae. The second one visual is imitating the extraocular muscles. Finally, we conclude that properties and performances of this new generation of sensor-actuators allow their integration into specific perception system that can be used on a mobile robot.

Les sources d'approvisionnement en énergie proviennent essentiellement des matières fossiles, qui se raréfient et dont la combustion relargue dans l'atmosphère des polluants et gaz à effet de serre.Un vecteur d'énergie apparaît comme l'avenir pour subvenir aux besoins énergétiques de la planète : l'hydrogène ; cependant, son coût de production reste très élevé.Dans la nature, des enzymes, les hydrogénases, sont capables de produire et d'oxyder l'hydrogène de manière très efficace. Les scientifiques se sont alors inspirés de ces enzymes afin de concevoir des complexes qui seraient des catalyseurs bien plus robustes pour produire de l'hydrogène.Au cours de cette thèse, nous avons pris comme source d'inspiration les hydrogénases [NiFe], dont le site actif est composé d'un coeur bimétallique Ni-Fe coordiné par quatres ligands thiolates.Nous avons synthétisé divers ligands en vue d'obtenir des complexes polymétalliques de Ni, Fe ou Ru, rassemblant ce qui semble être quelques unes des propriétés clés de l'activité des hydrogénases [NiFe] : ligands thiolate sur le nickel, dont deux pontants avec le second métal, géométrie tétraédrique du nickel. Pour cela, de nouvelles familles de ligands polythiolates ont été conçues et préparées.Les complexes ainsi préparés ont été caractérisés et leur activité évaluée par différentes techniques, dont la voltammétrie cyclique et l'électrolyse couplé à une GC, qui nous ont permis d'évaluer l'activité de nos catalyseurs (TON, TOF, surtension). Un des catalyseurs actifs a été utilisé comme support pour des simulations en DFT qui nous ont aidés à mieux comprendre le mécanisme catalytique de production d'hydrogène. / The energy supply sources are mainly based on fossil materials which are growing scarce and release pollutants and greenhouse gases.In this context, an energy vector appears as the future to feed the energetic needs of the planet: the Hydrogen; but its current production costs remain very high.Nature has deviced enzymes, hydrogenases, able to produce and oxidize hydrogen very efficiently. Nevertheless, the manipulation of these organisms is not easy, notably because of their susceptibility (oxygen inhibition, organic solvents, high temperatures), and their production costs are high.So, scientists have taken this inspiration source in order to design biomimetic and bioinspired models, which would much more robust and cheap catalysts to produce hydrogen.During this thesis, we have drawn our inspiration from [NiFe] hydrogenases, where the active site is a Ni-Fe core coordinated by four thiolate ligands. Our goal has been to design new polythiolate ligands, that gather some of the key hydrogenases [NiFe] properties responsible for their activity: thiolate ligands on the nickel, among them two brinding with the second metal, nickel tetraedric geometry.The synthesised complexes have been characterized and their activity tested (TON, TOF, overvoltage) by different techniques, among them cyclic voltammetry and electrolysis coupled to a GC.Finally, the bests have been tested further, thank to bulk electrolysis, which, coupled to a GC system, has enabled us to qualify and quantify the hydrogen production.One of our most active catalysts has been used as a support for DFT calculations, helping us to better undersand the catalytic hydrogen evolving mechanism.

La D-sérine, co-agoniste endogène du récepteur N-Méthyl D-Aspartate, est impliquée à la fois dans des fonctions physiologiques telles que l'apprentissage et le vieillissement et dans des pathologies psychiatriques et neurodégénératives comme la schizophrénie ou la sclérose latérale amyotrophique. Ce travail de thèse est composé de deux parties. Premièrement, je me suis intéressée aux mécanismes de régulation de la D-sérine extracellulaire. A l'aide de biocapteurs enzymatiques développés au laboratoire, nous avons évalué, in vivo, la diffusion de la D-sérine à travers la barrière hématoencéphalique et estimé sa concentration dans différents compartiments. Nous avons aussi montré que la recapture de la D-sérine est assurée par les transporteurs de type ASC et que sa dégradation est effectuée par la D-amino acide oxydase dans le cervelet et par la sérine racémase dans le cortex. Deuxièmement, j'ai étudié l'implication de la D-sérine dans le status épilepticus, un modèle présentant une forte excitotoxicité avérée. Nous avons tout d'abord développé une méthode de comptage automatique pour quantifier précisément la mort neuronale. Puis nous avons enregistré les concentrations de D-sérine et de glutamate extracellulaires lors du status épilepticus et nous avons montré que ces deux transmetteurs ont leur concentration augmentée dans le cortex piriforme/amygdale, zones fortement touchées par l'excitotoxicité. En revanche dans le cortex où il n'y a pas de perte neuronale excitotoxique, leur concentration reste inchangée. Mieux comprendre la régulation de la D-sérine et son rôle pathologique est essentiel pour développer et adapter des traitements / D-serine, an endogenous agonist of the N-methyl-D aspartate receptor, is implicated both in physiological functions like learning, aging and in psychiatric and neurodegenerative diseases like schizophrenia and amyotrophic lateral sclerosis. This thesis work is composed of two parts. First, I studied the mechanisms regulating D-serine extracellular concentration in the brain. With biosensors developed in the laboratory, we evaluated D-serine diffusion across the blood brain barrier and estimated its concentration in different compartments in vivo. We have shown that D-serine reuptake is mediated by ASC transporters and that its degradation relies on D-amino Acid oxidase in the cerebellum and on serine racemase in the cortex. Second, I have study the implication of D-serine in neuronal lesions produced by status epilepticus, a pathological model in which excitotoxicity is demonstrated. We have developed an automatic software to determine the density of neurons in a brain slice and identify the brain regions with most neuronal lesions following status epilepticus. We have then recorded the extracellular D-serine and glutamate concentration during status epilepticus and demonstrated that the concentration of both transmitters is increased in piriform cortex/amygdala, area corresponding to extended excitotoxic neuronal death. However, in the cortex, an area without excitotoxic neuronal death, D-serine and glutamate concentration are constant. Understanding D-serine regulation and its pathological implication is essential to develop new treatment for protecting the neuronal tissue against excitotoxic insult

Les travaux menés au cours de cette thèse portent sur la microfabrication d'interfaces neuro-électroniques pour des applications en neurosciences. Nous avons choisi de nos focaliser sur la réhabilitation fonctionnelle motrice et sensorielle en développant différentes matrices de micro-électrodes (MEA) respectivement, des sondes neuronales rigides et des implants rétiniens souples. Selon les applications visées, deux types de substrats ont été utilisés pour concevoir ces MEA. Pour des analyses ou expériences in-vitro, les MEA (sondes neuronales) ont plutôt été réalisées sur des substrats rigides tels que le silicium ou le verre, tandis que pour les expériences in-vivo, les MEA (implants rétiniens) ont été réalisées sur des substrats souples tels que des polymères biocompatibles (polyimide ou parylène). Ces MEA ont été fabriquées avec différents matériaux d'électrodes (diamant dopé, platine, platine noir et or) qui ont également été testés afin de déterminer leur capacité en enregistrement et/ou stimulation. De plus, à l'aide de travaux de modélisation numérique, nous avons validé le concept d'une géométrie tridimensionnelle avec grille de masse permettant une stimulation plus focale des cellules. Cette thèse a ainsi contribué à stabiliser différents procédés de fabrication pour obtenir des MEA plus reproductibles ainsi que pour améliorer leur rendement. Elle a également permis d'établir un suivi et un protocole expérimental pour assurer une traçabilité des MEA et contrôler leur performances à toutes les étapes : depuis leur fabrication au moyen de techniques électrochimiques (CV, EIS) jusqu'aux expériences biologiques in-vitro et in-vivo / The work lead during this thesis deals with microfabrication of neuro-electronic interfaces for neuroscience applications. We have chosen to focus on motor and sensory function rehabilitations by developing Micro-Electrode Arrays (MEA) respectively, rigid neural probes and flexible retinal implants. According to the targeted applications, two types of substrates have been used to achieve these MEA. For analysis or in vitro experiments, neural probes MEA have been realized on rigid substrates such as silicon or glass whereas for in-vivo experiments, retinal implants MEA have been realized on flexible substrates such as biocompatible polymers (polyimide or parylene). These MEA were made with different electrode materials (boron doped diamond, platinum, black platinum and gold) which have been tested to determine their capability in recording and/or stimulation. Moreover, with numerical modelling work, we have validated a tridimensional geometry concept with a ground grid which permits a more local stimulation of cells. This thesis has contributed to stabilize different fabrication processes to obtain more repeatable MEA and also to improve their yield. It also allowed the set-up of a follow-up and an experimental protocol to insure MEA traceability and to monitor their performances at each step since their fabrication through means of electrochemical techniques (CV, EIS) to in vitro and in-vivo biological experiments

L’étude et la compréhension des interactions existantes entre semi-conducteur et nanoparticules métalliques sous irradiation est primordiale pour l’amélioration de leurs performances. Dans cette étude, trois composites oxydes semi-conducteur-métal ont été synthétisés : TiO2-Ag, Fe2O3-Ag et WO3-Ag. La synthèse des films mésoporeux de TiO2, Fe2O3 et WO3 a été effectuée par voie sol gel à l’aide de copolymères à bloc, avec la méthode d’auto-assemblage induit par évaporation (EISA). Les nanoparticules d’argent sont formées dans un deuxième temps par réduction chimique de sels dans la porosité des films. L’étude photo-électrochimique de ces composites a permis de mettre en évidence différents phénomènes : le potentiel d’électroréduction des ions Ag+ dans une matrice de TiO2 mésoporeuse peut être modulé par l’effet de la lumière. Ce phénomène semble résulter d’un effet de passivation des NP Ag par TiO2 qui dépend des conditions d’insolation. Des effets de rechargement de l’électrode poreuse en espèce Ag+ ont aussi été observés, sous l’action simultanée de la chrono-ampérométrie et de l’irradiation / The study and understanding of existing interactions between semiconductor and metal nanoparticles under irradiation is essential for improving their performance. In this study, three semiconductor-metal oxide composites were synthesized: TiO2-Ag, Fe2O3-Ag and WO3-Ag. The synthesis of the mesoporous films of TiO2, Fe2O3 and WO3 was carried out by gel sol method using block copolymers, with the method of self-assembly induced by evaporation (EISA). The silver nanoparticles are formed in a second time by chemical reduction of silver salts in the porosity of the films. The photo-electrochemical study of these composites made it possible to highlight various phenomena: the electroreduction potential of Ag+ ions in a mesoporous TiO2 matrix can be modulated by the effect of light. This phenomenon seems to result from a passivation effect of the NP Ag by TiO2, which depends on the insolation conditions. Charging effects of the porous electrode in Ag+ species have also been observed, under the simultaneous action of chrono-amperometry and irradiation