Les techniques de structuration et de fonctionnalisation de surfaces aux échelles micro- et nanométriques connaissent un intérêt croissant lié aux possibilités qu'elles offrent pour l'étude des phénomènes fondamentaux à faible échelles et aux avancées technologiques qu'elles permettent dans les domaines de l'électronique, de la photonique et de la bio-ingénierie. Parmi les nombreuses techniques qui ont été développées durant les dernières décennies, les méthodes reposant sur l'utilisation de microleviers pour le dépôt de faibles volumes de liquide offrent, entre autre, l'avantage d'être directes et parallélisées, et sont particulièrement adaptées aux applications biologiques. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la conception et la réalisation d'un système de dépôt de gouttes micrométriques à l'aide de matrices de leviers en silicium. L'originalité de ce système, nommé Bioplume, repose sur l'intégration de capteurs de forces et sur l'utilisation de méthodes de dépôt assistées par champ ou par auto-assemblage pour contrôler in-situ la taille, l'uniformité et la composition des motifs réalisés. Le système fonctionne en boucle fermée afin d'automatiser la fabrication de micromatrices de spots tout en garantissant la correction des erreurs d'alignement et le contrôle de la force exercée et du temps de dépôt. Après avoir validé le chargement assisté par électromouillage et le dépôt de solutions biologiques, nous utilisons les phénomènes d'auto-organisation afin de créer directement, à partir de solutions de nanoparticules, des microspots cristallins. Enfin, à l'aide d'électrodes incorporées aux leviers, des réactions électrochimiques sont induites dans les volumes de liquides déposés (de l'ordre du picolitre), permettant l'électrodéposition de cuivre et l'éléctropolymérisation de pyrroles. Les nombreuses fonctionnalités apportées à ce système pendant cette thèse permettent d'étendre ses capacités, faisant de Bioplume une solution fiable et complémentaire au x techniques de jet d'encre et de dip-pen en terme de taille de motifs.

La définition d'un produit fait appel à l'utilisation d'un langage établi entre les acteurs intervenant dans le cycle de vie du produit : concepteur, fabricant et métrologue. Il peut s'agir d'un langage commun, c'est le cas de la norme ISO, ou spécifique. Il permet de définir la manière dont doivent être spécifiées une cote, la ou les tolérances, ainsi que les défauts géométriques de forme, position et orientation. La production des pièces ne pouvant être parfaite, il est nécessaire de trouver un compromis entre le besoin du concepteur et les procédés de fabrication. La maîtrise des variations admissibles de la géométrie réelle autour de la géométrie cible est un enjeu du tolérancement géométrique. Les modèles définissant ces variations sont nombreux mais restent incomplets pour caractériser le défaut de forme. L'objet des travaux présentés dans ce mémoire est de définir un nouveau paramétrage des formes à partir duquel nous construisons un modèle de tolérancement de forme. Nommé paramétrage modal, il modélise un élément géométrique dans un espace de formes géométriques, issues de la mécanique vibratoire. Dans un premier temps, le paramétrage modal est utilisé pour visualiser les défauts géométriques des surfaces et fait l'objet d'une méthode d'expertise des surfaces en métrologie, la Métrologie Modale des Surfaces (MemoSurf®). Au delà de la visualisation, la métrologie est également une étape de vérification des spécifications géométriques. C'est pourquoi dans un deuxième temps, nous développons une méthode permettant d'estimer la précision d'un assemblage avec défauts de forme. La définition des exigences fonctionnelles est indispensable à tout modèle de tolérancement. Nous proposons donc, dans la dernière partie de ce document, de définir un langage de spécification à travers le paramétrage modal. Deux démarches sur des problématiques industrielles sont présentées dans l'optique d'estimer les variations admissibles des paramètres modaux relatives à la maîtrise d'un procédé et à la spécification d'un besoin.

Les nanomatériaux représentent un sujet de recherche en plein essor dans des domaines variés : D'une part, la miniaturisation augmente la vitesse de transmission et le stockage de l'information dans les technologies de la communication. D'autre part, la réduction en taille des matériaux révèle des propriétés physiques (optiques, électriques, etc.) nouvelles et étonnantes qui ouvrent la voie à de nombreuses applications (dispositifs nanoélectroniques, capteurs moléculaires etc.). Un grand défi consiste à fabriquer ou intégrer des nanostructures fonctionnelles afin d'exploiter leurs propriétés physiques intrinsèques. Dans ce contexte, nous avons développé une nouvelle approche de nanofabrication à partir de nanomatériaux colloïdaux basée sur l'assemblage par forces de capillarité. Cette technique consiste à contrôler l'évaporation en milieu confiné d'une suspension colloïdale sur un substrat lithographié grâce à un dispositif thermoélectrique associé à un système d'aspiration d'air. Les phénomènes physiques mis en jeu pendant l'assemblage ont été étudiés aussi bien à l'échelle macro- que nano-scopique. Ainsi, la température et le débit d'aspiration se sont révélés être des paramètres complémentaires pour le contrôle de l'évaporation, le déplacement de la ligne de contact, l'angle de contact et le mouvement colloïdal. De cette manière, des colloïdes de taille et nature (or et polystyrène allant de 50 nm à 1 μm) variées ont été assemblés dans des structures complexes. En particulier, des objets métalliques déterministes ont été crées afin d'étudier leurs interactions plasmoniques. Des dimères d'or de distance inter-particule variable ont démontré un fort couplage plasmonique.

L'incorporation d'éléments f au sein d'architectures polymétalliques et organisées est d'un intérêt fondamental en chimie supramoléculaire et permet la mise au point de composés combinant une taille nanométrique avec les propriétés optiques ou magnétiques des ions métalliques Ln(III). Cependant, à cause des difficultés liées au contrôle de l'environnement de coordination de ces ions, les assemblages de complexes polynucléaires à base de lanthanides ont été beaucoup moins étudiés que les autres systèmes et la construction de tels assemblages reste encore un véritable défi. Afin de mieux comprendre les facteurs régissant l'assemblage des complexes polymétalliques, nous avons conçu deux types différents de ligands organiques, favorisant, dans un cas, la formation de complexes infinis (ou polymères de coordination), et dans l'autre, l'assemblage d'architecture polymétalliques discrètes. Ainsi, nous montrons que l'utilisation de ligands dérivés de l'unité picolinate, flexibles et multidentes permet la formation de polymères de coordination présentant des propriétés de luminescence très intéressantes. La géométrie du ligand a une grande influence sur l'architecture finale du réseau. En particulier, l'incorporation de quatre unités picolinates au sein d'un ligand tétrapode résulte en la formation contrôlée de réseaux à une dimension. Inversement, pour favoriser l'assemblage contrôlé de complexes polymétalliques discrets des ligands dissymétriques et de faible denticité ont été utilisés. Les études de complexation d'un ligand tridente dérivé de l'unité 8 hydroxyquinoléine et d'un ligand tétradente possédant un cycle oxazoline sont présentées.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude de l'auto-arrangement de molécules organiques conjuguées par microscopie à effet tunnel. Les propriétés semi-conductrices et d'auto-assemblage des molécules présentées dans ce manuscrit en font des matériaux prometteurs pour l'électronique organique. L'étude a tout d'abord porté sur des molécules planaires dérivées des HBC (hexa-péri-hexabenzocoronène) physisorbées sur des surfaces atomiquement planes de graphite et d'or(111). Il a été possible de créer deux types de structures hautement ordonnées, d'une part des monocouches constituées de molécules adsorbées à plat sur la surface, d'autre part des monocouches où les molécules de HBC forment des colonnes allongées sur la surface. La stabilité de ces monocouches colonnaires a ensuite été augmentée par l'introduction de fonctions greffantes dans la structure des molécules, ceci menant à la chimisorption sur des surfaces d'or des molécules constitutives des colonnes. Par ailleurs, l'influence d'une couche tampon de n-alcanes longs sur l'auto-arrangement de molécules de HBC a été étudiée. Dans ce cadre, nous avons mesuré en temps réel et in-situ les transitions de phases ayant lieu sur la surface à l'échelle moléculaire ainsi que les premiers instants du dépôt. Finalement, la dernière partie de cette thèse a porté sur l'utilisation de monocouches tampons lacunaires constituées d'oligothiophènes bidimensionnels dans le but de complexer des molécules de fullerènes C60.

Les microtubules jouent un rôle central dans l'organisation et la vie cellulaire. L'assemblage des microtubules présente des comportements non linéaires et mal compris comme l'instabilité dynamique. Nous avons voulu déterminer les paramètres limitant la réaction d'assemblage des microtubules, puis isoler des effecteurs de cette réaction. Des études cinétiques ont été réalisées dans des conditions expérimentales simples où tous les paramètres de la réaction ont été mesurés. D'après nos résultats, la nucléation des microtubules se produirait en deux étapes : formation rapide et irréversible d'oligomères de tubuline puis assemblage de ces oligomères en microtubules. La vitesse d'élongation des microtubules est indépendante de la concentration en tubuline-GTP : cette vitesse d'élongation est sans doute limitée par les propriétés structurales des microtubules. Enfin, le désassemblage des microtubules se produirait par catastrophes et serait stimulé par des oligomères de tubuline se formant au cours de la réaction. Dans une seconde partie, nous avons produit des oligomères de tubuline stimulant la nucléation des microtubules par pontage covalent modéré des microtubules. Ces oligomères sont constitués par assemblage latéral de 10 dimères de tubuline et s'agrègent par quatre pour former un microtubule. Les microtubules formés dans nos conditions en présence d'oligomères de nucléation ne désassemblent pas spontanément : ces conditions permettront de rechercher des facteurs de catastrophe. Enfin, nous avons développé une procédure chromatographique pour isoler des protéines liant la tubuline. Les partenaires de la tubuline sont isolés à l'état natif et se prêtent à des tests fonctionnels. L'utilisation des techniques de cartographie peptidique a permis d'identifier les protéines par spectrométrie de masse. Nous avons ainsi isolé des protéines connues pour contrôler la dynamique des microtubules, mais d'autres, inconnues restent à étudier.

Les lasers solides dopés terres rares ont certains avantages: ils sont compacts, possèdent un fort rendement et leur faisceau est de bonne qualité. Le principal problème limitant la puissance est la production de chaleur inhérente au processus laser. Cette thèse comporte un premier volet consacré à l'étude de nouveaux matériaux à forte résistance à la puissance de pompage: GdVO4 :Yb et CaGdAlO4 :Yb en particulier. Des émissions laser quasiathermiques et des impulsions ultra-brèves ont été obtenues dans ce dernier. Dans un second volet, une nouvelle méthode d'assemblage par voie sol-gel a été étudiée pour créer des sources composites permettant une dissipation efficace de la chaleur. Avec cette technique, les homo-assemblages (matériaux de même nature chimique) présentent les mêmes capacités de résistance que ceux obtenus par la méthode de soudage par diffusion. Les hétéroassemblages (deux matériaux différents) sont difficiles à obtenir par diffusion mais, avec une interface issue du procédé sol-gel, ils ont résisté jusqu'à 200°C et 15 W de pompage. Les pertes lasers à l'interface sont négligeables et la température dans le matériau est abaissée de près de 40%.

Les génomes de bactériophages sont connus pour être mosaïques. Avec l'augmentation des structures disponibles sur ces virus, leur morphologie aussi apparaît de plus en plus comme telle. Les structures de 4 différents intermédiaires dans l'assemblage de la capside icosaédrique du bactériophage Gifsy-2, infectant les bactéries Salmonella ont été résolues par cryo-microscopie électronique jusqu'à une résolution de 12Å. Au niveau génétique, un long gène code en partie Cterminale pour la protéine de capside majeure alors que sa partie Nterminale est fortement similaire du point de vue de sa séquence primaire aux protéases de la famille Clp. Ces résultats et ceux obtenus sur d'autres phages suggèrent que les 200 résidus en partie centrale regroupent les fonctions restantes, nécessaire à l'assemblage de la capside. Cette organisation en un gène unique est une nouvelle variante des stratégies développées par les phages pour modifier la voie d'assemblage de leur capside.<br />Nous avons aussi déterminé les structures de la capside et de la queue du phage T5 , infectant la bactérie E.Coli à des résolutions de 19 et 30 Å respectivement confirmant l'inhabituelle symétrie d'ordre 3 de sa queue. Sa capside icosaédrique est composée par des pentamères et hexamères de pb8 et par pb10 s'attachant au centre de ces derniers, le tout étant décrit par une géométrie T=13. La comparaison des séquences primaires de pb8 et gp5 d'HK97 et la modélisation du modèle atomique de gp5 dans la capside de T5 montrent que ces 2 protéines adoptent sûrement le même repliement 3D. Nous proposons aussi que le domaine Nterminal de la protéine pb8 soit impliqué dans l'assemblage initial de la capside d'une manière similaire à HK97.

La technique de collage est déjà largement utilisée en Génie Civil dans le cadre de la réparation d'ouvrages, et la voie semble ouverte pour le développement de nouvelles applications en collage structural (connexions de ponts mixte acier/béton, assemblages de structures en béton fibré, etc.). Il existe donc une demande croissante de la part des maîtres d'œuvre pour disposer d'un outil de modélisation permettant de prévoir la durabilité de ce type d'assemblages collés. L'objectif de ce travail de thèse est justement de développer un modèle mécanique prédictif capable d'intégrer les propriétés physico-chimiques de l'adhésif et leurs évolutions dans le temps. La première partie de ce mémoire rassemble les données bibliographiques concernant les mécanismes de vieillissement des adhésifs époxydes utilisés en génie civil ainsi que les modèles phénoménologiques qui décrivent ces phénomènes en terme de cinétique. Il est également ressorti de cette étude, que les modèles mécaniques de zone cohésive sont particulièrement adaptés pour simuler le processus complexe de fissuration des interfaces dans les assemblages collés. Certains de ces modèles font intervenir des paramètres autres que mécaniques dans les équations d'évolution de l'endommagement surfacique et permettent prendre en compte de manière élégante les lois d'évolutions physico-chimiques des adhésifs. La seconde partie est consacrée à l'étude expérimentale des phénomènes de vieillissement des adhésifs massiques et des joints adhésifs dans les assemblages collés. Les effets du vieillissement physique et du vieillissement en milieu humide ont été analysés, mettant en évidence des différences de comportement entre les adhésifs massiques et les joints de colle, qui peuvent être attribuées à des effets d'interface et à des répartitions de contraintes spécifiques dans le polymère confiné au sein des joints. Les modèles phénoménologiques issus de la littérature ont ensuite permis de dégager des lois de comportement visant à prédire l'évolution des propriétés de ces adhésifs au cours du temps. La dernière partie du travail a permis de développer un outil de modélisation mécanique basé sur la théorie du premier gradient de l'endommagement, qui permet de décrire l'état de l'interface dans les assemblages collés à travers une variable d'endommagement. L'originalité de ce modèle réside dans le fait que les équations d'évolution de l'interface font intervenir des coefficients caractéristiques du comportement physico-chimique de l'adhésif. Dans un premier temps, le modèle a été confronté à l'expérience dans une configuration simplifiée de traction homogène. Les expérimentations ont mis en évidence des phénomènes de raidissement du joint en début d'essai puis de fluage aux temps longs, qui n'étaient pas prévus par le modèle initial. Les équations d'évolution ont donc été modifiées pour tenir compte de la nature viscoélastique du polymère, ce qui a permis de valider le modèle dans les conditions de chargement et de déchargement des assemblages collés. Nous avons ainsi pu identifier quatre des cinq coefficients du modèle relatifs au comportement de l'adhésif. Dans un second temps, une configuration expérimentale non homogène a été proposée afin de valider le modèle pour un problème avec gradient d'endommagement, et identifier le dernier coefficient théorique. Des études ultérieures pourront se baser sur ce modèle optimisé pour dégager les lois d'évolution des coefficients théoriques en fonction des phénomènes de vieillissement mis en évidence sur les joints adhésifs.

Ce travail de thèse porte sur la mise en place d'une méthodologie d'optimisation des procédés d'assemblage, ainsi que sur l'identification de paramètres de lois de comportement et d'endommagement pour la modélisation des assemblages par déformation plastique. La première partie du travail est axée sur la création d'une plateforme d'optimisation et d'analyse inverse permettant d'exploiter des calculs par éléments finis. Dans le cadre du développement de cette plateforme, un algorithme d'optimisation basé sur l'exploitation d'un méta-modèle par krigeage a été développé. Afin de répondre aux problématiques de temps de calcul, une version parallèle de cet algorithme exploitant les propriétés du krigeage est proposée. Cette version parallèle montre des accélérations significatives par rapport à la version séquentielle, accélérations qui permettent un gain de temps substantiel pour résoudre le problème d'optimisation. Le second axe de ce travail propose une procédure d'optimisation de la tenue mécanique des assemblages par déformation plastique. Cette optimisation est basée sur une chaîne de modélisations incluant la phase d'assemblage et de tenue mécanique à l'arrachement. L'application de cette procédure à la technologie de clinchage permet un gain de 13% de la tenue mécanique à l'arrachement par rapport à la solution de référence. La troisième partie du travail est axée sur l'identification par analyse inverse de paramètres de lois de comportement élasto-plastique et d'endommagement. L'identification, basée sur des essais de traction, se focalise sur une loi de type élasto-plastique, couplée au modèle d'endommagement ductile de Lemaitre. Une attention particulière est portée au type d'observables utilisées pour réaliser l'identification. Trois types d'observables sont étudiées : la courbe force/déplacement, la mesure de striction, et le champ de déplacement issu de mesures de champs. L'enrichissement de la base d'observables permet de mieux définir le problème inverse en diminuant notamment les corrélations entre paramètres et rend donc l'identification plus efficace.