Certaines façades présentent des développements verts, rouges ou noirâtres, d'origine biologique. Ces salissures nuisent à l'aspect esthétique du bâtiment et peuvent entraîner à long terme une dégradation structurale du revêtement colonisé. Ce développement biologique peut ainsi engendrer des frais liés au ravalement ou, à plus long terme, à la rénovation de la façade. Des biocides incorporés dans les revêtements permettent actuellement de retarder l'implantation des organismes incriminés. Cependant, les dernières réglementations européennes tendent à restreindre l'utilisation de ces produits, ce qui nécessite la mise au point de matériaux efficaces et durables, de surcroît compatibles avec l'environnement.<br />Paradoxalement, les algues microscopiques et les cyanobactéries constituant ces biofilms sont peu connues en France. La première approche de ce projet a donc consisté à prélever des fractions de revêtements de façade colonisés afin d'identifier les micro-organismes s'y développant. 22 espèces d'algues et 25 espèces de cyanobactéries ont ainsi été observées dans les 71 prélèvements analysés, les algues étant dominantes sur tous types de matériaux.<br />Les facteurs favorisant l'implantation et le développement de ces micro-organismes ont ensuite été étudiés. Un traitement statistique des données environnementales recueillies lors de la campagne d'échantillonnage a ainsi mis en évidence l'importance des facteurs climatiques liés à l'humidité, des facteurs permettant la dissémination des spores, tels que le vent ou la proximité de végétation, ainsi que l'importance de la nature du support colonisé. Cette dernière observation a pu être approfondie grâce à l'utilisation d'un banc d'essai permettant l'évaluation simultanée de différents matériaux quant à leur colonisation par des algues et des cyanobactéries isolées en façade au cours de cette étude. Ces essais ont montré que des facteurs tels que la porosité, la rugosité et le pH de surface des matériaux influent sur la colonisation par ces micro-organismes. <br />En parallèle, afin d'envisager le développement de matériaux défavorisant l'accroche des micro-organismes, les mécanismes d'adhésion d'une sélection d'algues sur des surfaces modèles ont été étudiés à l'aide d'une cellule à flux laminaire. Les surfaces hydrophiles ont provoqué le plus faible taux d'adhésion. L'exploitation de ces résultats a également mis en évidence l'initiation d'interactions hydrophobes et électrostatiques lors du processus d'adhésion.<br />Finalement, les polymères extracellulaires produits par une sélection de micro-organismes isolés en façade ont été analysés. Ils ont ainsi montré être de nature polysaccharidique, anionique et plus ou moins hydrophobe selon les souches les sécrétant. L'adsorption d'un polymère d'une souche de Klebsormidium flaccidum, algue verte dominante en façades en France, a été plus importante et plus forte sur des surfaces hydrophobes que sur des surfaces hydrophiles. En outre, la dégradation enzymatique des polymères de cette même souche tend à diminuer l'adhésion sur surface hydrophobe. Ces observations confirment donc l'hypothèse d'une intervention des polymères extracellulaires dans l'étape de contact du micro-organisme avec une surface, puis lors de l'étape de consolidation de cette adhésion, par le biais d'interactions hydrophobes et sans doute électrostatiques.

Dans notre ère d'innovation technologique, la surface des matériaux<br />est le terrain d'expression de procédés de fonctionnalisation<br />puissants et souvent peu coûteux. Ces procédés, les propriétés ainsi<br />obtenues, ou souhaitées, suscitent une grande variété de<br />développements de nature fondamentale. Parmi ceux-ci, la mécanique<br />de surface allie physico-chimie de l'interface et réponse mécanique.<br /><br />Je décris ici un ensemble de projets de recherche que j'ai<br />développés dans ce domaine. Je traite de la question du couplage<br />entre surfaces et de leurs interactions à longue portée, de<br />l'adhésion considérée tant du point de vue macroscopique que<br />microscopique et enfin de la nécessité de comprendre le matériau à<br />l'échelle locale pour maîtriser la réponse mécanique de systèmes de<br />structures complexes.

La présente étude traite de la durabilité (vieillissement) en milieu humide d'assemblages structuraux constituants les tuyères de propulseurs à poudre. Les matériaux utilisés sont un alliage d'aluminium et un matériau composite, collés ensemble par un adhésif polymère.<br />L'adhésif se révèle être la partie la plus sensible à un environnement aqueux. La cinétique de diffusion de l'eau dans la colle semble être décrite convenablement par le modèle mathématique de Carter et Kibler.<br />La diminution des propriétés mécaniques du polymère massique et des assemblages structuraux semble liée à la pénétration de l'eau. Un modèle permettant d'évaluer indirectement l'énergie d'adhésion, et par extrapolation la résistance des assemblages en fonction du temps de vieillissement a été élaboré à partir du faciès de rupture des éprouvettes et de la cinétique de diffusion d'eau. L'influence d'un traitement organosilane de la surface d'aluminium sablée sur la cinétique de dégradation en milieu humide des assemblages a ensuite été étudiée.

Nous avons étudié les mécanismes qui sont à la base des phénomènes d'adhérence et d'autohésion des élastomères non réticulés.<br />Nous avons déterminé les mécanismes de formation et de rupture d'interfaces entre deux polymères identiques de masse moléculaire et microstructure contrôlées. Nous avons ainsi développé une méthode de mesure de l'adhérence adaptée aux polymères fondus.<br />En utilisant cette méthode, nous avons comparé les mesures d'adhérence entre polymères immiscibles à l'équilibre thermodynamique et l'épaisseur de l'interface caractérisée par réflectivité des neutrons. Nous avons montré clairement que le paramètre de Flory pilote le degré d'adhérence entre deux polymères fondus immiscibles.<br />Cette corrélation entre interdiffusion et adhésion nous a finalement permis d'étudier la cinétique de diffusion mutuelle de ces polymères à partir des cinétiques de montée en adhésion et de prouver expérimentalement que cette cinétique est fortement ralentie par l'immiscibilité des polymères.

La drépanocytose (SCD) et l'athérosclérose sont deux maladies très diffèrentes et distinctesqui partagent les même caractéristiques. La drépanocytose est une maladie autosomalerécessive appartenant à la classe des hémoglobinopathies causée par la mutation del'hémoglobine (Hb) A en HbS. En réponse à des stress physiques tels que l'hypoxie,l'acidose, la déshydratation ou l'hyperthermie, HbS devient plus vulnérable à lapolymérisation et favorise le processus de falciformation des globules rouges. La répétitiondes cycles de polymérisation et dépolymérisation de HbS altère la forme saine desérythrocytes et conduisent aux manifestations cliniques principales de la drépanocytose:anémie, épisodes vaso-occlusifs aigus et crises hémolytiques. Il est aujourd'hui largementadmis que le stress oxydatif et l'inflammation jouent un rôle majeur dans la pathogènèse et lesconséquences physiopathologiques de la drépanocytose. L'athérosclérose, quant à elle, estune maladie inflammatoire chronique qui se caractérise par l'accumulation de plaques àl'intérieur des parois vasculaires au niveau de l'endothélium. Le stress oxydatif et la mise enjeu de phénomènes inflamatoires sont impliqués dans l'oxydation des lipides de faible densité(LDL), étape essentielle dans la pathogenèse de cette maladie.D'autre part, l'activité physique est un mécanisme important de modulation bénéfique dustress oxydatif et de l'inflammation au travers de plusieurs voies d'adaptation : l'améliorationdes enzymes antioxydantes, de la vasodilatation et des cytokines anti-inflammatoires, et labaisse des contraintes de cisaillement. Nous avons donc cherché à déterminer dans ce travailde thèse comment le contrôle du stress oxydatif et de l'inflammation par l'activité physiquepourrait réduire les complications de ces 2 pathologies (SCD et athérosclérose).

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Actuellement, les moules utilisés pour la réalisation de pièces composites aéronautiques sont à base d'alliages métalliques (FeNi, Invar) très appréciés pour leur faible coefficient de dilatation. Toutefois, ces alliages présentent plusieurs inconvénients (poids, prix, délais de livraison) qui incitent les industriels à se toumer vers d'autres matériaux. Dans ce contexte, les matériaux composites époxy/fibres de carbone sont une altemative intéressante compte tenu de leurs propriétés mécaniques proches del'Invar tout en alliant légèreté et facilité de mis en æuvre. Cependant, avec de tels moules des phénomènes d'adhésion risquent d'intervenir entre la résine époxyde infusée, constituant la future pièce, et le moule lui-même composé d'une résine époxyde. Leur nature proche est susceptible de favoriser des phénomènes de diffusion ou d'interactions moléculaires impliqués dans l'adhésion des polymères.Les travaux présentés dans cette thèse ont donc pour but de minimiser l'ensemble des phénomènes favorisant I'adhésion entre deux résines époxydes (l'une étant réticulée au contact de la seconde). Pour cela, les travaux sont concentrés sur la modification pérenne de la physicochimie ainsi que de la topographie de surface de la résine époxyde composant le moule. Ces deux paramètres sont en effet identifiés comme indispensables pour l'obtention de surfaces au caractère faiblement mouillant, pré-requis pour une bonne adhésion avec un tiers corps. Dans un premier temps, la physicochimie de surface de la résine du moule a étémodifiée durablement grâce à un additif fluoré préalablement greffé à la résine époxyde. Le mécanisme de fluoration de la surface a été étudié et une étape cruciale de migration de l'additif fluoré vers I'interface air / résine au cours de réticulation a été identifiée. Dans un deuxième temps, une rugosité contrôlée à l'échelle micrométrique est appliquée à la surface de la résine ainsi modifiée. Les propriétés de surface qui en découlent sont étudiées et montrent une accentuation du caractère faiblement mouillant des résines fluorées. Enfin, les propriétés d'interfaces entre les résines époxydes modifiées constituant le moule et une résine époxyde vierge représentant une pièce injectée sont étudiées via un test mécanique. Les résultats obtenus (force et type de rupture) sont mis en relation avec les propriétés superficielles de la résine époxyde modifiée.

Alors que l'activité physique (AP) est fortement recommandée pour les personnes en surcharge pondérale, beaucoup d'entre elles n'en pratiquent pas ou ne désirent pas en pratiquer (Kearney et al., 1999). Parmi les théories de la motivation, l'approche transthéorique développée par Prochaska et DiClemente (1983) est une approche intégrative qui permet de rendre compte du changement de comportement, notamment à l'égard de l'AP (Farmanbar et al., 2012). Basée sur cette approche, la présente thèse visait à comprendre les mécanismes liés à l'adoption et à l'arrêt d'une AP. Une première étude dont l'objet était de valider un questionnaire de mesure des processus de changement de comportement a révélé une structure factorielle en cinq facteurs invariante d'un sexe à l'autre et prédictrice du niveau d'AP des sujets. Une seconde étude a montré qu'à la suite d'une intervention d'une semaine destinée à améliorer la gestion de la surcharge pondérale, certains processus identifiés par le questionnaire créé étaient impliqués dans le changement de comportement à l'égard de l'AP. Ainsi, un an après l'intervention, trois processus de changement étaient activés chez les participants ayant adopté ou maintenu leur AP: les processus de relations d'aide, de prise de conscience et d'auto-réévaluation/ gestion des renforcements / auto-libération. Une troisième étude visait à examiner les relations entre certaines variables motivationnelles (attentes d'auto-efficacité, satisfaction des besoins psychologiques, régulations motivationnelles), affectives (plaisir perçu), de comportement alimentaire (restriction cognitive) et physiologiques (gluco-dépendance à l'effort, point maximal d'oxydation des lipides) et l'arrêt d'un programme d'AP. Cet arrêt s'est avéré lié aux attentes d'auto-efficacité, à l'amotivation, à la régulation introjectée et à la gluco-dépendance à l'effort. Enfin, une quatrième étude avait pour objet d'examiner la dynamique de ces mêmes variables motivationnelles, affectives et comportementales au cours d'un programme de réentrainement de sept semaines destiné notamment à activer des processus de changement. Des élévations des niveaux d'attente d'auto-efficacité, de régulations identifiée et intrinsèque et de plaisir perçu dans l'AP ont été observées. Ce travail doctoral a donc permis de montrer qu'une approche transthéorique permet de mieux comprendre les comportements liés à l'AP. / While physical activity (PA) is recommended to persons with overweight, many of them do not or do not have the willingness to practice it (Kearney et al., 1999). Through the theories of motivation, the transtheoretical model developed by Prochaska and DiClemente (1983) is an integrative approach which allow to take into account for the change in behavior, particularly with regard to PA (Farmanbar et al., 2012). Based on this approach, the present thesis aimed to understand the mechanisms related to the adoption and cessation of PA. A first study whose purpose was to validate a questionnaire of processes of behavior change revealed a five-factor factorial structure, invariant among sex, and predictive of the PA behavior. A second study showed that, after a one-week intervention designed to improve the management of the overweight, some processes identified by the questionnaire were involved in behavior change regarding PA. Thus, one year after the intervention, three processes were activated among participants that having adopted or maintained their PA: processes of helping relationship, consciousness raising and self-reevaluation/ reinforcement management / self-liberation. A third study sought to examine the relationships between some motivational (self-efficacy, basic psychological need, motivational regulations), affective (perceived pleasure), of eating behavior (cognitive restraint) and physiological (glucodependence, maximal lipid oxidation) variables and the cessation of a program of PA. Then, a fourth study aimed to examine the dynamic of these same motivational, affective and behavioral variables during a training program of seven weeks which aim to active some processes of change. Increases in self-efficacy expectations, identified and intrinsic regulations, perceived pleasure were observed.

Les biofilms constituent un mode de vie microbien extrêmement répandu, aussi bien en milieu naturel que dans les environnements anthropisés. Dans ce dernier cas, les structures morphologique et microbiologique du biofilm vont conditionner son impact sur le système, que cet impact lui soit bénéfique ou préjudiciable. L'objectif de cette thèse est d'approfondir notre connaissance des phénomènes de structuration du biofilm afin, à terme, d'optimiser les performances de procédé. Afin de représenter au mieux les conditions industrielles, des régimes d'écoulement turbulents et des consortia microbiens complexes ont été utilisés. Une première partie se focalise sur l'impact des forces de cisaillement sur l'adhésion microbienne. Les résultats démontrent un changement progressif de la flore bactérienne fixée et de sa distribution spatiale. Dans un second temps, le projet s'est intéressé aux étapes de développement du biofilm et ont permis d'identifier un effet mémoire du biofilm mature. Il s'agit d'une conservation des structures morphologique et microbiologique au cours du temps en dépit d'un changement de régime hydrodynamique. Enfin la dernière partie a consisté en la mise au point d'une méthode de quantification des prédateurs mobiles dans les biofilms. Ces prédateurs participent à la structuration du biofilm et leur quantification peut s'avérer utile dans le contexte de l'épuration des eaux. / Biofilms are a biological mode of life widely spread in both natural and engineered environments. In the last case, whether the biofilm is beneficial or detrimental for the process under consideration, both morphology and microbial community of the biofilm determine its impact. The objective of this thesis is to deepen our knowledge of biofilm structuring and, as a further goal, optimize a given process. Turbulent flows and multi-species consortia were used in order to better mimic industrial conditions. The first part of the project focused on the impact of shear stress on microbial adhesion. Results have demonstrated a gradual shift in bacterial communities with shear and a change in the spatial distribution of adhered microorganisms. Secondly, the work dealt with biofilm development. A memory effect, defined as the conservation of initial morphological and microbiological features despite a change in the environmental conditions, has been observed. Finally, a method for quantification of moving predators in mature biofilms has been developed. These predators actively shape the biofilm and their quantification is valuable, especially for wastewater treatment.

Le but de cette thèse de doctorat était de concevoir des brosses de polymères stimuli-sensibles afin de contrôler dynamiquement les interactions adhésives entre une cellule et son substrat.Pour cela, nous avons utilisé la polymérisation radicalaire par transfert d'atomes (ATRP) initiée en surface, et sa variante permettant de régénérer in situ le catalyseur de polymérisation (ARGET-ATRP), pour préparer des brosses thermo-sensibles de poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM). Les deux méthodes ont été appliquées pour différentes densités surfaciques et temps de polymérisation, et les cinétiques de croissance de la brosse à l'aide des deux protocoles ont été étudiés. Une croissance de chaîne bien contrôlée a été observée avec le protocole ARGET-ATRP, mais pas avec la méthode ATRP. Le protocole testé ci-dessus a été utilisé pour fabriquer des brosses de PNIPAM qui ont été patternées par l'intermédiaire d'une stratégie d'ablation aux UV profonds, afin de concevoir des substrats permettant de contrôler spatialement l'adsorption de protéines. Ces substrats ont montré d'excellentes propriétés adhésives, sont réutilisables et peuvent se stocker sur de longues périodes.Les changements conformationnels de brosses PNIPAM ont été sondés grâce à un dispositif original mis en place sur la base d'un microscope en réflexion à contraste d'interférences (RICM). La technique RICM a permis d'estimer la réponse optique des brosses en fonction de leur profil de hauteur, ce qui en fait un outil intéressant pour leur caractérisation. La réponse de la brosse a été étudiée en fonction de sa densité de greffage et de la longueur de chaîne. Les résultats ont fourni une preuve unique de l'existence d'un phénomène de séparation de phase verticale, donnant lieu à des changements structurels non-uniformes dans les brosses lors du passage de la température inférieure de solubilité du PNIPAM dans l'eau. Le RICM a été utilisé pour réaliser la tâche complexe d'estimer les paramètres moléculaires de la brosse et la compréhension de l'origine physique du phénomène d'hystérésis thermique dans une brosse de polymère.De nouveaux polymères stimuli-sensibles ont été synthétisés dans le but d'obtenir des systèmes d'intérêt pour les études biologiques en conditions physiologiques. Nous avons conçus différents co-polymères photo-thermo-sensibles à base d'acrylamides et d'acrylates. Les changements de conformation des polymères conçus ont été étudiés en détail en faisant varier la composition globale des monomères dans le système. Nous avons identifié une composition de ter-polymères dont les solutions aqueuses ont montré une séparation de phase à 37°C qui peut être réversible sous irradiation lumineuse, ce qui la rend compatible pour les études d'adhésion cellulaire. / The aim of the current Ph.D thesis was to design stimuli responsive polymer brushes in order to dynamic control cell-substrate adhesive interactions.For this purpose, Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) and Activators Regenerated by electron Transfer (ARGET)-ATRP were used in order to prepare thermo responsive Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) brushes. Both the methods were applied under varying surface densities and polymerization times, and the kinetics of the brush growth using both the protocols was investigated. A well controlled chain growth was reported under ARGET-ATRP protocol, in contrast to the ATRP method. The above tested protocol was used to grow PNIPAM brushes that were patterned via deep UV photoablation strategy to design thermoresponsive patterned substrates for protein adsorption studies.The substrates showed excellent adhesive properties and reusability with long term storage capacity.The conformational changes of PNIPAM brushes, grown via the ARGET-ATRP protocol, were investigated using an original set-up based on Reflection Interference Contrast Microscopy (RICM). RICM allowed us to probe the optical response of the brushes as a function of their density profile, making it an interesting tool for brush characterization. The response of the brush was studied as a function of brush grafting density and chain length. The results provided a unique evidence for non-uniform structural changes within the brush thickness when the solvent temperature was varied across the Lower Critical Solution Temperature (LCST) of the polymer. RICM was employed to achieve the challenging task of estimating the molecular parameters of the brush and understanding the physical origin of the phenomenon of thermal hysteresis in a polymer brush.Stimuli Responsive Polymers, sensitive to non-invasive stimuli, were synthesized with an aim to address dynamic single cell adhesion studies at their physiological conditions. Free Radical Polymerization and ARGET-ATRP protocol were used to design two photo-thermo-responsive poly(DMA-AZAA) and poly(DMA-NIPAM-AZAAm) polymers. The conformational changes of the designed polymers were investigated at length by varying the overall composition of monomers in the system. The solutions of the DMA-NIPAM-AZAAm terpolymer showed a sharp phase separation at 37°C that could be reversibly switched under light irradiation, making it compatible for cell adhesion studies.