Afin de r��duire la quantit�� d'hydrocarbures d��vers��s dans le milieu marin, les navires de la flotte marchande et, depuis peu, les navires militaires sont tenus de contr��ler leurs rejets huileux. Par exemple, seules les eaux de cales dont la concentration en huile (indice hydrocarbure) est inf��rieure �� 15 ppmv peuvent ��tre d��vers��es en mer (Marpol 73/78). Au-del�� de cette teneur, et si le stockage �� bord n'est pas envisageable, un traitement avant rejet devient alors in��vitable. Cependant, les traitements actuels des eaux de cales se sont av��r��s jusqu'ici insuffisants. La photocatalyse h��t��rog��ne, m��thode largement utilis��e dans le cas du traitement d'effluents gazeux et liquides, a ainsi ��t�� propos��e dans ce travail. L'abattement de l'indice hydrocarbure a ��t�� suivi par analyse GC-MS. D��s lors, apr��s avoir mis en ��vidence la faisabilit�� et les limites du proc��d�� batch, un r��acteur photocatalytique �� a��ration diffus��e (DAPR) a ��t�� d��velopp�� afin de rem��dier au manque d'oxyg��ne dissous de l'effluent r��el. Comparativement au traitement dans le r��acteur batch, une meilleure efficacit�� de la d��gradation a ��t�� observ��e dans le DAPR. Cependant, l'analyse parall��le (ATD-GC-MS) de l'��volution de la composition de la phase gazeuse a montr�� qu'une quantit�� non n��gligeable de compos��s organiques volatils (COV) y ��taient alors ��mis. Enfin, les nalcanes ont ��t�� identifi��s comme ��tant les compos��s les plus r��fractaires au traitement photocatalytique et le pentad��cane a alors ��t�� choisi comme polluant mod��le des eaux de cales pour une analyse cin��tique.

Cette thèse concerne l’auto-assemblage d'alcanes semi-fluorés (FnHm) et de fluorocarbures (FCs) aux interfaces et leurs interactions avec des phospholipides (PLs) en 2D et 3D. Nous avons étudié les sphérulites formées dans des films de diblocs FnHm. La morphologie de ces sphérulites, concentrique ou radiale, est contrôlée par la longueur des blocs Fn et Hm et la vitesse de refroidissement. Les nanodomaines de diblocs FnHm dans les monocouches de Langmuir sont incompressibles et forment des gels physiques 2D, même à pression nulle. Les blocs Hm sont cristallisés et inclinés d’ ~30°C par rapport à la normale à la surface. La réflectivité de neutrons a montré que l’albumine adsorbée sur des monocouches de PL est désorbée par un FC gazeux. Ce résultat pourrait permettre de lutter contre l’inactivation du surfactant pulmonaire par les protéines sériques. L’ajout de diblocs à des films de PLs accroit l'élasticité des monocouches. Nous avons préparé des microbulles stables à parois de PLs/FnHm, les diblocs agissant en co-surfactants. / This thesis focuses on the self-assembly of semi-fluorinated alkanes (FnHm) and fluorocarbons (FCs) at interfaces and their interactions with phospholipids (PLs) in 2D and 3D. 2D Spherulites were identified in FnHm films for the first time. Their morphology, ring-banded or radial, was controlled by varying block lengths and cooling rate. Nanodomains of FnHm in monolayers formed incompressible 2D physical gels, even at zero surface pressure. The Hm segments are crystalline and titled by 30°C to the normal to the surface. Neutron reflectivity showed that albumin adsorbed on PLs monolayers is desorbed by exposure to FC gas, which opens the potential use of FCs to treat the inactivation of the lung surfactant by serum proteins. Incorporating FnHm into PL monolayers increases their elasticity. Small, stable microbubbles of PLs/FnHm were obtained. FnHm diblocks function as co-surfactants for stabilizing microbubbles.

Afin de réduire la quantité d'hydrocarbures déversés dans le milieu marin, les navires de la flotte marchande et, depuis peu, les navires militaires sont tenus de contrôler leurs rejets huileux. Par exemple, seules les eaux de cales dont la concentration en huile (indice hydrocarbure) est inférieure à 15 ppmv peuvent être déversées en mer (Marpol 73/78). Au-delà de cette teneur, et si le stockage à bord n'est pas envisageable, un traitement avant rejet devient alors inévitable. Cependant, les traitements actuels des eaux de cales se sont avérés jusqu'ici insuffisants. La photocatalyse hétérogène, méthode largement utilisée dans le cas du traitement d'effluents gazeux et liquides, a ainsi été proposée dans ce travail. L'abattement de l'indice hydrocarbure a été suivi par analyse GC-MS. Dès lors, après avoir mis en évidence la faisabilité et les limites du procédé batch, un réacteur photocatalytique à aération diffusée (DAPR) a été développé afin de remédier au manque d'oxygène dissous de l'effluent réel. Comparativement au traitement dans le réacteur batch, une meilleure efficacité de la dégradation a été observée dans le DAPR. Cependant, l'analyse parallèle (ATD-GC-MS) de l'évolution de la composition de la phase gazeuse a montré qu'une quantité non négligeable de composés organiques volatils (COV) y étaient alors émis. Enfin, les nalcanes ont été identifiés comme étant les composés les plus réfractaires au traitement photocatalytique et le pentadécane a alors été choisi comme polluant modèle des eaux de cales pour une analyse cinétique.

Les cristaux apériodiques possèdent la propriété d’avoir un ordre à grande distance mais sans la symétrie de translation. Ces cristaux se décrivent dans des superespaces cristallographiques de dimension supérieure à trois. Dans ce mémoire, nous nous intéressons plus particulièrement aux brisures de symétrie présentes dans de tels espaces cristallographiques en considérant la famille prototype de n-alcane/urée. Des études par diffraction de rayons X sur sources synchrotron révèlent de multiples solutions structurales impliquant des changements ou non de la dimension du groupe de superespace. Une fois la caractérisation du paramètre d’ordre et de la brisure de symétrie faite nous présentons les phénomènes prétransitionnels critiques associés à ces transitions de phase de type groupe/sous-groupe. La diffusion cohérente de neutrons et la diffusion de rayons X inélastiques permettent une analyse dynamique des différentes excitations dans ces matériaux (phonons, phasons). Les composés d’inclusion avec des molécules invitées courtes (alcane CnH2n+2 avec n variant de 7 à 13) révèlent à température ambiante des phases « quasi-liquides » uni-dimensionnelles. Ce désordre dynamique le long de la direction d'incommensurabilité de ces matériaux génère à basse température des solutions structurales nouvelles (composite monoclinique intermodulé, ancrages commensurables). / Aperiodic crystals have the property to possess long range order without translational symmetry. These crystals are described within the formalism of superspace crystallography. In this manuscript, we will focus on symmetry breakings which take place in such crystallographic superspace groups, considering the prototype family of n-alkane/urea. Studies performed by X-ray diffraction using synchrotron sources reveal multiple structural solutions implying or not changes of the dimension of the superspace. Once the characterization of the order parameter and of the symmetry breaking is done, we present the critical pretransitionnal phenomena associated to phase transitions of group/subgroup types. Coherent neutron scattering and X-ray scattering allow a dynamical analysis of different kind of excitations in these materials (phonons, phasons). The inclusion compounds with short guest molecules (alkane CnH2n+2, n varying from 7 to 13) show at room temperature unidimensional “liquid-like” phases. The dynamical disorder along the incommensurate direction of these materials generates new structural solutions at low temperature (intermodulated monoclinic composite, commensurate lock-in).

Les alcanes sont les composés principaux des cires cuticulaires et de ce fait, jouent un rôle prépondérant dans l’organisation et dans les fonctions protectrices de la cuticule, la couche lipidique recouvrant les parties aériennes des plantes. La caractérisation du mutant cer1 d’Arabidopsis, présentant une réduction drastique des alcanes et des molécules qui en dérivent, a permis de suggérer l’implication de la protéine CER1 dans la formation de ces composés. Au cours de notre étude, la génération de plantes transgéniques exprimant CER1 de manière ectopique a permis de démontrer une corrélation positive entre le niveau d’expression du gène et la quantité d’alcanes présents à la surface des plantes indiquant le rôle crucial de CER1 dans la synthèse de ces molécules. Le jeu de plantes transgéniques obtenues a également permis d’explorer la fonction de CER1 et le rôle des alcanes au cours du développement ainsi que dans la réponse des plantes aux contraintes de l’environnement, révélant leur implication prépondérante pour la résistance au stress hydrique. D’autre part l’absence de complémentation fonctionnelle du mutant cer1 par des formes de CER1 mutées au niveau des clusters d’histidines a montré qu’ils constituent, au moins en partie, le site catalytique de l’enzyme. Afin de caractériser la fonction biochimique de CER1, la recherche de ses partenaires métaboliques a été menée par une approche de double hybride split-ubiquitine chez la levure. Cette étude a révélé l’interaction physique de CER1 avec CER3, une protéine de fonction inconnue impliquée dans le métabolisme des cires. La co-expression des deux protéines dans des cellules de levures manipulées pour produire des acyl-CoAs à très longues chaînes a abouti à la première reconstitution de la voie de synthèse des alcanes à très longues chaînes décrite à ce jour, établissant que CER1 et CER3 forment un complexe enzymatique capable de produire des alcanes à partir des acyl-CoAs. D’autre part, l’étude des autres partenaires protéiques de CER1 a permis de commencer à déchiffrer les mécanismes enzymatiques associés au complexe CER1/CER3 ainsi que de mettre en évidence de nouveaux acteurs potentiels du métabolisme et du transport des cires. / Protective functions of the cuticle, the hydrophobic layer covering aerial parts of terrestrial plants. The characterisation of the Arabidopsis cer1 mutant, showing a dramatic decrease of alkanes and its derivates, suggested that CER1 is involved in alkane formation. In our study, the generation of transgenic plants misexpressing CER1 showed a positive correlation between the gene expression level and the alkane amount, strongly sustaining the presumed role of CER1 as an alkane-forming component. Further analyses of the set of transgenic plants provided information about CER1 and alkanes roles during plant development as well as plant/environment interactions, demonstrating their crucial involvement in the resistance to hydric stress. Moreover, the inability of histidines mutated form of CER1 to functionally complement the cer1 mutant indicated that histidine-clusters are part of the catalytic site of this enzyme. To characterize the biochemical function of CER1, a search for its metabolic protein partners was conducted in the yeast two-hybrid split-ubiquitin system for membrane proteins. This approach revealed a physical interaction of CER1 with CER3, a protein of unknown function involved in wax metabolism. Co-expression of the two proteins in yeast cells manipulated to produce very long chain (VLC) acyl-CoAs allows the first reconstitution of the VLC-alkane synthesis pathway described so far, demonstrating that CER1 and CER3 form an enzymatic complex catalyzing the conversion of VLC-acyl-CoAs to VLC-alkanes. In addition, the characterisation of CER1 partners began to address the enzymatic mechanisms associated to the CER1/CER3 complex activity and revealed new putative actors of wax synthesis and transport.

Cette thèse a pour but de développer de nouveaux procédés catalytiques en combinant de réactifs de l’iode hypervalent avec des complexes de rhodium(II).Le premier chapitre concerne l’observation de l’époxyde comme produit secondaire inatendu dans les conditions de transfert de nitrène catalytique, et le développement d’une nouvelle méthode de préparation d’époxydes qui combine un réactif de l’iode hypervalent(III) et un complexe de dirhodium(II). Le second chapitre vise le développement d’une méthode d’amination C(sp³)–H benzylique intermoléculaire énantiosélective,en utilisant un nouveau complexe de rhodium chiral et un nouveau sulfamate benzylique et l’application de cette méthode à grande échelle et sur des produits complexes.Le dernier chapitre du manuscrit décrit une réaction d’amination régiosélective de liaisons C(sp³)–H non activées d’alcanes par catalyse au rhodium (II), en utilisant une quantité stoechiométrique d’alcanes comme substrats. / This thesis describes the development of new catalytic processes by combining hypervalent iodine reagents with rhodium (II) complexes.The first chapter concerns the observation of the epoxide as a unexpected product under catalytic nitrene transfer conditions, and the development of a new method to promote the epoxidation of alkenes by combining a reagent of hypervalent iodine (III) and a complex of dirhodium (II).The second chapter is centered on the development of a general method forasymmetric intermolecular benzylic C(sp³)–H amination by combining a chiral rhodium (II) catalyst and a benzyl sulfamate, and the application of this method on large scale.The third part of this work show the development of a regioselective C(sp³)–H amination of unactivated alkane by rhodium (II) catalysis, using a stoichiometric amount of alkane as the substrate.

Afin de réduire la quantité d’hydrocarbures déversés dans le milieu marin, les navires de la flotte marchande et, depuis peu, les navires militaires sont tenus de contrôler leurs rejets huileux. Par exemple, seules les eaux de cales dont la concentration en huile (indice hydrocarbure) est inférieure à 15 ppmv peuvent être déversées en mer (Marpol 73/78). Au-delà de cette teneur, et si le stockage à bord n’est pas envisageable, un traitement avant rejet devient alors inévitable. Cependant, les traitements actuels des eaux de cales se sont avérés jusqu’ici insuffisants. La photocatalyse hétérogène, méthode largement utilisée dans le cas du traitement d’effluents gazeux et liquides, a ainsi été proposée dans ce travail. L’abattement de l’indice hydrocarbure a été suivi par analyse GC-MS. Dès lors, après avoir mis en évidence la faisabilité et les limites du procédé batch, un réacteur photocatalytique à aération diffusée (DAPR) a été développé afin de remédier au manque d’oxygène dissous de l’effluent réel. Comparativement au traitement dans le réacteur batch, une meilleure efficacité de la dégradation a été observée dans le DAPR. Cependant, l’analyse parallèle (ATD-GC-MS) de l’évolution de la composition de la phase gazeuse a montré qu’une quantité non négligeable de composés organiques volatils (COV) y étaient alors émis. Enfin, les nalcanes ont été identifiés comme étant les composés les plus réfractaires au traitement photocatalytique et le pentadécane a alors été choisi comme polluant modèle des eaux de cales pour une analyse cinétique. / In order to reduce the marine oil pollution, ships have to control their hydrocarbon dumping at sea. For example, only bilge water that has a hydrocarbon oil index less than 15 ppmv can be discharged at sea (Marpol 73/78). Otherwise, effluents have to be stored on board or treated. In this study, heterogeneous photocatalysis was proposed as an alternative method to the current treatments that are still not efficient enough. Oil removal was monitored by GC-MS analysis. Then, by demonstrating the feasibility and limitations of the batch process, we developed a diffused aeration photocatalytic reactor (DAPR). In this case, better results were obtained than in the batch reactor because the problem of the lack of dissolved oxygen in the real effluent was solved by supplying air continuously. However, volatile organic compounds were then found by monitoring (ATD-GC-MS) the evolution of the gaseous phase composition. Finally, we showed that linear alkanes were the most resistant compounds to the photocatalytic treatment and thereby, pentadecane was chosen as a model pollutant of bilge water for a kinetic study.

L'activation de molécules inertes telles que les alcanes constitue l'un des défis les plus difficiles en catalyse, du fait de la grande stabilité de la liaison C-H. Pour répondre aux principes de la chimie verte, les méthodes de fonctionnalisation doivent respecter un certain nombre d'exigences, telles que l'utilisation de solvants et de réactifs non toxiques, la réduction des apports énergétiques, en association avec une activité élevée. Afin de satisfaire ces conditions, nous nous sommes dirigés vers l'utilisation d'un système enzymatique. En effet, les liaisons C-H non activées peuvent être fonctionnalisées en conditions douces par des monooxygénases, telles que les cytochromes P450, mais leur activité est relativement faible. Dans le but de disposer de cytochromes P450 plus actifs sur les alcanes, nous décrivons la fusion entre un membre de la famille des CYP153 et un partenaire donneur d'électrons. Cette protéine de fusion a été caractérisée, et ses propriétés catalytiques étudiées. Nous avons montré que la fusion augmente de manière considérable l'activité alcane hydroxylase. Nous avons, dans un second temps, continué d'exploiter le fort potentiel de ce biocatalyseur en tentant de réduire le volume de son site actif par mutagénèse dirigée, en vue de l'hydroxylation des alcanes gazeux, notamment le méthane. Enfin, différentes modifications des conditions réactionnelles nous ont permis d'atteindre une activité non égalée pour l'hydroxylation terminale de l'octane. / Activation of inert molecules such as alkanes is considered as one of the most difficult challenges in catalysis, due to the high stability of the C-H bond. To comply with the principles of green chemistry, functionalization methods must respect multiple requirements, such as the use of non-toxic solvents and reagents, in addition to reducing energy usage whilst maintaining maximal activity. To satisfy these conditions, we decided to focus on the use of an enzymatic system. Indeed, unactivated C-H bonds can be functionalized under mild conditions by monooxygenases, such as cytochrome P450s, but their activity is relatively limited. In order to have cytochrome P450s more active on alkanes, we describe the fusion between a member of the CYP153 family and an electron donor partner. This fusion protein has been characterized and its catalytic properties studied. We have shown that the fusion increases significantly the alkane hydroxylase activity. Our second step was to continue to exploit the potential of this biocatalyst by attempting to reduce the volume of its active site using site-directed mutagenesis for the hydroxylation of gaseous alkanes, including methane. Finally, various modifications of the reaction conditions allowed us to achieve the terminal hydroxylation of octane with a previously unequalled activity.

Les composés organiques hydrophobes (HOCs), lipides et hydrocarbures, représentent une part significative de la matière organique dans l’environnement marin. Leur faible solubilité dans l’eau exige de la part des bactéries qui les dégradent des adaptations physiologiques permettant de stimuler leur transfert de masse de la phase organique vers la phase aqueuse où ils sont assimilés. La formation de biofilm à l’interface HOC-eau est l’une de ces adaptations. La bactérie marine Marinobacter hydrocarbonoclasticus (Mh), qui est capable d’utiliser un catalogue assez large de HOCs comme les alcanes, les alcools gras et les triglycérides, a été utilisée comme modèle d’étude de la formation de biofilms aux interfaces HOCs-eau. Le but de mes recherches était de : (i) mener la caractérisation fonctionnelle des gènes aupA et aupB, qui sont surexprimés en condition de biofilm sur hexadécane et (ii) dresser, par une étude de transcriptomique, une liste de gènes potentiellement impliqués dans l’adhésion et la formation de biofilm aux interfaces HOCs-eau dans le but d’appréhender les mécanismes moléculaires mis en jeu. L’étude fonctionnelle de aupA et aupB a révélé que ces deux gènes forment un opéron dont l’expression est activée par divers types de HOCs. Il a aussi été démontré qu’ils sont impliqués dans le transport de l’hexadécane et dans la formation de biofilm sur alcanes. La protéine AupA est localisée dans la membrane externe de Mh et AupB, une lipoprotéine présumée, est située dans la membrane interne. AupA appartient à une sous-famille de transporteurs FadL-like, spécifique des bactéries marines hydrocarbonoclastes (HCB). La distribution phylogénétique de l'opéron aupAB limitée aux bactéries marines ayant la capacité de dégrader les alcanes et sa présence en nombreuses copies chez certaines souches d’Alcanivorax sp. suggèrent fortement que les protéines Aup joueraient un rôle primordial dans l’adaptation des HCB à l’utilisation d’alcanes comme sources de carbone et d’énergie. L’analyse transcriptomique des cellules de Mh adhérées (après 15 min ou 3 h de contact) ou formant un biofilm aux interfaces HOCs-eau a révélé une modification importante et précoce de leur transcriptome. De nombreux gènes intervenant dans le métabolisme des HOCs, la production de polysaccharides, la synthèse d’acides aminés et de protéines ribosomales présentent une expression modulée dès 15 min d’adhésion. La surexpression des gènes de flagelle et du chimiotactisme conjointement avec celle de gènes de pili en condition d’adhésion évoquent une possible mobilité des cellules de Mh à l’interface dans les étapes précoces du développement du biofilm. De plus, il semblerait que le facteur de transcription RpoN soit impliqué dans la régulation de la formation de biofilm chez Mh et que les prophages puissent intervenir dans la structure et/ou la dispersion du biofilm. Enfin, le rôle potentiel d’un îlot génomique dans la formation de biofilm sur trioléine a été suggéré. / Hydrophobic organic compounds (HOCs), such as lipids and hydrocarbons, represent a significant part of the organic matter in the marine environment. Their low solubility in water requires from bacteria that degrade them physiological adaptations to stimulate their mass transfer from the organic to the aqueous phase where they are assimilated. Biofilm formation at the HOC-water interface is one of those adaptations. The marine bacterium Marinobacter hydrocarbonoclasticus (Mh) which is able to use a broad range of HOCs such as alkanes, fatty alcohols and triglycerides, was used as a model to study the biofilm formation at HOCs-water interfaces. The aim of my research was to (i) conduct the functional characterization of aupA and aupB genes which are overexpressed in biofilm on hexadecane, (ii) draw up a list of genes, through a transcriptomic study, that are potentially involved in adhesion and biofilm formation at HOCs-water interfaces in order to understand the molecular mechanisms involved.Functional study of aupA and aupB revealed that these two genes form an operon whose expression is activated by various types of HOCs. They have also been shown to be involved in the transport of hexadecane and in biofilm formation on alkanes. The AupA protein is localized in the outer membrane and the predicted lipoprotein AupB is located at the inner membrane. AupA belongs to a subfamily of the FadL-like transporters, specific to marine hydrocarbonoclastic bacteria (HCB). The phylogenetic distribution of the aupAB operon restricted to marine bacteria having the ability to degrade alkanes and its presence in multiple copies in somestrains of Alcanivorax sp. strongly suggest that Aup proteins play a key role in the adaptation of HCB to use alkanes as carbon and energy sources. The transcriptomic analysis of Mh cells adhering (after 15 min or 3 h of contact) or forming a biofilm at HOCs-water interfaces revealed significant and early changes in their transcriptome. The expression of many genes involved in the metabolism of HOCs, polysaccharides production, amino acids and ribosomal proteins synthesis is modulated as early as 15 min of adhesion. The overexpression of flagella and chemotaxis genes together with that of pili in adhesion condition suggest a possible motility at the interface during the early stages of biofilm development. In addition, it appears that the transcription factor RpoN is involved in the regulation of biofilm formation in Mh and that prophages could play a role in the structure and/or dispersal of the biofilm. Finally, a potential role of a genomic island in biofilm formation ontriolein was suggested

La formation de biofilms bactériens pathogènes est un problème important, particulièrement dans les secteurs médicaux et agro-alimentaires. La formation contrôlée de biofilms de la bactérie probiotique Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) est sélectionnée ici comme méthode potentielle pour prévenir la contamination de surfaces par des bactéries pathogènes. Nous avons étudié le développement de biofilms de LGG ainsi que leur possible contrôle en combinant des approches physico-chimiques et de fonctionnalisation de surface. L’impact des conditions environnementales sur la cinétique de croissance des biofilms et sur leur composition biochimique a été analysé par des mesures in situ et en temps réel par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en réflexion totale atténuée (ATR-FTIR) sous conditions de flux. Ces données ont été complétées par des images de microscopie en épifluorescence permettant d’obtenir des informations sur la distribution et la forme des cellules bactériennes sur la surface à des étapes clé du développement du biofilm. Compatible avec les mesures ATR-FTIR, un cristal de séléniure de zinc a été choisi comme substrat, nu ou fonctionnalisé avec des monocouches auto-assemblées d’alcane-thiols (SAMs). Différents groupes fonctionnels ont été étudiés : méthyl (-CH3), hydroxyle (-OH) ou amine (-NH2) pour obtenir respectivement des substrats hydrophobe, hydrophile ou chargé positivement. La cinétique d’auto-assemblage des SAMs, leur organisation et l’énergie de surface ont été étudiées en combinant ATR-FTIR, spectroscopie de rétrodiffusion de Rutherford à hautes énergies et mesures d’angles de contact. L’analyse des spectres ATR-FTIR des biofilms de LGG enregistrés in situ et en temps réel pendant 24 heures a montré un rôle important du milieu nutritif sur la composition biochimique et le métabolisme bactériens. Les propriétés du substrat ont un impact faible sur la composition biochimique des biofilms, mais ont un rôle crucial sur leur force d’attachement à la surface. Ce travail pluridisciplinaire a fourni des informations sur l’influence de l’environnement, et particulièrement des caractéristiques du support, sur les propriétés des biofilms aux échelles moléculaire et cellulaire. La méthodologie développée dans ce travail peut notamment être utilisée dans la recherche des conditions les plus favorables à la croissance des biofilms de bactéries probiotiques. / Biofilm formation by pathogenic bacteria brings concerns, particularly in food and medical sectors, and is associated with high sanitary risks and economic losses. Biofilms of probiotic bacteria can potentially be used to prevent the surface contamination by pathogenic species. This work was focused on the investigation of the development of biofilms of probiotic Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) and the possible control of their formation by combining surface functionalisation and physico-chemical approaches. The effect of different environmental conditions on the kinetics of the biofilm growth and on its biochemical composition was analysed by in situ and real time measurements with infrared spectroscopy in attenuated total reflection mode (ATR-FTIR) under flow conditions. These data were complemented by epifluorescence images providing information on the surface distribution and the shape of the bacterial cells at specific stages of the biofilm development. Compatible with ATR-FTIR measurements, a zinc selenide (ZnSe) crystal was chosen as a substrate, bare or functionalised with self-assembled monolayers (SAMs). SAMs were formed from alkanethiols terminated by methyl (-CH3), hydroxyl (-OH) or amine (-NH2) groups to obtain hydrophobic, hydrophilic and positively charged substrates, respectively. The kinetics of self-assembly of the alkanethiols onto ZnSe, the organisation of the molecules, their areal density and the surface energy of thus obtained surfaces were studied preliminarily to the biofilm cultivation by means of ATR-FTIR spectroscopy, high energy Rutherford backscattering spectrometry, and contact angle measurements. The analysis of the ATR-FTIR spectra of LGG biofilms recorded in situ and in real time during 24 hours revealed an important role of the nutritive medium in the biosynthesis of nucleic acids, phospholipids, polysaccharides and lactic acid. Substrate properties had low impact on the biochemical composition of LGG biofilms, but had a critical role in the strength of attachment of cultivated biofilms. The findings of this multidisciplinary work provide a fundamental understanding of how the direct environment, including a support surface, influences the properties of bacterial biofilms at the molecular and cellular scales, based on which favourable conditions for the enhancement of probiotic biofilm growth and its mechanical stability can be chosen.