Titre de l'écran-titre (visionné le 15 janvier 2024) / Les groupements fonctionnels oxydants à base d'azote tels que les nitro et azoïque, ont été largement étudiés car ils ont tendance à conférer des propriétés fascinantes aux molécules qui les contiennent. En particulier, lorsqu'ils sont présents dans des molécules aromatiques comme le benzène, ces dernières montrent des propriétés optoélectroniques intéressantes (fluorescence, optique non-linéaire, etc.). Ces composés ont également d'autres propriétés qui rendent possible leur application dans des domaines comme la chimie des explosifs, l'industrie pharmaceutique, des pigments, etc. D'autre part, le fait que même présentant des hétéroatomes si différents du carbone, les hétérobenzènes « lourds » du groupe 15, arsabenzène et phosphabenzène, conservent un certain degré d'aromaticité, a retenu l'attention des chercheurs depuis longtemps. Ce caractère aromatique donne aux benzènes « lourds » une réactivité rappelant celle du benzène mais qui est toutefois fortement modulée. Malgré l'intérêt que représentent ces hétérobenzènes « lourds » et la grande utilité des groupement fonctionnels oxydants, jusqu'à présent, il n'existe que très peu d'exemples de ces structures combinées. Les raisons fondamentales pour cette rareté d'exemples est la facilité avec laquelle les éléments du groupe 15, E(III) peuvent être oxydés en E(V), en plus de la propriété oxophile de l'atome de phosphore. Ces problèmes indiquent des restrictions importantes dans l'exploration de la chimie des groupements oxydants avec ces éléments, et c'est précisément ce défi qui nous rend extrêmement curieux d'apprendre et de développer la chimie de ces molécules fascinantes. Dans ce travail, nous effectuons la synthèse de quatre précurseurs hétérobenzènes « lourds ». Nous présentons l'obtention et purification, pour la première fois, du dérivé 2-triméthylsilyl-p-nitroarsabenzène par moyen de l'optimisation de conditions de nitration rapportées dans la littérature pour ces analogues. Des réactions avec différents nucléophiles ont permis d'estimer l'électrophilie de l'hétéroatome d'arsenic dans le dérivé 2-triméthylsilylarsabenzène. Ce dernier a été fonctionnalisé avec d'autres groupes oxydants et non oxydants. Quatre nouveaux composés arsabenzène-boranes ont été synthétisés et purifiés. / Nitrogen-based oxidizing functional groups, such as nitro and azo, have been widely studied because they tend to confer fascinating properties to the molecules that contain them. Particularly, when they are present in aromatic molecules such as benzene, these show interesting optoelectronic properties (fluorescence, non-linear optics, etc.). These compounds also have other properties that make possible their application in fields such as the chemistry of explosives, the pharmaceutical industry, pigments, etc. On the other hand, the fact that even having heteroatoms so different from carbon, the "heavy" heterobenzenes of group 15, arsabenzene and phosphabenzene, retain a certain degree of aromaticity, has attracted the attention of researchers for a long time. This aromatic character gives "heavy" benzenes a reactivity reminiscent of that of benzene, but that is however strongly modulated. Despite the interest in these "heavy" heterobenzenes and the great utility of oxidizing functional groups, so far there are very few examples of these combined structures. The fundamental reasons for this scarcity of examples are the tendency to oxidation (with one or two electrons) of the elements of group 15, in addition to the oxophilic property of the phosphorus atom. These problems indicate significant limitations in exploring the chemistry of oxidative groups with these elements, and it is precisely this challenge that makes us extremely curious to learn and develop the chemistry of these fascinating molecules. In this work, we synthesize four "heavy" heterobenzene precursors. We present the synthesis and purification, for the first time, of the 2-trimethylsilyl-p-nitroarsabenzene derivative by means of the optimization of nitration conditions reported in the literature for related compounds. Reactions with different nucleophiles allowed to further estimate the electrophilicity of the arsenic heteroatom in the 2-trimethylsilylarsabenzene derivative. The latter was functionalized with other oxidizing and non-oxidizing groups. Four new arsabenzene-borane compounds have been synthesized and purified.

Montréal : Trigonix inc., 2018.

Ce travail est consacré à l'étude du comportement de la matière condensée soumise à une perturbation via l'isomérisation de molécules sondes photochromes du type azo-benzènes. Une description microscopique de la matière est utilisée de manière à obtenir une meilleure compréhension des processus physiques donnant lieu à la formation des réseaux de relief en surface (SRG) dans ce type de matériaux, processus toujours incompris. L'étude utilise des simulations à l'échelle atomique par dynamique moléculaire hors d'équilibre où l'énergie produite par le processus de photo-isomérisation est absorbée par un thermostat, après sa dégradation thermique à l'intérieur de la matrice hôte. La photoisomérisation est introduite de manière périodique, par une modification continue des photochromes de la forme trans vers la forme cis et inversement. De manière à déterminer l'effet des longueurs de chaînes du polymère hôte, des matrices de degrés de polymérisation variées sont utilisées dans cette étude ainsi que des polymères “vivants” en cours de polymérisation. Une modification des propriétés de transport engendrant des mouvements massifs de matière en dessous de la température de transition vitreuse est observée ainsi qu'une stimulation de la coopérativité intrinsèque de la matrice hôte.

La synthèse des catalyseurs bi-métalliques de PtNi supportés sur silice et préparés par une méthode non-classique a été étudiée de manière approfondie en utilisant le borohydrure de sodium (NaBH4) comme réducteur du précurseur métallique. En général, les catalyseurs qui ont été préparés par la technique de co-imprégnation donnent une meilleure réactivité catalytique pour l'hydrogénation du benzène en cyclohexane en phase gazeuse, comparée à celles donnée par la co-précipitation, par l'imprégnation par étapes et par l'utilisation d'acide oléique. Plusieurs catalyseurs bimetalliques ont démontré une meilleure réactivité que le catalyseur mono-métallique Pt. Les recherches ont prouvé que l'amélioration de la réactivité peut être attribuée à la formation d'alliage de Pt et Ni accompagnée de la ségrégation du Pt sur l'alliage. L'effet de plusieurs paramètres de réduction a été également étudié. Les variations de ces paramètres affectent la morphologie et la dispersion des particules PtNi. La réactivité catalytique optimum a été obtenue lors de la formation de petites particules PtNi dispersées à la température de 273 K avec 0.3 M de NaBH4 en solution dans l'éthanol. Les méthodes classiques aussi ont été utilisées pour la synthèse des catalyseurs PtNi supportés. Plusieurs des catalyseurs ont montré une meilleure réactivité que le Pt. On a trouvé qu'elle est attribuable à l'effet d'ancrage des ions de Ni2+ sur le support et la fixation de particules Pt très petites et bien dispersées sur ces ions. En conclusion, il apparaît dans ce travail que les particules bimétalliques supportées, combinées en alliage ou non, peuvent donner lieu à une meilleure réactivité que les catalyseurs monométalliques. Cependant, plusieurs paramètres affectent la surface de la phase métallique des catalyseurs. Par conséquent, nos résultats montrent qu'il est impératif de comprendre et de contrôler ces paramètres pour synthétiser les catalyseurs possédant les meilleures propriétés. / The synthesis of PtNi bimetallic particles supported silica catalysts, prepared via non-classical methods using sodium borohydride (NaBH4) as a reducing agent, was studied in detail. The silica supports employed in this work is limited to crystalline silica and mesoporous aluminosilicate (MCM-41). Various preparation techniques as well as reduction parameters were investigated to gain an insight on how these factors influenced the final structure of the PtNi particles on the silica support and their catalytic reactivity towards the hydrogenation of benzene to cyclohexane. It was found that this reduction method enabled total reduction of the metal salts during the preparation stage of the catalysts. Hydrogen consumptions which were detected using H2-TPR analysis were mainly attributed to surface oxidation of the metal phase during storage. Studies on the effect of preparation techniques showed that the surface and catalytic properties of the catalysts are largely affected by the PtNi ratio as well as the method in which the metal salts are introduced onto the support. Catalysts prepared via co-impregnation technique generally exhibited better catalytic reactivity when compared to those prepared via co-precipitation and step-impregnation techniques. Further, catalysts with higher Ni content showed a tendency towards lower reactivity in contrast to those with high Pt content. Several catalysts demonstrated enhanced reactivity when compared to the monometallic Pt catalysts. Investigations showed that the improved reactivity can be attributed to alloying of the Pt and Ni accompanied by surface segregation of Pt. As a means to improve catalytic reactivity, PtNi stabilized oleic acid particles were synthesized prior to incorporation onto a silica support. The intention of this study is to allow better control of the dispersion and alloying between the PtNi particles. Results show that though better dispersed alloys were obtained, very low activity was observed. Nickel surface segregation is likely to be the cause of this due to the presence of oxygen from oleic acid. The effect of several reduction parameters was also investigated to enhance catalytic reactivity. The reduction temperature, NaBH4 concentration and medium in which reduction was carried out were varied. Variations in these parameters affected the particle morphology and dispersion of the PtNi particles. Optimum catalytic reactivity was obtained when small dispersed PtNi particles were formed at 273 K using 0.3 M NaBH4 in a medium of ethanol. Classical methods were also used for the synthesis of PtNi supported catalysts. In this study the PtNi particles were formed using H2 gas as the reducing agent. Several catalysts showed improved reactivity. Investigations show that this is attributed to the anchoring effect of Ni2+ ions which anchors Pt to the support, forming fine dispersed Pt particles available for catalytic reaction. In general, it is obvious that alloyed and non – alloyed bimetallic particles supported on silica can lead to the enhancement of hydrogenation reactions when compared to the respective monometallic catalysts. However, the PtNi ratios, preparation techniques, environment in which the particles are reduced and support influences the structure of the metallic phase of these catalysts. Therefore it is imperative to gain a thorough understanding on these parameters, in order to synthesize catalysts with desired properties.

La cancérogénicité du benzène à forte dose (CIRC, Groupe 1) a été démontrée sur la base des cas de leucémies observés dans les études épidémiologiques conduites en milieu professionnel chez l’adulte exposé à de fortes doses. Ce polluant est émis en faible concentration dans l’environnement, notamment par le trafic routier et les stations-service. L’objectif est d’étudier le lien entre exposition au benzène à faible dose et risque de leucémie chez l’enfant. L’étude GEOCAP regroupe les cas de leucémies de l’enfant diagnostiqués en France entre 2002 et 2007 issus du Registre National des Hémopathies de l’Enfant, et un échantillon de 30 000 témoins représentatif de la population générale pédiatrique. La longueur de routes à fort trafic a été calculée au voisinage de la résidence de chaque sujet géocodé dans un rayon de 150 m. Les concentrations en benzène et en NO2 ont été estimées pour l’ensemble des sujets de France continentale à une échelle de 2 km2. La distance à la station-service la plus proche a également été calculée depuis la résidence de chaque sujet. La longueur de routes au voisinage de la résidence était positivement et significativement associée au risque de leucémie aigüe myéloblastique (LAM). La prise en compte des expositions au benzène et en NO2 renforçait cette association. La distance à la station-service la plus proche était positivement mais non-significativement associée à la LAM, et cette association résultait en partie d’un effet de confusion de la longueur de routes au voisinage de la résidence. Ce travail soutient l’hypothèse selon laquelle l’exposition au benzène émis dans l’environnement pourrait induire une augmentation du risque de LAM chez l’enfant. / In adults, the relationship between benzene exposure (IARC, Group 1) and leukemia has been demonstrated in workplace for high-level exposure. This pollutant is emitted at low concentration in environment, especially by road traffic and petrol stations. The objective was to investigate the relationship between benzene exposure at low-level dose and childhood leukemia. The record-based GEOCAP study included all cases of childhood leukemia diagnosed in France over 2002-2007 and 30,000 contemporaneous population-based control children highly representative of the source population. The length of major roads was calculated around the residence of each geocoded subject in a 150-m buffer. We assigned them the yearly estimates of benzene and NO2 concentrations at the square where his residence was located on a 2-km2 grid covering continental France. The distance to the nearest petrol station from the residence was also calculated for all subjects. The length of major roads around the residence was positively and significantly associated with the risk of acute myeloblastic leukemia (AML). This association was more evident with benzene and NO2 2-km estimates, combined with the length of major roads indicator to enhance the exposure contrasts. The distance to the nearest petrol station was positively but non-significantely associated with AML, and some of this association was explained by a confouding effect of the length of major roads around the residence. This work suggests that exposure to benzene emitted in environment may increase the risk of AML in children.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans une première partie, nous avons étudié, à l'aide des moments dipolaires et des spectres infrarouge, le comportement d'une série de complexes méthylbenzêne chrome tricarbonyle et de leurs dérivés mono et bisubstitués avec la triphénylphosphine. En faisant quelques approximations simples, on arrive à trouver des distributions de charges dans ces molécules qui sont raisonnables et qui permettent de calculer les moments dipolaires avec une assez bonne précision, compte tenu des erreurs expérimentales sur ces moments. Dans une deuxième partie, nous avons déterminé la structure moléculaire d'un complexe monosubstitué du manganèse cyclopentadiényle tricarbonyle afin de vérifier si les postulats de Bigorgne concernant l'invariance de la structure lors d'une substitution sont acceptables. Il semble bien qu'on puisse négliger ces déformations en première approximation, mais il existe bien une déformation angulaire appréciable dans le complexe étudié. Plusieurs points demeurent cependant obscurs et il faudrait compléter les données accumulées jusqu'à maintenant par d'autres afin de se faire une image plus fidèle de la liaison dans ce type de complexes. On ne peut en effet affirmer sur la base d'une seule étude qu'un postulat par ailleurs bien établi est valide ou non. D'autres études structurales s'imposent donc si on veut vérifier la validité des dits postulats. De même, il serait souhaitable de compléter les données obtenues à l'aide des moments dipolaires dans l'étude des distributions de charges par les données que peuvent fournir d'autres techniques comme la résonance quadrupole nucléaire, les potentiels d'ionisation des électrons 2p ou la résonance magnétique nucléaire. Ces techniques permettent d'obtenir des mesures directes ou presque des distributions de charges dans les molécules. A ce titre, elles permettraient d'obtenir des renseignements que les moments dipolaires ne livrent qu'indirectement et de vérifier les autres postulats de Bigorgne. De telles études devraient nous conduire à une meilleure image de la liaison dans les complexes des métaux carbonyle. / Montréal Trigonix inc. 2018

Notre avons étudié le rôle de la profession et des expositions professionnelles aux solvants pétroliers et chlorés dans deux études épidémiologiques sur les facteurs de risque professionnels des cancers du sein chez l'homme et chez la femme. A l'inverse du cancer du sein féminin (50000 nouveaux cas par an en France), le cancer du sein chez l'homme est un cancer rare (<500 cas par an). Il constitue cependant un modèle intéressant pour l'étude des expositions professionnelles qui sont généralement plus élevées chez l'homme que chez la femme. Chez les hommes, nos résultats suggèrent un risque de cancer augmenté chez les mécaniciens de véhicules à moteur et un rôle cancérogène des solvants tels que le benzène et le trichloréthylène. Chez les femmes, malgré des risques élevés mais non significatifs dans plusieurs professions, aucune association avec les expositions aux solvants n'était mise en évidence pour les faibles niveaux d'exposition observés.

Ce travail de thèse porte sur l’optimisation des propriétés de nanotubes de carbone pour la détection de gaz.Pour cette application, les nanotubes de carbone ont été déposés sur deux types de transducteur sérigraphiés, résistif et résonant. Les nanotubes de carbone à multi-parois traités par plasma d’oxygène (O-MWCNTs) ont été le point de départ de ces travaux. Les performances de ces nanomatériaux déposés par air-brushing sur le transducteur de type résistif comportant deux électrodes de platine interdigitées préalablement déposées sur un substrat d’alumine ont été étudiées en présence de composés organiques volatils (COVs). Par comparaison aux réponses obtenues sous éthanol et acétone,une meilleure sensibilité et un meilleur temps de recouvrement ont été observés en présence de benzène et de toluène. Les nanotubes de carbone O-MWCNTs ont été ensuite déposés sur une micropoutre piézoélectrique sérigraphiée. Cette dernière, à base de PZT placé entre 2 électrodes, permet simultanément l’actionnement et la mesure de sa fréquence de résonance. De plus, le remplacement de l’électrode supérieure de géométrie rectangulaire par deux électrodes interdigitées a permis la mesure simultanée de la résistance des nanotubes de carbone et de la fréquence de résonance. Grâce à cette nouvelle génération de transducteur, la variation de résistance de la couche de nanotubes de carbone et la variation de masse ont pu être mesurés en présence de COVs mais aussi de monoxyde de carbone et de dioxyde d’azote. Sous forte concentration de vapeurs/gaz, la prise de masse de la couche sensible entraîne des variations de fréquence négatives. En revanche, à plus faible concentration, des variations de fréquence positives ont été observées. Ce phénomène est attribué à une modification de la rigidité de la poutre résonante suite à l’adsorption sur la poutre de l’espèce à détecter enfaible quantité. La mesure simultanée de la résistance des OMWCNTs de type-p a de plus permis la discrimination du caractère oxydant ou réducteur des gaz/vapeurs. Finalement,face à la difficulté de détecter le benzène à faible concentration, une approche basée sur la reconnaissance moléculaire « host-guest » a été proposée. Afin de promouvoir des interactions spécifiques avec le benzène, les MWCNTs ont été fonctionnalisés avec une molécule de type quinoxaléine en conformation de cavité. Ainsi, la mesure de la résistance de ce nanomatériau hybride a permis la détection de 2,5 ppb de benzène sous air sec avec une limite de détection (LOD) proche de 600 ppt. Ces résultats remarquables démontrent les potentialités des nanotubes de carbone fonctionnalisés pour la détection de faibles traces de composés aromatiques. / Multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) base sensitive layers have been deposited onto different transducer substrates for gas sensing application. Oxygen plasma treated MWCNTs, so-called O-MWCNTs, have been a building blockfor developing other gas sensitive nanomaterials. At first, OMWCNTs have been studied as resistive gas sensors. Volatile organic compounds (VOCs) such as benzene, toluene, ethanol, methanol and acetone have been used to characterize this sensitive layer. The sensors show good sensitivity and excellent baseline recovery in the presence of benzene or toluene vapors compared to the others tested VOCs. OMWCNTs have been studied as adsorbent nanomaterials deposited on PZT piezoelectric resonant cantilevers fabricated by multilayer screen-printing. In the second step, a modification of the rectangular top electrode to become an interdigitated electrode was implemented in order to have a sensor transducer employing two transduction mechanisms. This configuration allowed us to measure, for a single device, the resistance change of the carbon nanotube film and the resonance frequency shift of the PZT cantilever up on exposure to VOCs. The sensing properties of such systems have been studied for benzene, CO, and NO2 contaminants. Positive and negative shifts of the resonance frequency are observed at lowand high gas concentrations, respectively. These are attributed to stress or to mass effects becoming dominant at low or high gas concentration levels. Monitoring the resistance of the p type O-MWCNT film helps discriminating gases/ vapours according to their oxidizing or reducing character. The interest of the double transduction has been demonstrated in the detection of CO. Finally, in front of the difficulty to detect benzene at low concentrations, a different approach based on the host-guest molecular recognition is proposed. To promote specific interaction toward benzene, quinoxaline-walled thioether-legged deep cavit and functionalized MWCNTs are used. The detection of 2.5 ppb of benzene in dry air is demonstrated with a limit of detection (LOD) near 600 ppt.These remarkable results show the potentiality of functionalized carbon nanotubes in aromatic vapor sensing at traces level.

Le 7 août 2009, un pipeline transportant du pétrole brut s'est rompu, provoquant le déversement de 5100 m3 de brut sur 5 hectares de la Réserve Naturelle des Coussouls de Crau. Le pétrole a atteint l'aquifère et a formé un LNAPL qui alimente un panache de polluants dissous, dont le benzène, composé cible car toxique. Cette étude vise à montrer que la biodégradation du pétrole (biostimulation ou atténuation naturelle), en particulier des composés dissous, est une mesure efficace de gestion à long terme des risques pour la ressource en eau. Une première étude en microcosmes a montré la biodégradation, même dans les conditions les plus réductrices, des composés cibles dont le benzène. Cette étude a confirmé que la disponibilité en oxydant est un facteur limitant et que le phosphate est un levier puissant pour stimuler la croissance bactérienne. Une seconde étude sur site a prouvé la faisabilité de la biostimulation par injection de nitrate et de phosphate dans la nappe et son efficacité pour l'abattement des concentrations en polluants dissous. L'utilisation du radon comme traceur pour estimer la saturation en pétrole dans l'aquifère a été évaluée dans une troisième étude. La facilité de mise en oeuvre de la méthode ainsi que les résultats offrent des perspectives intéressantes pour l'optimisation des systèmes de pompage-écrémage sur des sites ayant un NAPL. Une dernière étude portant sur la mise en place des processus d'oxydoréduction et de dégradation sur site a montré une évolution rapide des conditions après l'accident, traduisant un environnement favorable à l'atténuation naturelle. La dégradation in situ du benzène a été mise en évidence via des mesures isotopiques. / On August 7, 2009 a pipeline transporting crude oil broke in the heart of the Nature Reserve of Coussouls de Crau, and 5,100 m3 of oil were spilled over 5 hectares. Oil infiltrated through the subsurface and reached the most important regional aquifer where it formed a LNAPL that created a plume of dissolved compounds. Among these compounds, benzene is of particular concern because of its toxicity and high solubility. This thesis aims at showing that biodegradation of crude oil, especially of dissolved compounds, is a good option for long-term management of risks for the water resource. A first study in microcosms demonstrated biodegradation of targeted compounds, including benzene, even under the most reducing conditions. This study also revealed that the availability of electrons acceptors was a limiting factor and that phosphate was a powerful lever to stimulate bacterial growth. An on-site study proved the feasibility of biostimulation by nitrate and phosphate injection in the aquifer and showed that biostimulation was efficient to reduce concentrations of dissolved compounds. Naturally occurring radon was used as a tracer to estimate oil saturation in the saturated zone in a third study. The ease of implementation of this method and the results offer interesting perspectives to optimize the yield of pump-and-skim systems in LNAPL-contaminated sites. The last study focused on the implementation of redox processes and degradation in the saturated zone after the spill. This study showed that processes quickly evolved and that conditions were favorable to natural attenuation. In situ benzene degradation was proven by the measurements of stable isotopes of carbon.