Le sang brut issu des abattoirs est une source importante de protéines. Il est actuellement peu valorisé, essentiellement par séchage ou par récupération de molécules plasmatiques après séparation centrifuge du plasma et du cruor. Ce co-produit est principalement composé d’hémoglobine, protéine riche en peptides actifs, tels que les peptides antimicrobiens, après hydrolyse par la pepsine porcine. L’objectif est de proposer une nouvelle stratégie de valorisation du sang, sans séparation plasma-cruor, tout en conservant les peptides bioactifs historiquement identifiés lors de l’hydrolyse pepsique de l’hémoglobine purifiée. Cette nouvelle voie, mise au point puis optimisée à l’échelle laboratoire, a été technologiquement transférée à l’échelle pilote. L’hydrolyse pepsique du sang a été premièrement mise au point à la concentration de 1% (p/v) en hémoglobine. Cette hydrolyse a mis en évidence la coexistence des mécanismes enzymatiques de type zipper et one-by-one pour l’apparition de la population peptidique. Les conditions d’hydrolyses (concentration en hémoglobine, choix de la pepsine, rapport enzyme-substrat, acide et temps d’hydrolyse) ont été optimisées en fixant une décoloration complète de l’hydrolysat ainsi que la conservation de la population peptidique. L’hydrolysat bioactif ainsi obtenu présente des propriétés antimicrobiennes et antioxydantes. Son analyse par spectrométrie de masse a permis la caractérisation de cet hydrolysat en terme de peptides issus de l’hémoglobine. Il ne possède aucune masse supérieure à 10 kDa, lui procurant ainsi une bonne digestibilité: son utilisation en alimentation animale en tant que complément alimentaire apparaît prometteuse. / Raw blood from slaughterhouses is an important source of proteins. This co-product, currently undervalued, is mainly composed of hemoglobin, a protein rich in active peptides such as antimicrobial peptides, after hydrolysis by porcine pepsin.The aim of this thesis is to propose a new strategy for the valorization of whole blood, without plasma-cruor separation. Preservation of identified bioactive peptides by pepsic hydrolysis of purified hemoglobin is required. This new way of blood valorization, developed and then optimized at laboratory scale, has been technologically transferred on a pilot scale (80 L).The pepsic hydrolysis of 70% bovine 30% porcine blood was first developed at 1% (w/v) of hemoglobin (23°C, 200 mL). This hydrolysis has demonstrated the coexistence of zipper and one by one enzymatic mechanism for the appearance of the peptide population. Hydrolysis parameters (hemoglobin concentration, industrial grade pepsin, enzyme-substrate proportion, acid allowing the sustainability of the hydrolysis pH and hydrolysis time) were optimized by fixing a complete discoloration of the hydrolysate as well as the preservation of the peptide population.The bioactive hydrolysate thus obtained contains antimicrobial and antioxidant properties. Mass spectrometry analysis has shown the hydrolysate composition in terms of peptides derived from hemoglobin. No mass above 10 kDa have been found, providing it with a good digestibility: its use in pet food as a food supplement seems promising.

Haslea ostrearia est une diatomée cosmopolite pouvant proliférer en milieu naturel et dont les efflorescences sont particulièrement fréquentes dans les claires à huîtres de la côte Atlantique française. Cette diatomée produit la marennine, un pigment bleu-vert hydrosoluble connu pour induire le verdissement des branchies des huîtres, augmentant ainsi leur valeur marchande. La marennine présente des activités allélopathiques, antioxydantes ou encore antibactériennes in vitro et son utilisation en aquaculture a été envisagée suite à la mise en évidence d’effets prophylactiques chez des bivalves. Les objectifs de ce doctorat étaient 1) d’identifier les effets de ce pigment sur la croissance des bactéries du genre Vibrio, fréquemment impliquées dans la mortalité massive de bivalves et 2) de s’assurer de son innocuité sur des organismes marins (e.g. mollusques, échinodermes). Nos résultats sur la croissance bactérienne ont montré que les relations dose-effet ne présentaient pas systématiquement une tendance linéaire et également que la marennine pouvait totalement inhiber ou bien stimuler la croissance de Vibrio en fonction de la souche testée. De plus, des concentrations écologiquement pertinentes ont induit des effets négatifs sur la survie et le développement d’animaux marins. Ces effets indésirables n’ont cependant été observés que chez des stades fragiles de développement tels que les embryons et les larves. Enfin, nos résultats questionnent l’utilisation de H. ostrearia en aquaculture et soulignent la nécessité d’établir des doses seuils d'exposition afin de prévenir tout effet indésirable, tout en bénéficiant des effets prophylactiques de la marennine. / Blooms of the diatom Haslea ostrearia are recorded worldwide in marine environments and occur frequently in oyster ponds in the Western French coast. This diatom produces a blue-green water soluble pigment named marennine that is known to turn oyster gills green, which provides a higher market value to the bivalves. Although H. ostrearia has been identified centuries ago, little is known about the ecological significance of the blue pigment. Marennine displays allelopathic, antioxidant or antibacterial activities in vitro and its use in aquaculture was considered as some prophylactic effects were demonstrated on farmed shellfish. The aims of this thesis were thus 1) to further identify the effects of this pigment on the growth of bacteria from the genus Vibrio that are frequently involved in bivalve mass mortality and 2) to ensure its safety on marine organisms (e.g. molluscs, crustaceans, echinoderms). Our results on bacterial growth demonstrated that the dose-response curves did not systematically present a linear pattern (e.g. “U shape”, hormetic responses) and that marennine could either totally inhibit the growth of Vibrio or stimulate it depending on the strain tested. Also, ecologically relevant doses could impair the survival and the development of the marine organisms tested. Such noxious effects seemed to only target early and fragile developmental stages as embryos and larvae, while adults appeared unaffected. Finally, our results question the exploitation of H. ostrearia in aquaculture and highlight the need to set exposure threshold doses to prevent any adverse effects but to benefit from the prophylactic strategy resulting from the use of marennine.

De nombreux traitements de surface (sablage, attaques acides…) ont été mis au point sur les implants dentaires afin de favoriser leur ostéointégration. Par ailleurs, depuis plusieurs années des revêtements à base de phosphates de calcium sont également développés dans le même but.L’objectif principal de la thèse est de mettre au point un procédé de revêtement à basse température afin de déposer à la surface de l’implant en titane une couche mince de phosphate de calcium, de structure et de composition analogue au minéral osseux en vue de favoriser l’ostéointégration. Il est aussi souhaité que ce revêtement présente des propriétés antibactériennes afin de lutter contre les infections post-opératoires. Dans un premier temps, un traitement de surface de l’implant en titane composé d’une étape de sablage et d’une attaque acide a été développé. Il permet d’obtenir une rugosité moyenne de surface comprise entre 1,4 et1,8 µm ainsi qu’une texture microporeuse et une mouillabilité de surface améliorée. Puis, les procédés de revêtement d’électrodéposition et d’immersions successives ont été étudiés. L’étapede centrifugation implémentée dans le procédé d’immersions successives s’est révélée cruciale et un revêtement d’environ 2 µm d’épaisseur composé d’apatite biomimétique a été obtenu. La composition et l’épaisseur du revêtement élaboré par électrodéposition est fortement influencée par la durée du dépôt. Ainsi une durée d’électrodéposition de 1 mn menée à un potentiel de -1,6V/ECS permet d’obtenir un revêtement d’environ 1,5 µm d’épaisseur composé d’une couche de phosphate octocalcique et de cristaux de brushite. Un test de vissage/dévissage dans une mâchoire artificielle a démontré la tenue mécanique des revêtements obtenus selon les deux procédés. Enfin, des ions antibactériens tels que l’argent, le cuivre ou le zinc ont été incorporésaux revêtements. Il a été démontré que des taux importants d’incorporation allant jusqu’à 40 %molaire par rapport au calcium peuvent être atteints pour le cuivre et le zinc. Des tests biologiques permettant d’évaluer l’effet de ces revêtements sur l’activité biologique de cellules mésenchymateuses humaines ainsi que sur la formation d’un biofilm (modèle de péri-implantite)en vue de la prévention des infections post-opératoires ont conduit à des résultats prometteurs pour le développement de tels revêtements bioactifs. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre du projet BIOACTISURF, soutenu par la Région Midi-Pyrénées, et réalisé en collaboration avec le Laboratoire de Génie Chimique (LGC) ainsi qu’un partenaire industriel

Les nanosciences représentent, actuellement, un domaine de recherche en pleine expansion grâce aux nombreuses applications auxquelles elles peuvent être associées, et en particulier à la course à la miniaturisation des systèmes. De plus, il a rapidement été montré que les propriétés physico-chimiques des matériaux à l’échelle nanométrique sont modifiées parfois de manière drastique, à cause par exemple des effets quantiques apparaissant à des tailles aussi petites, mais aussi en raison des effets de confinement. Le confinement de molécules ou de particules à l’échelle nanoscopique nécessite donc la fabrication de matériaux hôtes possédant ce qu’il convient d’appeler des sites de confinement, c’est-à-dire des sites possédant une taille voisine de celle du système à insérer. Ce type de matériau est désormais relativement connu, et deux familles monopolisent l’intérêt, à savoir la silice mésoporeuse, aussi et récemment utilisé, les verres bioactifs à base de silice ayant des caractéristiques contrôlées qui constituent des matériaux hôtes de confinement qui peuvent être immergés dans des fluides complexes tel que le plasma sanguin synthétique. Pour réaliser ces travaux on a besoins d’appliquer plusieurs techniques de caractérisations telles que la diffusion des Rayons X et des Neutrons, la Microscopie Electronique à Balayage et à Transmission, la spectroscopie Infrarouge à Transformé de Fourier etc...De plus, ces dernières années, des systèmes microfluidiques ont été utilisés pour élaborer des émulsions doubles, des microcapsules ou des microparticules, avec la particularité d’obtenir des populations très monodisperses par rapport à celles obtenues avec des techniques plus traditionnelles et de morphologie contrôlée. Dans le domaine pharmaceutique, ces capacités sont particulièrement intéressantes pour la synthèse de médicaments à libération contrôlée. Elles permettent d’obtenir des particules monodisperses de polymère encapsulantes pour lesquelles l’effet de relargage brutal est diminué et qui possèdent des vitesses de relargage plus lentes que celles observées avec des procédés de fabrication conventionnels. / Nanoscience currently represent a growing area of research through the many applications for which they may be associated, particularly in the race for miniaturization of systems. In addition, it was quickly demonstrated that the physico-chemical properties of nanoscale materials are sometimes changed drastically, for example because of quantum effects occurring at sizes as small, but also because of confinement effects .Confinement of molecules or particles at the nanoscale therefore requires the manufacture of host materials with what to call containment sites, that is to say, sites with a size close to that of the system insert. This type of material is now relatively well known, and two families monopolize the interest, ie the mesoporous silica, and also recently used bioactive glasses based on silica having controlled characteristics that are host materials containment can be immersed in complex fluids such as synthetic blood plasma.To do this work several characterization techniques we need to apply, including the spread of X-rays and neutrons, the Scanning Electron Microscopy and Transmission, Infrared spectroscopy Transformed Fourier etc ...Moreover, in recent years, microfluidic systems were used to prepare double emulsions, microcapsules or microparticles, with the particularity to obtain highly monodisperse populations compared to those obtained with more traditional and controlled morphology techniques. In the pharmaceutical field, these capabilities are particularly interesting for the synthesis of controlled release to drugs. They enable polymer monodisperse particles encapsulating why the sudden release effect is decreased and have slower release rates than those observed with conventional manufacturing processes

Ce projet a été dédié à la recherche et au développement de formulations pharmaceutiques pour la livraison d'agents bioactifs au niveau de l'intestin grêle/côlon. Les protéines/enzymes et les probiotiques sont très sensibles aux conditions drastiques du tractus digestif (acidité gastrique, présence des enzymes digestives) et ils perdent facilement leurs activités biologiques spécifiques. Pour maintenir ces activités, des formulations doivent être envisagées pour l'administration des agents bioactifs par voie orale. L'utilisation des dérivés macromoléculaires d'origine naturelle comme systèmes de transport et de livraison des actifs s'avère intéressante pour l'industrie pharmaceutique. Dans ce contexte, l'amidon modifié, non-réticulé (carboxyméthyl amidon, CMA) et/ou l'association CMA:Chitosane ont été proposés comme matrices (sous forme de comprimés) pour le transport et la livraison d'un vaccin sous-unitaire à base de fimbriae F4, d'un probiotique Lactobacillus rhamnosus et de deux enzymes thérapeutiques, la diamine oxydase (DAO) et la catalase, au niveau de l'intestin grêle et/ou côlon. Le maintien de l'activité spécifique de liaison des fimbriae F4 aux récepteurs est une caractéristique essentielle pour l'induction d'une réponse immunitaire mucosale au niveau de l'intestin grêle chez le porcelet. La formulation des fimbriae F4 avec le CMA a eu un effet bénéfique sur leur stabilité dans le milieu gastrique, en étant libérées sur une période de jusqu'à 5 h dans le milieu intestinal simulé. Un nouveau système (comprimé) basé sur une stabilisation physique et chimique entre le CMA (excipient carboxylé) et le chitosane (excipient avec des groupes amines) a été aussi proposé pour la livraison retardée du probiotique L. rhamnosus et de deux enzymes thérapeutiques, la DAO et la catalase, au niveau du côlon. L'association CMA:Chitosane a amélioré sensiblement les propriétés du CMA comme transporteur d'agents bioactifs, en retardant leur livraison dans le milieu intestinal simulé. Ainsi, l'augmentation du pourcentage et de la masse moléculaire du chitosane a diminué la quantité des bactéries libérées due à la formation d'un gel à la surface des comprimés. Le comportement complémentaire de ces deux polymères (CMA, compact en milieu acide et soluble dans un milieu neutre/alcalin et chitosane, soluble au pH acide et insoluble au pH alcalin/intestinal) semble moduler et améliorer réciproquement la libération des principes actifs. La matrice CMS:Chitosane a aussi assuré une bonne protection gastrique de la DAO contenue dans l'extrait végétal de germes de Lathyrus sativus («pea seedlings DAO», PSDAO), et de la catalase. Des activités enzymatiques variables de la DAO ont été trouvées dans les conditions intestinales, en fonction du temps de résidence des comprimés CMA:Chitosane dans le milieu gastrique simulé. Concernant la catalase, pour les formulations contenant des charges élevées en enzyme, des possibles associations protéine-protéine ont eu un effet marqué sur sa libération, en diminuant la libération d'enzyme. Des formulations bi-enzymatiques DAO:Catalase à base de CMA:Chitosane ont été aussi étudiées. Ainsi, les deux enzymes ont été libérées presque en même temps, et le peroxyde d'hydrogène (le produit de l'activité de la DAO) a été décomposé par la catalase. La thèse présente aussi une nouvelle méthode zymographique pour la DAO, basée sur une réaction couplée à la peroxydase immobilisée dans un gel de polyacrylamide. La stabilité de la DAO à la protéolyse a été étudiée dans les conditions qui simulent les milieux gastrique et intestinal. Après 10 h d'incubation de la PSDAO dans un milieu intestinal simulé (37 °C), une certaine stabilité de la DAO a été observée en présence de la pancréatine. Ces nouvelles formulations bio-pharmaceutiques pourraient constituer des alternatives intéressantes pour la prévention de la diarrhée post-sevrage chez le porcelet (vaccin à base des fimbriae F4) et pour la prévention ou la thérapie de différentes maladies entériques (probiotiques, DAO:Catalase). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : carboxyméthyl amidon, chitosane, fimbriae, probiotique, diamine oxydase, catalase, comprimés, administration orale.

Améliorer la stabilité de l’interface dentine adhésif est primordial si on veut prolonger la durée de vie et la longévité des restaurations en composite. La reminéralisation utilisant des matériaux relarguant des ions semble etre une approche prometteuse pour protéger la couche hybride de la dégradation hydrolytique et enzymatique. Les verres bioactifs mésoporeux (MBG) présentent des caractéristiques de surface intéressantes qui permettent de les utiliser comme charges au sein de l’adhésif qui favorisent d’une part la reminéralisation par la libération d’ions, d’autre part la fonctionnalisation des pores par des médicaments antibactériens. Ces caractéristiques permettent de lutter contre la reprise de carie. Le présent travail porte sur la synthèse et l'évaluation de nouveaux MBG pouvant être utilisés comme charges dans les adhésifs dentaires. Les MBG ont été préparés dans un système sol-gel à base d'acétate avec des précurseurs industriellement sûrs et non toxiques. Les MBG préparés à grande échelle (50g) offrent des caractéristiques de surface améliorées par rapport aux MBG à petite échelle (10g). L'étude de l'influence des modificateurs de réseau (CaO: Na2O) sur les caractéristiques de surface des MBG a révélé que la porosité était influencée par la teneur en CaO dans la composition. Une surface spécifique très élevée (535 m2g-1) et un volume de pores (0,33 cm3) ont été atteints dans le MBG avec la plus forte teneur en CaO. Par la suite, l'ordre de l'effet d'addition des précurseurs sur les caractéristiques de surface des MBG a été étudié. En maintenant la composition fixée et en faisant varier l'ordre d'addition du précurseur pendant la synthèse sol-gel, on a obtenu une augmentation de 1,5 fois du volume des pores et une diminution de 1,2 fois de la taille moyenne des pores. La méthode démontrée est une voie simple et directe pour améliorer la porosité et l'homogénéité des MBG. De plus, la modulation de la taille moyenne des pores pour une composition fixe est également utile pour une éventuelle application d’administration de médicament. En ce qui concerne la bioactivité, les charges de MBG ayant la plus forte teneur en CaO ont augmenté le précipité de phosphate de calcium dans le SBF après 7 jours, par opposition au MBG avec une teneur élevée en Na2O. De plus, tous les échantillons testés étaient non cytotoxiques pour les fibroblastes gingivaux humains (HGF) in vitro. De manière positive, les MBG traités à basse température ont significativement augmenté l'activité métabolique des HGF. Le broyage à boulets a été utilisé pour réduire la taille des particules primaires de MBG à moins de 3 µm. Le fraisage a visiblement eu un effet néfaste sur la porosité des charges MBG. Néanmoins, une certaine porosité est restée. L'adhésif commercial a été mélangé avec 3, 10, 20 et 30% en poids de charge MBG. L'adhésif rempli de MBG jusqu'à 10% en poids de charge a une viscosité fluide compatible avec l’application d'un adhésif. Le MBG ainsi développé avec une haute porosité et un contenu en CaO représentent des charges prometteuses pour des futures applications en dentisterie restaurative et régénérative / Improving the stability of adhesive dentin interface is crucial to extend the longevity of composite restorations. Remineralization through use of ion releasing materials is a promising approach to protect the hybrid layer from hydrolytic and enzymatic degradation. Mesoporous bioactive glasses (MBGs) offer attractive surface features (enhanced surface area and porosity) to use them as fillers in dental adhesives to promote remineralization through ions release. Moreover, the functionalization of pores with antibacterial drugs is a good way to combat secondary caries. The present work focused on the synthesis and evaluation of novel MBGs suitable to be used as fillers in dental adhesives. The MBGs were prepared in an acetate based sol-gel system with industrially safe and non-toxic precursors. MBGs prepared in large scale (50g) offered enhanced surface characteristics in comparison to small scale (10g) MBGs. The investigation on the influence of network modifiers (CaO:Na2O) on the surface characteristics of MBGs revealed that the porosity was driven by CaO content in the composition. Notable, very high surface area (535m2g-1) and pore volume (0.33cm3g-1) was attained in the MBG with highest CaO content. Next, the order of precursor addition effect on the surface characteristics of MBGs has been studied. By Keeping the composition fixed and varying the order of precursor addition during sol-gel synthesis a doubling of surface area, 1.5 times increase in pore volume and 1.2 times decrease in mean pore size was obtained. The demonstrated method is a simple and straightforward route to improve the porosity and homogeneity of MBGs. Furthermore, modulation of mean pore size for a fixed composition is also useful to tailor the pores of the fillers for drug delivery application. With regards to bioactivity, the MBG fillers with highest CaO content had increased calcium phosphate precipitate in SBF after 7 days as opposed to MBG with high Na2O content. Furthermore, all tested samples were non-cytotoxic to Human Gingival Fibroblasts (HGFs) in vitro. Positively, MBGs treated at lower temperature significantly enhanced the metabolic activity of HGFs. Ball milling was employed to reduce the primary particle size of MBG to less than 3μm. Milling seemingly had an adverse effect on the porosity of the MBG filler. Nevertheless, some porosity remained. The commercial adhesive was mixed with 3, 10, 20 and 30 weight percentage of MBG filler. MBG filled adhesive up to10 weight percent filler content had flowable viscosity suitable for adhesive application. The developed MBG with high porosity and CaO content appears as a new step in the development of dental adhesives and also other bioactive dental materials

Les aliments fonctionnels connaissent aujourd’hui un intérêt grandissant. Pour leur formulation, l'encapsulation de bioactifs représente une voie intéressante et les protéines de lactosérum (PS) présentent de bonnes potentialités en tant qu'agents d’encapsulation. Des travaux antérieurs ont démontré que deux PS, la beta-lactoglobuline (BLG) et la lactoferrine (LF), peuvent former spontanément des co-assemblages par coacervation complexe, une technologie d'encapsulation connue. Cette thèse étudie la coacervation BLG-LF pour l'encapsulation d'un bioactif modèle, la vitamine B9. En testant une gamme de pH et de ratios molaires, les conditions optimales de coacervation B9-PS sont obtenues dans l'eau, à pH 5,5, avec un ratio molaire LF:B9:BLG de 1:5:10, permettant d’atteindre des rendements de coacervation de 45 à 55%, et d’encapsulation de B9 de 98 %.L’échelle de production des coacervats est augmentée avec succès du µL au L, avec des solutions protéiques de qualité commerciale et un mélangeur statique. Les rendements de coacervation et d’encapsulation sont conservés, avec l’encapsulation d’environ 4 mg de B9/g coacervats. Par ailleurs, les coacervats montrent un effet protecteur de la forme native de B9 vis-à-vis des UV, de l’oxydation et pendant la lyophilisation. Une étude in vivo chez le rat démontre une augmentation de la biodisponibilité de B9 lorsque administrée sous forme de coacervats. Les coacervats apparaissent stables lorsqu’ils sont resuspendus en gouttelettes dans du lait. Ce travail permet d’approfondir les connaissances sur la coacervation hétéroprotéique et s / Encapsulation of bioactives is relevant for the development of functional foods. Food proteins as encapsulating agents could match the objective of industries to develop “clean label” products. Moreover, whey proteins (WP) exhibit good potentialities as encapsulating agents. Previous works have demonstrated that the WPs, beta-lactoglobulin (BLG) and lactoferrin (LF), are able to spontaneously co-assemble by complex coacervation. This study explores the ability of BLG-LF coacervates as a potential carrier for the encapsulation of a model bioactive, vitamin B9. Throughout screening experiments, we determined the domains where B9-WP coacervation occured according to a tested range of pH, proteins and vitamin concentrations and molar ratios. Optimal conditions for coacervation were found in water, at pH 5.5, with LF:B9:BLG molar ratio of 1:5:10, affording coacervation yields of 45 to 55% and B9 encapsulation up to 98%.Coacervation was scaled-up from laboratory to bench scale using commercial-grade protein sources and static mixing. Final efficiencies were obtained with coacervates containing 4 mg of B9/g coacervates. Under degradative conditions (UV light irradiation, oxidation, freeze-drying), WP coacervates provided good protective properties limiting chemical degradation of native B9. In vivo oral administration of B9-WP coacervates in rats enhanced the plasmatic concentrations of B9 compared to unencapsulated B9. In addition, good physical stability over time was found after incorporated and resuspension of formed coacervates in milk. The combined results of this thesis p

Dans ce travail, nous avons élaboré, par voie sol-gel, un nouveau verre bioactif mésoporeux : 92S6 (92% SiO2, 6% CaO, et 2% P2O5). Cette synthèse a été développée en variant les paramètres telles que la température, la nature du tensioactif (ionique (le CTAB) ou non ionique (le P123)) et la longueur de la chaîne carbonée pour chaque type de tensioactif et en étudiant leurs effets sur les propriétés texturales du verre. Des études physico-chimiques et biologiques in vitro ont été menées sur ces biomatériaux. Par la suite, nous avons réalisé une étude structurale de l'eau confinée dans les pores du verre synthétisé qui a révélé une modification de l'ordre locale en comparaison avec l'état massique (bulk). Ceci permet un contrôle de la quantité de principe actif à incorporer dans les pores, du taux d'adsorption et de la cinétique de libération. La diffraction des Rayons X aux petits angles, l'analyse texturale par BET et les images de la microscopie électronique en transmission ont mis en évidence l'influence des paramètres de synthèse sur les propriétés texturales des verres synthétisés. En effet, l'échantillon synthétisé avec le tensioactif ionique (CTAB) présente une structure mésoporeuse non ordonné, alors que l'utilisation du tensioactif non-ionique (P123) favorise l'obtention d'un verre mésoporeux ayant une structure poreuse ordonnée. Dans le cas des verres synthétisés avec les différentes longueurs de la chaîne carbonée des tensioactifs, nous avons démontré que la longueur de la chaîne alkyle du tensioactif ionique détermine la morphologie des particules et les caractéristiques texturales des 3 verres, alors que nous avons noté une absence de différences significatives dans la texture des matériaux dans le cas des 3 verres synthétisés avec les tensioactifs non ioniques. Nous avons aussi mis en évidence l'influence de la température de synthèse sur les propriétés texturales des verres synthétisés. Nous avons démontré que la température de synthèse agit sur le diamètre des pores de manière différente selon la nature du tensioactif. L'augmentation de la température de synthèse conduit à une augmentation de la dimension des cavités dans le cas des verres synthétisés avec le P123, alors que dans le cas des verres synthétisés avec le tensioactif ionique CTAB, l'augmentation de la température de synthèse conduit à une diminution des diamètres des pores. Nous avons démontré que la morphologie des particules et les caractéristiques texturales des verres influent sur la bioactivité de ces derniers. Nous avons obtenu des verres bioactifs comme en témoigne la formation de la couche d'hydroxyapatite à leurs surfaces une fois immergés dans le SBF, ce qui explique l'intérêt des ces verres dans le domaine de la chirurgie orthopédique. / In this study, a new mesoporous bioactive glass 92S6 (92% SiO2, 6% CaO, and 2% P2O5), was prepared by sol-gel method. The purpose of this study was first to investigate the effect of synthesis parameters such as aging temperature, surfactant type and surfactant carbon chain length on the glass textural properties and then to investigate these effect on the glass bioactivity. Then, we conducted a structural study of water confined in the pores of the synthesized glass. This study revealed a change of the local order of confined water in comparison with the bulk. This allows control of drugs to be incorporated into the pores, the adsorption rate and the release kinetics. The small-angle XRD patterns (SAXRD), the Brunauer–Emmett–Teller (BET) method and the Transmission Electron Microscopy (TEM) studies evidence the influence of the structure-directing agent (ionic surfactant CTAB or non-ionic P123) in the generation of unorganized or well ordered pores in the 92S6 glass. We also demonstrated that when we synthesized glasses with a same composition using the same technique (sol-gel), in presence of surfactants with different carbon chain length, there is a direct correlation between the surfactant and textural properties and structural characteristics. As observed from small-angle XRD patterns and TEM images, synthesis at different temperatures lead to the formation of mesoporous glasses. The properties of these glasses are extremely dependent on the synthesis temperature. We demonstrated also that the bioactivity may be significantly modified by a change on glass textural properties. Finally, the samples were analyzed to quantify the apatite formation ability when soaked in SBF solution. The physico-chemical studies showed apatite-like phases formed at the glasses surface when soaked in SBF. So, our mesoporous glasses are bioactive. These characteristic mesoporous glasses will display good future applications in bone tissue repairing and engineering.

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

De nombreux traitements de surface (sablage, attaques acides…) ont été mis au point sur les implants dentaires afin de favoriser leur ostéointégration. Par ailleurs, depuis plusieurs années des revêtements à base de phosphates de calcium sont également développés dans le même but.L’objectif principal de la thèse est de mettre au point un procédé de revêtement à basse température afin de déposer à la surface de l’implant en titane une couche mince de phosphate de calcium, de structure et de composition analogue au minéral osseux en vue de favoriser l’ostéointégration. Il est aussi souhaité que ce revêtement présente des propriétés antibactériennes afin de lutter contre les infections post-opératoires. Dans un premier temps, un traitement de surface de l’implant en titane composé d’une étape de sablage et d’une attaque acide a été développé. Il permet d’obtenir une rugosité moyenne de surface comprise entre 1,4 et1,8 µm ainsi qu’une texture microporeuse et une mouillabilité de surface améliorée. Puis, les procédés de revêtement d’électrodéposition et d’immersions successives ont été étudiés. L’étapede centrifugation implémentée dans le procédé d’immersions successives s’est révélée cruciale et un revêtement d’environ 2 µm d’épaisseur composé d’apatite biomimétique a été obtenu. La composition et l’épaisseur du revêtement élaboré par électrodéposition est fortement influencée par la durée du dépôt. Ainsi une durée d’électrodéposition de 1 mn menée à un potentiel de -1,6V/ECS permet d’obtenir un revêtement d’environ 1,5 µm d’épaisseur composé d’une couche de phosphate octocalcique et de cristaux de brushite. Un test de vissage/dévissage dans une mâchoire artificielle a démontré la tenue mécanique des revêtements obtenus selon les deux procédés. Enfin, des ions antibactériens tels que l’argent, le cuivre ou le zinc ont été incorporésaux revêtements. Il a été démontré que des taux importants d’incorporation allant jusqu’à 40 %molaire par rapport au calcium peuvent être atteints pour le cuivre et le zinc. Des tests biologiques permettant d’évaluer l’effet de ces revêtements sur l’activité biologique de cellules mésenchymateuses humaines ainsi que sur la formation d’un biofilm (modèle de péri-implantite)en vue de la prévention des infections post-opératoires ont conduit à des résultats prometteurs pour le développement de tels revêtements bioactifs. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre du projet BIOACTISURF, soutenu par la Région Midi-Pyrénées, et réalisé en collaboration avec le Laboratoire de Génie Chimique (LGC) ainsi qu’un partenaire industriel / Numerous surface treatments have been developed in order to improve osseointegration of dentalimplants (sandblasting, acid etching…). Moreover, various strategies involving calcium phosphate coatings have emerged for the same target for a few decades. The main purpose of this work is todevelop a low temperature process allowing the deposition of a thin calcium phosphate layer at the titanium implant surface. The composition and structure of this calcium phosphate coating have to be close to the bone mineral to enable osseointegration improvement. Moreover, thecoating should have antibacterial properties in order to prevent post-operative infections. A surfacetreatment protocol composed of sandblasting and acid etching was firstly developed creating anaverage roughness of 1.4 – 1.8 µm with micropits and improved wettability. Secondly, two processes were studied to produce the calcium phosphate coating: the alternate soaking processand the electrodeposition. It was demonstrated that the centrifugation step implemented in thealternate soaking process is crucial and a coating of about 2 µm thick composed of biomimeticapatite was obtained. Among all the operating parameters of the electrodeposition process, time ofelectrodeposition has the major impact on the composition and the thickness of the coating. An electrodeposition of 1 mn at -1.6 V/SCE leads to a 1.5 µm thick coating composed of a layer ofoctacalcium phosphate and dicalcium phosphate dihydrate crystals. A screw/unscrew test demonstrated the mechanical stability of the coatings obtained by both processes. Finally,antibacterial ions such as silver, copper and zinc were incorporated in the coatings. Highincorporation rate up to 40 mol.% compared to calcium were determined for copper and zinc.Biological tests were conducted to qualify the effect of these coatings on the biological activity ofhuman mesenchymal cells and on the formation of a biofilm (peri-implantitis model) to preventpost-operative infections. They led to promising results for the development of such bioactivecoatings. This work is part of the BIOACTISURF project, supported by the Midi-Pyrénées Region,and carried out in collaboration with the Laboratory of Chemical Engineering (LGC) and an industrial partner