The UN predicts that by 2050 there will water shortages throughout the globe. Current sources for safe, clean drinking water are being over mined and exhausted. Seawater provides an alternative water source, but a high salt content makes it unsuitable for the majority of applications. However, reverse osmosis lowers the salt content producing water that is safe for human consumption. Reverse osmosis uses a semi-permeable membrane to prevent the transport of salt but allows for the transport of water. Currently these membranes are susceptible to fouling and contamination, which reduces their efficiency. Graphene-oxide membranes offer a new material for reserves osmosis membranes. Sheets of graphene-oxide are stacked in a layered structure. The separation between the sheets can be controlled using physical confinement, resulting in limited ion permeation of abundant cations in seawater, like Na+ and K+. This is believed to be due to the separation of 0.76 nm between the graphene sheets, forcing the ions to lose its surrounding water molecules, making it unfavourable for the ion to travel through the membrane. Molecular dynamics simulations can give an atomic level insight into the molecular processes within GO membranes. Recent simulations have shown that charged species are attracted to graphene surfaces due to polarisation of the pi-electron system. This work has managed to incorporate these ion-pi interactions into molecular dynamics simulations. Including ion-pi interactions caused some ions, like Na+ and K+, to prefer to lose water molecules and reside at a graphene surface. This work observed the same phenomena when ions were confined to graphene channel ranging from 1.3 nm - 0.7 nm. This observation could have a large impact on whether dehydration is limiting the permeation of these two ions, or if there are additional processes that limit their molecular transport.

La fonctionnalisation des surfaces de silice permet d’obtenir des matériaux compétitifs dans le cadre de l’extraction spécifique d’ions. Cependant, les solvants généralement utilisés pour fonctionnaliser la silice présentent des contraintes économiques comme environnementales. Le CO2 supercritique est une alternative verte à l’utilisation de solvants organiques. Les objectifs de cette thèse sont de caractériser la fonctionnalisation par voie CO2 supercritique des surfaces de silices par des alcoxysilanes, de déterminer le devenir de cette fonctionnalisation dans des milieux de quelques nanomètres et de préciser leur comportement en solution. Plusieurs systèmes modèles à base de silice ont été utilisés comme support au greffage : des surfaces planes de silice, des surfaces planes espacés de quelques nanomètres simulant des milieux confinés plans (nanocanaux) et de la silice à mésoporosité organisée (SBA-15). Afin de déterminer l’impact des groupements fonctionnels sur la fonctionnalisation, plusieurs ont été utilisés ou préparés : le 3-(mercaptopropyl)triméthoxysilane (MPTMS), 3-[amino(éthylamino)propyl]triméthoxysilane (AEAPTMS) et le 3-(iodopropyl)triéthoxysilane (IPTES). Les résultats obtenus sur les surfaces planes de silice ont permis de déterminer différentes morphologies et structures de couche selon le groupement fonctionnel de l’alcoxysilane. Pour le MPTMS, l’obtention d’une monocouche auto-assemblée est possible à 60ºC. Pour l’AEAPTMS, des couches polycondensées sont obtenues quelle que soit la température du procédé de greffage. Pour l’IPTES, une bicouche a été obtenue à 120°C. Ces mêmes morphologies ont permis d’expliquer le remplissage des nanocanaux de silice, avec la présence additionnelle de molécules physisorbées. Le transfert des procédés de greffage sur des silices mésoporeuses SBA-15 a montré que les morphologies des couches obtenues sur les surfaces planes de silice n’étaient pas strictement transposables. En effet, il a été montré que le MPTMS et l’IPTES se greffaient dans la microporosité. Alors que les molécules de MPTMS se greffent en monocouche à la surface des mésopores, le greffage d’IPTES sur leur surface n’a pas pu être mis en évidence. De plus, de la polycondensation a aussi été caractérisée dans une fraction des mésopores. Cette polycondensation n’est pas pilotée par les mêmes paramètres expérimentaux suivant la molécule.Par ailleurs la post-fonctionnalisation des groupements iodo en phosphonate par la réaction d’Arbuzov-Michaelis est avérée dans les surfaces planes comme dans les silices mésoporeuses. Dans le cas des silices SBA-15 post-fonctionnalisées, le matériau final correspond à une silice SBA-15 ayant des pores plus grands qu’avant la post-fonctionnalisation et présentant de groupements phosphonates dans ses murs. Les mesures de leur évolution en solution ont montré la stabilité du matériau à différents pH et que les solutions diffusaient plus ou moins vite dans les murs de la silice. Les coefficients de diffusion des solutions calculés ont prouvé que la fonctionnalisation, en bouchant la microporosité, ralentissait la diffusion des solutions dans les murs de silice. Dans le cas de solutions basiques, cette diffusion est plus élevée probablement à cause de l’affinité des cations avec les groupements phosphonates. Des études de sorption ainsi que des effets d'irradiations γ seraient des perspectives intéressantes de ce travail. / Surface functionalization of silica leads to the synthesis of materials with possible applications in the selective ion extraction. However, organic solvents classically used to functionalize the silica surface have economic and environmental issues. Supercritical carbon dioxide (SC CO2) seems a greener alternative to the use of these organic solvents. The aim of this PhD work is to characterize the SC CO2 functionalization of silica surfaces by alkoxysilanes, to determine the evolution of the grafting in nanometric media and to precise the behavior of the materials in aqueous solution. Different model systems based on silica have been used as grafting supports: plane silica surfaces, parallel and plane surfaces spaced of few nanometers (silica nanochannels) and organised mesoporous silica (SBA-15). In order to determine the impact of the alkoxysilane head groups on the supercritical CO2 functionalization, different alkoxysilanes have been used or prepared: 3-(mercaptopropyl)trimethoxysilane (MPTMS), 3-[amino(ethylamino)propyl]trimethoxysilane (AEAPTMS) and 3-(iodopropyl)triethoxysilane (IPTES). The results obtained in plane silica surfaces allowed the determination of different morphologies and structures of the grafted layers, depending on the alkoxysilane used. The same morphologies have been found on the grafting of silica nanochannels, with the addition of physisorbed molecules. The transfert of the SC CO2 grafting process SBA-15 silica showed that the process was not strictly transposable. AEAPTMS could not be grafted in mesoporous silicas SBA-15 having a pore size lower than 7,5 nm. MPTMS and IPTES molecules are both grafted on the microporosity and a fraction of mesopores is obtured. Moreover, MPTMS monolayers are grafted at the mesoporous surface. The driving parameters of the polycondensation change depending on the grafted molecule.Besides, the post-functionalization of the iodo groups in phosphonate by the Arbuzov-Michaelis reaction have been effectively performed in plane and in mesoporous silicas. In SBA-15 silica, the post-functionalization leads to materials with higher porosity and with phosphonate groups in the pore wall. The measure of the evolution in aqueous solution show that the material is stable at different pH values and that the solution diffuses in the pore walls. The calculated diffusion coefficients highlight that the functionalization, which obstructed the microporosity, slowed down the diffusion of the aqueous solutions in the silica walls. In the case of basics solutions, the diffusion is probably enhanced by the affinity of the cations with the phosphonate groups. Sorption studies and the effects of γ-irradiations in the grafted materials could be interesting outlooks of this work.

Le travail présenté ici concerne l'étude des différentes phases de porteurs de charge générées sous excitation optique à basse température dans les nanostructures de silicium cristallin. Après avoir rappelé et décrit brièvement les mécanismes physiques responsables de l'apparition et de l'équilibre entre le gaz d'excitons, le plasma et le liquide électron-trou dans les semiconducteurs massifs, il est montré, en s'appuyant sur les techniques de photoluminescence résolues en longueur d'onde et en temps, que le seuil de condensation des excitons en liquide électron trou est abaissé dans les puits de silicium sur isolant (SOI) du fait du confinement spatial unidimensionnel. Cet effet permet également de mettre en évidence la nucléation et la coalescence des gouttelettes de liquide. Une augmentation de la température de transition liquide-plasma est observée dans les milieux confinés dans les trois directions de l'espace, obtenus à partir de puits de SOI. L'influence du champ électrique sur le liquide est examinée grâce à la fabrication de jonctions métal-oxyde-semiconducteur pouvant servir à localiser les gouttelettes sous les électrodes. Enfin, l'effet du confinement quantique sur le liquide est observé dans les puits fins de SOI et conduit à la création d'un liquide bidimensionnel. Les données sont analysées en s'aidant d'un modèle prenant en compte l'abaissement de la dimensionalité du silicium ainsi que l'apparition de charges image dans le matériau barrière. Pour les puits les plus fins, l'apparition de raies de luminescence caractéristiques de celles émises par des nanocristaux de silicium atteste de l'observation de la transition puits/boîte.

L’optique intégrée sur verre est une technologie mature dont les nombreuses applica-tions vont des télécommunications optiques aux capteurs. L’amélioration constante des per-formances des dispositifs réalisés est basée sur une densification des fonctions et donc uneréduction des dimensions des guides d’onde ainsi qu’une augmentation de la densité de puis-sance que ceux-ci transportent. Dans ce travail, nous avons donc étudié les performancesultimes de la technologie de l’échange d’ions argent/sodium sur verre en matière de confi-nement et de longueur de propagation. En particulier, dans le cas de la génération d’effetsnon-linéaires, nous avons mis en évidence la nécessité de trouver un compromis entre ces deuxaspects. Nous démontrons alors que les performances des guides d’onde obtenus par échanged’ions argent/sodium sont intrinsèquement limitées par les pertes optiques attribuées à laprésence d’argent métallique. Ceci se traduit par la présence d’un seuil d’endommagementà fortes densités de puissances. Pour dépasser cette limitation nous avons proposé et ini-tié alors un changement radical de technologie dont nous présentons les premiers résultatsobtenus par échange thallium/sodium sur un verre spécifiquement développé. / Glass integrated optics is a key enabling technology which applications range from opticaltelecommunications to sensors. The steady improvement of devices performances is sustainedby an increasing functions density and thus smaller waveguides supporting higher powerdensities. In this work we investigate the ultimate performances in terms of confinementand propagation length of the silver/sodium ion-exchanged waveguides fabricated on glasstechnology. In particular, a trade-off between these two features has been highlighted inthe case of nonlinear effects. We then demonstrate that the performances of silver/sodiumion-exchanged waveguides are mainly limited by optical losses introduced by metallic silveraggregates even for buried low-losses waveguides. Hence the waveguides exhibit a damagethreshold for high power densities. To overcome this limitation a major technology changehas been initiate and we present the first results obtained by thallium/sodium ion exchange.

L’optique intégrée sur verre est une technologie mature dont les nombreuses applica-tions vont des télécommunications optiques aux capteurs. L’amélioration constante des per-formances des dispositifs réalisés est basée sur une densification des fonctions et donc uneréduction des dimensions des guides d’onde ainsi qu’une augmentation de la densité de puis-sance que ceux-ci transportent. Dans ce travail, nous avons donc étudié les performancesultimes de la technologie de l’échange d’ions argent/sodium sur verre en matière de confi-nement et de longueur de propagation. En particulier, dans le cas de la génération d’effetsnon-linéaires, nous avons mis en évidence la nécessité de trouver un compromis entre ces deuxaspects. Nous démontrons alors que les performances des guides d’onde obtenus par échanged’ions argent/sodium sont intrinsèquement limitées par les pertes optiques attribuées à laprésence d’argent métallique. Ceci se traduit par la présence d’un seuil d’endommagementà fortes densités de puissances. Pour dépasser cette limitation nous avons proposé et ini-tié alors un changement radical de technologie dont nous présentons les premiers résultatsobtenus par échange thallium/sodium sur un verre spécifiquement développé. / Glass integrated optics is a key enabling technology which applications range from opticaltelecommunications to sensors. The steady improvement of devices performances is sustainedby an increasing functions density and thus smaller waveguides supporting higher powerdensities. In this work we investigate the ultimate performances in terms of confinementand propagation length of the silver/sodium ion-exchanged waveguides fabricated on glasstechnology. In particular, a trade-off between these two features has been highlighted inthe case of nonlinear effects. We then demonstrate that the performances of silver/sodiumion-exchanged waveguides are mainly limited by optical losses introduced by metallic silveraggregates even for buried low-losses waveguides. Hence the waveguides exhibit a damagethreshold for high power densities. To overcome this limitation a major technology changehas been initiate and we present the first results obtained by thallium/sodium ion exchange.

L’effet du confinement sur les propriétés physiques des polymères est un sujet d’une importance à la fois fondamentale et académique et est le centre d’un débat scientifique soutenu. La relation entre la transition vitreuse (Tg) et la dynamique des polymères en confinement est notamment le centre d’un débat controversé au sein de la communauté scientifique depuis les deux dernières décennies. Alors que la transition vitreuse mesurée par expansion thermique est diminuée de manière remarquable en films minces, sa dynamique alpha est invariante : ce phénomène est aperçu comme une rupture avec la loi de superposition temps température. Pour chercher l’origine des controverses scientifiques qui en résultent et répondre aux questions posées dans ce débat, on s’intéresse, dans ce travail de recherche, aux propriétés calorifiques des polymères à base de nanoparticules, avec une surface spécifique élevée, confinés en structure compacte. Bien que cette géométrie présente quelques avantages comme une importante surface spécifique et une méthode de préparation générant moins de contraintes résiduelles, relativement peu d’études ont été réalisées sur cette géométrie de confinement comparé à celles portant sur les films minces.L’objectif principal de cette thèse est d'étudier le comportement de la Tg et de la dynamique du polystyrène confinés sous forme de nanoparticules dans une structure compacte où les particules sphériques sont séparées par des vides et en les comparants aux polymères massiques correspondants. Nous étudions la cinétique de fermeture des vides inter-particules dans cette géométrie compacte en fonction de la surface libre pour extraire la dynamique α du polystyrène confiné. Nous avons utilisé les résultats des thermogrames de calorimétrie à balayage différentielle (DSC) de ces particules pour obtenir des informations sur la capacité calorifique Cp. Nous montrons que la capacité calorifique du polystyrène confiné est similaire à celle du polymère massique correspondant dans le régime vitreux et s’écarte de ce comportement entre Tg -30°C et Tg. Cet écart devient de plus en plus important avec l’augmentation de la surface libre. Ce phénomène a été attribué à l'existence d'une couche mobile à la surface libre du polystyrène ou à l'existence d'une couche possédant un coefficient de dilatation important. Par contre, nous montrons également que la dynamique α du polymère confiné présente le même comportement que le polymère massique dans cette gamme de température.Le deuxième volet de cette thèse vise à étudier le mécanisme de vieillissement vitreux du polystyrène confiné dans la géométrie des particules en structure compacte. Nous avons calculé la recouvrance enthalpique lors du vieillissement du polystyrène dans les cas confiné et massique à des différents températures et temps de vieillissement. Nous montrons que le vieillissement vitreux dépend de la méthode de préparation du polymère et est fortement affecté par le confinement. / The impact of confinement on the physical properties of polymers is an important topic for both fundamental and academic aspects and has gathered an intensive interest within the polymer physics community. In particular the relationship between the glass transition (Tg) and the dynamic of confined polymers has remained the center of a controversial debate over the past two decades. While the glass transition measured by thermal expansion is remarkably decreased in thin films, the alpha dynamic of polymers was found to be invariant, which can be seen as incoherence with the time-temperature superposition. To search the origin of these controversies and answer the questions posed in this debate, we focus the study on the thermal properties of confined polystyrene in the compact structure with a high surface area such as nanoparticles. Even though the particles geometry exhibit several advantages such as higher free surface and mild processing method, only few studies have been carried out on it compared to that on the thin films.The main objective of this thesis is to investigate the behavior of Tg and the dynamics of confined polystyrene in particles in the close packed structure, where the spherical particles are separated by voids, and to compare them to their corresponding bulk. We investigate the kinetic of void closure to quantify the α-dynamic of confined polystyrene in particles. We extract information about the heat capacity (Cp) from differential scanning calorimetry (DSC) thermograms. We show that the Cp of confined polystyrene is similar to that of bulk in the glassy regime and deviates from it between Tg -30 ° C and Tg. The magnitude of this deviation increases with increasing the free surface area. This was interpreted by the existence and the propagation of a mobile layer on the free surface or the existence of a zone with higher expansion coefficient. On the other hand, the α-dynamic probed via the void closure in the area where Cp increases was found to exhibit a bulk behavior.A second objective of this thesis is to investigate the physical aging of confined polystyrene in particles in the glassy regime. We quantify the enthalpy recovery during aging of both confined polystyrene and their corresponding bulk at various temperatures and aging times. We show that the physical aging process depends on the processing history of the polymer and is highly affected by the confinement.

En compétition avec les alcanolamines, les liquides ioniques (LIs) sont connus pour interagir fortement et de façon réversible avec des gaz acides. Les propriétés remarquables des LIs ont conduit à la réalisation de ‘Supported Ionic Liquid Membranes’ (SILMs) qui sont des systèmes continus attractifs pour la séparation de gaz, et notamment du CO2. Dans les SILMs, il est possible d’adapter les propriétés d'adsorption/séparation en modifiant les caractéristiques du support (e.g. composition, structure poreuse, surface spécifique, etc.) et du LI (nature des cations et anions). En dépit de leur relative instabilité dans les procédés de séparation de gaz acides, les supports nanoporeux polymériques sont classiquement utilisés pour préparer des SILMs. Récemment, les supports céramiques poreux ont été considérés pour la réalisation de SILMs en raison de leurs excellentes résistances thermique et mécanique. La plupart de ces systèmes sont préparés par imprégnation/infiltration des LIs dans les pores du support céramique. Ce protocole conduit à la formation de matériaux composites dans lesquels le LI est physiquement piégé dans le support, mais souvent avec une distribution hétérogène du LI et une stabilité limitée dans le temps. Dans ce travail de thèse, réalisé en collaboration entre l’Institut Européen des Membranes (IEM) et l’Institut Charles Gerhardt de Montpellier (ICGM), nous avons développé une nouvelle génération de SILMs, dans lesquelles le LI est confiné dans les pores d'un support en céramique mésoporeux par greffage chimique. La préparation de ces systèmes se fait en trois étapes :i) Synthèse et caractérisation de nouveaux LIs portant des fonctions de couplage pour assurer leur greffage en surface des pores de la membrane céramique et détermination de la capacité d’absorption du CO2 des différents LIs synthétisés;ii) Optimisation des paramètres de greffage de ces LIs sur des poudres modèles de γ-Al2O3 et caractérisation des matériaux hybrides obtenus avec mise en évidence du greffage;iii) Transfert du protocole de greffage optimisé sur des membranes céramiques commerciales γ-alumine (fabrication de Grafted Ionic Liquid Membranes - GILMs) et évaluation de leurs performances pour la séparation du CO2.Ce travail, basé sur une approche originale, associant de nouveaux liquides ioniques et un nouveau concept de membrane à base de liquide ionique supporté, montre, au travers de plusieurs exemples l’intérêt d’une approche multi-étapes pour le développement de systèmes membranaires de séparation du CO2. / In competition with amines, ionic liquids (ILs) are known to interact strongly and reversibly with acid gases, making supported IL-membrane (SILMs) versatile materials for use in CO2 membrane separation applications. It is possible to finely tune SILMs properties for CO2 adsorption/separation by tailoring the characteristics of both the support (e.g., porosity, surface area, composition, etc.) and the ionic liquid (cations and anions). Up to now, nanoporous polymer supports have been favored for preparing SILMs, in spite of their relative instability during continuous separation processes in the presence of acidic gases. Recently, porous ceramic supports have been considered due to their excellent thermal and mechanical resistance. Most of the SILMs are prepared by impregnation/infiltration of IL in the pores of ceramic support which leads to the formation of composite membrane materials with either a physisorbed or mechanically trapped IL in the support. Despite their promising performance, such SILMs exhibit inherent limitations such as facile IL disarrangement, heterogeneous distribution, and limited stability upon ageing.In this Ph.D work, carried out in collaboration between the Institut Européen des Membranes (IEM) and the Institut Charles Gerhardt de Montpellier (ICGM), a new generation of SILMs has been developed in which ILs are confined within the pores of a mesoporous ceramic support by chemical grafting. The membranes are prepared in three steps:i) Synthesis and characterization of new ILs bearing a coupling function which allow the grafting on the surface of ceramic oxide supports and determination of the CO2 absorption capacity of the new ILs developed;ii) Elaboration and/or optimization of relevant synthesis protocols for grafting ILs on/in γ-alumina powders and physico-chemical characterizations of the hybrid materials;iii) Transfer of the optimized grafting protocols on commercial porous ceramic support with γ-alumina top-layer to produce Grafted Ionic Liquid Membranes (GILMs) and evaluate their performance for CO2 separation.An original research strategy, based on new ionic liquids and innovative membrane concepts have been addressed in this work, illustrating the contribution of a multi-step approach towards the development of membranes for CO2 separation.

Ce travail de thèse expérimental porte sur l'élaboration et l'étude de systèmes hybrides 1D de nanotubes de carbone mono-feuillets, fonctionnalisés de manière non covalente, sous deux aspects. La première étude s'intéresse à l'intercalation de rubidium dans les faisceaux de nanotubes. L'objectif est de faire le lien entre les propriétés structurales des nanotubes dopés et leurs propriétés électroniques au cours du dopage. Un dispositif original dédié, adapté à l'utilisation sur grands instruments et permettant le suivi « in-situ » de l'intercalation par une approche multi-techniques, a été développé dans ce but. Nous mettons en évidence par EXAFS que l'arrangement local autour des ions rubidium est dépendant de la stœchiométrie des composés étudiés. Il apparaît alors qu'à faible taux de dopage, les sites de défauts oxygénés sont privilégiés. Le changement de structure est également relié à une transition semi-conducteur/métal des nanotubes, observée par mesure de résistance électrique et spectroscopie Raman, et induite par le dopage des nanotubes par le rubidium.La seconde partie expérimentale est consacrée à l'étude du confinement d'oligothiophènes à l'intérieur de nanotubes de carbone mono-feuillets. Des mesures de diffraction des rayons X et de microscopie électronique en transmission haute résolution démontrent l'efficacité de notre protocole d'encapsulation. D'autre part, différentes spectroscopies, absorptions UV-Visible et infrarouge et diffusion Raman, indiquent un transfert de charge relativement faible entre les molécules encapsulées et les nanotubes de carbone. Ce résultat est très bien mis en évidence par les modifications de profil, d'intensité et de fréquence des modes Raman hautes fréquences. On notera le bon accord entre les résultats obtenus ici et les effets de renormalisation de l'énergie de phonon discutés dans la littérature. En complément, des effets de confinement liés au diamètre des nanotubes ont été mis en évidence par l'étude des modes Raman basses fréquences. Deux modèles structuraux sont proposés pour expliquer les tendances observées. Le premier suggère un comportement indépendant de la nature de l'espèce insérée. Dans le second, le nombre de chaines d'oligothiophènes encapsulées en fonction du diamètre des tubes est pris en compte. De plus, nous montrons également une influence significative des défauts structuraux sur les systèmes hybrides. / This experimental work concerns the development and the study of 1D hybrid systems of single-walled carbon nanotubes non-covalently fonctionnalized. Two different approaches are discussed. The first experimental study deals with the intercalation of rubidium in carbon nanotubes bundles. The aim is to link structural and electronic properties along the doping process. To do, we developed an original and dedicated home-made set adapted to the use on synchrotron facilities. It permits the following of the intercalation by means of an in-situ multi-techniques approach. In this part, we pointed out that the local environnement of rubidium is dependant of the compound stœchiometries. It appears that oxygenated surface defects are first occupied for low doping rates. The structure modification is also linked to a semiconducting/metal transition of carbon nanotubes observed by resistance measurements and Raman spectroscopy. The second experimental study is devoted to the confinement of oligothiophenes inside single-walled carbon nanotubes. X-Ray diffraction and high resolution transmission electronic microscopy measurements demonstrate the efficiency of our encapsulation process. Several spectroscopic techniques such as UV-Visible and infrared absorptions and Raman diffusion indicate a weak charge transfer between both systems. This result is well evidenced by the profile, intensity and frequency modifications of the high frequency Raman modes. We note the good agreement of these results with the energy renormalisation of phonons discussed in the literature. In addition, some confinement effects depending on carbon nanotubes diameter are pointed out by the study of low frequency Raman modes. Two models are proposed to explain the observed trend. The first one suggests a behavior independent of the nature of the inserted element. In the second one, the number of oligothiophene chains encapsulated in function of carbon nanotubes diameter is considered. We also show a significative influence of carbon nanotube defects on hybrid systems.

La turbulence au sein d’un plasma contribue de manière significative à l’augmentation du transport de l’énergie et des particules. Ce transport diminue la qualité de confinement du plasma réduisant la possibilité d’atteindre le seuil de fusion. Notre travail a consisté à étudier et à mesurer l’évolution des caractéristiques de la turbulence ainsi que son rôle durant la transition d’un mode à faible confinement (L-mode) à un mode de confinement amélioré (H-mode) des plasmas du tokamak ASDEX Upgrade. Nous avons, en particulier, étudié la phase de transition intermédiaire (I-phase) où la turbulence et le cisaillement des structures turbulentes par les flux interagissent. Une des théories prévoit que la turbulence au bord du plasma est stabilisée par des gradients de champs électriques radiaux: le cisaillement de flux E×B stabilise la turbulence et diminue la taille radiale des structures. Le mécanisme physique détaillé de la formation de la barrière de transport n’est pas encore bien compris. Afin d’étudier la dynamique radiale et temporelle de la transition L-H, nous nous sommes servis d’un réflectomètre à balayage en fréquence ultra-rapide. Durant nos campagnes expérimentales nous sommes parvenus à réduire ce temps de balayage à 1 μs. La dynamique de densité électronique, du niveau de turbulence et des spectres lors des transitions L-H ont été réalisées. Les mesures montrent que le niveau des fluctuations de grande échelle diminue après une transition L-H, ce qui confirme les prédictions théoriques. La I-phase a été documentée pour diverses conditions du plasma. Enfin, ces réflectomètres ont aussi permis l’observation de modes cohérents à haute fréquence au bord du plasma / Plasma confinement is limited by energy and particle transport, in which turbulence plays an important role. In this work the measurements of the turbulence characteristics carried out on the ASDEX Upgrade tokamak are presented during the transition from the Low (L) to the High (H) confinement mode which goes through an Intermediate (I) phase where turbulence and shear flows strongly interact. One of the most widely accepted theories concerning the L-H transition describes how the turbulence in the plasma edge is stabilized by radial electric field gradients: the E×B flow shear stabilizes turbulence and decreases the radial size of turbulent structures. As a consequence, a transport barrier forms in the edge where the plasma density, the temperature, and their gradients increase. The detailed physical mechanism of the formation of the transport barrier as well as the reason for the residual transport across this barrier are not yet well understood. The density dynamics is measured by an ultra-fast swept reflectometer with a time resolution as high as 1 μs. Studies of the electron density profile dynamics, the density turbulence level, radial wavenumber and frequency spectra during L-H transitions have been performed. The reflectometer measurements show that the density large scale fluctuations decrease after an L-H transition, which confirms the theoretical predictions of the turbulence reduction by sheared flows and supports previous experimental evidences. I-phases for various plasma conditions are documented and the density evolution is compared with the turbulence level. Moreover the results on high frequency coherent modes appearing at the plasma edge are presented.

La transplantation d’îlots pancréatiques est considérée comme une thérapie prometteuse quant au traitement du diabète de type 1. En revanche, l’utilisation de traitements immuno-suppresseurs ainsi que le manque de donneur sont un frein à l’expansion de cette thérapie à plus de patients diabétiques. Pour résoudre ces deux problèmes, la stratégie développée durant ces vingt dernières années est le pancréas bioartificiel. Il consiste en une immuno-isolation de la greffe dans une enveloppe artificielle, protégeant non seulement la greffe du système immunitaire, mais aussi le receveur de la greffe. Les îlots ou les cellules productrices d’insuline transplantée(e)s ne sont pas en contact avec le système immunitaire et aucune immunosuppression n’est nécessaire. L’objectif de ce travail était de déterminer les marqueurs de survie et de mort des îlots dans des conditions mimant celles du MAILPAN®, un pancréas bioartificiel développé par Defymed et d’étudier différentes molécules qui pourraient augmenter la survie des îlots. Nous avons démontré que cet environnement bioartificiel engendrait un confinement et de l’hypoxie créant un stress cellulaire et donc une perte précoce des îlots. Nous avons identifié plusieurs cibles pour améliorer la viabilité et la fonction comme par exemple les transporteurs d’oxygène ou des molécules anti-inflammatoires. Plus le nombre d’îlots dans le MAILPAN® était élevé, plus les effets délétères sur la survie des îlots étaient importants. En conséquence, nous avons testé différentes molécules impliquées dans les voies de l’hypoxie et de l’inflammation pour augmenter la survie et restaurer la fonction des îlots pancréatiques dans un environnement confiné et hypoxique (600IEQ/cm2). L’ajout d’HEMOXcell®, un nouveau transporteur d’oxygène et du peptide tat-CREB ont montré une restauration de la fonction des îlots ainsi qu’une diminution de l’hypoxie et de l’inflammation après 24h de culture. Ainsi ce travail a permis l’identification de nouveaux candidats pour l’élaboration d’un milieu spécialisé pour l’encapsulation de cellules. / Islet transplantation is considered as promising therapy for brittle type 1 diabetes. However, the use of immunosuppressive regimen and the lack of donor prevent the expansion of the therapy to other diabetic patients. In order to address these two issues, the strategy developed for the two last decades is the bioartificial pancreas. It consists in the immune-isolation of the graft in an artificial envelop, protecting at the same time the graft, from the immune-system, and the host, from the graft. In principle, the transplanted islets or surrogate insulin secreting cells are not in contact with the immune system and no immunosuppressive drugs are needed. The objective of this work was to identify the markers of islet death/survival mimicking MAILPAN® conditions, a bioartificial pancreas developed by Defymed and study different molecules which can improve islet survival.We demonstrated that bioartificial environment induced confinement and hypoxia which triggers cellular distress causing early islet loss. We identified several targets to improve viability and function such as oxygen carriers or anti-inflammatory drugs. The highest the number of islets in the MAILPAN® was, the most deleterious effects in islet survival and functionality were observed. As a consequence, we tested different molecules implicated in hypoxia and inflammation pathway to improve islet survival and restore islet functionality in a hypoxic and confined environment (600IEQ/cm²). The addition of HEMOXCell®, a novel oxygen carrier, and tat-CREB peptide have been shown to restore islets functionality and decrease hypoxia and inflammation levels after 24 hours in culture. Thus, these data provide new inputs for the design of a culture medium dedicated for cell encapsulation.