Thèse de doctorat : Chimie informatique et théorique : Strasbourg 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliogr.

Avec le développement de nouveaux dispositifs apparait le besoin d’être capable de contrôler la chimique de surfaces de substrats multi-échelle et multi-matériaux. Plusieurs techniques font appel à de la chimie localisée via différentes technologies. Une approche consiste à exploiter les différences de réactivités chimiques entre les différents matériaux du substrat et différents groupements chimiques de manière à fonctionnaliser sélectivement chaque matériaux pour former des couches minces organiques de type « Self Assembled Monolayer »: Ce principe proposée par Pr. G. M. Whitesides est appelé chimie orthogonale. Dans le cadre de cette thèse, le but ultime était de réaliser la fonctionnalisation chimique orthogonale de substrats dont la surface était composée de SiO2/Au/TiW La première étape de ce travail a été de déterminer pour la première fois la fonction chimique la plus adaptée pour la fonctionnalisation de TiW. Pour se faire nous avons comparé la chimie des silanes, des acides phosphoniques et des catéchols. Après caractérisations (XPS, ToF-SIMS, IR) des différentes couches, la voie des acides phosphoniques semblait être celle donnant lieu à la couche la plus stable. Ensuite nous avons étudié l’orthogonalité sur de substrats bi-matériaux (SiO2/TiW ou Au/TiW), et enfin sur substrat dont la surface était constituée de Au/SiO2/TiW. / The development of nanotechnologies makes it possible to manufacture the micro or nanometric-sized patterns with various materials (dielectrics, metals, semiconductors). These heterogeneous surfaces are commonly used in the electronics industry for the production of nanoelectronic structures and components: transistors, memories or sensors. The concept of orthogonal chemical functionalization was first proposed by George M. Whitesides to modify the surfaces composed of different materials at the macroscopic scale. In this context, this PhD work aimed at exploring the orthogonal chemical functionalization approach on a predefined patterned titanium tungsten (TiW) surface by lithography producing. Pattern materials (Au, SiO2) are chosen to have different chemical properties, which can be functionalized with completely independent reactions. To achieve this aim, we have studied three different chemical groups for the formation of organolayers (silane, catechol, phosphonic acid) on TiW for the first time. The three layers were characterized (XPS, IR, ToF-SIMS) and the stability of the formed organolayers was also addressed. Then we developed and ascertained the orthogonal chemical functionalization of patterned Au/TiW and Au/SiO2/TiW surfaces. It proposes a novel strategy for the orthogonal functionalization on a triple-material patterned surface. In addition, the capture of nanoparticles by electrostatic interaction at specific location on Au/TiW patterned substrate was successfully implemented to prove the interest of such method for colloids trapping.

La flottation est la principale étape du processus de recyclage,ayant pour but l’élimination de l’encrede la pâte. Pour une moyenne de seulement 2% d’encre présent dans la pâte, le rendement estd’environ 80 %. Les pertes sont ainsi principalement composées de fibres, charges minérales etéléments fins. Le procédé de flottation est le seul processus permettant une séparation sélective desparticules d’encre de la pâte à papier, lors du recyclage des papiers récupérés. Ce processus estappliqué par toutes les usines européennes de désencrage et, bien qu'il soit reconnu comme étant leplus sélectif, il génère des pertes solides qui restent encore trop important (15 à 20% de pertes) parrapport au 2% en poids de l'encre appliquée en général sur imprimé. Ainsi, la sélectivité de la flottationa besoin d'être améliorée. Cette amélioration permettrait à la fois d'augmenter le rendement duprocédé de désencrage ainsi que de réduire les volumes de boues produites au cours de désencrageet donc de simplifier tous les problèmes liés à la valorisation de ces boues. Les travaux retranscritsdans ce mémoire ont, dans un premier temps, pour but d'améliorer la connaissance fondamentale desphénomènes se produisant au cours de flottation, en particulier pour obtenir une meilleureconnaissance i) sur les mécanismes de transport des différentes particules (encres, fibres decellulose, éléments fins et charges minérales) au cours de la flottation, en présence de différentstensio-actifs utilisés, ii) des rôles des la chimie utilisée ainsi que leur propre utilisation lors de laflottaison. Dans un deuxième temps, la modélisation des mécanismes de transport dans la pâte etdans la mousse, en tenant compte de paramètres mécaniques (débit de pâte, d’air, turbulence, laconception des cellules…) et physico – chimiques, pour ainsi finalement développer une simulation duprocédé de flottation permettant d'évaluer l'incidence de la chimie utilisée ainsi que des paramètresmécaniques des cellules. Cette simulation permettra par la suite d’améliorer à la fois l’efficacité descellules existantes mais aussi des lignes de désencrages. / Flotation is the main step of de-inking to remove the ink from the pulp. Whereas the target is toremove 2% of ink from the pulp, there is a loss of 20% of total matters (fibers, fillers and ashes). Theflotation process is the only process allowing to more or less selectively separate the particles frominks during recycling of recovered papers. This process is applied by all the European deinking millsand, although being recognized as being the most selective, it generates solid losses which remainstill too important (15 to 20% of losses) compared to the 2% of ink in weight applied to printed papers.Thus, the selectivity of flotation requires to be improved. Such improvement would at the same timeallow to increase the deinking process yield but also to reduce in parallel the volumes of sludgegenerated during de-inking and thus to simplify all the problems connected with the valorisation ofthese sludges. On the one hand, the objectives of this study are to improve fundamental knowledge ofthe phenomena occurring during flotation, in particular to obtain a better knowledge i) on mechanismsof transport of the various particles (ink, fibres and fines cellulose, mineral loads) during flotation in thepresence of various surface-active components from de-inking, ii) of the role of surface-activesubstances and their elimination during flotation. On the other hand, modelling of the mechanisms oftransport in the pulp and in the froth, taking into account mechanical parameters (air ratio, turbulence,design of the cells) and physico – chemical parameters has been highlighted to finally develop asimulation of the flotation process allowing to evaluate the incidence of the design of the cells,simulation which should then make it possible to improve the effectiveness of the existing cells.

La dépollution des sols contaminés par des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) est un enjeu important de société, à la fois environnemental, économique et technologique, du fait du grand nombre de sites contaminés par ces composés toxiques et persistants. Les entreprises d’ingénierie de l’environnement utilisant des procédés conventionnels de bioremédiation font souvent face à des rendements trop faibles d’élimination des HAPs dans les sols historiquement contaminés. Il y a donc un besoin réel de développer des solutions innovantes.Dans cette étude, 6 sols historiquement contaminés par des huiles de goudron ont notamment été caractérisés par la présence de 42 à 86% des HAPs dans la fraction sableuse, adsorbés sur diverses particules de charbon/coke/bois ou intégrés à l’intérieur de particules d’huile de goudron résinifiées et altérées. Ainsi, en fonction du niveau de séquestration des HAPs, la séparation sélective de la fraction la plus contaminée ou l’utilisation de procédés de lavage de sol (LS) utilisant des surfactants apparaissent comme des alternatives prometteuses aux procédés de bioremédiation. Une attention particulière a ensuite été portée sur le procédé de LS utilisant des surfactants, qui est basé sur l’optimisation du transfert des HAPs du sol vers la solution de lavage. Ce procédé génère des solutions de LS contenant de grandes quantités de surfactants et de polluants. Celles-ci doivent être traitées dans le but d’éviter la contamination de l’environnement et d’améliorer le rapport coût-efficacité du procédé.L’oxydation anodique (OA) a été identifiée comme un procédé adéquat et prometteur pour le traitement de solutions de lavage de sol contenant des HAPs et du Tween® 80 comme agent d’extraction. La compréhension détaillée des mécanismes impliqués dans l’élimination des composés organiques présents dans les solutions de LS a permis de mettre en place deux stratégies de traitement différentes :• Tout d’abord, il a été mis en évidence que l’utilisation de l’OA à des courants faibles et pendant des temps de traitement longs (23 h) permet la dégradation sélective des polluants ciblés (les HAPs) et la réutilisation de la solution de LS pour des étapes supplémentaires de LS. La grande quantité de Tween® 80 ainsi économisée améliore fortement le rapport coût-efficacité et l’empreinte écologique des procédés de LS, en particulier lorsque la séquestration des polluants dans le sol requiert plusieurs étapes de LS et l’utilisation de fortes concentrations en surfactant.• En revanche, des rendements élevés d’élimination des composés organiques et la production de sous-produits plus biodégradables a été observée lors de l’utilisation de l’OA à faible intensité et pendant des temps de traitement court (3 h). Ainsi, des effets synergétiques ont été observés lors de la combinaison de l’OA avec un post-traitement biologique. D’importants rendements d’élimination avec des coûts opératoires optimisés peuvent être atteints. De plus, l’OA peut aussi être utilisée comme post-traitement pour l’élimination des composés faiblement biodégradables. Cette stratégie de traitement a pour but d’éviter toute contamination environnementale par les solutions de LS.Ces deux stratégies de traitement doivent être prises en considération pour une gestion optimale et appropriée des solutions de LS. Au vu des résultats prometteurs obtenus, les défis scientifiques reliés au changement d’échelle de ce procédé ont été discutés / Remediation of soil contaminated by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) is an important societal, environmental, economical and technological challenge, due to the high number of sites contaminated by these persistent and toxic compounds. Environmental engineering companies using conventional bioremediation processes often fails to reach sufficient PAH removal rates from historically contaminated soils. Therefore, there is a real need for the development of innovative solutions.In the present work, the characterization of 6 historically tar oil-contaminated soils showed that 42 to 86% of PAH are located in the sand fraction, either adsorbed on various coal/coke/wood particles or integrated in resinified and weathered tar oil particles. Thus, either selective separation of the most contaminated fraction or surfactant-enhanced soil washing (SW) appears to be promising alternatives to bioremediation, according to the level of sequestration of PAHs. Further investigations were performed on the surfactant-enhanced SW process, which is based on the transfer of PAHs from the soil-sorbed fraction to the washing solution. This process generates SW solutions containing a large amount of surfactant and pollutant. They have to be treated in order to avoid environmental contamination and ensure the cost-effectiveness of the whole process.Anodic oxidation (AO) was identified as a suitable and promising process for the treatment of SW solutions containing PAHs and Tween® 80 as extracting agent. The detailed understanding of mechanisms involved in the removal of organic compounds from SW solutions during AO allowed the implementation of two different treatment strategies:• First, it was emphasized that the use of AO at low current intensity during long treatment times (23 h) allows the selective degradation of target pollutants (PAHs) and the reuse of the SW solution for additional SW steps. Thus, the large amount of Tween® 80 saved strongly improves the cost-effectiveness and ecological footprint of SW processes, particularly when the high sequestration of pollutants requires several SW steps using high surfactant concentrations.• In contrast, high removal rates of organic compounds and production of more biodegradable by-products was observed during short treatment times (3 h) by AO at high current intensity. Thus, synergistic effects were observed for the combination of AO with a biological post-treatment. High removal rates with optimized operating costs can be achieved. Moreover, AO can also be used as a post-treatment (polishing step) for the removal of hardly-biodegradable compounds. This treatment strategy aims at avoiding environmental contamination by SW solutions.Both treatment strategies have to be considered for a suitable management of SW solutions. In view of promising results obtained, scientific challenges related to the scale-up of this process were discussed