La cellulose est un biopolymère naturel et très abondant. Selon son origine et son mode d’extraction, elle présente des propriétés de cristallinité et de longueur de chaînes variables. Les interactions hydrogène entre les chaînes de cellulose sont en grande partie responsables de son organisation et forment un réseau très dense qui limite sa solubilité. Sa dissolution, complète et non-dégradante, est donc compliquée et dépend de la capacité du solvant à rompre ces liaisonshydrogène intermoléculaires. L’analyse de la cellulose par chromatographie d’exclusion stérique (SEC) pour suivre l’évolution des distributions de masses molaires (DMM) au cours des procédés de transformation est donc toujours problématique. Le système de solvant le plus commun estactuellement le chlorure de lithium/N,N-diméthylacétamide (LiCl/DMAc) qui est extrêmement toxique. L’objectif de ce travail est le développement d’une méthode d’analyse des DMM de la cellulose dans des conditions moins toxiques et adaptée à tous les types de cellulose. Parmi les nombreux systèmes de solvant décrits dans la littérature, 3 systèmes, plus verts et nondérivatisants, ont été sélectionnés afin d’identifier un système de solvant permettant la dissolution,sans dégradation, d‘échantillons de cellulose de cristallinité et de masse molaire moyenne variables afin de remplacer LiCl/DMAc. Les analyses thermogravimétriques et les mesures viscosimétriques ont permis d’évaluer et de comparer les modifications de 4 échantillons de cellulose dissous dans ces 3 systèmes et dans le LiCl/DMAc. LiCl/DMAc dégrade les celluloses de plus haute masse molaire (-cellulose et Vitacel), réduisant de 50 % les longueurs de chaîne après dissolution. Le système tétrabutylammonium/diméthylsulfoxide (TBAF/DMSO) permet une dissolution rapide des 4 échantillons de cellulose sans dégradation ou modification majeure. Le système TBAF/DMSO a, par la suite, été privilégié pour la caractérisation des échantillons en SEC. Du fait d’interactions possibles entre les groupements aromatiques composant la phase stationnaire et les molécules de TBAF, le système complet n’a pas pu être utilisé comme éluant. L’éluant choisi a donc été le DMSO mais qui, seul, ne solubilise pas les échantillons cellulosiques. Les molécules de TBAF sont cependant indispensables au mécanisme de dissolution et laconcentration en TBAF dans le DMSO a dû être adaptée en fonction des échantillons. Pour les échantillons cellulosiques de faible masse molaire, une concentration en TBAF de l’ordre de 1 %(m/v) est suffisante et permet de réaliser une analyse des masses molaires satisfaisantes. Pour les échantillons de plus haut poids moléculaire, cette concentration n’est plus suffisante pour les dissoudre convenablement. Or, avec des concentrations plus élevées, des phénomènesd’agrégation provoque l’élution d’une partie importante des macromolécules dans le volume mort, comme observé avec l’analyse de standards de pullulane. / Cellulose is a very abundant natural biopolymer. According to its origin and to its extraction mode, it presents various cristallinity rate and molar mass. Its organization relies mainly on intermolecular hydrogen bonds that form a strong network and thus limitating cellulose solubility. Complete andnon-degradative dissolution is then complicated and depends on the solvent ability to disrupt these hydrogen bonds. Analysis of the molar mass distribution (MMD) of cellulose by size exclusion chromatography (SEC) of cellulose is consequently problematic while the study of the evolution of cellulose molar mass during transformations could be extremely useful in many processes. The most common solvent used in SEC is lithium chloride/N,N-dimethylacetamide (LiCl/DMAc), which is extremely toxic. The aim of this PhD study is then to develop a new analytical method to characterize cellulose MMD using safer solvents and adapted to all kinds of cellulosic sample. Among the numerous non-derivatizing solvent systems described in the literature, three of themhave been selected. Greener and less toxic than LiCl/DMAc, their ability to dissolve cellulosic sample of various cristallinity and average molar mass without degradation was then tested. Thermogravimetric analyses and viscosimetric studies allowed to evaluate and to compare the modifications involved by the dissolution for four different cellulosic samples. LiCl/DMAc degraded the samples of higher molar mass (-cellulose and Vitacel) decreasing their degree ofpolymerization by 50 % after dissolution. Tetrabutylammonium/dimethylsulfoxide (TBAF/DMSO) system allows rapid dissolution of the 4 cellulose samples, without major degradation or modification. TBAF/DMSO system was then studied as solvent for SEC analysis of these cellulose samples. Due to the interactions between the aromatic groups composing the stationary phase with TBAF molecules, the complete system could not be used as eluant. Chosen eluant was then DMSO alone. However, as the TBAF molecules are mandatory for the dissolution of cellulose, TBAF concentration was adapted according to the cellulose nature for the preparation of the samples. For low molar mass cellulose samples, a TBAF concentration of 1 %(w/v) was sufficient and allowed to performed correctly the chromatographic analysis. For the samples of higher molar mass, this concentration was not high enough to complete the dissolution. Using, higher concentrations caused aggregation phenomena resulting in the elution of a large amount of the macromolecules in the dead volume, as observed with the analysis of pullulan standards.

: L’une des méthodes qui consiste à optimiser la production d’hydrocarbure est basée sur l’injection d’eau, viscosifiée par addition de polymères de type polyacrylamides, afin d’améliorer l’extraction de pétrole (RAH). Or, les propriétés viscosifiantes des polymères dépendent de leurs masses molaires. L’enjeu de ce travail de thèse a donc été de mettre en place de nouvelles méthodes pour la détermination de larges distributions en masses molaires et de grande dispersité, caractéristiques propres aux échantillons d’intérêt industriel dans le domaine pétrolier. La stratégie d’analyse retenue repose sur la chromatographie d’exclusion stérique (CES) et le fractionnement par couplage flux force (A4F) couplés à la diffusion de lumière et à la réfractométrie. Des polymères modèles ont été synthétisés par un procédé de polymérisation par transfert de chaîne réversible par addition fragmentation (RAFT/MADIX). Cela a permis d’obtenir des polymères dans une gamme de masses molaires comprises entre 103 et 107 g/mol et avec une dispersité inférieure à 1,4. Via l’utilisation de ces polymères, les performances et limites des deux méthodes séparatives investies ont été évaluées. Les conditions opératoires en A4F ont été déterminées et cette méthode s’est avérée être adaptée à l’analyse de polymères industriels distribués sur 3 décades de masses molaires. Au delà de l’analyse dimensionnelle, le couplage avec l’A4F a également permis une analyse conformationnelle. / One method for optimizing the production of hydrocarbon is based on the injection of water, viscosified by the addition of polymers such as polyacrylamides, in order to enhance the oil extraction (EOR). The viscosifying properties of polymers depend on their molecular masses. The aim of this thesis was therefore to develop new methods for determining wide molecular mass distributions and high dispersity, which are specific characteristics of samples of industrial interest in the oil sector. The analytical strategy used is based on size exclusion chromatography (SEC) and flow field flow fractionation (A4F), coupled to light scattering and refractometer. Model polymers were synthesized by a polymerization process by reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT/MADIX). This allowed to obtain polymers in a range of molar masses between 103 and 107 g / mol and with a dispersity lower than 1.4. Through the use of these polymers, the capabilities and limitations of the two separation methods invested were evaluated. The A4F operating conditions were determined and this method has proved to be adapted to the analysis of industrial polymers distributed over 3 decades of molecular masses. Beyond the dimensional analysis, A4F-based coupling also allowed conformational analysis.

Développement de méthodes analytiques pour l’évaluation de l'impact de l'industrie de fertilisants chimiques sur le milieu marin / Development of Analytical methods for the evaluation of the impact of phosphate fertilizer industry on marine environment

La miniaturisation toujours plus poussée des composants électroniques a atteint une limite en arrivant à l’échelle atomique. Afin de fabriquer des circuits à cette échelle, il est nécessaire de intéresser aux plus petits composants pouvant être intégrés : les molécules individuelles et les groupes d’atomes. Dans cette optique, les molécules de 1,4-bis(pyridin-4-ylethynyl) benzène (BPEB), Dibenzo[a,h]thianthrene (DBTH), de Bis{82,92,152,162,222,232- hexa-(2,4,6-trifluorophenoxy)[g,l,q]-5,10,15,20-tetraazaporphyrino)}[b,e]-benzene (H4Pc2) ont été conçues, synthétisées et caractérisées afin d’en étudier le transport de charges et les changements induits proche de la surface. Des techniques de SPM, tels que le STM, le nc-AFM et l’usage conjoint de l’AFM avec le STM ont été mises en pratique pour analyser les molécules reposant intégralement ou partiellement sur un substrat. L’interprétation des résultats expérimentaux a été faite au moyen de calculs de DFT. De plus, l’autoassemblage en solution de nouvelles mono-phthalocyanines métalliques fluorées, MPc (M= Mg2+, 2H+, Co2+) a été étudié.Tout d’abord, les mesures de conductance mirent en évidence, lors d’expériences de manipulation de fils moléculaires (BEPB), les changements de conformation associés aux transport des électrons à travers les molécules. De plus, le mouvement dit de “retournement papillon” (anglais: butterfly flapping) ayant lieu dans la classe des thianthrènes fut bloqué à basse température grâce à l’interaction avec le substrat. Ce blocage a permit de conduire la première étude stéréochimique de dérivés de thianthrènes chiraux (DBTH). Les analyses STM du DBTH ont montrées que le passage entre deux configurations de DBTH est reproductible et non-destructif. Par ailleurs, le nc-AFM utilisé à résolution sub-moléculaire a constitué un outils important pour réaliser une caractérisation complète et distinguer entre les différents isomères de configuration et de constitution déposés sur une surface. D’autre part, la structure moléculaire de la phthalocyanine binucléaire (H4Pc2) a été confirmée en utilisant un STM en mode “courant constant” et un AFM en mode “fréquence constante”. Ces résultats jettent les bases d’une prochaine étude de transport (travail en cours). En outre, l’étude de l’agrégation dans les molécules de MPc mit en évidence le rôle important de la capacité de coordination de l’atome central de la cavité Pc sur la formation d’agrégat. Finalement, des mesures électrochimiques ont démontrées que l’agrégation moléculaire peut bloquer le nature active de l’atome Co2+. Dans ce travail, il a été clairement montré que le SPM est une technique adéquate pour étudier les changements de conformations et de configurations associés aux courant tunnel d’électrons à travers des molécules, qu’elles soient planaire ou pas. Les études d’agrégation des interrupteurs magnétiques ont permis de mieux comprendre l’organisation supramoléculaire. Cette organisation est un point crucial pour le développement de futurs circuits basés sur une fabrication “bottom-up”. / The demand of downscaling of technology will reach its limit at the atomic length scale. This claim creates the necessity of investigating the smallest components suitable to become devices, single molecules or group of atoms. Therefore, 1,4-bis(pyridin-4-ylethynyl) benzene (BPEB), Dibenzo[a,h]thianthrene (DBTH) and Bis{82,92,152,162,222,232-hexa-(2,4,6-trifluorophenoxy)[g,l,q]-5,10,15,20-tetraazaporphyrino)}[b,e]-benzene (H4Pc2) have been designed, synthesized and characterized to investigate transport of charge through molecules and surface confined molecular switching. Scanning Probe Microscopy (SPM), such as STM, nc-AFM and combined STM/AFM were used to study the molecules on near-surface conditions. Density Functional Theory (DFT) calculations were used to interpret the experimental results. Moreover, the self-assembly of new fluorinated metalo mono-phthalocyanines, MPc (M= Mg2+, 2H+, Co2+) was investigated in solution.Firstly, conductance experiments performed while a molecular wire (BPEB) was being lifted up from a surface revealed the conformational changes associated to the transport of electrons through molecules. Secondly, the “butterfly” flapping motion in the class of the thianthrenes was blocked due to the interaction with a surface at low temperature. This block leads to the first stereochemical study of a quiral thianthere derivative (DBTH). The STM experiments on DBTH revealed a reproducible and non-destructive switching between two surface confined configurations of DBTH. In addition, nc-AFM with submolecular resolution has been proved to be a powerful tool for the full characterization and distinction of configurational and constitutional isomers on surfaces. Thirdly, the molecular structure of a binuclear phthalocyanine (H4Pc2) was confirmed through constant current STM and constant high _f AFM experiments. These results set the state of future spintronic transport experiments (ongoing work). On the other hand, the aggregation studies on MPc revealed that the coordination character of the central atom of the Pc cavity has an important effect on the formation of aggregates. Additionally, electrochemical experiments demonstrated that molecular aggregations can lead to the quenching of the electrochemical-active nature of a Co2+ atom.Herein it has been demonstrated that SPM are suitable techniques to study the conformational and configurational changes associated with the tunneling of electrons through planar and non-planar molecules in real space. Aggregation studies of magnetic switches were carried out to better understand the supramolecular organization under near surface conditions, a key point for the design of future devices based on the bottom up approach.

L’objectif de ce travail de thèse était d’étudier l’effet de la stérilisation par électrons accélérés sur les copolymères d’oléfines cycliques (COC), utilisés comme conditionnement de produits pharmaceutiques, ainsi que son impact sur les interactions avec des formulations pharmaceutiques. Grâce à la méthodologie analytique adoptée qui a fait appel à différentes techniques de caractérisation, telles que la chromatographie d’exclusion stérique, la chromatographie liquide haute performance à polarité de phases inversée, la spectroscopie infra rouge à transformée de Fourier, la microscopie à force atomique et les mesures d’angles de contact, nous avons pu mettre en évidence différents types de modifications dans le volume et sur la surface du matériau après stérilisation ainsi qu’après vieillissement. La modification principale du dans la masse du matériau, observée à la dose réglementaire de stérilisation (25 kGy), est la scission des chaînes du polymère, qui s’accompagne de la création de composés de faible masse molaire, donc de migrants potentiels risquant d’influencer la sécurité d’emploi des COC. En effet, certains de ces composés ont été retrouvés avec une concentration relativement importante dans les solutions de mise en contact avec les COC stérilisés, et notamment en solution aqueuse. Toutefois, l’étude préliminaire de toxicité a montré l’absence de cytotoxicité des extractibles obtenus à la dose de la stérilisation.Les modifications relatives à la surface des COC radio-stérilisés sont, quant à elles, de deux natures : physique avec une augmentation de la rugosité de surface et chimique avec la formation de produits d’oxydation polaires ; ces deux types de modifications conduisent à l’augmentation de la mouillabilité de surface. Cependant dans certains cas, notamment après vieillissement, ces modifications sont relativement faibles, même à des doses supérieures à celle préconisée pour la stérilisation, ce qui peut être corrélé à l’absence de l’effet de l’irradiation sur le comportement des COC vis-à-vis des solutions médicamenteuses. En effet, aucune variation de la sorption des principes actifs choisis n’a été montrée entre les COC irradiés et non irradiés vieillis. / The aim of this work was to study the effect of electron beam radio-sterilization on cyclo olefins copolymers (COC) used as pharmaceutical storage materials, as well as to investigate its impact on the interaction with pharmaceuticals formulations. Due to the analytical methodology used which dealt with different techniques of characterization such as size exclusion chromatography, reversed phase high performance liquid chromatography, Fourier transformed infrared spectroscopy, atomic force microscopy and contact angle measurements, we have been able to put into evidence different kinds of modifications both in the bulk and on the surface of the sterilized material and also after ageing.The principal modification of material’s bulk, observed at the recommended dose for sterilization (25 kGy), was polymer chains scissions, accompanied with creation of low molecular weight compounds, that are potentials migrants that risk to affect the safe use of COC. Indeed, some of these compounds have been found with a relatively important concentration in the solutions where sterilized COC was stored, especially in aqueous solutions. However, the preliminary study of toxicity has shown the absence of cytotoxicity of the extractables obtained at the sterilization dose.Surface modifications of radio-sterilized COC are of two types: a physical one, with an increase of the surface’s roughness and a chemical one with the formation of polar oxidation products; these two modifications result in an increase of surface’s wettability that may be important. However, in some cases such as for aged samples, these modifications are relatively weak even at doses higher than the one recommended for sterilization, which can explain the absence of the effect of radiation on the behavior of COC towards drug solutions. Indeed, no variation of drug sorption has been observed between aged COC irradiated and none irradiated.