La membrane cellulaire est un environnement très dynamique où diffusent plusieurs familles de protéines. Pour assurer la communication entre neurones, certains récepteurs membranaires diffusant librement doivent être stabilisés aux jonctions de communication neuronales: les synapses. Des changements dans le comportement diffusif de ces récepteurs induisent des variations de leurs populations à la synapse. La capacité d'observer ces protéines diffuser individuellement est donc importante pour mieux comprendre certains mécanismes cellulaires associés au fonctionnement du système nerveux. Alors que les fluorophores organiques (Alexa, Atto, ...) et génétiquement encodées (GFP, RFP, ...) photoblanchissent rapidement, les nanocristaux semi-conducteurs fluorescents (points quantiques: QDs) sont photo-stables, ce qui permet de suivre les protéines marquées sur de plus longues périodes. Même si la structure cristalline du QD dépasse rarement les 10nm de diamètre, la taille de la sonde fonctionnalisée, une fois équipée d'un enrobage hydrophile et de protéines d'hameçonnage, est d'environ 30 nm, limitant leur accessibilité dans la fente synaptique (environ 20 nm). De plus, la multivalence des versions commerciales des QDs fonctionnalisés pose problème, en leur permettant de lier plusieurs récepteurs à la fois. Dans ce mémoire, nous présentons donc différentes approches pour la biofonctionnalisation de petit QDs monovalents, ainsi que les principales stratégies pour marquer des récepteurs synaptiques uniques à partir de QDs. De plus, nous présentons une étude de la diffusion de récepteurs synaptiques diffusant à l'intérieur et à l'extérieur de synapses et comparons les résultats en fonction des 2 types de sondes utilisés : QDs enrobés d'anticorps et QDs enrobés de streptavidine. Ces travaux devraient contribuer à l'optimisation d'une approche pour suivre les dynamiques des récepteurs synaptiques dans des modèles de plasticité synaptique.

Cette thèse porte sur le mouvement de particules colloïdales induit par l’effet thermoélectrique (ou effet Seebeck). Dans un électrolyte soumis à un gradient de température, les ions ont tendance à migrer à des vitesse qui différent d'une espèce à l'autre. On observe alors une accumulation de charge aux bords de l’échantillon. Ce déséquilibre induit un champ électrique qui agit sur les colloïdes chargés présents dans la solution. Cette contribution électrophorétique dans le champ de Seebeck s'additionne à la contribution directe de thermodiffusion. Comme résultat principal,nous obtenons la vitesse phorétique en fonction de la fraction volumique des particules et, dans le cas de polyélectrolytes, du poids moléculaire. Dans la seconde partie, nous étudions l’effet thermoélectrique pour une particule chauffée par absorption d’un faisceau laser. Le gradient de température est alors radial et l’effet Seebeck induit une charge nette dans le voisinage de la particule. Enfin, nous discutons les applications possibles de ce phénomène de thermocharge / In this work we study the motion induced in a colloidal dispersion by thethermoelectric or Seebeck effect. As its basic principle, the ions of the electrolytesolution start moving in a temperature gradient. In general, the velocity of one iondiffers from another. As a result, one observes a charge separation and a macroscopicelectric field. This thermoelectric field, in turn, acts upon the charged colloidalparticle present in the solution. Thus thermophoresis of the particle comprises of anelectrophoretic motion in the thermoelectric or Seebeck field. As an important result,we derive how the corresponding velocity of a colloidal particle depends upon thecolloidal volume fraction or on molecular weight for polymers. In a second part, westudy the thermoelectric effect due to a hot colloidal particle where a radialtemperature gradient is produced by the particle itself. In this temperature gradientthe same Seebeck effect takes place in the electrolyte solution. We find that the hotparticle carries a significant amount of charge around it. Whereas the amount ofsurface charges present at the boundaries of the sample container in the onedimensionalcase is rather insignificant. Possible applications of this thermochargingphenomenon are also discussed.

Les solutions colloïdales constituées de nanoparticules en solution sont une famille d'objets aux propriétés optiques uniques. Leur utilisation comme élement de base à la fabrication de composants optiques sublongueur d'onde pourrait permettre la naissance de nouvelles applications en particulier dans le domaine de l'optique intégrée et de la détection biologique. La manipulation de ces particules reste toutefois un défi en raison de leur taille et de leur dispersion aléatoire dans un milieu liquide. Dans ce contexte, nous avons réalisé des nouveaux composants optiques grâce au développement de techniques de fabrication basées sur la méthode d'assemblage capillaire assisté par convection. Deux types de structures ont été réalisés puis évalués en terme de comportement optique : les dimères métalliques d'Au et les microsphères diélectriques de polystyrène assemblées en chaînes ou en réseaux. Pour les dimères, une étude fondamentale a été effectuée sur les phénomènes plasmoniques régissant les propriétés optiques de ces objets. Leur potentiel en tant que détecteur ultrasensible SERS et nanoantenne à boîtes quantiques a ensuite été approfondi. Pour les microsphères, une étude sur la propagation et la diffusion des modes de galerie présents dans ces objets a tout d'abord été réalisée dans le but d'en faire des candidats pour la détection ultrasensible. Les propriétés de guidage de la lumière dans des assemblages en chaîne ont ensuite été traitées. Afin de compléter ce travail un dernier composant optique a été développé en complément des guides et capteurs colloïdaux déjà réalisés. Il s'agit d'une nouvelle génération d'émetteurs localisés conçus pour un usage large et versatile et qu'il est possible de définir comme microsource de lumière blanche. / Colloids -- e.g. nanoparticles in solution -- are objects that exhibit original optical properties. Their use as building block for fabrication of subwavelength optical components may allow novel applications in the field of integrated optics and biological detection. Anyway colloidal particles handling remains a challenge because of their small size and their random dispersion into a liquid medium. In this context, we created new colloidal optical components thanks to nanofabrication techniques based on the convective assisted capillary force assembly method. Two different kinds of structure were made and their optical behavior was studied: gold colloidal dimers and polystyrene dielectric microspheres assembled as chains or arrays. For the dimers, a fundamental study was performed on plasmonic phenomena that rule the optical properties of these objects. Next, their potential was evaluated in terms of ultrasensitive SERS sensor and also as optical nanoantenna of quantum dot emitters. For the microspheres, the propagation and scattering behaviors of whispering gallery modes that travel into the microspheres were first investigated. Their potential use as ultrasensitive sensors was also discussed. In addition, a second study was made on the guiding properties of linear microspheres chains. In order to complete this work, one last optical component was developped in addition to the fabricated colloidal waveguides and colloidal sensors. This component is a white light microsource that was designed for applications as a versatile localized emitter for integrated optics.

Des colloïdes à base de silice et de polystyrène ont été synthétisés. Les particules d'oxyde ont d'abord été élaborées et modifiées en surface, puis ont servi de germes au cours d'une étape de polymérisation du styrène. Deux procédés de polymérisation en phase hétérogène ont été utilisés (émulsion ou dispersion) menant à des colloïdes aux morphologies originales et contrôlées. Une étude morphologique par tomographie électronique a permis de mieux comprendre les mécanismes de croissance et d'organisation des particules de latex autour des germes de silice. <br />La synthèse de particules Janus pour l'imagerie biomédicale est aussi décrite. Ces particules de silice ont été modifiées en surface par un chromophore biphotonique et un agent de reconnaissance de certaines cellules tumorales. Des études spectroscopiques et des tests de cytotoxicité ont été entrepris.

Dans ce document, nous présentons une étude expérimentale du comportement d'une assemblée de particules colloïdales au voisinage d'une électrode plane, sous champ électrique alternatif. Nous mettons en évidence une fréquence limite en-deça de laquelle les particules forment des agrégats. Une ébauche de modèle est proposée afin d'expliquer les phénomènes observés.

La spéciation colloïdale des éléments traces métalliques (Cu, Pb et Cd) a été étudiée dans l'estuaire de la Penzé (Manche Occidentale, Bretagne) lors du cycle saisonnier. Cette étude a été réalisée afin de mieux comprendre les mécanismes responsables du transfert des métaux entre les différentes fractions (particulaire, colloïdale et réellement dissoute) lors du mélange des eaux. Deux techniques ont été utilisées : (i) l'ultrafiltration permettant le fractionnement en 7 fractions de taille différente et (ii) la chronopotentiométrie pour la détermination de la teneur en métal dans les différentes fractions. L'ultrafiltration a été choisie car c'est une méthode non destructive et de mise en oeuvre simple et peu coûteuse. Les limites de détection de la chronopotentiométrie ont été améliorées de façon à pouvoir doser les métaux dans les différentes fractions. Nos résultats ont montré une présence particulièrement importante des métaux (Cu, Pb, Cd) dans la fraction colloïdale. Si le Cd est trouvé dans la partie plutôt basse du spectre de taille colloïdal (<50 kDa), le Pb est par contre préférentiellement associé à des composés de haut poids moléculaire (>300 kDa). Quant au Cu, il présente une distribution intermédiaire. Lors du cycle saisonnier, deux phénomènes majeurs ont été identifiés : (i) une forte mobilisation des substances humiques depuis les sols du bassin versant à l'automne et (ii) la dégradation du matériel organique particulaire dans le compartiment benthique au printemps. Ces processus affectent non seulement la répartition colloïdale des éléments étudiés mais jouent également un rôle important dans les quantités et les formes transférées vers la zone côtière.

Ces travaux de thèse ont pour but d'étudier l'état de dispersion de particules colloïdales dans des cristaux liquides nématiques lyotropes. Ces solvants organisés sont constitués de micelles nanométriques anisotropes. Dans un premier temps, nous montrons qu'il est possible de réaliser des suspensions cinétiquement stables en jouant notamment sur la forme des inclusions micrométriques. Un modèle, développé dans le cadre de cette étude, permet de rendre compte de nos observations. Dans un second temps, nous nous intéressons à l'influence de la diminution de taille de particules sur l'état de dispersion du système. A l'échelle nanométrique, le mouvement brownien, anisotrope dans ce type de milieu, semble gouverner les phénomènes observés.

Ce manuscrit d'HDR regroupe dans une première partie certains de mes travaux sur la /mise en œuvre, la structure et la fonctionnalité à l'échelle nano de/macromolécules, colloïdes et nanoparticules aux surfaces et interfaces. Dans une deuxième partie, j'expose brièvement les directions que j'explore actuellement autours des surfaces fonctionnelles à partir de l'assemblage contrôlé de briques élémentaires organiques et/ou inorganiques et de texturation de surface à diverses échelles.

Les colloïdes naturels ou synthétiques peuvent être transportés dans les eaux souterraines et représenter ainsi une menace pour l'environnement. Pour mieux comprendre l'influence des propriétés des colloïdes, de l'écoulement et du milieu poreux sur les mécanismes de transport et de dépôt dans des aquifères, il est nécessaire de découpler les processus en contrôlant expérimentalement un maximum de facteurs. Ainsi, nous avons synthétisés des traceurs de colloïdes qui sont des nanoparticules de silice marquées, facilement détectables, dont les propriétés de surface et de taille sont contrôlées. Ils sont utilisés dans des expériences de transport en colonne pour déterminer l'influence de la taille, de la concentration en particules et de la force ionique de la solution sur le dépôt de colloïdes dans du sable d'Hostun. Les courbes de percée et les profils de dépôt sont mesurés et analysés. Les expériences menées avec des traceurs de différentes tailles en conditions défavorables au dépôt électrostatique ont mis en évidence un mécanisme de dépôt dépendant de la concentration et de la taille des particules. Les sites de dépôt sont supposés être la rugosité de surface des grains de sable et les pores de taille suffisamment petite. Les colloïdes sont retenus dans un volume fini de sites jusqu'à leur saturation. Lorsque la force ionique augmente, le mécanisme de dépôt identifié est lié aux interactions électrostatiques et est également sensible à la concentration en colloïdes. Un modèle avec un terme puits dépendant de la concentration en colloïdes et de la distance parcourue a permis de représenter les résultats expérimentaux sur toute la gamme de concentrations testée.

Le développement actuel de la micro/nanoélectronique est basé sur une constante réduction des dimensions caractéristiques des structures fabriquées. Ce constant changement d'échelle va être confronté à terme à de nombreux obstacles à la fois physiques (courant de fuite important, effet quantique perturbateur ...) et technologiques (limite de résolution des procédés de fabrication industriels). Pour paliers à ces différents freins, une alternative prometteuse est l'intégration collective d'objets nanométriques dans des architectures électroniques. Dans ce contexte, nous avons tout d'abord développé différents procédés de fabrication collective de structures d'adressage par une technologie alternative haute résolution : la nanoimpression. Ensuite, la manipulation de nano-objets colloïdaux par diélectrophorèse a été étudiée dans le but d'obtenir la localisation d'une unique particule entre deux électrodes métalliques. Les structures ainsi obtenues ont été caractérisées électriquement et ont permis l'observation de blocage et de paliers de Coulomb à basse température.