La conception de récepteurs artificiels pour la reconnaissance moléculaire est un domaine très développé de la chimie supramoléculaire. Ce manuscript renferme les premières études réalisées sur une nouvelle classe de récepteurs supramoléculaires: les Discopus. Le Discopus offre un potentiel d’interactions via un cœur polyaromatique triphénylène (interactions p, effet hydrophobe) et une périphérie fonctionnelle flexible (Liaisons hydrogènes, interactions ioniques, hydrosolubilité) qui peut agir en coopérativité. Ces systèmes de reconnaissance peu préorganisés ont montré leur capacité de reconnaissance et leur aptitude à être sélectivif. Plusieurs familles de ces récepteurs ont été élaborées. Une famille de récepteurs phosphorylés reconnaît sélectivement les dérivés catéchol en milieu organique par liaisons Hydrogène et interactions p. Une seconde famille de Discopus carboxylés ont permis la reconnaissance, en milieu aqueux tamponné, de l’acétylcholine et les catécholamines par interactions ioniques et désolvatation de cibles. La préparation de cages à base triphénylène est en cours de réalisation afin d’amplifier le phénomène de reconnaissance. / The conception of artificial receptors is an intense field of research. This manuscript contains the first studies of a new class of receptors named discopus. The discopus can interact through a triphenylene core (p interactions, hydrophobic effect) and their flexible functional arms (hydrogen bonds, ionic interaction) which may cooperatively interact. These binding systems are just a little bit pre-organized and possess selective recognition properties. Several families of receptors have been prepared. Phosphorylated receptors showed a selective for catechol derivatives in organic media, through Hydrogen bond and p- interactions. In buffered media, carboxylated discopus allowed the recognition of acetylcholine and catecholamines through ionic interactions and desolvatation of the targets. The preparation of cages, based on triphenylene moieties, is in progress to increase the phenomenon of recognition.

Ce travail de thèse présente les résultats obtenus lors de l'étude des mécanismes élémentaires à l'origine de la forte conduction protonique mesurée dans le cas de clathrates hydrates d'acides forts. Une méthodologie combinant diffusion neutronique, résonance magnétique nucléaire et simulation de dynamique moléculaire "ab-initio" a permis de modéliser les différents processus dynamiques impliqués, se produisant sur des temps allant de la nanoseconde à la femtoseconde. Le modèle proposé explique la forte conduction de ces systèmes aqueux par la délocalisation à longue distance de leurs protons résultant d'un mécanisme de type Grotthuss gouverné par la relaxation des molécules aqueuses environnant les protons en excès. / This work shows the results obtain about the study of elementary mechanisms behind the high protonic conduction of strong acids clathrate hydrate. A method using quasiélastic neutron scattering and pulse field gradient NMR experiments both with DFT molecular dynamic simulations allowed to establish a model which describe the several dynamical processes involve occuring on timescales from nanosecond to femtosecond. The model deduced explain the high conduction property of ionic clathrate hydrate by a delocalization of their protons following a grotthuss type mecanism managed by the relaxation of water molecules around the excess protons.

Ce travail se situe dans le contexte de la chimie des organolithiens, qui a fait l’objet de nombreuses études théoriques et expérimentales pendant ces dernières années. Il concerne plus particulièrement l’étude de la structure et de la réactivité des systèmes superbasiques monométalliques lithiés à l’aide de différents outils de la chimie théorique. Dans un premier temps, la dynamique moléculaire et les méthodes mixtes QM/MM ont été utilisées pour modéliser l’effet d’un solvant coordinant sur les différents types d’agrégats. Ensuite, le rôle de la solvatation sur la contribution entropique et enthalpique à l’énergie libre des agrégats n-BuLi, LiPM (LiPM= (S)-N-méthyle-2-pyrrolidine méthylate de lithium) et des agrégats mixtes n-BuLi / LiPM a été discuté en détail. Enfin, nous avons réalisé quelques calculs d’états de transition qui ont permis de discuter les mécanismes réactionnels possibles lors de la réaction de la 2-chloropyridine avec la superbase n-BuLi / LiPM dans différents solvants. / In this work, we report computational investigation intended to get a deeper insight on the structure and reactivity of organolithium compounds and the role of solvent on aggregation. Briefly, we have investigated : (1) The structure and the dynamics of simple aggregates in ethereal solvents. (2) The structure of n-BuLi, LiPM and mixed n-BuLi/LiPM aggregates in gas phase, hexane and THF. (3) The reaction mechanisms of n-BuLi/LiPM aggregates with pyridine making a comparison between the reaction rates for a-, ortho-metallation and nucleophilic addition. Several solvent models have been used. Molecular Dynamics simulations have been carried out using a previously developed QM/MM approach. Quantum mechanical calculations have been carried out at density functional theory and ab initio levels.

Cette thèse porte sur la problématique de réduction des émissions de gaz à effet de serre par captage et stockage du dioxyde de carbone (CO2) contenu dans les effluents industriels. Les procédés de captage concernés reposent sur l’absorption sélective du CO2 par des solutions aqueuses d’alcanolamines. Les mécanismes physico-chimiques d’absorption mis en jeu sont étudiés à l’aide de modèles thermodynamiques. Leur développement est complexe et la prédiction précise des données physico-chimiques, nécessaires à l’optimisation des procédés industriels de captage, reste difficile. Le développement d’outils permettant une représentation détaillée des structures microscopiques permettrait l’optimisation de ces modèles. Ces outils fourniraient également des informations pour l’établissement de relations structure-propriété nécessaires au design d’absorbants adaptés au captage en post-combustion. Les travaux de recherche ont porté sur l’évaluation du pouvoir prédictif des outils de simulation moléculaire et leur capacité à établir des relations entre la structure des absorbants, les interactions moléculaires et les propriétés physicochimiques macroscopiques. Les outils développés ont été construits afin de permettre leur transférabilité entre alcanolamines. L’étude repose sur des mesures calorimétriques et des travaux de simulation par dynamique moléculaire menés en parallèle. Elle porte sur des alcanolamines primaires, pures ou en solutions aqueuses, basées sur le squelette N-C-C-O, incluant la monoéthanolamine (MEA). La mise en évidence d’un effet d’ouverture des liaisons hydrogène intramoléculaires des alcanolamines en fonction de leur composition semble être à la base de la différenciation du comportement énergétique des systèmes binaires {alcanolamine + eau}. L’identification des différents types d’interactions engagés a permis de mettre en lumière un effet hydrophobe. L’ensemble des analyses explique certaines limites des modèles thermodynamiques classiques et constitue un guide pour leur amélioration, notamment par la prise en compte de l’effet de composition. / This thesis focuses on the problem of reducing greenhouse gas emissions by capture and storage of carbon dioxide (CO2) from industrial effluents. The capture processes concerned is based on the selective absorption of CO2 by aqueous solutions of alkanolamines. In industry and academia, the physico-chemical mechanisms of absorption are described using thermodynamic models. Their development is complex and the prediction of physicochemical data, which is necessary to optimize industrial capture processes, remains difficult. The development of molecular models for a detailed representation of microscopic structures would improve these models. These molecular models also provide information for the establishment of structure-property relationships which are necessary to design absorbants adapted to post-combustion capture. This doctoral research project has focused on assessing the predictive power of molecular simulation methods and their ability to establish relationships between the structure of absorbents, molecular interactions and macroscopic physico-chemical properties. The molecular interaction models were built to allow their transferability between alkanolamines. The study is based on calorimetric measurements and molecular dynamics simulation run in parallel. It covers primary alkanolamines, pure or in aqueous solutions, based on the N-C-C-O skeleton, including monoethanolamine (MEA). With varying composition of the {alkanolamine + water} mixtures, there is a competition between the intramolecular hydrogen bond of the alkanolamines (between the amino and hydroxyl group) and the hydrogen bonds with water molecules. This effect of opening of the intramolecular hydrogen bonds is related in this work with the value of the enthalpy of mixing. Also, this effect is of different magnitude for different alkanolamines and therefore the present model represents correctly different molecules. Evidence of the role of the hydrophobic effect is also given through an analysis of the different terms in the interactions. The main results of the present work are detailed analyses at the molecular level of the interactions present in the {alkanolamine + water} mixtures and how these determine the macroscopic thermodynamics of mixing. This knowledge at the molecular scale can provide a guide to the improvement of thermodynamic models.

Cette thèse porte sur l’étude structurale de mélanges de fluorures fondus utilisés pour la production d’aluminium par électrolyse. Ce procédé est obtenu par dissolution de l'alumine (Al₂O₃) dans un bain de cryolithe fondue (NaF-AlF₃ plus quelques additifs) à 960°C. Afin d’obtenir des données d’entrée pour la modélisation électrocinétique des phénomènes de transport durant le procédé, une meilleure description de la spéciation dans les bains en fonction de leur température et de leur composition est nécessaire.Pour déterminer cette spéciation in situ, nous avons développé une démarche originale combinant la spectroscopie par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) à haute température avec des simulations de Dynamique Moléculaire (DM) couplés à des calculs de premiers principes. Ces derniers basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont permis de calculer les paramètres d’interaction mis en jeu lors des expériences RMN et d’évaluer la qualité des modèles issus de la DM par comparaison avec les données expérimentales.Les mesures et simulations effectuées dans les systèmes binaires MF-AlF₃ (M= Na ou K) ont confirmé la présence d’ions F‾ et d’espèces anioniques [AlFₓ]³‾ˣ avec une durée de vie comprise entre 5 et 25 ps. La probabilité de former des dimères du type [Al₂Fm]⁶‾ᵐ est inférieure à 10 %. Quel que soit l’alcalin, l’ajout d’alumine dans ces systèmes affecte la proportion d’espèce AlF5²‾ pour former des oxyfluoroaluminates : [Al₂OF6] ²‾, [Al₂OF8]⁴‾, [Al₂O₂F4] ²‾, [Al₂O₂F6]⁴‾ et [Al₂O₃F₂]²‾. Ces derniers sont peu influencés par la présence de CaF₂. En se dissociant partiellement, celui-ci contribue à modifier les équilibres chimiques vers les milieux plus basiques et à augmenter la coordinence moyenne des ions aluminium. / This thesis deals with the structural study of molten fluorides mixtures used for aluminium production by electrolysis. This process is obtained by dissolving alumina (Al₂O₃) in a molten cryolite bath (NaF-AlF₃ plus some additives) at 960°C. In order to obtain input data for the electrokinetic modeling of transport phenomena during the process, a better description of speciation in baths as a function of their composition and temperature is required.To determine this in situ speciation, we developed an original approach combining high temperature nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with Molecular Dynamics (MD) simulations coupled with first principle calculations. Based on the density functional theory (DFT), it was possible to calculate the interaction parameters involved in NMR experiments and to evaluate the quality of the models derived from MD when compared to the experimental data.The measurements and simulations carried out in the MF-AlF₃ binary systems (M = Na or K) confirmed the presence of F- and anionic species [AlFₓ]³‾ˣ with a lifetime between 5 and 25 ps. The probability of forming dimers [Al2Fm]6-m is less than 10%. Regardless of alkali, the addition of alumina in these systems affects the proportion of AlF5²‾ species to form oxyfluoroaluminates: [Al₂OF6] ²‾, [Al₂OF8]⁴‾, [Al₂O₂F4] ²‾, [Al₂O₂F6]⁴‾ et [Al₂O₃F₂]²‾. The latter are little influenced by the presence of CaF₂. By partially dissociating, this contributes to modifying the chemical equilibria towards the more basic media and to increasing the average coordination of the aluminium ions.

La plupart du temps, les bactéries vivent au sein de biofilms : un tissu biologique accroché sur des surfaces (molles ou solides), qui est composé de bactéries et de matrice extracellulaire. Lors de cette thèse nous avons étudié les mécanismes qui contrôlent la formation d’un biofilm à l’interface eau-air par Bacillus subtilis (BS). D’abord, nous avons observé l’évolution phénotypique de BS au cours du développement de sa population en milieu liquide, dans des conditions de culture standard (pas de biofilm in fine). Nous avons constaté que la population exhibe différents types cellulaires (phénotypes) au cours du temps. Puis, afin d’observer les étapes de la formation d’un biofilm, nous avons créé une expérience qui permet de suivre l’évolution macroscopique de la concentration des bactéries et sa répartition spatiale au sein du milieu de culture. Nous constatons qu’une accumulation de bactéries se forme en dessous de l’interface eau-air avant même l’apparition d’un biofilms. Cette accumulation est concomitante avec de la convection dans le fluide (bioconvection). Le biofilm apparait lors de la phase de croissance de la population en bactérie pour une concentration moyenne dans le milieu de culture de l’ordre de 10¹³ bactéries/m³. Ensuite, nous avons formulé un modèle continu qui renseigne sur l’évolution de l’environnement des bactéries. Ce modèle reproduit la bioconvection observée dans les expériences et révèle son effet sur la concentration en dioxygène dissous dans la culture. Enfin, nous avons construit un modèle hybride continu-discret qui décrit la transition de bactéries déconnectées (nomades) vers des bactéries connectées formant un biofilm solide (sédentaires). Chaque bactérie est considérée comme une particule individuelle. Le modèle tient compte des forces de contact, ainsi que les forces élastiques qui peuvent s’établir entre les bactéries lorsqu’elles sont liées par de la matrice. Un nombre minimal d’aptitudes biologiques a été utilisé pour modéliser les bactéries : la division cellulaire qui leur permet de coloniser le milieu de culture, la motilité et l’aérotactisme qui explique leur migration vers la surface liquide, le quorum sensing (QS) et la différenciation cellulaire qui leur permet de passer du phénotype nomade (motile) au phénotype sédentaire (producteur de matrice). L’environnement en dioxygène des bactéries et les propriétés hydrodynamiques du milieu sont décrits par des champs continus. Le modèle reproduit toutes les étapes de la formation d'un biofilm observées dans nos expériences et confirme la nécessité de certaines aptitudes biologiques. Il montre que le seuil de QS joue un rôle majeur dans la morphologie du biofilm et sa cinétique de formation. En revanche, le taux de consommation de dioxygène par les bactéries ne semble pas avoir de rôle important. Enfin, nous avons établi que la bioconvection agit comme un retardateur de la formation du biofilm. / Most of the time, the bacteria live inside the biofilm: the biological tissue that is attached to the surface (soft or solid), is made of the bacteria and of extracellular matrix. According to this thesis we study the mechanics that control the formation of a biofilm at the interface water-air by Bacillus subtilis (BS). First, we absorbed the phenotype evolution of the BS during the development of its population in liquid medium, under the conditions of a standard culture (no of biofilm in fine). We noticed that the population exhibits different cellular types (phenotypes) during this time. Then, after absorbing the different stages of the development in the formation of a biofilm, we created an experience that allows us to follow the macroscopic evolution of the concentration of the bacteria and its special distribution in the middle of the culture. We found that an accumulation of the bacteria forms under the surface water-air, even before the appearance of a biofilm. This accumulation is concomitant with the conservation in the liquid (bioconvection). The biofilm appears during the growth phase of the bacterial population in an average concentration in the culture medium of about 10¹³ bacteria / m³. Then, we formed a continuous model that shows us the evolution of the environment of the bacteria. This model reproduced the bioconvection that was observed in the experiments and reveals its effect on the concentration of oxygen in the biological culture. Finally we built a hybrid continuous-discreet model that described the transition of the disconnected bacteria (nomads) through the connected bacteria that form a solid biofilm (sedentary). Each bacteria is considered as an individual particle. The model takes the contact forces under consideration, as well as the elastic forces that can settle between the bacteria when linked by the matrix. A minimum number of biological skills were used to form a model from the bacteria; the cellular division that allowed it to colonize the medium biological culture, the motility and the aerotaxi that explains its migration towards the liquid surface, the quorum sensing (QS) and the cellular differentiation that allows them to spend nomadic phenotype (motile) sedentary phenotype (producer of matrix). The dioxygen environment of the bacteria and its middle hydrodynamic properties are described by continuous fields. The model reproduces all the formation steps of an observed biofilm in our experiment and confirms the need of certain biological skills. It shows that the threshold of QS plays a major role in the morphology and biofilm formation kinetics. On the other hand, the rate of diocygen consumption by the bacteria does not seem to have any significant role. Finally, we established that the bioconvection reacts as a retardant in the biofilm formation.

Les objectifs environnementaux (COP21) visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre et l'impact de l'industrie sur la nature, font face au défi de la demande croissante d'énergie et de produits. Les procédés chimiques sont les premiers en cause lorsqu’ils mettent en œuvre des solvants. L'ingénierie des solvants est une solution innovante qui vise à trouver des milieux alternatifs bénins possédant les propriétés de solvant adaptés pour chaque étape du procédé.Dans cette perspective, nous avons étudié les Liquides expansés par un gaz (LEGs), qui sont desliquides dont le volume augmente sous l’effet d’un gaz dissous sous pression. En particulier, le CO2 peut être utilisé comme agent d'expansion pour obtenir des liquides expansés par du CO2(LECs), combinant les avantages du CO2 et du solvant. La phase expansée peut contenir des concentrations élevées de CO2, jusqu'à 80%, selon le solvant, ce qui conduit à une réduction du besoin du solvant organique, mais aussi à des changements des propriétés physicochimiques et de transport de la nouvelle phase expansée. On peut de plus moduler ces propriétés par la pression et la température, d'une manière réversible, et améliorer la séparation des produits. Dans cette étude, différents solvants biosourcés ont été utilisés pour obtenir des systèmes expansés par du CO2, tels que les acétates d'alkyle, les carbonates organiques, les méthoxybenzènes, etc.La connaissance des équilibres de phase, des propriétés de solvatation et de transport est essentielle pour concevoir des processus qui exploitent le comportement particulier de ces systèmes biphasiques. Deux approches principales ont été utilisées pour caractériser ces systèmes. Dans un premier temps, des mesures ont été effectuées dans une cellule à haute pression et à volume variable pour évaluer la polarité au travers du paramètre Kamlet-Taft (KT) *(dipolarité / polarisabilité) dans les solvants expansés par du CO2 sous des pressions allant jusqu'à 30 MPa. La technique utilisée a été la spectroscopie UV-Vis suivant le déplacement hypsochromique du Rouge de Nile, une sonde solvatochromique déjà utilisée pour obtenir les paramètres KT dans des solvants purs. De plus, des mesures d'équilibre vapeur-liquide (ELV) ont été effectuées pour obtenir la composition de la phase expansée à différentes pressions et températures afin de comprendre la solvatation du CO2 dans les solvants organiques et de fournir des informations manquantes dans la littérature. En deuxième lieu, dans une approche plus théorique, les données ELV ont été utilisées pour calculer numériquement d'autres propriétés telles que la densité et la viscosité. Des équations d'état et des simulations par dynamique moléculaire (DM) ont été utilisées ; ces dernières donnant de meilleurs résultats dans un mode prédictif de la masse volumique et permettant de suivre les positions moléculaires au cours du temps, qui peut être liée à de nombreuses propriétés, y compris la viscosité étudiée ici. Ces calculs ont été effectués en utilisant un champ de force de type Amber adapté. Les résultats obtenus dans l’ensemble complètent les données de la littérature existante et apportent de nouvelles informations sur les propriétés des LEGs. Par exemple, le comportement non linéaire de l'expansion volumétrique, vérifié après les déterminations de masse volumique sur les simulations DM à l'équilibre, est une clé dans la compréhension des interactions soluté-solvant ; ainsi que les valeurs KT * obtenues qui confirment la large gamme de polarité couverte par ces systèmes.Enfin, certains systèmes expansés par du CO2 ont été utilisés pour produire des nanoparticules de TiO2 pour panneaux solaires, améliorant leur surface spécifique et donc leur efficacité en tant que semi-conducteurs ; et d’autres ont été appliqués à un processus d'activation enzymatique entraînant une augmentation significative du taux de conversion

Grâce à la métallisation de leur surface, des pièces en polymères peuvent substituer certains composants métalliques dans les industries de l'aérospatiale et du transport. Les polymères ont des masses volumiques plus faibles que les métaux et une réactivité chimique limitée, ce qui en fait des candidats idéaux pour les applications spatiales. En combinant techniques expérimentales et simulations numériques, nous avons étudié les mécanismes fondamentaux de la métallisation de surface d'un polymère poly-époxy (DGEBA / EDA). L'objectif de notre étude était de développer un modèle non empirique prenant en compte les mécanismes régissant la nucléation et la croissance des films minces métalliques. Notre groupe a une longue expérience des dépôts chimiques en phase vapeur, CVD. Mais cette technique n'a pas été choisie pour la métallisation de nos surfaces de polymères car les températures requises dans le réacteur étaient trop élevées. Comme alternative, nous avons effectué une évaporation sous ultravide de Cu à température ambiante, conduisant à une diffusion des atomes en phase gazeuse sans énergie cinétique. Les processus d'adsorption et de diffusion sont donc plus proches des conditions thermodynamiques associées aux calculs. Un protocole expérimental a été mis en place afin de créer une surface polymère chimiquement homogène présentant une faible rugosité. Le polymère obtenu a été caractérisé (i) par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, pour déterminer le taux de polymérisation (supérieur à 90%), (ii) par calorimétrie différentielle à balayage pour obtenir la température de transition vitreuse (Tg) ( 118,1 °C), (iii) par microscopie à force atomique (AFM) pour estimer la rugosité de la surface (Ra ˜ 1 nm), et (iv) par spectroscopie de photoélectrons X (XPS) pour caractériser les liaisons chimiques de surface. La surface de polymère a ensuite été métallisée. Grâce à des analyses AFM, l'épaisseur du film mince a été estimée à 6 nm. Nous avons ensuite utilisé l'XPS pour caractériser les liaisons interfaciales Cu / Poly-époxy. Nous avons déduit de l'interprétation des spectres XPS que le Cu est adsorbé préférentiellement sur un atome d'oxygène spécifique du polymère. Pour identifier clairement ces sites d'adsorption de Cu, nous avons ensuite simulé les spectres XPS du polymère non revêtu, par des calculs quantiques, en utilisant un modèle moléculaire (dimère : 1 molécule de DGEBA liée à 1 molécule d'EDA). Les méthodes Hartree-Fock (HF) et de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) nous ont permis de simuler des spectres XPS pour la surface nue, en prenant en compte les effets d'état final et initial. Grâce à ces résultats, nous avons pu décomposer le spectre expérimental en 8 contributions, ce qui conduit à des résultats beaucoup plus précis que les résultats habituels obtenus par l'utilisation exclusive des expériences et de la littérature. Nous avons ensuite effectué des simulations de dynamique moléculaire classique (MD) pour passer d'un modèle moléculaire (dimère) à un modèle de polymère amorphe. / Metallization of polymer surfaces can lead to the substitution of metallic components. Polymers have lower densities and limited chemical reactivity, making them ideal candidates for the space applications. Through experiments and calculations, we studied the fundamental mechanisms of surface metallization of a poly-epoxy polymer (DGEBA/EDA). The objective of our study was to develop a non-empirical model that could take into account the mechanisms governing the nucleation and growth of thin metal films. Our group has a long experience in chemical vapor deposition, CVD, and metallization of polymer composites. But we did not applied CVD at first because of the high temperatures required in the reactor. We alternatively used ultrahigh vacuum evaporation of Cu at ambient temperature. Therefore, we make sure that atoms diffuse in the gas phase without kinetic energy. Adsorption and diffusion processes are thus closer to thermodynamic conditions that prevails in calculations. An experimental protocol was refined in order to create a chemically homogeneous polymer surface with a low roughness (Ra<1nm). The bulk and the surface of the pristine polymer were characterized (i) by Fourier Transform Infrared Spectroscopy, to determine the polymerization rate (above 90%), (ii) by differential scanning calorimetry in order to obtain the glass transition temperature (Tg) (118.1 °C), (iii) by atomic force microscopy (AFM) to calculate surface roughness (Ra ˜ 1 nm), and (iv) by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to characterize surface chemical bonding. The surface was then metallized. Through AFM, the thickness of the thin film was estimated at 6 nm. We then used XPS to characterize the Cu/Poly-epoxy interfacial bonding. We deduced that Cu adsorbed preferentially on a specific oxygen atom of the polymer. To clearly identify this Cu adsorption site, we further simulated the XPS spectra of our clean or metallized polymer by quantum calculations, using a dimer model (1 molecule of DGEBA connected to 1 molecule of EDA). In the Hartree-Fock (HF) and Density Functional Theory (DFT) framework, we first simulated the XPS spectra for the pristine surface taking into account initial and final state effects. Thanks to these results, we were able to analyze the experimental spectrum with 8 contributions, leading to much more accurate results than the usual results obtained by the exclusive use of experiments and literature. We then performed classical Molecular Dynamics (MD) simulations to move from a dimer model to an amorphous polymer model. We used the general Amber force field (GAFF) and we developed a code to mimic the reticulation of monomers molecules. We started from a stoichiometric mixture of DGEBA and EDA molecules. When equilibration was reached, structural properties at 700K (e.g. distribution of bonds) were extracted from the results of the NPT simulations. From this melt of monomers, the homemade reticulation code identified and connected reactive atoms (at a pre-defined inter-atomic distance < 3Å). After each step of polymerization, the system was equilibrated at 700K (NPT simulations). After multiple reticulation/MD cycles we could achieve a polymerization rate of 93% and the Radial Distribution Function (RDF), the density and the glass transition temperature Tg were calculated. The value of the computed density was 1.115 at 300K and the calculated Tg (115.5 °C) was in good agreement with the experimental Tg of 118.1 °C, validating our numerical approach to develop a model for poly-epoxies.

Cette thèse est consacrée à l’étude des bulles d’hélium dans le silicium. Dans un premier temps, des simulations atomistiques de type dynamique moléculaire (DM) ont été réalisées afin d’étudier les propriétés physiques d’une bulle nanométrique : densité et pression d’hélium en fonction du diamètre de la bulle et de la quantité d’hélium initialement introduite dans la bulle. Nos calculs ont montré que la déformation plastique de la matrice ne permettait pas de dépasser une valeur de densité d’hélium nettement inférieure aux résultats expérimentaux. En modélisant un système plus réaliste, un excellent accord avec les mesures expérimentales a été retrouvé. Nous avons aussi montré que le choix du potentiel interatomique était capital afin de modéliser des bulles sous fortes pressions. En outre, nos résultats ont montré que la loi de Laplace-Young n’était pas adaptée pour prédire la pression dans les bulles d’hélium dans du silicium. Enfin, l’étude de l’état de l’hélium dans la bulle indique que l’hélium peut être sous forme solide à 300 K, du fait des pressions élevées. Dans un second temps, une approche de type dynamique d’amas (DA) a été employée afin de comprendre les premiers stades d’évolution des bulles. Nous avons construit un modèle applicable à la DA à l’aide d’un grand nombre de calculs DM. Une étude paramétrique a ensuite été réalisée. Ceci nous a permis d’étudier les mécanismes de croissance des bulles, en prenant en compte l’influence de l’hélium et la présence ou non d’une source continue de défauts. / This thesis is devoted to the study of helium bubbles in silicon. First, molecular dynamics (MD) simulations were performed in order to study the physical properties of a nanobubble: helium density and pressure as a function of the bubble diameter and of the initial helium quantity introduced in the bubble. A maximum value of the helium density in the bubble is reached due to the plastic deformation of the matrix; this value is significantly lower than the experimental results. By modelling a more realistic system, an excellent agreement with the experimental measurements is found. Moreover, the choice of the interatomic potential is essential to model the properties of bubbles under high pressure. Further, the Laplace-Young law is not appropriate to predict the pressure in helium bubbles in silicon. In addition, the investigation of the helium configuration in the bubble indicates that helium can be in the solid state at 300 K. In a second part, a cluster dynamics (CD) approach was employed to understand the early stages of bubble evolution. A helium in silicon interaction model to be used in CD was built by means of a large number of MD calculations. A parametric study was then performed taking into account the influence of helium and the presence or not of a continuous source of defects and allowing for the study of the mechanisms of bubble growth.

Lipopolysaccharides (LPS) représentent le composant principal de la membrane externe des bactéries Gram-négatives. Étant libérés dans le flux sanguin, les LPS induisent une forte réponse immunitaire accompagnée d'une coagulation intensifiée du sang activée à la fois par l'endommagement de la paroi vasculaire et par l'activation de la voie de contact. Dans cette thèse, nous développons des modèles théoriques pour élucider les détails de la coagulation sanguine induite par les molécules LPS. Dans les deux premiers chapitres, nous décrivons l'état de l'art du problème et les méthodes utilisées. Le troisième chapitre est consacré à l'analyse des modèles mathématiques de la coagulation sanguine. Nous déterminons les conditions de l'existence de solutions en ondes progressives dans le modèle de la croissance du caillot, estimons la vitesse de leur propagation et démontrons l'existence de la solution en forme de pulse déterminante la valeur critique de la condition initiale qui assure le processus de coagulation. Ensuite, nous étudions le modèle de la formation de caillot dans l'écoulement sanguin et déterminons la taille critique de la zone endommagée conduisante à l'occlusion complète du vaisseau par le caillot. Enfin, nous développons et analysons le modèle de l'activation du système de contact par les agrégats des LPS. Dans le quatrième chapitre, nous modélisons la structure supramoléculaire des LPS, qui a un impact crucial sur leur activité biologique. Nous développons des modèles de la dynamique moléculaire des LPS, de leurs agrégats et des membranes des compositions variées, et analysons le comportement conformationnel des LPS en fonction de leur environnement / The outer membrane of the Gram-negative bacteria cell wall is composed of lipopolysaccharide (LPS) molecules. Being released to the blood flow during sepsis, LPS induce strong immune response accompanied by pathological blood clotting. Blood coagulation is activated both due to the vessel wall damage, and the activation of the contact pathway. The details of the mechanisms involved remain obscure despite the extensive experimental studies. In the present work we develop theoretical models of the different time and space scales to elucidate the details of the LPS-induced blood coagulation during the Gram-negative sepsis. In the first two chapters we provide the state of the art of the problem and describe the methods we use. The third chapter is devoted to the analysis of the mathematical models of blood coagulation. We determine the conditions of the existence of the traveling wave solutions in the model of the self-sustained clot growth, estimate the speed of their propagation and demonstrate existence of the pulse solution determining the critical value of the initial condition. Then, we consider the model of blood coagulation under flow conditions and determine the critical size of the damaged zone leading to the complete vessel occlusion by the clot. Finally, we develop and analyze the model of the contact system activation by the LPS aggregates. In the fourth chapter we model the LPS supramolecular structure, which has crucial impact on the LPS biological activity. We develop molecular dynamics models of the LPS molecules, their aggregates and LPS-containing membranes of different composition and analyze LPS conformational behavior in different environment