Ce travail qui a été effectué au sein du groupe radiochimie de l'IPN Orsay, participe à l'enrichissement des connaissances destinées à la compréhension du comportement des radionucléides à travers l'environnement. Le comportement et l'évolution des radionucléides sont des phénomènes souvent complexes à caractériser expérimentalement qui dépendent des interactions aux interfaces eau / surface minérale, lesquelles peuvent être modélisées grâce à des méthodes théoriques. Lors de cette étude, nous avons choisi d'utiliser des méthodes de dynamique moléculaire (DM), lesquelles permettent de considérer explicitement les effets du solvant, de la température et d'étudier la dynamique de l'ion uranyle. Dans un premier temps, des méthodes de dynamique moléculaire Car-Parrinello basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont permis de caractériser finement les structures d'équilibres de l'ion uranyle en solution et à l'interface eau/ face (001) de gibbsite. Dans le cas d'un pH faible, les complexes d'adsorption présents à l'interface eau/ face (001) de gibbsite ont été identifiés et comparées aux données expérimentales disponibles. Leurs énergies relatives et les énergies d'activations impliquées dans le processus de sorption ont également été déterminées. Dans un deuxième temps, des méthodes de dynamique moléculaire classique ont été employées afin de modéliser des systèmes de plus grande taille, donc plus réalistes, sur des échelles de temps plus longues. La comparaison des résultats DM Car-Parrinello / DM classique a montré qu'une dynamique classique utilisée avec les potentiels non polarisables de Guilbaud, CLAYFF et SPC/E, permet de modéliser le comportement de l'ion uranyle à l'interface eau/ face (001) de gibbsite. Les longs temps de simulation permettent de mettre en avant le caractère diffusif de l'ion uranyle à l'interface eau/ face (001) de la gibbsite. Enfin, L'effet d'une élévation de la température a été étudié. La rétention de l'ion uranyle diminue avec la température.

Le polymère Nafion est l'électrolyte de référence de la pile à combustible. Lorsqu'il est hydraté, il présente une conductivité élevée (10^-2 S.cm^-1). Néanmoins cette conductivité chute à faible taux d'hydratation. L'ajout d'un composé hygroscopique dans la membrane, tel le phosphate de zirconium (ZrP), a été proposé dans la littérature pour répondre à ce problème. <br /><br />La conductivité est le fait de la structure du matériau, des mécanismes de diffusion du proton, et des interactions eau-polymère au sein de la membrane. Nous nous sommes intéressés à cette dernière partie du problème. Nous avons étudié les mécanismes d'hydratation à l'échelle moléculaire pour les membranes Nafion puis Nafion-ZrP par technique de spectrométrie infrarouge. Cette technique peut être couplée à une étude par dynamique moléculaire que nous avons initié sur le polymère Nafion. Les spectres infrarouges du Nafion et du Nafion-ZrP ont été mesurés sur toute la gamme d'hydratation.<br /><br />Les résultats obtenus font état de 5 mécanismes d'hydratation successifs pour la membrane Nafion. L'ionisation des groupes sulfoniques SO_3H est très rapide en début d'hydratation. Elle est suivie d'un éloignement des protons H^+ par rapport aux groupes sulfonates SO_3^- dont ils sont issus et d'une réorganisation du réseau de liaisons H autour de ces groupes ioniques. Enfin une eau de type « bulk » apparaît vers 40% d'hydratation. Nous avons ainsi une "photographie" de la membrane à chaque taux d'hydratation. L'ajout d'un composé inorganique ZrP n'influe pas sur les mécanismes d'hydratation. <br /><br />D'après la comparaison entre nos mécanismes et la courbe de conductivité, il est nécessaire de dissocier tous les groupes sulfoniques pour atteindre une diffusion optimale du proton, probablement assurée par le mécanisme de Grotthuss.

Les micelles inverses (MI) sont des nano-gouttelettes d'eau, thermodynamiquement stables, dispersées dans une phase organique (généralement une huile), entourées d'une monocouche de tensioactif. Elles sont des modèles membranaires simplifiés, utilisées en biochimie pour solubiliser des protéines enzymes membranaires, peu ou pas solubles. Le fait que la dimension des micelles inverses dépend du rapport molaire Wo=[H2O]/[détergent] et que le contenu en eau dans des micelles inverses peut être finement contrôlé, ce sont des modèles intéressants pour étudier les effets de l'hydratation et du confinement sur la conformation des peptides, protéines et des acidesnucléiques. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié à l'aide des techniques de simulation de dynamique moléculaire (DM), les propriétés structurales et volumétriques (volume et compressibilité) de petites micelles inverses (i.e. avec des rapports 2 = Wo = 7) constituées d'un détergent ionique, le bis(2-ethylexyl sulfosuccinate) de sodium (AOT) et d'un non-ionique, le tétraéthylène glycol monododecylether (C12E4), en fonction de leur hydratation. Ces systèmes micellaires ont été simulés explicitement dans les conditions ambiantes de température et de pression avec des concentrations en solvant organique suffisantes pour reproduire les phases micellaires inverses. 1. Influence de l'hydratation sur les propriétés structurales et volumétriques des micelles inverses d'AOT Dans un premier temps, nous avons étudié l'influence de la quantité d'eau solubilisée sur les propriétés structurales et dynamiques de l'eau confinée dans les micelles inverses d'AOT. Nous avons montré que : • Les micelles inverses construites avec une géométrie sphérique, ont toutes évoluées au cours des simulations vers une forme ellipsoïdale avec des rapports, entre l'axe majeur et mineur de l'ellipsoïde, plus élevés pour le coeur d'eau que pour la micelle (1.24 - 1.41 et 1.67 - 2.1, respectivement). Nos simulations reproduisent la dépendance linéaire de Rw en fonction de Wo donnée dans la littérature pour ce système ternaire, si on modélise les micelles comme des objets sphériques. Dans les micelles inverses les plus petites, la diffusion de translation de l'eau est fortement ralentie par la forte densité en ions et par le nombre de molécules d'eau liées aux têtes polaires, mais tend à se rapprocher de l'eau pure avec l'augmentation de Wo. • Quand aux propriétés volumétriques des micelles inverses et de l'AOT, nos calculs montrent que les compressibilités isothermes (comprises entre (70 et 78 (± 6).10-5 MPa-1 et 74 et 85 (± 4).10-5, respectivement) des micelles inverses modélisées, interprétés à l'aide du milieu effectif, augmentent de façon linéaire avec le rapport Wo, en accord avec les données de la littérature expérimentale. Dans le cas du volume de l'eau confinée nous avons calculé que celui-ci change peu (4 % de différence), par rapport à l'eau pure, et reste constant avec Wo. La compressibilité de l'eau confinée varie en fonction de Wo entre 24 et 60.10-5 MPa-1. 2. Influence de l'hydratation sur la structure octapeptide d'une alanine encapsulée dans les micelles inverses d'AOT Dans un second temps, nous avons examiné l'influence de l'hydratation des têtes polaires des molécules d'AOT sur la stabilisation de la structure secondaire d'un peptide modèle (un octapeptide alanine en hélice-a), confiné dans des micelles d'AOT de rapport Wo » 4.8 et 6.8. Ce peptide est instable dans l'eau. Nous avons montré que : Resumé en français - 8 - • L'insertion des peptides dans les micelles affecte la structure des micelles inverses et notamment celle du coeur d'eau. Dans la micelle la plus petite, où l'eau est majoritairement liée aux têtes polaires et donc peu disponible pour hydrater le peptide, la structure secondaire en hélice-a de l'octapeptide est conservée, alors quelle est plus ou moins rapidement perdue dans les micelles plus hydratées. • Dans le cas des propriétés volumétriques (volumes et compressibilités isothermiques), celles-ci changent peu avec l'insertion des octapeptides dans les deux micelles et restent voisines des valeurs obtenues pour les micelles vides. 3. Influence de la conformation des têtes polaires des détergents sur la structure des micelles inverses de C12E4 avec un rapport Wo=3 Enfin, dans un troisième temps, nous avons étudié l'effet de l'hydratation faible sur la structure et les propriétés volumétriques des micelles inverses de C12E4 dans un rapport Wo=3 avec deux conformations possibles pour les têtes polaires des détergents (i.e. étendue vs. gauche). Ces deux micelles inverses ont été simulées dans le décane. Nous avons montré que : • Seules les propriétés structurales des coeurs d'eau des micelles sont significativement affectées par les conformations données aux têtes polaires des détergents. Lorsque que les têtes polaires sont gauches, l'eau confinée est peu liée aux têtes polaires et reste au centre de la micelle pour former un pool d'eau compact avec une structure proche de celle de l'eau pure. Avec les têtes polaires en conformation étendue, le piégeage des molécules d'eau au niveau des têtes des C12E4 est favorisé, ce qui a pour conséquence une diminution de leur diffusion de translation. • Quand aux compressibilités isothermes des micelles inverses, celles-ci ne sont pas significativement modifiées en fonction de la conformation des têtes polaires des détergents et sont proches de 54 et 57 (± 5).10-5 MPa-1. Le volume des molécules d'eau confinées dans les deux micelles ne montrent pas de variations que leur état soit liée ou libre et sont proches du volume de l'eau pure. Cependant, on constate que les compressibilités isothermes de l'eau confinée présentent des différences en fonction de leur état : l'eau liée présente une compressibilité isothermique environ deux fois plus faible (25 (± 2).10-5 MPa-1) que celle de l'eau pure, et sa compressibilité augmente avec la fraction d'eau libre dans les micelles. Finalement, la confrontation de nos résultats avec ceux de la littérature nous a permis de proposer un modèle de structure pour les micelles inverses de C12E4 de rapport Wo< 3.

Les cristaux liquides constituent un état de la matière intermédiaire entre les solides et les liquides. De ce fait, ils allient à la fois la fluidité des liquides et les propriétés anisotropes des solides. Ce qui les rend à la fois excitants et compliqués à étudier est leur grande diversité. En effet, il existe plus d'une dizaine de phases différentes, chacune caractérisée par une structure et des propriétés particulières. De plus, de petits changements dans la structure des molécules peuvent mener à un polymorphisme liquide cristallin modifié ou des intervalles de stabilité thermique bien différents. Au sein du laboratoire, pour essayer d'y voir plus clair et de comprendre quels sont les facteurs microscopiques qui influencent le polymorphisme liquide cristallin, une technique relativement récente a été utilisée. Il s'agit de la dynamique moléculaire au niveau atomistique. Cet outil permet d'étudier des molécules dans des conditions qui tendent à représenter au mieux des conditions expérimentales, avec une température, une pression, une densité, etc. En simulant des systèmes qui ont été caractérisés expérimentalement, des corrélations entre le comportement expérimental et simulé peuvent être extraites. L'hypothèse que nous souhaitons vérifier dans ces travaux est la suivante: les variations de l'énergie non liante de Coulomb, un terme énergétique qui peut être extrait des simulations, peuvent être corréler à des observations expérimentales. Cette hypothèse se base sur les travaux précédents effectués au sein du laboratoire sur la phase smectique C (SmC). Dans ces travaux, la plage de stabilité thermique de la phase SmC a été corrélée aux valeurs des énergies non liantes de Coulomb. Dans le cadre de cette étude, le même protocole de simulation est utilisé pour étudier la phase smectique A (SmA), dans le but de confirmer les observations faites sur la phase SmC. Pour ce faire, deux familles de mésogènes (molécules possédant une ou plusieurs phases liquides cristallines dans leurs polymorphisme) sont étudiées. Ces deux familles diffèrent par de petits détails structuraux qui ont pourtant une grande influence sur le polymorphisme expérimental. Il s'agit, dans le cas de ces deux familles, de la longueur d'une chaîne alkyle ou alkoxy sur le mésogène. Pour la première famille de mésogènes, le type de phase SmA observé est différent selon la longueur de la chaîne. Pour la deuxième famille, des mésogènes formés par liaison halogène, il a été observé expérimentalement que la longueur de la chaîne a un impact sur la plage de stabilité thermique de la phase SmA. Ces deux familles sont donc tout à fait appropriées pour une étude par simulation au niveau atomistique. En ce qui concerne les résultats de la première famille, le mésogène présentant une phase SmA différente des autres mésogènes est associé à une énergie de Coulomb également différente. Pour relier ces énergies à l'organisation des molécules au sein des phases, un raisonnement basé sur la dépendance en distance de cette interaction est utilisé. Si une attraction existe entre les mésogènes, une énergie relativement plus basse correspond à des mésogènes plus proches les uns des autres. Au contraire, si les molécules ont tendance à s'éloigner les unes des autres, une énergie relativement plus élevée correspond à une distance intermoléculaire plus faible. Nous avons pu tirer des conclusions quant aux positions relatives des mésogènes et montrer qu'elles pouvaient être reliées à la phase observée expérimentalement. Pour la deuxième famille, nous observons que le mésogène avec la plage de stabilité thermique la plus grande est celui pour lequel les énergies de Coulomb sont les plus faibles, donc celui pour lequel l'arrangement initial imposé (arrangement SmA) est le plus stable énergétiquement. Ces deux projets d'étude de la phase SmA montrent que l'hypothèse mise de l'avant dans les travaux précédents portant sur la phase SmC est vérifiée. La combinaison simulation/expérience fournit des données sur les deux échelles nécessaires, à savoir la molécule et la phase macroscopique, pour essayer d'identifier les liens existants entre ces deux mondes.

Afin de lever le mystère centenaire qui entoure l'origine du changement de volume associé au dépliement des protéines globulaires, nous avons constitué une collection de 10 mutants du variant hyperstable de la SNase, ∆+PHS. Chacune de ces mutations a été conçue pour créer une nouvelle cavité ou agrandir une cavité existante au sein de la protéine. Dans un premier temps, nous avons analysé comment l'environnement structural local conditionne l'adaptation à la mutation. Les expériences de fluorescence sous haute pression ont montré un accroissement systématique de la différence de volume entre les états replié et déplié pour les 10 variants par rapport à ∆+PHS. Ce résultat majeur, qui s'ajoute à une étude récente démontrant que les effets d'hydratation ne contribuent pas de manière significative au changement de volume, démontre sans ambiguïté que la différence de volume entre les états replié et déplié est principalement due à la présence de cavités internes dans la structure native des protéines. Les mesures par RMN des changements de volume ont permis d'établir une cartographie des effets de la pression à l'échelle du résidu et d'identifier les intermédiaires de repliement peuplant le paysage énergétique. En analysant les cinétiques de dépliement, nous avons finalement pu caractériser les conséquences de ces mutations sur les états de transitions de la SNase. / To solve the century-old question of the origin of the volume change upon unfolding for globular proteins, we built up a collection of 10 mutants of the hyperstable variant of SNase, ∆+PHS. Each of these mutations was designed to create a cavity or to enlarge a naturally occurring cavity in the protein core. We first analyzed how the local structural environment determines the adaptation to the mutation. The high-pressure fluorescence experiments showed a systematic increase of the volume difference between the folded and unfolded states for the 10 variants, compared to ∆+PHS. This major result, in addition to a recent study demonstrating that the hydration effects do not provide any significant contribution to the volume changes, clearly demonstrates that the volume difference between the folded and unfolded states is predominantly due to the presence of internal cavities in the native structure. NMR measurements of the volume change allowed a mapping of the pressure effects on a residue scale and the identification of the folding intermediates populating the free-energy landscape. By analyzing the unfolding kinetics, we finally characterized the consequences of these mutations on the transition state ensembles of SNase.

L'objectif de cette thèse est d'étudier le dépôt de couches minces par pulvérisation plasma à l'aide de simulations de dynamique moléculaire, en mettant l'accent sur les mécanismes de la formation de la microstructure dans diverses conditions de dépôt pertinentes pour les expériences. Des dépôts de films minces de ZrxCu100-x et AlCoCrCuFeNi sur Si (100) par procédé magnétron de co-pulvérisation ont été étudiés par simulations de dynamique moléculaire utilisant des conditions initiales similaires à celles des expériences. Les résultats montrent que la phase de films minces ZrxCu100-x est déterminée par la composition de l'alliage binaire et par l'énergie cinétique moyenne des atomes incidents. Les alliages AlCoCrCuFeNi simulés possèdent la structure fcc / bcc modulée par la composition, en conformité avec l'expérience. Ils ont une tendance à évoluer vers une solution solide de verres métalliques massifs a été trouvée. Le dépôt par pulvérisation plasma d'atomes de platine sur deux substrats carbonés nanostructurés (carbone poreux et nanotubes de carbone) a également été étudié à température ambiante (300K) et pour deux ensembles de paramètres de potentiels Lennard-Jones et à trois distributions d’énergie cinétique différentes d'atomes Pt incidents sur le substrat. Les résultats des simulations sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. Enfin, la simulation numérique des décharges magnétron a été introduite en vue de déterminer les paramètres d'entrée pour les simulations de MD. Les particules chargées sont décrites par le modèle hydrodynamique, en utilisant des expressions classiques des flux. Les caractéristiques du réacteur sont reproduites par les premières simulations. / The objective of this thesis is to study the deposition of thin films by plasma sputtering using moleculardynamics simulations, focusing on the mechanisms of formation of the microstructure in various deposition conditions relevant to experiments. Deposition of thin films AlCoCrCuFeNi and ZrxCu100-x on Si (100) by magnetron sputtering process of co-sputtering have been studied by molecular dynamics simulations using similar experiments to those initial conditions. The results show that the phase ZrxCu100-x thin films is determined by the composition of the binary alloy and the average kinetic energy of the incident atoms. The simulated AlCoCrCuFeNi alloys have fcc / bcc structure modulated by the composition in accordance with experience. They have a tendency to evolve into a solid solution of bulk metallic glasses found. Plasma deposition of platinum atoms spray on two nanostructured carbon substrates (porous carbon and carbon nanotubes) has also been studied at room temperature (300K) and two sets of parameters of Lennard-Jones potential and three distributions of different kinetic energy Pt atoms incident on the substrate. The simulation results are in good agreement with the experimental results. Finally, the numerical simulation of magnetron discharges was introduced to determine the input parameters for the MD simulations. The charged particles are described by the hydrodynamic model, expressions using conventional flow. The characteristics of the reactor are reproduced by the first simulations.

Les protéines membranaires occupent en moyenne 50% de la masse des membranes cellulaires. Cependant, certaines membranes spécialisées peuvent avoir de 20 à 90% de leur masse en protéines. Dans ce cadre, l'importance de l'assemblage des protéines membranaires dans des complexes cohérents, dynamiques et fonctionnels n'est plus à démontrer.Mon projet s'inscrit dans la compréhension des forces qui mènent à l'assemblage des protéines membranaires. J'utilise pour cela le modèle de l'Aquaporine Z (AqpZ) d'Escherichia coli. En premier lieu, j'ai mis en oeuvre une approche de dynamique moléculaire gros grains avec des forces de biais adaptatifs pour étudier les relations entre orientations de deux monomères d'AqpZ. Il existe, de façon surprenante, des forces se propageant à longue distance vraisemblablement par les lipides qui biaisent les orientations relatives entre les protéines.Un deuxième axe de mon travail est l'étude des enrichissements lipidiques autour de l'AqpZ native ou mutée, à différentes distances, avec l'utilisation d'une membrane complexe rendant compte de la diversité lipidique de la membrane interne d'E.coli. Dans cette analyse, la cardiolipine est enrichie à proximité de la protéine. Enfin, j'ai construit un système contenant 125 monomères d'AqpZ dans une membranes simple ou complexe, qui représentent 50% en masse en protéines. Ce système m'a permis de questionner l'évolution spontanée d'un tel système encombré, mais aussi le devenir des forces à longue distance et des lipides enrichis à la surface de la protéine dans ce contexte. / Membrane proteins represent on average 50% of the mass of cellular membranes. However, specialized membranes can have from 20 to 90% of their mass in proteins. In this context, the importance of the assembly of membrane proteins in coherent, dynamic and functional complexes isn't to be proven anymore. The goal of my project is to understand the different forces that lead to the assembly of membrane proteins. For this aim, I am using the Aquaporin Z (AqpZ) model protein from Escherichia coli, which is studied in our laboratory. First, I use a coarsed grain molecular dynamics approach with adaptive biasing forces to study the relations between orientations of two AqpZ monomers. Surprisingly, there are forces propagating at long distance, presumably by the lipids which in turn bias the relative orientations between the proteins. The second axis of my work is the study of lipid enrichments around native or mutated AqpZ, at different distances, with the use of a complex membrane accounting for the lipid diversity of the inner membrane of E.coli. In this analysis, cardiolipin is enriched near the protein. Finally, I built a system containing 125 AqpZ monomers in a simple or complex membrane, which represents 50% protein by weight. This system allowed me to examine the spontaneous evolution of such a crowded system, but also to investigate the fate of the long distance forces and the lipid enrichments at the protein surface in this context.

Nous avons étudié durant cette thèse les transferts de chaleur mettant en jeu différents types de porteur d'énergie - phonons, électrons et photons - dans des matériaux nanostructurés. A ces échelles, les lois régissant les phénomènes physiques sont différentes des lois macroscopiques. Il est donc nécessaire de développer de nouveaux outils pour étudier ces nouveaux mécanismes. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés aux propriétés ondulatoires des phonons thermiques. Nous avons ainsi développé une théorie pour quantifier leur cohérence temporelle et spatiale. Dans une seconde partie, nous nous sommes tournés vers la thermo-plasmonique, c'est-à-dire vers le chauffage par absorption de lumière d'un métal et la redistribution de l'énergie au réseau cristallin par interactions électron/phonon. Dans une dernière partie, nous avons porté notre étude sur la possibilité d'incluer les effets quantiques dans la Dynamique Moléculaire, ouvrant ainsi l'accès aux propriétés thermiques de nanomatériaux aux basses températures. / Energy transport at the nanoscale involves different types of carriers - phonon, electron and photon. Their spatial confinement in nanostructured materials implies the invalidation of the macroscopic laws of heat transfer. Therefore, new mechanisms arise and lead to novel thermal properties. This manuscript is devoted to the study of phonon transport in nanomaterials as well as the dissipation processes involving photon/electron and electron/phonon interactions. It is divided in three independent parts. We have first investigated the wave properties of thermal phonons. We have developed a theory to quantitatively assess the coherence of these carriers. Then, we have adressed the coupling between plasmonics and phonon transport in metallic materials. The objective is to quantify how the heat generated by the absorption of an electromagnetic energy will impact the surrounding medium. In the last part, we have included the Bose-Einstein quantum statistics in Molecular Dynamics simulations in order to compute thermal properties of nanomaterials at low temperatures.

Ce travail qui a été effectué au sein du groupe radiochimie de l'IPN Orsay, participe à l'enrichissement des connaissances destinées à la compréhension du comportement des radionucléides à travers l'environnement. Le comportement et l'évolution des radionucléides sont des phénomènes souvent complexes à caractériser expérimentalement qui dépendent des interactions aux interfaces eau / surface minérale, lesquelles peuvent être modélisées grâce à des méthodes théoriques. Lors de cette étude, nous avons choisi d'utiliser des méthodes de dynamique moléculaire (DM), lesquelles permettent de considérer explicitement les effets du solvant, de la température et d'étudier la dynamique de l'ion uranyle. Dans un premier temps, des méthodes de dynamique moléculaire Car-Parrinello basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont permis de caractériser finement les structures d'équilibres de l'ion uranyle en solution et à l'interface eau/ face (001) de gibbsite. Dans le cas d'un pH faible, les complexes d'adsorption présents à l’interface eau/ face (001) de gibbsite ont été identifiés et comparées aux données expérimentales disponibles. Leurs énergies relatives et les énergies d'activations impliquées dans le processus de sorption ont également été déterminées. Dans un deuxième temps, des méthodes de dynamique moléculaire classique ont été employées afin de modéliser des systèmes de plus grande taille, donc plus réalistes, sur des échelles de temps plus longues. La comparaison des résultats DM Car-Parrinello / DM classique a montré qu’une dynamique classique utilisée avec les potentiels non polarisables de Guilbaud, CLAYFF et SPC/E, permet de modéliser le comportement de l’ion uranyle à l’interface eau/ face (001) de gibbsite. Les longs temps de simulation permettent de mettre en avant le caractère diffusif de l’ion uranyle à l’interface eau/ face (001) de la gibbsite. Enfin, L’effet d’une élévation de la température a été étudié. La rétention de l’ion uranyle diminue avec la température. / This work was performed in the radiochemistry group of the IPN Orsay, it participates in the advancement of knowledge for understanding the behavior of radionuclides through the environment. The behavior and the evolution of the radionuclides, which are often complex phenomena to characterize experimentally, depend on interactions at the interfaces water / mineral surface and can be modeled using theoretical methods. In this study, we chose to use dynamics molecular methods (DM), which can explicitly consider the effects of solvent, temperature and allow to study the dynamics of the uranyl ion. At first, methods of Car-Parrinello dynamics molecular, based on the density functional theory (DFT), were used to characterize the structures of the uranyl ion in solution and at the interface water / (001) face of gibbsite. For low pH condition, the adsorption complexes present at the interface water / (001) face of gibbsite were identified and compared with available experimental data. Their relative energies and activation energies involved in the sorption process were also determined. Secondly, the classical molecular dynamics methods were used to model larger systems, thus more realistic, on longer time scales. Comparing the results DM Car-Parrinello / classical DM showed a classical dynamics, which use the non-polarizable Guilbaud, CLAYFF and SPC/E potentials, can model the behavior of the uranyl ion at the interface water / face (001) of gibbsite. The long simulation times, allow to show particularly the diffusive character of the uranyl ion to the interface water / face (001) of gibbsite. Finally, the effect of temperature rise was studied. Retention of the uranyl ion decreases with temperature.

La dynamique moléculaire gros-grain nous permet d'étudier l'interface polymère / silice. En particulier, nous comparons les comportements divergents du poly(acrylamide) (PAAm) et du poly(N,Ndimethylacrylamide) (PDMA) sur la surface de silice. Tout d'abord, nous montrons que les comportements macroscopiques du PAAm et du PDMA sont correctement représentés par un modèle contenant un solvant explicite. Nous utilisons ensuite la méthode d'énergie libre umbrella sampling afin d'examiner le détachement du PAAm et du PDMA de la surface de silice et d'étudier les caractéristiques importantes qui permettent ou non à la chaîne de polymère de rester adsorbée sur la surface de silice. Nous soulignons l'importance des interactions intra moléculaires au sein du polymère ainsi que les interactions polymère/surface qui déterminent l'adsorption du polymère sur la silice. De manière surprenante, les interactions solvant/polymère et solvant/surface ne sont pas des critères discriminants lors de l'adsorption des polymères sur la surface. Les polymères sont finalement contraints de s'adsorber sur deux surfaces de silice séparées de 200 Å. Ce système nous permet d'analyser l'évolution de la labilité des monomères ainsi que la force appliquée par les monomères sur la surface quand la distance entre les deux surfaces augmente. / Polymer/silica interface is investigated using coarse-grained molecular dynamics simulations. In particular, the different behavior of poly(acrylamide) (PAAm) and of poly(N,N-dimethylacrylamide) (PDMA) on the silica surface is compared. First, we show that the macroscopic behavior of PAAm and of PDMA is correctly represented by a model containing an explicit solvent. Then, the umbrella sampling free energy method is used to probe the detachment of PAAm and of PDMA from a silica surface and to investigate important features that allow - or not - the polymer chain to remain adsorbed on the silica surface. We proved that intramolecular interactions within the polymer and polymer/surface interactions are of first importance for the polymer chain to adsorb on silica. Surprisingly, solvent/polymer as well as solvent/surface interactions are not discriminating criteria. Polymer chains are finally constrained to a particular configuration where one chain is adsorbed on two silica surfaces that are 200 Å apart. This yields interesting insights into the evolution of the monomers lability and of the surface/polymer strength interaction when the two silica surfaces are moved apart.