This thesis describes the design and construction of a Brewster Angle Microscope (BAM) to investigate monolayer films at the air/water interface. A Schiff base coordination polymer, Cu(ll) 5,5'-methylenebis(N-hexadecyl- sallcylideneamine (poly(CuMBSH)), was initially investigated using the BAM equipment. This material is being developed as the active material in vapour sensing devices produced by the Langmuir Blodgett (LB) method. Transfer of the monomer (MBSH) to the substrate was found to be poor but poly(CuMBSH) had a good deposition ratio (>0.95). The film was polymerised at the air/water interface by injecting a solution of Cu(ll) ions into the subphase. BAM was able to record the polymerisation of MBSH to poly(CuMBSH) in real time. Qualitative image analysis indicates a reordering of the material at the interface and a decrease in film thickness. The technique of BAM clearly displays the change in structure between the monomer film and the polymer film and that the poly(CuMBSH) film is homogenous at the micron level. Poly(para-phenylenevinylenes) PPV derivatives are presently being examined as potential LED devices. One method used to produce such devices is the LB method. BAM was used to investigate ordering of the monolayer prior to deposition. Results by the Physics and Engineering department indicated that if subphase contained water that had been left to stand for several days film transfer was improved. A range of BAM experiments were conducted with varying subphases to determine the cause of this effect. A new technique of determining the surface excess concentration was developed in this work which is known as Brewster Reflectivity (BAR). The reflectivity of simple surfactants; sodium dodecylbenzenesulfonate, Getyltrimethylammonium bromide, tetradecyltrimethylammonium bromide and dodecyltrimethyl-ammonium bromide at concentrations above and below the critical micelle concentration (CMC) were correlated to surface excess. This is a new, simple, non-invasive method for probing the surface excess using intrinsic properties of the system.

Ce travail porte sur la formation et la caractérisation de nouveaux systèmes organiques-inorganiques par l'utilisation de films de Langmuir et de la technique de Langmuir-Blodgett. Plusieurs voies ont ainsi été explorées afin d'obtenir des films minces hybrides aux propriétés multiples, en particulier magnétiques. L'utilisation de l'interaction entre monocouches cationiques et des anions présents en sous-phase a ainsi permis l'organisation de différents polyanions inorganiques en structure lamellaire. Cette stratégie a ensuite été généralisée au cas de colloïdes de Bleu de Prusse, composés bimétalliques étendus. Une large étude (de la préparation à la caractérisation) a été consacrée à ces matériaux mixtes Bleu de Prusse-dérivé amphiphile de Ru(bpy)3 2+. Il a été également montré que la cristallisation du Bleu de Prusse et de ses analogues est favorisée en-dessous des films de Langmuir. Finalement, la coordination d'ions dissous en sous-phase avec des molécules amphiphiles à l'interface permet d'élaborer de nouveaux systèmes pouvant former des films LB, ce qui est notamment le cas d'agencements à base de cyanures métalliques.

Une nouvelle méthode de détection sans marquage des interactions biomoléculaires a été développée. Elle est basée sur la conception d’une couche sensible supportée innovante réalisée par la technique de Langmuir‐Blodgett. Cette couche est composée d'un lipide à tête polaire immobilisant un cation métallique divalent capable (i) de chélater une molécule possédant une affinité pour ce type de cation et (ii) de catalyser la réaction de chimiluminescence du luminol. L'intensité du signal chimiluminescent est modulée par la présence de biomolécules fixées en surface de la couche sensible, qui modifient l'environnement immédiat du cation métallique. La variation du signal chimiluminescent (issu de la catalyse par le cation immobilisé) a pu être quantifiée et corrélée à une gamme de concentration d’histamine et d’anticorps. Les potentialités de cette approche ont finalement été exploitées pour développer une puce de PMMA de type macropuce immobilisant la monocouche de lipides. / A new label‐free detection method for biomolecular interactions was developed. It is based on the development of an original sensitive layer performed with the Langmuir‐ Blodgett technique. This layer is composed of a lipid which immobilized a bivalent metallic cation on his polar head, able (i) to chelate a molecule which has an affinity for this cation and (ii) to catalyze the luminol chemiluminescent reaction. The chemiluminescent signal intensity is modulated by the presence of immobilized biomolecules on the sensitive layer surface, which modifies the immediate environmentof the metallic cation. The chemiluminescent signal variation (from catalysis by the metallic cation) has been quantified and correlated to a histamine and antibody concentration range. The potentialities of this approach have finally been employed to achieve a PMMA chip (macroarray type), immobilizing the lipid monolayer.

L'étude porte sur l'adsorption de polyélectrolytes faibles par une surface liquide (film de Langmuir) de charge opposée. Nous avons quantifié l'adsorption des polyélectrolytes et étudié les propriétés de la couche adsorbée en fonction de f le taux charge des polyélectrolytes et de Sigma le nombre de charges portées par la surface par unité de surface. Différents régimes d'adsorption ont été mis en évidence (ellipsométrie, spectrométrie IR). Aux faibles densités surfaciques s

La possibilité d'effectuer des dépôts par voie électrochimique est utilisée dans l'industrie notamment dans les procédés de revêtements métalliques. Cette méthode de réduction des ions est connue depuis longtemps et apparaît encore comme un outil prometteur de synthèse de nouveaux micro- ou nano-matériaux ayant une structure et une morphologie contrôlées. Dans ce contexte, nous avons étudié la croissance de films d'or au niveau de l'interface air/liquide d'une solution aqueuse d'ions tétrachloroaurates (AuCl4-). Ces dépôts métalliques sont obtenus par confinement des processus d'électrodéposition ou de cémentation dans cette zone de la solution. Pour cela, nous avons mis à profit une interaction électrostatique entre les anions métalliques en solution et un film monomoléculaire d'un tensioactif chargé positivement (le diméthyldioctadécylammonium). L'étude des processus électrochimiques a mis en évidence l'existence de deux potentiels de réduction des ions métalliques. L'un est associé à un processus de croissance "bidimensionnelle" le long de l'interface air/liquide. Il est directement lié à la présence de la monocouche. L'autre correspond au processus ayant lieu classiquement en solution: il conduit à un épaississement des dépôts. Nous avons alors montré qu'il est possible de contrôler le mode de croissance des films d'or entre propagation "bidimensionnelle" et épaississement tridimensionnel. De plus, la synthèse des dépôts par cémentation nous a permis de mettre en évidence l'influence de la pression de surface ainsi que de l'ajout d'ions chlorure sur la croissance des dépôts métalliques. Cet ajout de chlorure permet en particulier la formation de dépôts à l'aspect dendritique.

Les microgels sont des particules colloïdales de polymère réticulé gonflées par un solvant. Déformables et poreuses, elles peuvent changer d’état de gonflement lors de l’application d’un stimulus. Ce travail de thèse a pour but de développer de nouveaux concepts tirant profit des propriétés stimulables et de la déformabilité intrinsèque des microgels tout en approfondissant les connaissances sur le comportement de ces objets en solution et aux interfaces. Les microgels de poly(N-alkylacrylamide) sont utilisés comme modèles. Dans un premier temps, notre travail a porté sur l’étude d’un nouveau type de microgels électrochimiluminescents grâce à l’incorporation d’un complexe métallique de ruthénium dans la matrice polymère. A la transition de phase, ces microgels présentent une exaltation de l’intensité ECL jusqu’à 2 ordres de grandeur, en lien avec la distance entre les sites redox. Le concept est ensuite transposé à des microgels sensibles aux saccharides et à des systèmes comportant deux luminophores, un donneur ECL et un accepteur d’énergie pouvant donner lieu à un transfert d’énergie par résonance. La deuxième partie de la thèse est consacrée à l’adsorption de microgels à une interface liquide-liquide plane, en vue de mieux comprendre l’origine de la stabilité des émulsions stabilisées par ce genre d’objets. De façon analogue aux protéines flexibles, les microgels changent de conformation à l’interface, passant d’un état étendu à un état comprimé, à l’origine de variations de l’élasticité interfaciale. Les microgels ainsi adsorbés sont fonctionnalisés de façon régiosélective dans l’eau et permettent de produire des microgels non symétriques, dits Janus, susceptibles de s’auto-assembler. / Microgels are colloidal particles made of cross-linked polymer swollen by a solvent. Soft and porous, they can adapt their swelling degree in response to a stimulus. The main objective of this work is to develop new concepts taking advantage of microgels’ stimuli-responsive properties and intrinsicsoftness while deepening understanding of their properties in solution and at interfaces. Poly(Nalkylacrylamide) microgels are used as a model. Initially our work focused on the study of a new type of electrochemiluminescent (ECL) microgels thanks to the incorporation of a ruthenium complex in the polymer matrix. At the volume phase transition, these microgels exhibit an amplification of the ECL intensity up to 2 orders of magnitude, related to the decrease of the distance between redox sites. This concept is then transposed to saccharides-sensitive microgels and systems bearing two luminophores, an ECL donor and an energy acceptor in order to give rise to resonance energy transfer. The second part of this manuscript is devoted to adsorption of microgels at a planar liquid-liquid interface, to improve knowledge on the origin of the stability of emulsions stabilized by such objects. Such as flexible proteins, microgels can change their conformation at the interface, from an extended to a compressed state, causing variation in the interfacial elasticity. When microgels are adsorbed they can also be functionalized regioselectively in water to produce non-symmetrical microgels, called Janus, able to self-assemble.

La première partie de ce manuscrit concerne l'étude en monocouches à l'interface air-eau de mélanges lipidiques susceptibles de former des "rafts" dans les membranes cellulaires, c'est-à-dire des domaines enrichis spécifiquement en certains lipides (glycolipides, sphingolipides, cholestérol) et certaines protéines. Du fait de leur composition spécifique, ces domaines sont caractérisés par une phase particulière ("liquid ordered phase") présentant des caractéristiques intermédiaires entre celles des phases fluides et condensées. Les principales méthodes mises en oeuvre dans cette étude sont des mesures de pression de surface (isothermes de compression, analyse des aires moléculaires moyennes, études de désorption en présence de beta-cyclodextrine), la microscopie de fluorescence (après marquage de la monocouche à l'aide d'une sonde fluorescente), ou la microscopie à l'angle de Brewster. Une des parties les plus importantes de ce travail concerne le comportement de monocouches constituées d'un glycolipide, le GM3, en présence de phospholipides (phase fluide), de sphingomyéline ou de cholestérol (phase "raft"). Les mesures montrent que le GM3 n'a pas d'affinité particulière pour la sphingomyéline. De même, son interaction avec le cholestérol induit une condensation de la monocouche similaire à celle observée avec les phospholipides en phase fluide, et ne permet pas le maintien du cholestérol dans la monocouche lors d'une désorption induite par la beta-cyclodextrine. Ce manque d'interaction spécifique du GM3 avec des lipides présents dans les "rafts" permet donc d'expliquer sa répartition assez large dans les membranes d'adipocytes, tant dans la phase fluide que dans les "rafts". La seconde partie concerne l'étude de molécules organiques de type hémicyanine organisées en monocouches de Langmuir et films de Langmuir-Blodgett, étudiés par des méthodes complémentaires (absorption, spectroscopie de fluorescence stationnaire et résolue en temps), mesures de pression de surface et microscopie de fluorescence. Ces hémicyanines comportent une chaîne hydrophobe nécessaire à la réalisation de films organisés stables. Ces derniers peuvent avoir de multiples applications dans la collecte et le transfert de l'énergie lumineuse ou les analyses chimiques ou biochimiques (reconnaissance sélective de cations lors de pollutions par exemple).