Les mécanismes d’interactions entre uranium et colloïdes ont été étudiés à partir d’échantillons provenant d’un site d’intérêt pour le Commissariat à l’Energie Atomique (CEA). La mobilisation de l’uranium depuis les sols a été appréhendée par lixiviations statique et dynamique. Le transfert et le transport ont été investis en considérant les eaux de nappe et de surface (drain). Les résultats confirment que l’uranium anthropique est plus mobile que l’uranium naturel. Le comportement (mobilisation, distribution) de l’uranium ne diffère cependant pas selon son origine. La phase colloïdale joue un rôle non négligeable dans la migration dans le sol et le transfert vers les eaux, représentant de 10 à 90 % de l’uranium suivant les échantillons. Les phases porteuses de l’uranium sont dans un continuum de taille allant jusqu’à environ 200 nm de diamètre hydrodynamique. Elles sont principalement composées de matière organique, de fer et d’aluminium. Le long du drain, de l’amont à l’aval du site, un réarrangement des associations colloïdales uranium-matière organique se fait en défaveur de celles uranium-fer, la proportion d’uranium colloïdale lié à l’aluminium restant elle inchangée. / Mechanisms of interaction between uranium and colloids were studied by samples taken from a site of interest for the “French Nuclear Agency” (CEA). The mobilization of uranium from soils was apprehended by static and dynamic leaching experiments. The transfer and transport have been studied by considering pondwaters and drainwaters. Results confirm that anthropogenic uranium is more mobile than natural uranium. However mechanisms of mobilization and distribution of uranium, does not differ depending on its origin. The colloidal fraction plays an important role on the migration in soil and the transfer into water by representing from 10 to 90 % uranium depending on samples. The colloidal fractions of uranium are in a continuum of size up to about 200 nm hydrodynamic diameter. They are mainly composed of organic material, iron and aluminum. Along the drain, from the upstream to the downstream of the site, rearrangement of colloidal associations between uranium and organic material occurs in disfavor of colloidal associations between uranium and iron, the proportion of colloidal uranium bound to aluminum remains unchanged.

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

Le but de la présente étude était de vérifier l'influence de deux compartiments du latex d'Hevea brasiliensis, les lutoïdes et le sérum C, sur le durcissement au stockage et sur la mésostructure du caoutchouc naturel (NR). L'implication des composants minéraux du latex a fait l'objet d'un focus spécial. La mésostructure du NR a été étudié par fractionnement par couplage flux-force à flux asymétrique couplé à un détecteur à diffusion de lumière multiangulaire (AF4-MALS) et par chromatographie d'exclusion de tailles équipée d'un détecteur de diffusion de lumière multiangulaire (SEC- MALS). La spectrométrie de masse couplée à une torche à plasma (ICP- MS) a été utilisée pour déterminer la composition en éléments minéraux du NR.L'AF4 - MALS et l'ICP-MS n'ayant jamais été utilisées pour l'analyse du NR, les méthodes ont été développées. Pour l'AF4 - MALS, la meilleure séparation entre les deux populations principales, chaînes de polyisoprène isolées (pelote statistique) et les microagrégats (Gel<1μ), a été obtenue avec une diminution linéaire, plutôt qu'exponentielle, du flux croisé. Pour l'ICP-MS, les optimisations réalisées concernent la quantité de NR à échantillonner, la méthodologie de solubilisation des cendres, la concentration des solutions de cendres et la gestion des interférences m/z . Tous les éléments, excepté le soufre, ont été analysés en utilisant un mélange H2/He comme gaz de collision-réaction (mode CCT H2/He). La teneur en soufre a été déterminée par le rapport m/z égal à 48 (32S16O+) en mode CCT O2.Les différents compartiments du latex des champs (crème, skim, sérum C et lutoïdes) ont été séparés par centrifugation à grande vitesse. L'évolution de la mésostructure des films obtenus à partir de ces trois latex; latex des champ (FL), le latex de crème (CL) et de latex de skim (SK), par un procédé de structuration lente (échantillons stockés à température ambiante dans le laboratoire pendant 3 mois) a été suivie par SEC- MALS. Le skim n'étant pas sensible au processus de structuration lente, le nombre des étapes de centrifugation a été réduit. La stabilité des lutoïdes a été étudiée par un paramètre qualitatif (état visuel des lutoïdes après centrifugation) et un paramètre quantitatif (indice d'éclatement ou BI). Bien que les deux méthodes n'aient pas donné de résultats strictement corrélées, le BI peut être un bon indicateur de la stabilité des lutoïdes. Pour les échantillons de FL, une bonne corrélation entre la stabilité des lutoïdes et le durcissement au stockage (P) a été observée. Pour déterminer si des composés du C-sérum étaient également impliqués dans le durcissement au stockage, des expériences supplémentaires ont été effectuées en ajoutant des quantités variables de sérum C ou de lutoïdes à des particules de caoutchouc purifiées. L'augmentation à la fois de les quantités de sérum C et des lutoïdes a entrainé une augmentation du durcissement au stockage (P).La mésostructure des films et des feuilles séchées de l'air (ADS) préparés à partir des FL et CL a été analysée par SEC-MALS et AF4-MALS. Pour les échantillons d'ADS, quelle que soit la technique utilisée, les échantillons de FL présentaient des Mw, Mn et Gel>1μ supérieurs aux échantillons de CL. Cette différence entre échantillons de FL et de CL n'a pas été observée pour les échantillons de films. / The aim of the present work was to study the influence of two Hevea brasiliensis latex compartments, namely lutoids and C-serum, on the storage hardening and on mesostructure of natural rubber (NR). A special focus was done on the involvement of mineral components of latex. The NR mesostructure was studied by asymmetrical flow field-flow fractionation coupled to a multiangular light scattering detector (AF4-MALS) and by size exclusion chromatography equipped with a multiangular light scattering detector (SEC-MALS). Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was used to determine the mineral element composition of NR.As AF4-MALS and ICP-MS were never used for NR analysis, the methodologies were developed. For AF4-MALS, the best separation between the two main populations, namely isolated polyisoprene chains (random coil) and microaggregates (Gel<1µ) was given by a linear decrease, rather than exponential, of the cross-flow. For ICP-MS, the optimizations were in terms of amount of NR to be sampled, ash solubilisation methodology, ash solutions concentrations and m/z interference management. All elements, except sulfur, were determined using a mixture H2/He as collision-reaction gas (CCT H2/He mode). Sulfur content was determined through the m/z equal to 48 (32S16O+) in the CCT O2 mode.The different compartments of the whole field latex (cream, skim, C-serum and lutoids) were separated by high speed centrifugation. The mesostructure evolution of films obtained from these 3 lattices; whole field latex (FL), cream latex (CL), and skim latex (SK), by a slow structuring process (samples stored at room temperature in the laboratory for 3 months) was followed by SEC-MALS. As it was observed that the skim was not sensitive to the slow structuring, the centrifugation steps were reduced.Lutoid stability was studied by a qualitative parameter (visual lutoid status after centrifugation) and a quantitative parameter (bursting index or BI). Although the two methods could not provide strictly correlated results, BI can be a good indicator of lutoid stability. For the FL samples, a good correlation between the lutoid stability and storage hardening (ΔP) was observed. To determine if some compounds of C-serum are also involved in the storage hardening, additional experiments were done adding variable quantities of C-serum or lutoids to purified rubber particles. The storage hardening (ΔP) increased by the increase of both C-serum and lutoid quantities.The mesostructure of films and air dried sheet (ADS) made from FL and CL lattices (obtained from reduced centrifugation process) were analyzed by SEC-MALS and AF4-MALS. Concerning the ADS samples, whatever the technique used, FL samples exhibited a higher Mw, Mn, and Gel>1µ than CL samples. This difference between FL and CL samples was not observed for film samples. The microaggregates (Gel<1µ) were presented in all samples but the FL samples had more compact microaggregates, with a much higher Mw than the CL samples. Moreover, AF4 showed that the structure of microaggregates was very different between ADS and film samples. The Mw of microaggregates of ADS was 2 to 4 times higher than that of films. The mineral elements were determined only on samples from ADS (FL and CL). The main elements in NR were K, P, Mg, and S, in decreasing order. The purification of rubber particles affected the decrease in the element contents. During the storage of the latex at room temperature, only calcium content decreased, for both FL and CL samples.

L’imagerie médicale a longtemps été limitée à cause des performances médiocres des fluorophores organiques. Récemment la recherche sur les nanocristaux semi-conducteurs a grandement contribué à l’élargissement de la gamme d’applications de la luminescence dans les domaines de l’imagerie et du diagnostic. Les points quantiques (QDs) sont des nanocristaux de taille similaire aux protéines (2-10 nm) dont la longueur d’onde d’émission dépend de leur taille et de leur composition. Le fait que leur surface peut être fonctionnalisée facilement avec des biomolécules rend leur application particulièrement attrayante dans le milieu biologique. Des QDs de structure « coeur-coquille » ont été synthétisés selon nos besoins en longueur d’onde d’émission. Dans un premier article nous avons modifié la surface des QDs avec des petites molécules bi-fonctionnelles portant des groupes amines, carboxyles ou zwitterions. L’effet de la charge a été analysé sur le mode d’entrée des QDs dans deux types cellulaires. À l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques spécifiques à certains modes d’internalisation, nous avons déterminé le mode d’internalisation prédominant. L’endocytose par les radeaux lipidiques représente le mode d’entrée le plus employé pour ces QDs de tailles similaires. D’autres modes participent également, mais à des degrés moindres. Des disparités dans les modes d’entrée ont été observées selon le ligand de surface. Nous avons ensuite analysé l’effet de l’agglomération de différents QDs sur leur internalisation dans des cellules microgliales. La caractérisation des agglomérats dans le milieu de culture cellulaire a été faite par la technique de fractionnement par couplage flux-force (AF4) associé à un détecteur de diffusion de la lumière. En fonction du ligand de surface et de la présence ou non de protéines du sérum, chacun des types de QDs se sont agglomérés de façon différente. À l'aide d’inhibiteur des modes d’internalisation, nous avons corrélé les données de tailles d’agglomérats avec leur mode d’entrée cellulaire. Les cellules microgliales sont les cellules immunitaires du système nerveux central (CNS). Elles répondent aux blessures ou à la présence d’inflammagènes en relâchant des cytokines pro-inflammatoires. Une inflammation non contrôlée du CNS peut conduire à la neurodégénérescence neuronale et est souvent observée dans les cas de maladies chroniques. Nous nous sommes intéressés au développement d’un nanosenseur pour mesurer des biomarqueurs du début de l’inflammation. Les méthodes classiques pour étudier l’inflammation consistent à mesurer le niveau de protéines ou molécules relâchées par les cellules stressées (par exemple monoxyde d’azote, IL-1β). Bien que précises, ces méthodes ne mesurent qu’indirectement l’activité de la caspase-1, responsable de la libération du l’IL-1β. De plus ces méthode ne peuvent pas être utilisées avec des cellules vivantes. Nous avons construit un nanosenseur basé sur le FRET entre un QD et un fluorophore organique reliés entre eux par un peptide qui est spécifiquement clivé par la caspase-1. Pour induire l’inflammation, nous avons utilisé des molécules de lipopolysaccharides (LPS). La molécule de LPS est amphiphile. Dans l’eau le LPS forme des nanoparticules, avec des régions hydrophobes à l’intérieure. Nous avons incorporé des QDs dans ces régions ce qui nous a permis de suivre le cheminement du LPS dans les cellules microgliales. Les LPS-QDs sont internalisés spécifiquement par les récepteurs TLR-4 à la surface des microglies. Le nanosenseur s’est montré fonctionnel dans la détermination de l’activité de la caspase-1 dans cellules microgliales activées par le LPS. Éventuellement, le senseur permettrait d’observer en temps réel l’effet de thérapies ciblant l’inflammation, sur l’activité de la caspase-1. / Medical imaging based on fluorescence has suffered from the poor photostability and mediocre performance of organic fluorophores. The discovery and subsequent improvements in nanocrystal synthesis and functionalization has greatly benefited the applications in medical imaging and the development of nanocrystal-based sensors for diagnostics. QDs are semi-conductor nanocrystals which have similar sizes as proteins (2-10 nm). They are highly luminescent, and can be made to emit at any desired wavelength by varying their size and composition. The surface of QDs can be easily functionalized with biomolecules. Hence, it is interesting to study how QDs interact in the biological world. Highly luminescent core-shell QDs emitting at different wavelengths were prepared according to our needs. In a first study, the surface of the QDs was modified with various small bi-functional thiolated ligands (carboxylated, aminated and zwitterionic). The modified-QDs of nearly identical sizes were administered in vitro to study the impact of surface charge and cell type on the mode and extent of cell uptake and elimination. Using specific inhibitors of cell uptake we determined which modes contributed to the internalization of the QDs. Endocytosis mediated by lipid rafts represented the predominant pathway for the internalization of QDs. However, other modes contributed to a lesser degree, depending on the surface ligand. We then analyzed the effect of QD agglomeration in cell culture media on its cellular uptake by microglia. Thorough characterization of QD agglomerate size distribution was conducted by asymmetrical flow field-flow fractionation (AF4) with a dynamic light scattering detector. Depending on the type of surface ligand and if serum proteins were present, the agglomeration pattern of the QDs was significantly different. With inhibitors of specific modes of cell uptake, we showed that the size distribution data, obtained by AF4, correlated with the modes of cell uptake. Microglia cells are immune cells of the central nervous system (CNS). They respond to injury or the presence of inflammagens by producing pro-inflammatory cytokine. Inflammation in the CNS may lead to loss of neurons, and can found in many chronic diseases. We were interested in building nanosensors to measure the onset of inflammation. Current methods to study inflammation consist in measuring levels of certain proteins or chemicals released by stressed cell (e.g. Western blot or ELISA assay for IL-1β). Although precise, these methods measure indirectly the activity of the enzyme responsible for releasing IL-1β, i.e. caspase-1. Moreover, these methods cannot be applied to live cells. We designed a sensor based on FRET between a QD and a dye linked by a peptide specifically cleaved by the caspase-1. To induce inflammation, we applied lipopolysaccharides (LPS), which are endotoxins present in Gram negative bacteria responsible for sceptic shock. The LPS form nanoparticles due to their amphiphilicity. The interior hydrophobic regions were used to load hydrophobic QDs, making the LPS luminescent. The microglia internalized LPS-QD predominantly through TLR-4 membrane receptors. We describe how the LPS induce inflammation and demonstrated the functionality of the QD-based sensor. Eventually, the sensor could be used to monitor in real time the action of therapeutics against inflammation.

La matière organique dissoute (MOD) est constituée d’un mélange hétérogène et complexe de molécules. Elle intervient dans de nombreux processus physiques, biologiques et chimiques dans les milieux aquatiques, et notamment dans les grands cycles biogéochimiques ou le transport et la biodisponibilité des contaminants.Ainsi un des enjeux actuels de nombreux domaines de recherche (chimie, écologie, océanographie) est de mieux comprendre et caractériser la MOD dans l’environnement. Dans ce contexte-là, l’objectif de ces travaux a été le développement d’une méthodologie analytique pour l’analyse et la séparation, en fonction de la taille, par fractionnement par couplage flux-force avec flux asymétrique (AF4) de la MOD. Le développement a principalement porté sur la phase mobile, le flux croisé, le temps de focus et l’utilisation d’étalons organiques proches de la MOD, permettant de calculer sa masse moléculaire moyenne.Cette méthode optimisée, couplée à un détecteur UV/Vis, équipée d’une membrane de 1kDa, d’un espaceur de 490μm et d’une phase mobile de 5mM en tampon phosphate a permis l’étude de la dynamique de la MOD.L’application de cette méthode couplée aux techniques de spectroscopie optique (absorbance et fluorescence) a permis l’étude de la MOD dans les estuaires de Seine et de Gironde mettant en avant les effets de la marée et des saisons sur la taille et le type de MOD.De plus, différentes approches statistiques ont été développées afin de mieux appréhender les multiples variables (analytiques ou environnementales) et notamment les modèles de régression linéaire ou les cartes auto-organisatrices de Kohonen. / Dissolved organic matter (DOM) is a heterogeneous and complex mixture of molecules. It is involved in many physical, biological and chemical processes in aquatic ecosystems, especially in the major biogeochemical cycles or transport and bioavailability of contaminants.Thus one of the current issues in many areas of research (chemistry, ecology, oceanography) is to better understand and characterize DOM in the environment. In this context, the aim of this work was the development of an analytical methodology for DOM analysis and separation, depending on its size, by asymmetrical flow field-flow fractionation (AF4). The development focused on the mobile phase, the cross-flow, the focus time and the use of organic macromolecules standards close to DOM, in order to calculate its molecular weight.This optimized method, coupled with a UV/Vis detector, equipped with a 1kDa membrane, a 490μm spacer and a mobile phase of 5 mM phosphate buffer allowed us to study the MOD dynamics in estuarine environments.The application of this method coupled to optical spectroscopy techniques (absorbance and fluorescence) permitted the study of MOD in the Seine and Gironde estuaries and to highlight the tidal and the seasonal effects on the size and type of DOM.Furthermore, different statistical approaches have been developed to better understand the multiple variables (analytical or environmental), especially linear regression models or self-organizing maps (Kohonen).