Zugl.: Dresden, Techn. Universiẗat, Diss., 2009.

Les catécholamines et les indolamines font partie de la famille des neurotransmetteurs. Un déséquilibre dans leur concentration peut être associé à différentes maladies telles les maladies de Parkinson et Alzheimer, la dépression ou la schizophrénie. C’est pourquoi le développement de méthodes de dosage spécifiques et très sensibles du fait de leurs très faibles teneurs dans les fluides biologiques est nécessaire. Dans un premier temps nous avons développé une méthode chromatographique en appariement d’ions (IP-LC) utilisant des colonnes C18 de nouvelle génération (monolithique et « fused core ») et l’acide nonafluoropentanoïque, comme agent d’appariement d’ions volatil. Cette méthode est compatible avec une détection SM en mode d’ionisation positive. Dans un deuxième temps, différents systèmes en mode HILIC ont été évalués. Le choix raisonné de la phase stationnaire offrant la meilleure séparation du mélange de catécholamines a pu être réalisé après avoir testé l’influence sur la séparation des différents groupements fonctionnels disponibles : groupement soit neutre (greffage diol, amide, ou cyano), soit positivement chargé (greffage amino ou triazole) soit négativement chargé (silice vierge avec particules totalement poreuses ou partiellement poreuses « fused core ») ou zwitterionique (greffage sulfobetaïne). La méthode HILIC présente l’avantage d’être compatible aussi bien avec une détection SM en mode d’ionisation positive que négative. Les deux méthodes (IP-LC et HILIC) ont été comparées en termes de résolution, efficacité et limites de détection (LOD), linéarité et répétabilité. Les LODs obtenues sont comprises entre 1 et 100 ng.mL-1. Pour pouvoir doser des teneurs plus faibles, une méthode de pré-concentration de l’échantillon a été développée en associant 2 supports différents (Oasis HLB et PGC). La méthode optimisée SPE-CPL-MS/MS a été enfin appliquée à un extrait de cerveau de mouton. / As neurotransmitters, catecholamines play an important role in the control and regulation of numerous brain functions. They are also believed to be implicated in different neurodegenerative disorders. First an ion pairing chromatography method using nonafluoropentanoic acid as volatile ion paring agent was developed on the new generation of C18 columns (monolith and fused core). This method is compatible with MS detection in positive ionization mode. Secondly an HILIC method was optimized using different commercially available HILIC supports, they can be classified as follows: neutral (diol, amide, and cyano bounded), positively charged (amino, triazole bounded), negatively charged (bare silica as wholly porous particles or fused core particles columns) and zwitterionic (sulfobetaine bounded). Our studies lead us to a better understanding of the HILIC retention mechanism and also to the selection of the most appropriated column for catecholamine analysis. Only the HILIC system was compatible with both positive and negative ionization modes. The two chromatographic systems were then compared in terms of resolution, efficiency, detection and quantification limits (LOD/LOQ), calibration linearity and repeatability. The LODs obtained were in the range of 1-100 ng.mL-1. A simple pre-concentration method using Oasis HLB and PGC solid phase extraction cartridges has been optimized in order to enhance the LODs. Finally the optimized SPE-LC-MS/MS method has been applied to the identification of these compounds present in brain extracts.

L’utilisation de nanoparticules (NPs) dans un milieu biologique est de plus en plus importante, alors que leur assimilation et leur toxicité reste peu maitrisée. Dans ce contexte l’objectif de ce travail est d’étudier l’interaction entre nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) avec des protéines ainsi que leur possible impact sur leurs propriétés structurales. Trois protéines d’intérêt ont été choisies: une protéine de la matrice extra cellulaire, le collagène, et deux protéines du plasma sanguin, l’albumine et le fibrinogène. Le choix a été basé sur l’importance biologique de ces protéines lors des interactions avec des NPs et sur la différence de leurs structures tridimensionnelles. L’étude de l’interaction protéine-NPs a été réalisée en solution et en phase adsorbée dans différentes conditions de température et de temps d’incubation. Dans un premier temps des nanoparticules de dioxyde de titane ont été synthétisées par voie solvothermale, afin d’obtenir des nanoparticules de tailles et de formes contrôlées. Deux types de nanoparticules ont été sélectionnés en vues d’étudier l’effet de forme et de taille sur l’interaction protéines-nanoparticules: des nano-sphères de diamètre de 8 à 10 nm et des nano-bâtonnets d’environ 8 nm de largeur et 23 nm longueur. Leur comportement en solution physiologique ainsi que leur réactivité ont été caractérisé par DSL et absorption UV montrant une inhibition des propriétés catalytiques ainsi qu’une forte agrégation en solution tampon phosphate saline (PBS). Dans un deuxième temps les propriétés d’adsorption du collagène en présence de nanoparticules furent étudiées sur deux types de surfaces l’une hydrophobe et l’autre hydrophile par XPS et imagerie AFM ainsi que par des mesures de forces AFM. Le comportement du collagène en solution en présence de nanoparticules a été caractérisé par ATR liquide. Les observations suggèrent que la formation des fibrilles à l’interface surface-solution de collagène est affectée par le caractère hydrophobe ou hydrophile de la surface ainsi que par la présence de nanoparticules. Enfin les propriétés d’adsorption de la HSA et du fibrinogène en présence de nanoparticules furent étudiées sur une surface hydrophile par imagerie AFM et analyses XPS. Leur comportement en solution en présence de nanoparticules fut étudié par ATR liquide. Les résultats suggèrent deux comportements différents des protéines en présence de nanoparticules pouvant être attribués propriétés physicochimiques différentes des protéines. La HSA subit d’importants changements structuraux en présence de nanoparticules contrairement au fibrinogène.L’étude en phase liquide de l’interaction protéine-nanoparticules couplé à l’étude en phase adsorbées des protéines permet de déterminer les phénomènes impliqués lors de cette interaction ainsi que leurs conséquences sur les protéines, de plus l’utilisation de nanoparticules de taille et forme différentes permet d’étudier la sensibilité des protéines à ces facteurs. / The extensive use of NPs in a biological environment raises the problem of their assimilation or their toxicity, the main objective of this work is to study the interaction of TiO2 NPs with proteins as well as their possible impact on the structural properties of proteins. Three proteins were chosen, a protein of the extracellular matrix, the collagen, and two proteins of the plasma blood, the albumin and the fibrinogen for their biological importance as well as for their various tridimensional structures. The study of the protein-nanoparticle interaction was realized in solution and in the adsorbed phase under various condition of temperature and incubation time. First, titanium dioxide NPs were synthesized by a solvothermal method, NPs with controlled size and form were obtained. Two types of NPs were selected in order to study the effect of shape and size on the protein-NPs interaction: nano-spheres with a diameter of 8 to 10 nm and nano-rods with a width about 8 nm and a length of 23 nm. The behavior in physiological solution as well as the reactivity were characterized by DSL and UV absorption showing an inhibition of catalytic properties as well as a strong aggregation in phosphate buffer saline solution (PBS). Second, the adsorption properties of the collagen in the presence of NPs were studied on two kinds of surfaces, one hydrophobic and the other hydrophilic by XPS and AFM imaging as well as by AFM force measurements. The behavior of the collagen in solution in the presence of NPs was characterized by liquid ATR. The observations suggest that the formation of fibrils at the surface- collagen solution interface is affected by the hydrophobic or the hydrophilic character of the surface as well as by the presence of NPs. In the last part the adsorption properties of HSA and fibrinogen in the presence of NPs were studied on a hydrophilic surface by AFM imaging and XPS analyses. Their behaviors in solution in the presence of NPs were studied by liquid ATR. The results suggest two different behaviors of proteins in the presence of NPs, which can be attributed to the different physico-chemical properties of the proteins. HSA undergoes important structural changes in the presence of NPs but not fibrinogen. The study in the liquid phase of the protein-nanoparticle interaction, coupled to study of proteins in the adsorbed phase allows determining the involved phenomenon during the protein-nanoparticle interaction as well as the consequences on protein adsorption. Moreover, the use of NPs with different sizes and shapes revealed the sensitivity of proteins to these factors.

Dans ce travail, nous avons cherché à mettre en évidence l'influence de la méthode de préparation de films minces de polymère pour la biofonctionnalisation de surfaces planes. Dans un premier temps, un polymère réactif, le poly(méthacrylate de glycidyle) p(GMA) a été choisi et sa capacité de fixation vis-à-vis d'une biomolécule modèle l'albumine de sérum bovin a été étudiée. Deux stratégies principales de préparation du film polymère ont été utilisées : la technique du grafting onto et celle du grafting from avec deux voies de synthèse : la polymérisation radicalaire classique (PRC) avec l'amorceur en solution et la polymérisation initiée à partir de la surface avec un amorceur photochimique. Il a été montré que la méthode du « grafting from » permettait l'obtention de films d'épaisseur plus élevées que la technique du « grafting onto » avec une meilleure capacité de fixation de biomolécules de BSA. Ces films de p(GMA) se sont révélés relativement hydrophobes, ce qui nous incités à analyser l'influence de la balance hydrophobe/hydrophile des interfaces sur leurs propriétés, dans un second temps. Par la préparation de films copolymères poly(GMA-co-acrylamide) et poly(GMA-co-méthacrylate de glycérol) et la modification des films de poly(GMA) par de l'éthanolamine, l'influence de l'hydrophilie du film sur la capacité de fixation en molécules de BSA et l'activité de reconnaissance moléculaire de celles-ci ont été évaluées. Il a été démontré que par un choix judicieux de la méthode d'hydrophilisation du film polymère, il est possible de réduire considérablement l'adsorption non-spécifique de biomolécules d'où l'obtention de films polymères bioinertes. De plus, les résultats préliminaires ont montré qu'il est possible d'améliorer sensiblement la capacité de reconnaissance moléculaire entre la BSA et son anticorps l'anti-BSA / It is now well accepted that polymeric spacers permit to attach proteins to surfaces efficiently as they carry several binding sites. Moreover, direct attachment of proteins to surfaces might result in the decrease of bioactivity which is critical in the case of the development of biosensors. In this context, we modified gold substrates by polymer grafts via the so-called (i) grafting onto and (ii) grafting from strategies. In (i) preformed polymer chains were attached to the surface, whilst in (ii) surface-confined photopolymerization was performed on either acrylic monomer- or initiator-functionalized gold substrates. The polymer grafts were further biofunctionalized by covalent immobilization of an active protein (bovine serum albumin, BSA). Given the protein-polymer and polymer-gold covalent bonds, the gold/polymer/BSA hybrids permitted to design robust optical biosensors. The modified gold substrates were characterized in terms of chemical composition (X-ray photoelectron spectroscopy), hydrophobicity (contact angle measurements), and polymer coating thickness (surface plasmon resonance, SPR). SPR was also used to monitor in real time the interaction between the grafted antigen to the specific antibody (aBSA). Using unique reactive monomer, glycidyl methacrylate (GMA) in the present case, the implementation of these three methods is assumed to provide polymer films of similar chemical composition but varied interfacial chains conformation. In this respect, influence of polymer chains mobility on the performance of the immunosensing reaction was evaluated. In a further step, hydrophobic/hydrophilic balance of the polymer films was modulated through copolymerization of GMA with acrylamide, and with glycerol methacrylate. It was demonstrated that control over the surface chemical composition of the polymer grafts allows preparing bioinert films, i.e. resistant to non specific adsorption, with enhanced biospecific activity

L'objectif de ce travail a été l'utilisation d'une méthodologie de formulation des formes à libération prolongée. Le choix de «matrices hydrophiles» a été fait en raison de l'intérêt et de l'importance des travaux qui lui sont consacrés, mais surtout en raison de la possibilité d'utilisation de la technologie simple de fabrication des comprimés par compression directe.Le principe actif choisi est le diclofenac de sodium, un anti-inflammatoire largement utilisé dont la molécule est tombée dans le domaine public. Utilisé  à raison de 100 mg par comprimé. La première partie bibliographique résume l'intérêt des formes à libération prolongée, décrit les différentes formes galéniques existantes pour la voie orale et fait le point sur les formules et les propriétés des agents matriciels hydrophiles parmi les plus utilisés, notamment les éthers de celluloses, hydroxypropymethylcellulose (METOLOSES®) (1). Dans la partie expérimentale, nous avons réalisé les différentes étapes nécessaires au développement d'une forme à libération prolongée qui correspondant aux étapes classiques  de pré-formulation, formulation et optimisation. Dans une première étape d'essais préliminaires  nous avons étudiés le comportement d'un point de vue pharmacotechnique des matières premières utilisés seuls et en mélange. Ce qui a permis de faire des orientations en ce qui concerne les différents types de METOLOSES, la nature du diluant, et leurs concentrations. Dans une deuxième étape, nous avons réalisé un premier plan d'expériences de criblage des facteurs, qui permet de déterminer le poids de chacun et leurs éventuelles interactions. Ce qui nous a permis de conclure sur l'effet des différents facteurs en formulation. Dans une troisième étape, nous avons réalisé un deuxième plan d'expériences d'optimisation de la formulation  en utilisant un plan composite centré constitué de 9 expériences ce qui a permis de sélectionner une zone de formules optimales. Enfin, la réalisation d'une formule optimale nous a permis de confirmer les résultats obtenus dans les travaux de développement et dont l'objectif été une libération sur 12 heures. / The objective of this work was the use of a formulation methodology of prolonged release dosage forms. The choice of “hydrophilic matrices” was done because of the interest and the numbered works which is devoted to it, but also for the use of a simple manufacture technology by direct compression. The selected active pharmaceutical ingredient is one of the most largely used nonsteroidial anti-inflammatory drug, the sodium diclofenac which is out of patent and used at 100 Mg per tablet. The first bibliographical part summarizes the interest of the prolonged release dosage forms, described the existing oral dosage forms and gives a progress report on the formulas and the properties of hydrophilic matrices agents among most used, in particular the cellulose ethers, hydroxypropymethylcellulose (METOLOSES®) (1). In the experimental part, we carried out the various steps necessary to the development of a prolonged release dosage form which correspond to the traditional steps of pre-formulation, formulation and optimization. In a first step of pharmaceutics preliminary tests we studied the behavior of raw materials used alone and in mixture. What made orientations with regard to the various types of METOLOSES, the nature of diluents, and their concentrations. In a second step, we carried out a first screening factors experimental design, which enabled us to conclude on the effect of the various factors in formulation. In a third step, we carried out a second optimization experimental design using a centered composite plan consisted of 9 experiments which lead us to define a space design of optimal formulas. Lastly, the manufacture of a formula from the design space enabled us to confirm the results to development work and for which the objective was a sustained release over 12 hours.

Les micelles complexes de polyions, ou « micelles PIC », formées par interaction électrostatique entre un copolymère à blocs double hydrophile neutre-ionique (DHBC) et un homopolyélectrolyte de charge opposée au DHBC possèdent des propriétés particulièrement intéressantes : solubilité des polyélectrolytes dans l'eau, stabilité des micelles, contrôle de l'association/dissociation micellaire par divers stimuli (pH, force ionique, irradiation lumineuse…). Dans cette thèse, les propriétés physico-chimiques des micelles PIC de type DHBC neutre-cationique/homopolymère anionique et DHBC neutre-anionique/homopolyélectrolyte cationique ont été étudiées en solution aqueuse en vue de leur utilisation comme agent structurant des matériaux siliciques organisés à l'échelle nanométrique. La gamme de pH de formation des micelles PIC, la concentration micellaire critique et le nombre d'agrégation des micelles ont été déterminés pour chacun des systèmes étudiés. Nous avons montré que la formation des micelles suit un mécanisme coopératif qui dépend de la taille de l'homopolymère. Par ailleurs, nous avons proposé une voie originale de formation des micelles PIC photoinduite, basée sur une modification du pH suite à l'irradiation d'une molécule photochrome. Les études concernant l'utilisation des micelles PIC comme agent structurant des matériaux nous ont permis de montrer que la morphologie (nanoparticulaire, massif) et la structure des matériaux (lamellaire, vermiculaire) peuvent être contrôlés par divers paramètres, tels que la concentration en masse du système DHBC/homopolyélectrolyte/précurseur de silice, la teneur en précurseur de silice et le rapport entre les fonctions cationique et anionique des polyélectrolytes. Le lavage des matériaux sous des conditions douces (à l'eau) permet de récupérer l'agent structurant. / Polyion complex micelles, or "PIC micelles", formed by electrostatic interaction between a neutral-ionic double hydrophilic block copolymer (DHBC) and an oppositely charged homopolyelectrolyte possess interesting properties: solubility of the polyelectrolytes in water, stability of micelles, control of the micellar association / dissociation by various stimuli (pH, ionic strength, light irradiation ...). In this thesis, the physico-chemical properties of PIC micelles of neutral-cationic DHBC/ anionic homopolymer and neutral-anionic DHBC/cationic homopolymer were studied in aqueous solution for use as structuring agents of silica-based organized nanomaterials. The pH range of PIC micelle formation, the critical micelle concentration and aggregation number of micelles were determined for each studied system. We have shown that the formation of micelles follows a cooperative mechanism which depends on the size of the homopolymer. Furthermore, we proposed an original way of photoinduced PIC micelle formation, based on a pH change after irradiation of a photochromic molecule. The studies on the PIC micelles as structuring agents of materials have shown that the morphology (nanoparticular, bulk) and the material structure (lamellar, vermicular) can be controlled by various parameters, such as the mass concentration of the DHBC / homopolyelectrolyte / silica precursor system, the content of the silica precursor and the ratio between the functions of the cationic and anionic polyelectrolytes. Finally, the template was removed by washing the hybrid materials under soft conditions in water.

L'objectif de ce travail était la synthèse en une étape de nanoparticules à cœur de poly(n-butyl cyanoacrylate) et couronne hydrophile, par polymérisation en miniémulsion. Deux familles de polymères amphiphiles ont été utilisées pour stabiliser la polymérisation. La première est constituée de trois dérivés amphiphiles du dextrane synthétisés au laboratoire: DexP11, DexP16 et DexP22. La seconde est composée de dérivés commerciaux du POE: le Brij®78, le Brij®700, et le Tween®80. Après avoir vérifié leur stabilité dans les conditions de polymérisation, leurs propriétés tensioactives ont été caractérisées en tensiométrie dynamique. Bien que le n-butyl cyanoacrylate soit un monomère extrêmement réactif, des nanoparticules de poly(n-butyl cyanoacrylate) ont pu être synthétisées avec succès par polymérisation anionique et/ou radicalaire en miniémulsion. La nature et la concentration du polymère amphiphile dans la phase aqueuse lors de la polymérisation en miniémulsion contrôlent la taille des particules, leur taux de recouvrement et l'épaisseur de la couche hydrophile à leur surface. La masse molaire du polymère constituant le cœur de la nanoparticule est quant à elle influencée par le pH de la phase continue et le mode de polymérisation (anionique ou radicalaire). Enfin, l’étude de l'encapsulation et de la libération d'une molécule modèle, le pyrène, a été abordée / The aim of this study was the one-step synthesis via miniemulsion polymerization, of nanoparticles with a hydrophobic core based on poly(n-butyl cyanoacrylate) and a hydrophilic shell. Two families of amphiphilic polymers were used to stabilize the miniemulsion. The first one was constituted of three dextran derivatives synthesized in the laboratory: DexP11, DexP16 and DexP22. The other three stabilizers were commercial products based on PEO: Brij®78, Brij®700, and Tween®80. Their stability under the conditions used for miniemulsion polymerization was checked. Their adsorption at oil-water interface was studied by dynamic surface tension measurement. Despite the high reactivity of the monomer, nanoparticles of poly(n-butyl cyanoacrylate) were synthesized via anionic and/or radical miniemulsion polymerization. Particle size, surface coverage and hydrophilic layer thickness were controlled by the structure and the amount of the amphiphilic polymer in the continuous phase, while the molar mass of the poly(n-butyl cyanoacrylate) depending on the pH of the continuous phase and the polymerization mechanism (anionic or radical). Finally, the encapsulation and the release of a model compound were studied

Les biofilms sont des communautés de microorganismes emprisonnés dans une matrice de polymères organiques extracellulaires (EPS) permettant de stabiliser ces édifices tridimensionnels. La cohésion des EPS polyanioniques dans un environnement hydraté est assurée par des microdomaines hydrophobes. La localisation de ces sites hydrophobes est très importante pour comprendre la variabilité ainsi que la réactivité des EPS. Notre travail vise la synthèse de nouvelles sondes fluorescentes hydrophiles ou amphiphiles capables de marquer les EPS. Dans ce but, nous avons synthétisé une série de nanocristaux fluorescents à coeur CdSe, appelés Quantum Dots (QDs), modifiés à leur périphérie par des ligands hydrophiles (acide 3-mercaptopropionic) ou amphiphiles (acide dihydrolipoique couplé à des acides aminés hydrophobes tels que la Leucine ou la Phénylalanine). Par microscopie confocale de fluorescence et spectroscopie de corrélation de fluorescence (FCS), nous avons montré que les QDs fonctionnalisés s'associaient fortement aux EPS des biofilms de la bactérie S. oneidensis. La distribution de ces nanoparticules dans les EPS est dépendante de la structure du ligand et de sa densité à la périphérie des QDs. Une dispersion homogène des QDs hydrophiles dans l'ensemble du biofilm et une clusterisation des QDs amphiphiles dans des microdomaines hydrophobes ont notamment été observés. Les nouvelles sondes fluorescentes développées dans ce travail permettront de suivre le développement ainsi que la réorganisation de matrices biologiques complexes telles que les biofilms. / Microorganisms predominantly live in communities, such as biofilms, in which extracellular polymeric substances (EPS) form the matrix and stabilize the three-dimensional structure. Hydrophobic microdomains allow the cohesiveness of these hydrophilic, polyanionic systems. The localization of these hydrophobic sites is very important to understand the variability and the reactivity of the EPS. The objective of our work was to engineer new fluorescent probes with amphiphilic or hydrophilic properties able to label the EPS. For that purpose, we have synthesized a series of fluorescent CdSe-core nanocrystals, also called Quantum Dots (QDs), modified at their periphery with hydrophilic (3-mercaptopropionic acid) or amphiphilic ligands (dihydrolipoic acid coupled to hydrophobic aminoacids like Leucine or Phenylalanine). Using confocal fluorescence microscopy and fluorescence correlation spectroscopy (FCS), we demonstrated that the functionalized QDs strongly associated with the EPS of S. oneidensis biofilms and allow imaging of these microbial communities. The location of these probes within the EPS was dependent on the surface ligand structure and on its density at the periphery of QDs. A homogeneous dispersion of hydrophilic QDs in the whole biofilm was observed, while amphiphilic QDs clusterized in the small hydrophobic domains. These new fluorescent probes will be of great use to understand the development and the reorganization of complex biological matrix like biofilms.

Les mécanismes de formation et dissociation d’hydrates de cyclopentane (CP), qui forment á pression ambiante et á des températures entre 0ºC et 7ºC, ont été observés dans/sur/proche des gouttes d’eau immergées dans du CP á des échelles qui vont du micron jusqu’au millimètre. Plusieurs techniques d’observation ont été utilisées, telles que la macrophotographie et la microscopie optique en champ clair, par contraste interférentiel différentiel (CID), par fluorescence et par réflectance confocale. Des substrats hydrophiles et hydrophobes ont été utilisés. Dans une première série d’expériences, un procédé millifluidique simple a été mis au point. Il permet de générer, stocker et surveiller simultanément une centaine de gouttelettes de même volume (de l’ordre de μl), régulièrement espacées. Elles sont séparées par la phase ‘invité’ (CP) dans un tuyau en polymère fluoré (PFA) transparent. Chacune d’elles se comporte comme un réacteur indépendant. Une vision sur l’effet mémoire est obtenue en menant des mesures statistiques sur la nucléation des hydrates quand les gouttes d’eau sont refroidies au-dessous de 7°C. Cette méthode permet aussi de visualiser des événements dans des gouttes individuelles, tels que la naissance et la croissance de l’hydrate (surtout lorsqu’un additive tel qu’un inhibiteur est rajouté dans l’eau), ainsi que la formation d’une émulsion de CP dans l’eau pendant la dissociation de l’hydrate. Dans une deuxième série d’expériences, une seule goutte d’eau est posée ou pendue d’un substrat en verre et immergée dans du CP. Elle est observée par microscopie sous des séquences différentes de refroidissement – échauffement. Il a été observé que la cristallisation d’hydrates dépend fortement du sous-refroidissement. Deux nouveaux phénomènes ont été observés:(i) la propagation d’un « halo » d’hydrate le long de l’interface verre/CP depuis la ligne de contact de la goutte d’eau.(ii) cristallisation de l’hydrate dans une émulsion 2D de CP dans l’eau.Les deux types d’outils développés dans cette thèse ouvrent des nouvelles perspectives pour élucider les mécanismes de formation et dissociation d’hydrates en présence d’additives (promoteurs et inhibiteurs) et en présence d’un substrat minéral. Les applications comprennent les hydrates dans des environnements sédimentaires, séparation de gaz, etc. / The mechanisms of formation and dissociation of cyclopentane (CP) hydrates, which form at ambient pressure and temperatures between 0°C and 7°C, have been observed in/on/near water drops immersed in CP at scales ranging from a few nanometers to the millimeter by a variety of techniques including macrophotography and optical microscopy under various modes: bright field, differential interference contrast (DIC), fluorescence and confocal reflectance. The substrates used are either hydrophobic or hydrophilic. In a first series of experiments, a simple millifluidic method is implemented. It allows to generate, store and monitor at the same time almost a hundred of regularly-spaced water droplets of equal volume (in the µl range) separated by the guest (CP) phase in a transparent fluorinated polymeric (PFA) (hydrophobic) tubing, each droplet behaving as an independent reactor for hydrate crystallization. Insights into the ‘memory effect’ are gained by measuring the statistics of hydrate nucleation events in these reactors when chilling below 7°C the water drops. The method also allows the visualization of single-drop events such as hydrate birth and growth, and the formation of a CP-in-water emulsion upon hydrate melting, especially when an additive such as an inhibitor is added to the water. In a second series of experiments, a single water droplet in CP, either sitting or hanging from a glass substrate, is observed by microscopy under various cooling and heating sequences. Hydrate crystallization (nucleation and growth) is observed to strongly depend on subcooling at the water drop/CP interface. Two novel phenomena are visualized in detail:(i) the propagation, from the contact line of the water drop, of a hydrate halo along the glass/CP interface. (ii) hydrate crystallization in a two-dimensional CP-in-water emulsion.The two types of tools developed in this thesis open new perspectives for elucidating the mechanisms of hydrate formation and dissociation in presence of additives (promoters and inhibitors) and in the presence of a mineral substrate. Applications include hydrates in sedimentary environments, flow assurance, gas separation, etc.

L'influence de paramètres de synthèse et de traitements post-synthèse sur le caractère hydrophobe/hydrophile de silices mésoporeuses organisées (SMO) de type SBA-15 a été étudiée. Ainsi nous avons montré que la durée du mûrissement peut être réduite à la durée nécessaire à la précipitation. La température, l'agitation et la durée de synthèse modulent la morphologie des particules et des agrégats. Le mode de chauffage, la présence d'un sel inorganique et le rapport silice/tensioactif ont un effet sur la structure et la texture du matériau. Concernant les traitements post-synthèse, nous avons considéré l'élimination de l'agent structurant et la fonctionnalisation par greffage. Le taux de silanols diminue suite au vieillissement mais surtout après calcination : cette étape efface les différences en termes de teneur en silanols. C'est la raison pour laquelle une nouvelle méthode d'élimination du tensioactif efficace (dès 300 °C) et rapide (dès 15 min) a été mise en œuvre : la calcination à l'aide d'un four à induction conduit à un matériau avec des propriétés structurales, texturales et une teneur en silanols supérieures à celles d'une SMO de type SBA-15 calcinée par la méthode conventionnelle. La calcination par induction a également été appliquée avec succès sur différents types de SMO telles que la SBA-16 et la MCM-41. Ensuite, l'influence des caractéristiques initiales de la SMO sur la fonctionnalisation par un greffage post-synthèse a été étudiée. Une SMO de type SBA-15 plus hydrophobe a été obtenue avec un greffon possédant une seule fonction condensable. La teneur initiale et probablement l'accessibilité des silanols ont un impact significatif sur le taux de greffage.