Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / La caractérisation physique des poudres pharmaceutiques est une étape importante dans les procédés de préformulation. Cette caractérisation porte souvent sur des paramètres tels que la taille, la surface spécifique, la porosité, la densité, etc. Néanmoins, peu d'intérêt a été accordé à l'irrégularité de surface ou à la complexité de la structure. Depuis quelques années, l'analyse fractale s'est avérée être un outil efficace pour quantifier les aspects géométriques de la surface. Dans ce travail, les antiacides ont été choisis comme substances modèles. L'objectif de l'étude était de déterminer l'influence du caractère fractal de ces poudres sur leur réactivité à l'interface solide-liquide. Chaque antiacide étudié provient de trois fournisseurs. La dimension fractale de chaque produit a été déterminée selon trois méthodes : la distribution de taille des pores (DDTp), qui reflète la complexité du réseau poreux ; la méthode de Frenkel-Halsey-Hill (DFHH) et la méthode thermodynamique, encore appelée méthode de Neimark (DN), qui décrivent la rugosité de surface due à la présence de pores superficiels. De même, une caractérisation physique a été menée. Les poudres ont été examinées par microscopie électronique à balayage. La taille et la distribution de taille des particules ont été mesurées par diffraction laser. La surface spécifique et la porosité ont été déterminées par adsorption d'azote. La structure cristalline a été caractérisée par diffraction des rayons X. L'activité de neutralisation a également été mesurée. D'après les résultats obtenus, une corrélation existe entre la réactivité de neutralisation et le caractère fractal, plutôt que la surface ou la taille des particules. De plus, le rôle que joue la porosité en termes de volume total de pores a été modifié par la complexité de la structure poreuse. La complexité du réseau poreux a joué un rôle majeur dans la réactivité des différents produits. De plus, l'influence de la rugosité de surface a été démontrée lorsque l'adsorption à la surface constitue une étape limitante dans la réaction. En conclusion, l'analyse fractale s'est avérée être un outil performant pour quantifier la complexité des surfaces des solides et la corréler à la réactivité aux interfaces solides-liquides, surtout lorsque la connaissance des propriétés physiques n'est pas suffisante pour expliquer de tels phénomènes.

Les charges à l'interface liquide/solide sont un élément originel majeur des phénomènes électrocinétiques observés en micro/nanofluidique. Elles sont donc la colonne vertébrale de mon manuscrit de thèse, qui se décompose en trois parties : Dans la première partie, un rappel des concepts de base sur les interfaces liquides/solides est proposé au lecteur. Il est suivi d'une description des différentes méthodes expérimentales permettant de mesurer le potentiel zeta de couples solide/électrolyte, puis d'une présentation des travaux de la littérature exploitant les charges aux interfaces pour la préconcentration de molécules biologiques dans des systèmes Micro-Nano-Micro (MNM) fluidiques. Ensuite, une deuxième partie est consacrée à la mesure du potentiel zeta par la méthode des courants d'écoulement. Nous y présentons l'amélioration du banc expérimental issu des travaux antérieurs à ma thèse, ainsi que le développement de nouveaux protocoles de préparation des surfaces permettant de rationaliser et de stabiliser les mesures. Une application à un détecteur original de molécules biologiques clos cette deuxième partie. Enfin, la troisième et dernière partie s'intéresse à la préconcentration de molécules biologiques. Une méthode originale de fabrication des dispositifs MNM et les résultats de préconcentration obtenus, très encourageants, sont décrits. Des premiers modèles numériques et phénoménologiques sont proposés, qui mettent en avant l'originalité de notre travail / The charges at liquid/solid interfaces are a key element for both understanding and exploiting the electrokinetic phenomena in micro/nanofluidics. The manuscript of my Ph.D thesis is dedicated to these phenomena, which is divided into three main parts: Above all, a simple overview of charges at the liquid/solid interface is proposed. Then, several common methods for measuring the zeta potential at the liquid/solid interface are described. Next, various effective methods to preconcentrate the biological molecules is presented with the help of the surface charges. Secondly, the streaming current, which is a standard method to measure the zeta potential in our laboratory, is detailed. It contains the upgrade of the experimental setup from the previous version and the development of new protocols, which improve dramatically the stabilization and the reproducibility of the measurements. In addition, an original biological sensor is briefly presented based on these advancements. Lastly, in the final part, we describe a method which is primitively utilised in the fabrication of Micro-Nano-Micro fluidic system. Based on this system, some favorable preconcentration results is obtained. Moreover, numerical simulations are presented to prove the originality of our work

Les nanotechnologies génèrent un engouement assimilable à une révolution technologique. Le domaine de l'environnement est concerné car les nanoparticules (NPs) apportent des solutions à plusieurs problèmes de pollution. Par exemple, nous avons montré la forte capacité de rétention de l'As (8As/nm2) par des NPs d'oxydes de fer (6nm). Ceci est lié à leur grande surface spécifique et à leur forte réactivité de surface due à la présence de sites d'adsorption inédits et à la diminution significative de l'énergie de surface lors de l'adsorption. <br />Mais des questions se posent sur l'impact (éco)toxicologique engendré par la forte production de NPs. Une classification de l'(éco)toxicité des nano-oxydes en fonction de leurs propriétés redox a été proposée. Alors que des NPs chimiquement stables (γFe2O3) en milieux biologiques ne montrent aucune toxicité, des NPs ayant un pouvoir oxydant (CeO2) ou réducteur (Fe°) sont cytotoxiques pour Escherichia coli et génotoxiques pour les fibroblastes humains.

Les nanotechnologies génèrent un engouement assimilable à une révolution technologique. Le domaine de l'environnement est concerné car les nanoparticules (NPs) apportent des solutions à plusieurs problèmes de pollution. Par exemple, nous avons montré la forte capacité de rétention de l'As (8As/nm2) par des NPs d'oxydes de fer (6nm). Ceci est lié à leur grande surface spécifique et à leur forte réactivité de surface due à la présence de sites d'adsorption inédits et à la diminution significative de l'énergie de surface lors de l'adsorption. <br />Mais des questions se posent sur l'impact (éco)toxicologique engendré par la forte production de NPs. Une classification de l'(éco)toxicité des nano-oxydes en fonction de leurs propriétés redox a été proposée. Alors que des NPs chimiquement stables (γFe2O3) en milieux biologiques ne montrent aucune toxicité, des NPs ayant un pouvoir oxydant (CeO2) ou réducteur (Fe°) sont cytotoxiques pour Escherichia coli et génotoxiques pour les fibroblastes humains.

Le transfert en solution est un mécanisme de déformation des roches sédimentaires, qui se traduit par une réduction de porosité et une compaction de la roche. A de grandes profondeurs d'enfouissement (environ 3km), les minéraux des grains se dissolvent dans le fluide du contact intergranulaire, sont transportés par diffusion dans le contact vers le pore, et se déposent sur les surfaces libres des grains. Notre étude est basée sur un modèle de deux grains en contact ayant subi un début de dissolution, et modélisés par deux sphères tronquées. Le contact entre deux grains est simplement représenté par une zone limitée par deux interfaces planes, bien que cette zone soit en réalité constituée de contacts solides et de fluide libre interconnecté, structure connue sous le nom d'îles et chenaux. A cette échelle, une loi de contact phénoménologique permet de relier la vitesse de raccourcissement du grain à la force thermodynamique du transfert en solution, qui est fonction de l'énergie libre d'Helmholtz, de la contrainte normale intergranulaire, et d'un terme relatif à la diffusion. La contrainte normale intergranulaire peut être ainsi exprimée en fonction des quantités relatives à la dissolution et à la diffusion, et en fonction du taux de raccourcissement des grains. Cette contrainte intergranulaire constitue la condition aux limites sur l'interface solide/solide, du problème mécanique. La pression de fluide est la condition de chargement appliquée sur l'interface solide/pore.<br />Une approche analytique de la résolution de ce problème permet de comprendre que la singularité en contrainte au point de jonction entre la zone de contact et le pore, a pour origine la discontinuité du chargement, entre le chargement sur l'interface solide/solide (la contrainte normale intergranulaire), et la pression de fluide sur l'interface solide/pore. Cette singularité est retrouvée par les calculs éléments finis.<br />La méthode numérique permet de constater que l'approximation qui consiste à négliger l'énergielibre d'Helmholtz dans la force thermodynamique est valable pour les différentes tailles de grains considérées dans ce travail (entre 0.1mm et 2mm). On montre également que la distribution de la contrainte intergranulaire est de moins en moins parabolique lorsque le grain s'aplatit. Il en est de même lorsque la taille de grain est plus faible, donc lorsque la diffusionest le processus dominant.<br />La loi de fluage (approchée) qui donne la vitesse de raccourcissement du grain en fonction de la force thermodynamique (sans l'énergie d'Helmholtz) permet de constater que plus la taille de grain diminue, plus le processus de diffusion est rapide : la dissolution est dans ce cas le mécanisme qui gouverne le transfert en solution.<br />A une échelle plus petite, on s'intéresse à la stabilité d'une interface solide/fluide en faisantune analyse de stabilité en 3D. Le mode d'instabilité dominant est une onde dont le front est perpendiculaire à la direction de la contrainte effective de compression maximale. Les résultats de cette analyse sont cohérents avec les observations expérimentales en ce qui concerne l'orientation et la longueur d'onde de l'instabilité. La non-conformité concernant les gradients des longueurs d'ondes et le taux de croissance sont discutés.

La plupart des modules photovolta¨ıques produits sont `a base de silicium.L’efficacit´e de ces modules d´epend fortement de la qualit´e cristalline du siliciumutilis´ee ainsi que de la quantit´e d’impuret´es pr´esente dans le lingotd’origine d’o`u sont issus les modules. Les lingots de silicium sont obtenus aucours d’un proc´ed´e de solidification, durant lequel les impuret´es sont extraitespar ph´enom`ene de s´egr´egation. Le processus de s´egr´egation est influenc´e parl’´ecoulement dans le liquide durant l’´etape de solidification. L’utilisation d’unchamp magn´etique externe permet le contrˆole de l’´ecoulement dans le bainliquide. Dans cette ´etude, l’effet d’un ´ecoulement forc´e sur le processus des´egr´egation est ´etudi´e. Pour cela un dispositif exp´erimental (VB2) et unmod`ele num´erique ont ´et´e d´evelopp´es dans le but de comprendre le rˆole del’´ecoulement sur la forme de l’interface et sur la s´egr´egation des impuret´es. / The photovoltaic modules are generally produced using silicon wafers. Theirelectrical efficiency is related to the crystal quality, which is influenced bythe presence of pollutants in the ingots from which the wafers are cut. Siliconingots are obtained as a result of solidification processes, which implygrowing a crystal from melt. During this solidification process, impurities areseparated from the silicon. The segregation process is greatly influenced bythe melt velocity during the solidification process. The control of the meltflow during the crystallization process can be achieved using external magneticfields. This thesis presents the results of the study on the influence ofthe forced convection induced by a travelling magnetic field (TMF) duringthe solidification process, using both an experimental set-up (VB2) and anumerical model.