La fabrication de membranes nanofibreuses par un procédé d’électrospinning plus respectueux de l’environnement, ou plus « vert », est de nos jours un défi. L’électrospinning est un procédé qui permet, généralement à partir d’une solution de polymère, d’obtenir des membranes non-tissées dont le diamètre des fibres est compris entre 50 nm et quelques micromètres. Deux stratégies nouvelles ont été développées pour répondre à ce besoin croissant. La première consiste à fabriquer des membranes à partir de polymères bio- sourcés tandis que la deuxième vise à employer des solvants exclusivement aqueux. Cette deuxième stratégie permet de s’affranchir des vapeurs de solvants souvent toxiques utilisés au cours du procédé. Dans ce cadre, des membranes ont été fabriquées à partir de suspensions aqueuses de polymères non-hydrosolubles, d’une part, et à partir d’acide tannique, une molécule non-polymérique bio-sourcée en exploitant les interactions supramoléculaires. Ces stratégies plus « vertes » rendent moins dangereuse et moins couteuse l’utilisation d’émetteurs multi-jets et permettent, de ce fait, une meilleure industrialisation du procédé d’électrospinning. Les membranes développées ont été fabriquées pour des applications de microfiltration liquide. En effet, les membranes d’électrospinning peuvent allier des tailles de pores submicroniques à des porosités supérieures à 80% contrairement aux membranes de microfiltration commerciales (porosité < 40%). La fabrication de membranes de filtration par un procédé d’électrospinning multi-jet « vert » permet ainsi d’accroitre les débits de production et de filtration tout en respectant davantage l’environnement. / The fabrication of nanofibrous mats by an environmentally friendly, or in other words by a “green”, electrospinning process is nowadays a challenge. Electrospinning is a process allowing the fabrication, generally from a polymer solution, of nonwoven mats composed of fibers having diameters ranging between 50 nm and a few micrometers. Two new strategies have been developed to answer such a growing need. The first one consists in electrospinning bio-sourced polymers while the second one is based on the electrospinning of aqueous solutions exclusively. This second strategy allows avoiding toxic vapors coming from the evaporation of toxic solvents often used during the process. In this context, mats were electrospun from solutions composed of aqueous suspensions of water insoluble polymers, on one hand, and composed of tannic acid, a non-polymeric bio-based molecule exploiting supramolecular interactions. These new environmentally friendly strategies turn the electrospinning process in a less dangerous and less expensive one, and, as a result, ease the use of multi-jet setups and enable a better industrialization of the electrospinning process. Membranes have been developed for liquid microfiltration applications. As a matter of fact, electrospinning membranes can combine submicron pore sizes with porosities greater than 80% unlike commercial microfiltration membranes (porosity < 40%). The fabrication of liquid filtration membranes by a multi-jet "green" electrospinning process, thus, makes it possible to increase the production rates of electrospinning mats and filtration rates while respecting the environment.

Le cartilage est un tissu clé des articulations synoviales. Suite à un problème mécanique, traumatique ou inflammatoire, le cartilage est dégradé entrainant des douleurs articulaires et une perte de mobilité. Le cartilage étant un tissu non innervé et non vascularisé, son auto-réparation est très faible. De plus en plus de techniques sont développées pour la réparation des défauts cartilagineux mais aucune n’a encore permis d’obtenir un nouveau cartilage pleinement fonctionnel. En particulier, l’ingénierie tissulaire (IT) est une technique très prometteuse qui consiste à obtenir un greffon de cartilage dont les propriétés mécaniques et structurales soient satisfaisantes une fois implantée dans l’articulation. L’IT est basée sur l’association de cellules, d’un biomatériau et de facteurs de croissance. Le but de cette thèse est d’étudier l’effet de l’âge du donneur des cellules sur la synthèse du greffon par l’IT in vitro et sur la qualité du cartilage obtenu lors de l’implantation dans un modèle de rat NUDE. Puis dans une dernière partie, l’impact de l’environnement chimique et mécanique est étudié sur la qualité du greffon. Nos études montrent ainsi que l’âge du donneur aussi bien dans un contexte in vitro ou in vivo impacte la qualité du greffon et la réparation une fois implanté dans l’animal. En effet, les greffons issus des donneurs âgés ont des propriétés mécaniques légèrement plus élevées et une synthèse des protéines de la matrice extracellulaire (MEC) du cartilage significativement plus élevée que les greffons issus de donneurs jeunes. De plus, la réponse inflammatoire des greffons implantés dans un défaut cartilagineux chez le rat NUDE est plus faible pour les donneurs âgés. Enfin, nous montrons que le microenvironnement mécanique (compression ou pression hydrostatique) et chimique (liquide synovial (LS) ou TGF-β pur) joue un rôle important sur la réponse cellulaire. Par ailleurs, en fonction de l’âge, l’association de ces différents facteurs donnent des résultats différents. Par exemple, pour une sollicitation de type compression, c’est le LS qui est à favoriser pour obtenir les greffons de meilleure qualité dans le cas des donneurs âgés. Au contraire, pour la même sollicitation de type compression, c’est la présence de TGF-β1 qui conduit au greffon de meilleure qualité pour les donneurs jeunes. Ces études mettent en évidence l’importance de l’âge du donneur et montrent de plus qu’un protocole IT patient spécifique est la meilleure solution. / Cartilage is an important tissue of synovial joints. Following a mechanical problem, traumatic or inflammatory, the cartilage is degraded causing joint pain and loss of mobility. Because cartilage is a non-innervated and non-vascularized tissue, its self-repair is very weak. More and more techniques are being developed for the cartilage but none has resulted in a new fully functional cartilage. In particular, tissue engineering (TE) is a very promising technique that consists in obtaining a cartilage graft whose mechanical and structural properties are satisfactory once implanted in the joint. TE is based on the association of cells, biomaterial and growth factors. The aim of this thesis is to study the effect of cell donor’s age on graft synthesis by TE in vitro and on the quality of the cartilage obtained during implantation in a NUDE rat model. Then in a last part, the impact of the chemical and mechanical environment is studied on the quality of the graft. Our studies show that the age of the donor both in vitro and in vivo has an impact on graft quality and repair once implanted in the animal. In fact, grafts from older donors have slightly higher mechanical properties and significantly higher synthesis of extracellular matrix proteins (ECM) than grafts from younger donors. In addition, the inflammatory response of grafts implanted in a cartilage defect in the NUDE rat is lower for older donors. Finally, we show that the mechanical microenvironment (compression or hydrostatic pressure) and chemical microenvironment (synovial fluid (SF) or TGF-β) play an important role in the cellular response. Moreover, depending on age, the combination of these different factors gives different results. For example, for a compression solicitation, it is the SF that is to be favored to obtain better quality grafts in the case of elderly donors. On the contrary, for the same compression stress, it is the presence of TGF-β1 that leads to the best quality graft for young donors. These studies highlight the importance of donor age and further show that a specific patient protocol of TE is the best solution.

TOTAL a choisi la voie du stockage géologique de CO2 en Béarn pour les fumées issues du pilote d’oxycombustion qui sont injectées dans un réservoir déplété de gaz naturel. Cependant, la mise en œuvre de cette technologie nécessite une connaissance des processus physiques, physico-chimiques et des interactions entre les phases depuis le captage jusqu’au stockage, d’autant plus que le CO2 injecté n’est pas pur. Il peut contenir par exemple quelques pourcents d’oxygène. Nous étudions plus précisément l’impact de l’injection d’un mélange de gaz (CO2 + O2) sur les roches de réservoir et de couverture en présence de saumure. A cette fin, un pilote expérimental a été développé et instrumenté pour acquérir des données thermodynamiques (solubilités et masses volumiques) et cinétiques de dégradation des roches indispensables aux modélisations et simulations thermodynamiques et réactives du système triphasique (gaz-saumure-roches) dans les conditions de stockage (T < 150°C et P < 200 bar). / TOTAL has chosen the path of geological storage of CO2 in Béarn flue gases from driver oxycombustion which are injected into a depleted natural gas reservoir. However, the implementation of this technology requires knowledge of physical processes and physico-chemical interactions between the phases from capture to storage, especially as the injected CO2 flow is not pure. It may contain a few percent of oxygen. The impact of the injection of a gas mixture (CO2 + O2) on reservoir rock and in the presence of coverage of brine is studied. An experimental pilot was developed and instrumented to acquire thermodynamic data (solubility and density) and kinetics of degradation of solids essential for modeling and simulations of thermodynamic and reactive three-phase system (gas-brine-rock) in storage conditions (T <150°C and P <200 bar).

Les systèmes diphasiques à pompage capillaire sont couramment utilisés pour contrôler la température de l'électronique embarquée. Ces systèmes sont fiables et performants, mais ils présentent certaines limites associées essentiellement à la vaporisation dans le milieu poreux (limite capillaire, limite d'ébullition). Une façon d'étendre leurs performances en termes de longueur de transport de la chaleur et d'intensification des transferts serait de les coupler avec un système mécaniquement actif. Un des moyens pour réaliser cela est d'utiliser les forces électro-hydro-dynamiques (EHD) se développant dans le fluide lorsqu'on applique un champ électrique. Les travaux proposés sont une contribution à la compréhension de l'interaction entre une interface liquide-vapeur et un champ électrique afin de déterminer quels sont les mécanismes qui dans ces conditions contrôlent le pompage et le transfert de chaleur. La première partie se focalise sur l'étude expérimentale d'une interface liquide-vapeur sous un champ électrique avec ou sans flux de chaleur dans une configuration très académique (deux électrodes planes et verticales) tout en étant proche de ce qui se passe dans une cannelure de caloducs par exemple. L'objectif est d'observer, de quantifier et d'analyser les effets (forces, structures, instabilités) se développant sur l'interface. Une analyse a ensuite été menée à partir de modèles 1D et 2D. Nous avons ainsi pu vérifier que parmi l'ensemble des forces s'exerçant sur l'interface, la force diélectrophorétique est celle qui contrôle sa position et sa forme avec ou sans vaporisation. On a montré cependant qu'il existait des effets de couplage avec la conduction électrique dans le liquide pouvant sensiblement agir sur la courbure de l'interface. Enfin, les résultats en vaporisation ont confirmé que le champ électrique, en donnant des moyens de contrôle de la position et de la structure de l'interface de vaporisation, peut être effectivement mis à profit pour une intensification des transferts de chaleur proches d'une paroi chauffée. Dans un dernier volet, les travaux se sont concentrés sur la mise en mouvement d'un liquide diélectrique en mettant à profit le régime de conduction. Une étude expérimentale permettant d'étudier l'influence des différents paramètres (géométrie des électrodes, distance inter électrodes, nombre de modules) a été réalisée dans les fluides HFE-7000 et HFE-7100. Les résultats ont montré une faible reproductibilité des performances de la pompe pour ces fluides suggérant une forte sensibilité des phénomènes à l'état de surface des électrodes et aux régimes parasites d'injection de charge. / Two-phase systems based on the capillary pumping are widely used for electronics cooling. These systems are reliable and efficient, but the maximum heat load is given by the porous medium characteristics (pore size and conductivity) and the fluid properties. The use of an additional source of energy to actively control the heat transport and the heat transfers is a way to extend the performance. Electro-hydrodynamic forces (EHD) could fulfill this objective. This work proposed a contribution to the understanding of the interaction between a liquid-vapor interface and an electric field in order to determine which mechanisms control the pumping and heat transfer. The first part focused on the experimental study of a liquid-vapor interface under an electric field with or without heat flux in a very academic configuration while being close to the operating conditions of the vaporization in a groove of a heat pipe for example. The objective was to observe, quantify and analyze the effects (forces, structures, instabilities) developing on the interface. On top of that, analysis based on 1D and 2D models were made. We found that the dielectrophoretic force mainly controlled the position and the shape of the interface with or without vaporization. However, some effects of coupling with the electrical conduction in the liquid were proved to substantially modify the interface curvature. Finally, the results confirmed that the electric field can effectively be used to the heat transfer enhancement close to a heated wall. In a final section, the work is related to the pumping of a dielectric liquid based on the conduction regime. An experimental study was carried out in HFE-7000 and HFE-7100 fluids to investigate the role of different parameters (electrode geometry, inter-electrode distance, number of modules). For these fluids, the repeatability of results was not satisfactorily suggesting a high sensitivity of the phenomena according to the surface state of the electrodes and parasitic charge injection.

Dans le cadre d’un projet d’Intensification de Procédés de Rhodia, nous avons développé des dispositifs millifluidiques fonctionnant dans des conditions opératoires inexplorées auparavant au labortoire, jusqu’à 300 °C et 50 bar, pour l’acquisition de données physicochimiques. Ainsi, une étude rhéologique sur des solutions de sel de nylon a été réalisée, ce qui a permis de fournir une nouvelle corrélation utile pour le dimensionnement du procédé industriel de polymérisation du polyamide-6,6. Par ailleurs, une étude cinétique de la polymérisation de l’éthylène glycol avec l’acide adipique a permis de déterminer les coefficients cinétiques de la réaction ainsi que l’énergie d’activation correspondante. Finalement un procédé miniaturisé avec élimination de l’eau produite par la réaction de polycondensation permettant de déplacer l’équilibre atteint par la réaction a été mis en œuvre ainsi que son modèle. / This work originated from a Rhodia’s Process Intensification project, where new physicochemical data are needed. We have developed at the laboratory new millifluidic devices which operate in conditions previously unexplored: up to 300 °C and 50 bar. A rheological study on nylon salt solutions was carried out and a new correlation based on the experimental results was provided. It is now used in the design of the industrial process of polyamide-6,6 synthesis. Moreover, a kinetic study on the polymerization of ethylene glycol with adipic acid allowed us to determine the kinetic coefficients of the reaction and the corresponding activation energy. Finally, a millifluidic process where the water produced by the polymerization reaction is eliminated by stripping and membrane separation was also developed, allowing for the chemical equilibrium to be shifted. A model describing this process has also been proposed.

Ce travail s'intéresse a` l'identification des mécanismes physiques en jeu lors de la déshydratation assistée thermiquement. Une cellule de filtration/compression a été instrumentée avec des capteurs de pression liquide. Ces mesures permettent de suivre la formation du gâteau de filtration, sa consolidation puis les évolutions thermomécaniques induites par l’apport de chaleur. Sous l'effet du chauffage, elles montrent l'apparition d’un gradient de pression liquide, qui induit un écoulement additionnel. Un modèle mathématique est ensuite proposé. Des caractérisations en cellule de compression/perméabilité sont utilisées pour de´terminer les lois d'évolution des propriétés du milieu poreux. Le modèle permet de retrouver les évolutions des grandeurs macroscopiques et locales mais pas les cinétiques. Ceci a été attribué au modèle de déformation du milieu poreux choisi. / In the scope of thermally assisted mechanical dewatering process, this work focuses on the identification of physical mechanisms involved in the thermally assisted mechanical dewatering. Operating conditions ensure that the water is expelled in liquid phase. An experimental study on talc and cellulose saturated suspensions highlights the gains in terms of final dry solid contend involved by the thermal intensification. The filtrationcompression test cell is instrumented with pore liquid sensors along the cake thickness that allows to measures the pressure of the interstitial liquid phase. Obtained data highlight an increase of the liquid pressure in the heated side of the cake during thermally assisted mechanical dewatering. Indeed, as the temperature increases the water density decrease. As the cake consolidation restricts the flow a liquid pressure gradient reappears inside the cake. As the temperatures on the filter side of the cake increase, the thermally induced liquid pressure gradient vanishes with an additional filtrate outflow. In order to measure the porous media properties a compression-permeability cell has been build. This apparatus allows permeability measurement to be conducted for different temperature and loading on the porous media. A physical model including the thermal pressurization has been implemented in COMSOL Multiphysics in order to simulate the process. The model confirms the thermal pressurization occurring during thermally assisted mechanical dewatering, but because of deviation in the calculated mechanical behavior and temperature of the porous media, the model can’t depict the experimental additional filtrate outflow.

Le refroidissement in vivo du myocarde jusqu'à 32-34°C est une stratégie cardioprotectrice extrêmement puissante expérimentalement. La ventilation liquide totale (VLT) par des perfluorocarbones permet d'induire cette hypothermie très rapidement en utilisant le poumon comme bioéchangeur thermique, tout en maintenant des échanges gazeux normaux. L'objectif de notre travail de thèse a été d'étudier les effets de la VLT hypothermisante sur les lésions d'ischémie-reperfusion dans des modèles d'ischémie myocardique régionale et d'arrêt cardiorespiratoire chez le lapin. Dans une première étude, nous avons démontré que l'instauration per-ischémique d'un épisode de VLT hypothermisante permettait d'atteindre la température cible de 32-33°C en seulement 5 min chez des lapins chroniquement instrumentés soumis à 30 min d'occlusion coronaire. Cela permettait d'atténuer non seulement la taille d'infarctus mais également la dysfonction contractile post-infarctus. La taille d'infarctus était ainsi respectivement réduite de 89 et 71% lorsque la VLT était débutée à la 5ème ou à la 15ème min d'occlusion coronaire par rapport au groupe Témoin. Cette protection était associée à un effet bénéfique sur la fonction mitochondriale dont la capacité de rétention calcique était significativement accrue par l'hypothermie.Dans une seconde étude, nous avons montré que cet effet cardioprotecteur de la VLT hypothermisante n'était pas limité par un plateau de cardioprotection puisqu'il persistait lors d'ischémies prolongées (60 min) chez des lapins anesthésiés. Les tailles de l'infarctus et du no-reflow étaient en effet respectivement diminuées de 45 et 74% dans un groupe d'animaux soumis à une VLT hypothermisante à partir de la 5ème min d'occlusion coronaire par rapport au groupe Témoin. Lorsque la VLT était instaurée plus tardivement (20ème min d'occlusion coronaire), ces réductions restaient significatives (respectivement -30% et -60%) alors qu'un refroidissement conventionnel par application de couvertures froides n'induisait aucun bénéfice, même lorsqu'il était débuté dès la 5ème min d'occlusion coronaire.Grâce aux travaux précédents, nous avons obtenu la preuve de concept de l'effet cardioprotecteur de la VLT hypothermisante au cours d'une ischémie myocardique régionale. Cependant, la translation clinique de cette stratégie est probablement délicate dans la situation de l'infarctus du myocarde. Il nous a en revanche semblé qu'elle pourrait être également bénéfique au cours de la réanimation post-arrêt cardiaque. Pour étudier ce phénomène, nous avons mis au point un modèle expérimental d'arrêt cardiaque et de réanimation cardiopulmonaire chez des lapins soumis à un épisode de fibrillation ventriculaire. Nous avons ainsi montré que la VLT hypothermisante permettait d'augmenter significativement la survie et d'atténuer le syndrome post-arrêt cardiaque par rapport à une réanimation conventionnelle. Après 10 min d'arrêt cardiaque, la survie était par exemple respectivement de 7/10 vs 0/10 chez les animaux soumis à la VLT hypothermisante par rapport au groupe Témoin. Ces effets bénéfiques étaient directement liés à la rapidité d'induction de l'hypothermie par la VLT puisqu'une hypothermie conventionnelle par refroidissement externe et perfusion de fluides refroidis n'a pas permis d'induire de protection significative.En conclusion, la VLT hypothermisante est une approche puissamment protectrice lors d'ischémie myocardique régionale et au décours d'un arrêt cardiaque. L'évaluation plus approfondie de cette stratégie nécessite à présent le développement de dispositifs sécurisés pouvant être utilisés sur un modèle gros animal.MOTS-CLES : Ventilation liquide totale, perfluorocarbone, hypothermie, infarctus, no-reflow, arrêt cardiaque. LABORATOIRE D'ACCUEIL : Laboratoire de pharmacologie, INSERM U955 équipe 3, Ecole nationale vétérinaire d'Alfort, Faculté de médecine de Créteil, Université Paris-Est, Créteil. / Cooling the ischemic myocardium to 32-34 °C is known to be potently cardioprotective. Total liquid ventilation (TLV) with perfluorocarbons can induce such an hypothermia very fastly using the lung as a heat exchanger while maintaining normal gas exchanges. The aim of this thesis was to investigate its beneficial effects in experimental models of myocardial ischemia and cardiac arrest in rabbits.In our first study, we demonstrated that the institution of hypothermic TLV allowed achieving a cardiac temperature of 32-33°C within only 5 min in chronically instrumented rabbits subjected to 30 min of coronary artery occlusion. This was associated with a significant reduction in infarct size along with a dramatic attenuation of the post-ischemic myocardial contractile dysfunction. As example, infarct size was reduced by 89 and 71% when TLV was initiated at the 5th or 15th min of coronary artery occlusion, respectively. This protection was associated with an attenuation of the mitochondrial dysfunction, as shown by an increased calcium restrain capacity.In a second study, we demonstrated that the protective effect of hypothermic TLV was not limited by a ceiling of cardioprotection since infarct size reduction persisted following prolonged ischemia (60 min) in anesthetized rabbits. Infarct and no-reflow sizes were indeed reduced by 45 and 74% in animals subjected to hypothermic TLV from the 5th min of coronary occlusion as compared to corresponding Controls, respectively. In comparison, a conventional external cooling with cold blankets did not reduce infarct size even when instituted since the 5th of ischemia.Thanks to the previous works, we obtained the proof of concept that hypothermic TLV could offer a dramatic cardioprotection during regional myocardial ischemia. However, the clinical translation of this strategy might be challenging in the clinical scenario of ST-elevation myocardial infarction. This might conversely be less challenging and also beneficial to prevent the post-cardiac arrest syndrome in patients resuscitated from cardiac arrest. In order to investigate this phenomenon, we developed an experimental model of cardiac arrest and cardiopulmonary resuscitation in rabbits submitted to an episode of ventricular fibrillation. Accordingly, we have demonstrated in this model that hypothermic TLV significantly increased survival and attenuated the post-cardiac arrest syndrome as compared to conventional resuscitation. After 10 min of cardiac arrest, survival was for example 7/10 vs 0/10 in animals subjected to hypothermic TLV vs corresponding Controls, respectively. These beneficial effects were directly related to the rapidity at inducing hypothermia with TLV since conventional hypothermia using external cooling and infusion of cold fluids failed to induce a significant protection.In conclusion, hypothermic TLV can induce a dramatic protection during regional myocardial ischemia or following cardiac arrest and resuscitation. In order to further investigate this strategy, we are now requiring a secured device that can be used in large animals.KEYWORDS: total liquid ventilation, perfluorocarbon, hypothermia, infarct, no-reflow, cardiac arrest.Laboratory: Laboratory of Pharmacology, INSERM U955 équipe 3, Ecole nationale vétérinaire d'Alfort, Faculté de médecine de Créteil, Université Paris-Est, Créteil.

Les systèmes d’actionnement à distance pour la manipulation d’objets de taille micrométrique ont connu un développement sans précédent ces dernières années dans les laboratoires de recherche. Ils permettent de contrôler à distance le déplacement et l’orientation d’objets en appliquant des champs de force à distance. Ils sont donc spécialement adaptés pour agir dans des milieux confinés pour lesquels les problèmes d’accessibilité empêchent l’utilisation de manipulateurs robotisés classiques. De plus la faible inertie de ces systèmes permet d’atteindre des cadences de manipulation importantes. Parmi les effets physiques exploitables pour actionner ces systèmes une attention particulière est portée sur les effets magnétiques, en raison des niveaux de forces élevés atteignables. L’état de l’art montre un nombre de travaux importants dans le domaine de l’actionnement magnétique en environnement liquide. Cependant les vitesses atteignables sont limitées par les frottements visqueux. Quelques études font état de l’utilisation de l’actionnement magnétique en milieu ambiant, mais les forces d’adhésion entre le substrat et la particule rend le système peu répétable. Cette thèse propose une approche originale alliant faibles frottements visqueux et grande répétabilité en considérant un milieu de travail peu étudié : l’interface air/liquide. Cette thèse s’intéresse plus particulièrement à la modélisation, la caractérisation, l’analyse des performances et la commande d’un système d’actionnement magnétique à l’interface air/liquide pour des applications à l’échelle micrométrique. / In recent years research laboratories have shown an increasing interest for non-contact actuation systems at micrometer scale. These systems control both the displacement and the orientation of the objects using remote force fields. They are of major interest in confined spaces in which traditional approaches based on robotic grippers are not suitable. In addition high manipulation throughputs can be reached due to the low inertia of these systems. Several physical principles can be considered as the actuation source. Among them a special attention is given to magnetic forces due to the high forces that can be applied to the objects. A large amount of work has been carried out on magnetic actuation systems for manipulation in liquid environments. However velocities are limited by viscous effects. A few studies are reported on magnetic systems in ambient environments. However repeatability is decreased by adhesion forces between the substrate and the objects. This work proposes an original approach with a good trade off between low viscous effects and high repeatability based on the use of a specific environment: the air/liquid interface. This thesis presents the modelling, the characterization, the performance analysis and the control of a magnetic actuation system at the air/liquid interface for applications at the micrometer scale.

Dans les systèmes quantiques unidimensionnels, le rôle des fluctuations et des interactions est plus important et les théories utilisées à plus haute dimension ne peuvent plus être employées. Le point de départ pour décrire la plupart des systèmes unidimensionnels est la théorie du liquide de Luttinger. Bien que cette théorie décrive de nombreux phénomènes avec succès, elle a aussi ses limites. Par exemple, elle ne peut décrire que la limite de basse énergie d'un system unidimensionnel, elle échoue aussi lorsqu'il s'agit de décrire la désintégration des excitations du système. Dans cette thèse, nous étudions principalement deux types de problème en une dimension. Le premier est l'interaction effective entre des impuretés dans un liquide de bosons tandis que le deuxième est la désintégrations des quasi-particules dans un mélange bosons-fermions. Dans les deux cas, décrire le système comme un liquide de Luttinger n'est pas suffisant. Afin de pallier à cela, nous développons plusieurs approches pour ces systèmes unidimensionnels qui prennent en compte les différentes anharmonicités nécessaires afin de capturer les mécanismes importants en jeu dans ces problèmes. / In one-dimensional quantum systems, the role of fluctuations and interactions is enhanced and theories used in higher- dimensional systems cannot be employed anymore to describe such strongly-correlated systems. The starting point to describe most one-dimensional systems is the Luttinger liquid theory. Even though this theory is successful to describe many phenomena, it has its shortcomings. For example, it can only treat the low-energy limit of one-dimensional systems and fails to describe the decay of excitations. In this thesis, we mainly study two kinds of problems in one dimension. The first one is the effective interaction between impurities in a Bose liquid whereas the second one is the decay of quasiparticles in a Bose-Fermi mixture. In both cases, the description of the system in terms of a Luttinger liquid is not sufficient. To overcome this, we develop different approaches for these one-dimensional systems to account for the various anharmonicities which are necessary to capture the relevant physics of these problems.

Cette thèse démontre le potentiel dont dispose l’exfoliation en phase liquide du graphite dans le but d’obtenir des feuillets de graphène dispersés dans un solvant organique. Ainsi le mécanisme d’exfoliation a été étudié en profondeur, en particulier, l’influence de plusieurs paramètres (température, puissance et solvants). Le choix de ses paramètres se montre crucial dans le contrôle du procédé, et pour l’obtention des feuillets de graphène ayant une taille ciblée. Il est donc possible de fabriquer des nano-feuillets de quelques dizaines de nanomètre qui en plus possèdent des propriétés de photoluminescence.Dans le but de comprendre le mécanisme d’exfoliation en phase liquide assistée par des molécules, une nouvelle approche a été mise au point : l’approche supramoléculaire. Cette approche se base sur l’utilisation de surfactants d’un nouveau type. En effet, les molécules sélectionnées possèdent une longue chaine alkyle. Cette chaine s’adsorbe sur la surface du graphène et permet de stabiliser les feuillets lors de l’exfoliation. L’influence de la taille de la chaine alkyle de ces molécules lors de l’exfoliation a été vérifiée. De plus, ces molécules ont été équipées de différentes fonctions supramoléculaires afin qu’elles puissent former des dimères sur la surface du graphène. L’ajout de ces molécules augmente non seulement le rendement d’exfoliation mais aussi le nombre de mono-feuillets présents dans ces dispersions. Ces dispersions présentent des propriétés conductrices lorsqu’elles sont déposées sur des substrats. Une nouvelles méthode de déposition a été mise au point afin d’améliorer et d’augmenter la conductivité mais aussi le pourcentage de transparence. / This thesis demonstrates the potential of exfoliation of the graphite in the liquid phase in order to obtain graphene sheets dispersed in an organic solvent. Thus the exfoliation mechanism has been studied, in particular, the influence of several parameters (temperature, power and solvents). The choice of parameters is actually crucial for the control of the process, and to obtain graphene sheets having a targeted size. It is therefore possible to manufacture nanosheets of several tens of nanometers, which in addition exhibit photoluminescence properties.In order to understand the exfoliation mechanism in liquid phase assisted by molecules, a new approach has been developed: the supramolecular approach. This approach is based on using a new type of surfactant. Indeed, the selected molecules carry a long alkyl chain. This chain is adsorbed on the surface of graphene and can stabilize the sheets during exfoliation. The influence of the size of the alkyl chain of these molecules during exfoliation was verified. Furthermore, these molecules have been equipped with various supramolecular functions, which can form dimers on the surface of graphene. The addition of these molecules not only increases exfoliation performance but also the number of mono-layers present in these dispersions. These dispersions have conductive properties when deposited on substrates. A new deposition method was developed to enhance and increase conductivity but also the percentage of transparency.