La présente étude a démontré l'effet de certains additifs sur les propriétés de vieillissement des composites élastomères. Dans les travaux actuels des colorants, des pigments à hautes performances et des liquides ioniques conducteurs ont été utilisés comme additifs pour obtenir des composites à base d'élastomère, caractérisés par une meilleure résistance aux intempéries et au vieillissement et avec de bonnes propriétés mécaniques. Les propriétés mécaniques des composites d'éthylène – norbornène, ont confirmé que les colorants avec des substituants fortement donneurs d'électrons, apportent une meilleure et plus efficace protection contre le vieillissement dans le spectre solaire, que la plupart des stabilisants commerciaux utilisés dans la technologie des polymères. La partie suivante de la thèse a porté sur l'impact des liquides ioniques hydrophile et hydrophobe à base d'imidazolium dans les caoutchoucs butadiène-acrylonitrile. L'influence de la nature de l'anion (thiocyanate SCN, bis (trifluorométhylsulfonyl)imide TFSI) et de la longueur de la chaîne alkyle du cation (éthyl, hexyl) des liquides ioniques à base d'imidazolium sur la cinétique de durcissement, sur les propriétés mécanique et morphologique, sur la conductivité ionique et sur la tenue aux intempéries des composites en caoutchouc nitrile a été étudiée. Il a été constaté que l'addition de liquides ioniques hydrophobes à base d'imidazolium – TFSI – en quantité de 2,5 à 5 phr, améliore le plus efficacement les propriétés mécaniques ainsi que la conductivité ionique des matériaux composites NBR et présente un effet positif sur la matrice de caoutchouc pendant l'exposition à l'extérieur / The present study demonstrated the effect of some additives on aging properties of elastomer composites. In the current work solvent dyes, high performance pigments and conductive ionic liquids were employed as additives to obtain elastomer composites, characterized by enhanced weathering aging resistance and good mechanical properties. In the first part of the investigation, selected solvent dyes mainly with anthraquinone chromophores and high performance pigments, which exhibited high light and temperature resistance, were applied in ethylene-norbornene cyclic olefin and acrylonitrile butadiene rubber and then subjected to aging process. The mechanical properties as well as surface analysis of ethylene-norbornene composites, confirmed that solvent dyes, provided better efficient protection against aging in full sun spectrum, than most investigated commercial stabilizers used in polymer technology. Next part of thesis was focused on impact of hydrophilic and hydrophobic imidazolium ionic liquids on acrylonitrile-butadiene rubber. The influence of (thiocyanate, SCN;bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, TFSI) anion type and the length of alkyl chain (from ethyl to hexyl) for the cations of imidazolium ionic liquids on the curing kinetic, mechanical, morphological, ionic conductivity and weathering properties of nitrile rubber composites was investigated. It was found, that the addition of hydrophobic TFSI-based imidazolium ILs in quantity 2.5-5 phr, the most effectively improved, mechanical properties and ionic conductivity of the NBR composites and exhibit some positive effect on rubber matrix during outdoor exposure

Les liquides ioniques (LIs) à base d’imidazolium présentent une très grande organisation en réseaux 3D et sont constitués de microdomaines polaires et apolaires, dû à la présence des canaux ioniques et au regroupement des chaînes alkyles lipophiles. L’objectif de ce travail est d’utiliser leurs propriétés de solvatation, liées à cette organisation, pour générer et stabiliser in situ des nanoparticules métalliques (NPs) d’une taille contrôlée et prévisible. Cette approche a trouvé de nombreuses applications dans des domaines tels que la catalyse et la microélectronique. Le phénomène de croissance cristalline des NPs (ruthénium, nickel et tantale) générées in situ lors de la décomposition sous H2 des complexes organométalliques, est contrôlé i) par la taille des poches apolaires, dans lesquelles le complexe se dissout, ii) par les conditions expérimentales (température, agitation) et iii) par la nature du métal et du complexe précurseur. Le mécanisme de stabilisation des NPs, jusqu'alors mal compris, dépend du mécanisme de formation des NPs, qui pourrait entraîner la présence de ligands hydrures ou carbènes N-hétérocycliques (NHC) à leur surface. Cette présence a été démontrée par marquage isotopique et analysée en RMN ainsi qu’en spectrométrie de masse. Les LIs sont également des milieux intéressants en catalyse. Des études sur l’influence du LI sur l’activité des catalyseurs homogènes ont souligné l’importance cruciale des paramètres physico-chimiques des LIs, et particulièrement de la viscosité, qui intervient ainsi dans la loi cinétique. Enfin, une étude approfondie de l’effet de la taille des NPs sur l’activité catalytique et la sélectivité pour l’hydrogénation, réalisée en milieu LI, a confirmé l’importance du contrôle de la taille des NPs pour les applications catalytiques / Imidazolium based ionic liquids (ILs) consist of a continuous 3-D network of ionic channels, coexisting with non polar domains created by the grouping of lipophilic alkyl chains, forming dispersed or continuous microphases. The aim of this work is to use the specific solvation properties of ILs, related to this 3-D organisation, to generate and stabilise in situ metal nanoparticles (NPs) of a controlled and predictable size. This approach has found application in fields such as catalysis and microelectronics. The phenomenon of crystal growth of NPs (ruthenium, nickel, tantalum) generated in situ in ILs from the decomposition of organometallic complexes under molecular hydrogen, is found not only to be controlled by i) the size of non-polar domains, in which the complexes dissolve, but also by ii) the experimental conditions (temperature, stirring) and iii) the nature of the metal and its precursor complex. The previously unexplained stabilisation mechanism of NPs in ILs is found to depend on the mechanism of formation of NPs, which may lead to the presence of either hydrides or N-heterocyclic carbenes (NHC) at their surface. These have both been evidenced through isotopic labelling experiments analysed by NMR and mass spectrometry. Another advantage of ILs is that they provide an interesting medium for catalytic reactions. Studies on the influence of the IL on the catalytic performance in homogeneous catalysis have highlighted the crucial importance of the physical-chemical parameters of ILs, in particular the viscosity, for which a term must be included in the kinetic rate law. Using these findings, a thorough investigation of the effect of the NP size on catalytic activity and selectivity in hydrogenation in ILs was undertaken, confirming the importance of controlling NP size for catalytic applications.

Cette thèse porte sur l’éco-extraction et l’encapsulation de pigments naturels pour une exploitation et application dans les industries alimentaire, cosmétique et pharmaceutique. Dans ce but, l'extraction assistée par micro-ondes (MAE) ou par ultrasons (UAE) et celle par liquides ioniques (LI) ont été évaluées pour l'extraction de caroténoïdes et d'anthocyanes de plantes vietnamiennes. Les résultats obtenus montrent que le MAE a été un système permettant d'accélérer et d'améliorer tous les types d'extraction testés alors que les ultrasons se sont montrés particulièrement efficaces lorsque les pigments étaient présents à la surface des tissus végétaux. Cependant, l’UAE améliore également les résultats par rapport à des extractions sans assistance. Les LI classiques ne sont pas adaptés pour l’extraction des pigments caroténoïdes et anthocyaniques qui sont généralement non volatils et thermosensibles car il n'a pas été possible de séparer les pigments extraits des LI dans des conditions douces. Pour remédier à ce problème, des LI réversibles ont été évalués. Le DBU/ 1-hexanol était efficace pour extraire les caroténoïdes relativement accessibles, mais, en raison d'une viscosité élevée, il perdait son efficacité pour d'autres tissus. La deuxième partie de cette thèse concerne l’encapsulation d’anthocyanes d’hibiscus dans des levures. Nous avons d’abord travaillé avec des levures entières. Les résultats ont montré que les cellules de levure étaient un bon matériau pour l'encapsulation des anthocyanes. Cependant, pour les levures non désactivées, les enzymes ont provoqué une perte indésirable de couleur des anthocyanines pendant le stockage. Les microparticules de levures traitées thermiquement ont montré un effet protecteur élevé pendant le stockage. Puis, comme les anthocyanes étaient majoritairement encapsulées dans le réseau pariétal des levures, nous avons utilisé les écorces de levures séparées du reste des cellules. Les microparticules des écorces de levure ont apporté une bonne protection pour les anthocyanes contre l'humidité, la chaleur et la lumière. En comparant avec les microparticules de maltodextrine, celles des écorces de levure étaient plus stables dans des conditions d'humidité élevée. En général, les microparticules de levure ont montré une capacité à protéger les anthocyanes et à garder la couleur rouge de la poudre d’anthocyanes encapsulées. Ces résultats montrent que la poudre d’anthocyanes encapsulées dans des levures ou écorces de levure a un avenir prometteur pour être appliquée dans les industries alimentaire, cosmétique et pharmaceutique. / This thesis deals with extraction processes using assistance technologies or green solvents and encapsulation systems of natural pigments in order to exploit and apply them in the food, cosmetic and pharmaceutical industries. In this goal, microwave-assisted extraction (MAE), ultrasonic-assisted extraction (UAE) and Ionic liquids (IL) were evaluated for the extraction of carotenoids and anthocyanins from Vietnamese plants. The results obtained show that the MAE was always a rapid and helpful system for all types of extraction tested whereas ultrasounds were particularly efficient when pigments are present on the surface of plant tissues. However, UAE was also improving results compared to conditions without assistance. Traditional IL are not suitable for the extraction of carotenoid and anthocyanin pigments that are generally non-volatile and heat-sensitive because it has not been possible to separate pigments extracted from IL under mild conditions. Therefore switchable IL were evaluated. DBU/ 1-hexanol was efficient to extract carotenoids that were relatively accessible, but, due to its high viscosity, it lost efficacy for other tissues. The second part of this thesis concerns the encapsulation of Hibiscus anthocyanins in yeasts. We have first worked with whole yeast cells. The results showed that yeast cells were a good material for the encapsulation of anthocyanins. However, yeast enzymes caused undesirable colour loss of anthocyanin during storage. Microparticles of heat-treated yeasts showed a high protective effect during storage. Then, as it was interesting to keep the pigments in the cell wall and deactivate the yeast enzymes, we used yeast hulls. Yeast hull particles brought a good protection to anthocyanins against moisture, heat and light. In comparison with maltodextrin microparticles, yeast hull ones were more stable in high humidity. In general, yeast microparticles have shown an ability to protect anthocyanins and to keep the red color of encapsulated anthocyanin powder. These results show that yeast encapsulated anthocyanins powder has a promising future to be applied in the food, cosmetic and pharmaceutical industries.

La réaction de cyclisation de type Wacker, de composés polyols et aminopolyols insaturés constitue un outil puissant et efficace pour la synthèse d’hétérocycles oxygénés ou azotés.Dans ce travail de thèse, nous proposons l’étude d’une réaction catalysée par un complexe de palladium(II) de type domino-cyclisation, mettant en jeu une réaction de couplage. Cette séquence catalytique revient à une fonctionnalisation d’un hétérocycle par une chaîne latérale, tout en créant deux centres stéréogènes en une seule étape. L’influence de la nature des réactifs mis en jeu, ainsi que des conditions expérimentales sur l’activité et la diastéréosélectivité de la réaction sont discutées. Les applications vers la synthèse de produits naturels (anisomycine) ou d’analogues (varitriol) sont présentées.La réaction d’oxycarbonylation catalysée par un complexes de palladium(II) est une transformation intéressante de polyols insaturés en lactones bicycliques, présentant un motif de type tétrahydrofurane avec une excellente stéréosélectivité-cis. Le premier exemple de réaction d’oxycarbonylation catalysée par des complexes de palladium chiraux dans les liquides ioniques est décrit. Une étude approfondie de la nature des ligands démontre que les bis(oxazolines) chirales constituent les meilleurs ligands du palladium pour la cyclisation du pent-4-ène-1,3-diol racémique 69a. Le dédoublement cinétique du composé 69a sous atmosphère de monoxyde de carbone, en présence d’un complexe chiral de palladium(II) et de p-benzoquinone employant l’acide acétique ou le liquide ionique [bmim]NTf2 comme solvant, a permis d’isoler le 2,6-dioxabicyclo-[3.3.0]octane-3-ones avec jusqu’à 57% d’excès énantiomérique pour l’énantiomèrede configuration (R,R)-70a, et jusqu’à 80% d’excès énantiomérique pour l’énantiomèrede configuration (S,S)-70a. / Intramolecular Wacker-type cyclization of unsaturated polyols and aminopolyols represents a powerful method in the synthesis of oxygen- or nitrogen-containing heterocycles. The thesis offers an insight into the systematic study of domino intramolecular palladium(II)-catalyzed cyclization and coupling reaction allowing the implementation of side chains into heterocyclic skeletons along with the formation of two stereocenters in a single step. Different types of coupling partners and reaction conditions were examined, the influence of substrate substituents on diastereoselectivity is discussed. The applications in the synthesis of naturally occuring compounds or their analogs are outlined (anisomycin, varitriol). Palladium(II)-catalyzed oxycarbonylation represents an interesting transformation of unsaturated polyols into bicyclic lactones with tetrahydrofuran structural motif with excellent cis-stereoselectivity. The first example of the use of ionic liquids as reaction media in the asymmetric Pd(II)-catalyzed oxycarbonylation is described. Based on a ligand screening, the chiral bis(oxazoline)-type ligands were successfully used in the Pd(II)-promoted bicyclisationof racemic pent-4-ene-1,3-diol (±)-69a. The kinetic resolution of (±)-69a in the presenceof chiral catalyst and p-benzoquinone under carbon monoxide atmosphere using acetic acid and/or ionic liquid as solvent afforded enantioenriched 2,6-dioxabicyclo[3.3.0]octane-3-ones(R,R)-70a (57% ee) and (S,S)-70a (80% ee), respectively.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont porté sur la réalisation de polymères conducteurs de type polyaniline et de leurs composites associés à du graphène en vue d’une utilisation en tant que matériaux d’électrodes dans des dispositifs de stockage d’énergie de type supercondensateurs. Les travaux se sont tout d’abord orientés sur la synthèse de nouveaux liquides ioniques protiques (LIP) associant des cations pyrrolidinium (Pyrr+) et imidazolium (Imi+) avec des anions p-toluène sulfonate (PTS-), hydrogénosulfate (HSO4-) ou (+)-camphre-10-sulfonate (Cs-), et de l’étude de leur propriétés physico-chimiques (conductivité, viscosité) dans des mélanges binaires LIP/eau. Après avoir déterminé les formulations permettant d’atteindre les propriétés de transport optimales, les capacitances spécifiques de la Pani/HCl dans ces milieux LIP ont été déterminées et nous avons montré que les performances de dispositifs symétriques sont améliorées en capacitance, énergie et en puissance (400 F/g, 7 Wh.kg-1 et 4 kW.kg-1 pour les valeurs les plus élevées) par rapport à un milieu H2SO4 1M. Ces milieux LIP ont également été utilisés comme milieu de synthèse de la Pani. Nous avons ainsi montré que la nature des LIP, qui sont des milieux nanostructurants, pouvait modifier les propriétés électroniques, morphologiques et thermiques des Pani. Un optimum de conductivité électronique de la Pani (22 S/cm) a été atteint avec une synthèse réalisée dans le mélange binaire [Imi][HSO4]/eau 70/30 (pourcentage massique) générant une morphologie fibrillaire et une bonne cyclabilité (93% de rétention de capacitance sur 1000 cycles dans H2SO4 1M. Des valeurs de près de 400 F/g ont été obtenues dans le mélange [Pyrr][HSO4]/eau 41/59 optimisé. Dans le cas de la synthèse de la Pani réalisée dans [Pyrr][PTS]/eau, un gain en stabilité thermique (360°C) est obtenu grâce au dopage par l’anion PTS-. Finalement, une étude exploratoire sur la préparation de composites Pani/graphène et Pani/oxyde de graphène a été réalisée. Les synthèses des nanocomposites ont été effectuées dans les mélanges LIP/eau. L’optimisation de la composition du composite a été étudiée et indique que des rapports massiques de graphène ou oxyde de graphène d’environ 15% permettent d’atteindre des performances de stockage prometteuses et exaltées par rapport à celles obtenues pour des Pani sans graphène. / The work carried out during this PhD thesis is based on the preparation of conducting polymers such as polyaniline (Pani) and their composites associated with graphene for use as electrode materials for supercapacitors application. This work was first dedicated to the synthesis of new protic ionic liquids (PILs) combining pyrrolidinium (Pyrr+) or imidazolium (Imi+) cations with p-toluene sulfonate (PTS-), hydrogen sulfate (HSO4-) or (+)-camphor-10-sulfonate (Cs-) anion, and the study of their physico-chemicals properties (conductivity, viscosity) in binary mixtures PILs/water. After determining the formulations needed to achieve the optimum of transport properties, the specific capacitance of Pani/HCl in these PILs medium was determined, and we have shown that the performance of symmetrical devices are improved in capacitance, specific energy and specific power (400F/g, 7Wh/kg and 4kW/kg for the higher values) in comparison to those obtained in a H2SO4 1M medium. These PILs mediums were also used as a synthesis medium of Pani. We have shown that the nature of PILs, acting as soft template, could change the electronic, morphological and thermal properties of Pani. An optimum of electronic conductivity of Pani (22 S/cm) was obtained with a synthesis realized in the binary mixture [Imi][HSO4]/water 70/30 generating a fibrillar morphology and a good cyclability (93% capacitance retention over 1000 cycles in H2SO4 1M at 2 A/g). For Pani synthesis in [Pyrr][PTS]/water, a thermal stability gain (360 °C) is obtained thanks to a PTS- doped Pani. Finally, a preliminary study on the preparation of composite Pani/graphene and Pani/graphene oxide was performed. The syntheses of nanocomposites were realized in PILs/water mixtures. The optimization of the composition of the Pani nanocomposites was studied and it was found that a mass ratio of about 15% in weight of graphene or graphene oxide enables to obtain promising nanomaterials with higher electrochemical performances compared with pristine Pani.

Ces travaux abordent, d'une part l'étude de la coordination du cuivre(II) et nickel(II) avec un ligand heptadenté tripode, et d'autre part la synthèse et la caractérisation de liquides ioniques dérivés de la bétaïne.Tout d'abord, le ligand heptadenté, le tris[(L)-alanyl-2-carboxamidoéthyl]amine (H3trenala), a été synthétisé sous forme de sel de chlorure ; ses constantes de protonation ainsi que les constantes de stabilité des complexes de Cu(II) et de Ni(II) ont été déterminées par potentiométrie. Des espèces complexes mononucléaires dans lesquels le ligand est protonné ([Cu(H5trenala)]4+, [M(H4trenala)]3+), neutre ([M(H3trenala)]2+) ou déprotonné ([M(H2trenala)]+, [M(Htrenala)]) (M = Cu2+ ou Ni2+) ont été mises en évidence. Seul le Cu(II) donne des espèces dinucléaires dans lesquels le ligand est uniquement déprotonné ([Cu2(H2trenala)]2+, [Cu2(Htrenala)]2+, [Cu2(trenala)]+, [Cu2(trenala)(OH)]). A l'état solide, deux complexes dinucléaires de cuivre(II) ont pu être isolés et caractérisés (IR, UV-Vis, masse électrospray, ATG). L'étude des propriétés catalytiques de ces deux complexes montre une faible activité vis-à-vis de la réaction d'oxydation du catéchol.La seconde partie de ce travail présente la synthèse de liquides ioniques constitués par des synthons cationiques dérivés d'ester de glycine-bétaïne {trialkyl(2-éthoxy-2-oxoéthyl)ammonium (alkyl = éthyl, n-propyl et n-butyl), N-(1-méthylpyrrolidyl-2-éthoxy-2oxoéthyl)ammonium} et des anions inorganiques {bis(trifluorosulfonyl)imide (NTf2-), dicyanamide (Dca-), tétrafluoroborate (BF4-)}. Les influences de la longueur de la chaîne alkyle portée par l'atome d'azote ammonium et de la nature de l'anion associé sur les propriétés physicochimiques telles que la densité, les températures de fusion, de transition vitreuse et de décomposition, la viscosité et les fenêtres électrochimiques, ont été déterminées. De plus, des sels fondus ont pu être générés à partir de ces cations organiques associés aux anions tetrafluoroborate, dicyanamide, hexafluorophosphate (PF6-) et perchlorate (ClO4-), et leurs propriétés physicochimiques ainsi que leurs structures cristallines ont été déterminées.Ensuite, les liquides ioniques hydrophobes sont utilisés pour l'extraction des cations métalliques [Cu(II), Ni(II), Cd(II) et Pb(II)] en phase aqueuse. Cette étude montre que les rendements d'extraction d'ions métalliques, déterminés par mesure de la concentration résiduelle en métal en phase aqueuse, dépendent de la longueur de la chaîne alkyle portée par l'atome d'azote ammonium et des propriétés chélatantes de l'anion. Les rendements les plus élevés ont été obtenus avec les liquides ioniques dont l'anion possède des propriétés chélatantes. L'étude du transfert du métal montre qu'il est dépendant de l'hydrophobicité du synthon cationique. Une augmentation de l'hydrophobicité du synthon cationique conduit à une augmentation du rendement d'extraction, tout en limitant l'échange ionique et en privilégiant une extraction par paires d'ions. Enfin, l'électrodéposition en phase liquide ionique et la désextraction liquide-liquide des ions métalliques ont été étudiées. / This work deals with copper(II) and nickel(II) complexation of a polydentate tripodal ligand and with, on a second part, the synthesis and characterization of ionic liquids derived from betaine and their use in liquid-liquid extraction.On the first part, a heptadentate ligand, tris[(L)-alanyl-2-carboxamidoethyl]amine (H3trenala), has been synthesized as its tetrahydrochloride salt; its protonation constants and the stability constants of the copper(II) and nickel(II) chelates have been determined by potentiometry. Mononuclear species with protonated, neutral, or deprotonated forms of the ligand, [Cu(H5trenala)]4+, [M(H4trenala)]3+, [M(H3trenala)]2+, [M(H2trenala)]+, and [M(Htrenala)] (M=Cu2+ and Ni2+) have been detected in all cases, while only Cu2+ gives dinuclear [Cu2(H2trenala)]2+, [Cu2(Htrenala)]2+, [Cu2(trenala)]+, and [Cu2(trenala)(OH)] species. Two dinuclear copper(II) complexes have been prepared and characterized by spectroscopic techniques (IR, UV-Vis, mass electro-spray) and thermogravimetric analysis. These two dinuclear copper(II) complexes have revealed weak catalytic activity in catechol oxidation.On the second part, a series of salts based on ethyl ester betaine derivatives[trialkyl(2-ethoxy-2-oxoethyl)ammonium or N-(1-methylpyrrolidyl-2-ethoxy-2-oxoethyl)ammonium cations] with alkyl chains [ethyl, n-propyl and n-butyl] have been synthesized. These cations generate hydrophobic ionic liquids with bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, tetrafluoroborate or dicyanamide anions. The influence of the alkyl chain length and the chemical nature of the counteranion on physicochemical properties such as density, melting point, glass transition and decomposition temperatures, viscosity, and electrochemical window have been investigated. In addition, molten salts have been generated from these organic cations with hexafluorophosphate, perchlorate, tetrafluoroborate or dicyanamide anions. Their physicochemical properties and crystal structure have been investigated.The extraction of the different metal cations (Cu2+, Ni2+, Cd2+ and Pb2+) in aqueous solution by hydrophobic ionic liquids synthesized was performed. The extraction yields, determined by the measurements of the residual metal concentration in aqueous solution, depend not only the length of the alkyl chain of the ammonium but also on the nature of the associated anion. The most promising results are obtained with ILs whose anion has a chelating ability. The mechanism of metal transfer has been studied and was related to the hydrophobicity of the cationic synthon. Increasing the hydrophobicity of the cationic synthon leads to an increase of extraction yield, thus limiting the ion exchange and promoting ion pairing extraction. Electrodeposition in ionic liquid phase and liquid-liquid desextraction of metallic ions have also been investigated.

L'exfoliation en phase liquide du graphite est l'une des méthodes les plus prometteuses pour augmenter la production et la disponibilité commerciale du graphène. Le processus d'exfoliation peut être décrit, de manière conceptuelle, en quatre étapes: le contact du graphite avec le liquide, l'intercalation du solvant entre les feuillets de graphène, la dispersion du matériau à deux dimension et sa stabilisation en phase liquide. Comme les liquides ioniques peuvent être facilement obtenus avec différentes structures moléculaires et donc des propriétés physicochimiques modulables, ils ont été utilisés dans cette thèse comme milieux liquides pour l'exfoliation du graphite. Notre objectif est d'optimiser l'exfoliation du graphite à travers la compréhension des mécanismes moléculaires et des interactions impliquées dans chaque étape du processus. Les énergies interfaciale graphite-liquide ont été calculées à partir de tensions de surface et d'angles de contact mesurées entre des liquides ioniques et du graphite pour déterminer l'affinité de différents liquides à la surface du graphite. Afin d'étudier cette interface liquide - solide, des simulations en dynamique moléculaire ont été menées pour analyser l'organisation des liquides ioniques à la surface du graphite. De même, l'énergie libre nécessaire pour créer des cavités au sein du liquide ionique a été calculée.Des simulations moléculaires ont également été réalisées pour modéliser l'exfoliation d'un feuillet de graphène à partir de graphite en apportant une vue microscopique de l'intercalation des molécules de solvant. L'énergie nécessaire à l'exfoliation a pu être calculée en présence de différents liquides. Des composés polyaromatiques ont été considérés comme des modèles pour le graphène car ils peuvent être facilement obtenus purs, sans variabilité de structure, défauts ou groupes fonctionnels non contrôlés. Les enthalpies de dissolution du naphtalène, anthracène et pyrène dans différents liquides ioniques ont été mesurées par calorimétrie en solution et liées à leur solubilité. L'organisation des ions autour de ces composés modèles a été étudiée par simulation moléculaire et spectroscopie Infra-Rouge.Après l'exfoliation, les échantillons de graphène en suspension dans différents liquides ioniques ont été caractérisés expérimentalement en termes de taille de feuillets (microscopie électronique à transmission et microscopie à force atomique), nombre de couches de graphène (microscopie à force atomique, spectroscopie Raman), concentration totale (spectroscopie UV-visible) et pureté du matériau exfolié (spectroscopie de photoélectrons~X). Vingt liquides ioniques différents à base de cations imidazolium, pyrrolidinium et ammonium et d'anions bis (trifluorométhylsulfonyl)imide, triflate, dicyanamide, tricyanométhanide et méthylsulfate ont été testés. Les interactions moléculaires permettant d'établir de règles de conception pour les liquides ioniques capables d'exfolier les matériaux carbonés ont été identifiées. Le cation pyrrolidinium a montré des résultats prometteurs dans toutes les étapes du processus d'exfoliation, par rapport au cation imidazolium ou ammonium. La sélection d'un grand anion flexible a réduit l'énergie interfaciale avec le graphite, dispersé les nanocarbones en augmentant l'entropie du système et stabilisé le graphite exfolié en plus grande quantité. Un petit anion tel que le triflate semble être favorable à l'obtention de graphène, même si la taille des couches et leur quantité sont réduites. Un liquide ionique ayant une partie apolaire importante facilitera l'insertion et la dispersion du nanomatériau de carbone. Pour la stabilisation du graphite, les interactions alkyle-π et π- π sont décisives. / The liquid-phase exfoliation of graphite is one of the most promising methods to increase production and commercial availability of graphene. The exfoliation process can be conceptually described in four steps: the contact of the graphite with liquid, the intercalation of the solvent between layers, the dispersion of the two dimensional material, and its stabilization in the liquid-phase. Because ionic liquids can be easily obtained with chosen molecular structures and tunable physicochemical properties, they were used in this study as liquid media for the exfoliation of graphite. Our aim is to optimize the exfoliation of graphite through the understanding of the molecular mechanisms and of the interactions involved in each step of the process.The liquid-graphite interfacial energies from measured surface tensions and contact angles, between ionic liquids and pristine graphite surface, were used to determine the affinity of different liquids at the surface of graphite. In order to investigate this interface, molecular dynamics simulations were conducted to analyse the ordering of ionic liquids at the surface of graphite. The free energies necessary to create cavities inside the bulk ionic liquid have also been studied.Molecular simulations were also used to study the exfoliation of one graphene layer from a stack of graphite and hence provide a microscopic view of the intercalation of solvent molecules. The energies involved in the process have been calculated.Polyaromatic compounds were regarded as models for graphene as they can be easily obtained pure, without structure variability, defects or uncontrolled functional groups. Enthalpies of dissolution of polyaromatic hydrocarbons (naphthalene, anthracene and pyrene) in different ionic liquids were measured by solution calorimetry and related with their solubility. The ordering of the ions around this model compounds were studied by molecular simulation and spectroscopy Infra-Red.After exfoliation, samples of suspended graphene in different ionic liquids have been characterized experimentally in terms of flake size (using transmission electron microscopy and atomic force microscopy), number of layers (atomic force microscopy, spectroscopy Raman), total concentration (UV-visible spectroscopy) and purity of the exfoliated material (X-ray photoelectron spectrometry).Twenty different ionic liquids based on imidazolium, pyrrolidinium and ammonium cations and on bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, triflate, dicyanamide, tricyanomethanide, and methyl sulfate have been tested. The molecular interactions have been identified thus allowing the establishment of design rules for ionic liquids capable of exfoliating carbon materials. The pyrrolidinium cation has shown promising results in all the steps of exfoliation process, compared to the imidazolium or ammonium cation. Selecting a large and flexible anion reduced the interfacial energy with graphite, dispersed the nanocarbons by increasing the entropy of the system and stabilized the exfoliated graphite in larger quantity. A small anion such as triflate appears to be favorable for obtaining graphene, whereas the size of the layers and their quantity is reduced. An ionic liquid having an important apolar portion will facilitate the insertion and dispersion of graphene layers. For the stabilization of graphite, the alkyl-π et π -π interactions are decisive.

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

Les déshydrogénases sont faiblement actives en présence de fortes concentrations (> 50 % (v/v)) de liquides ioniques (LIs) miscible à l’eau et les raisons précises de cette inactivation ne sont pas connues. La structure de la formiate déshydrogénase de Candida boidinii (FDH) en présence de ces LIs miscibles à l’eau a été étudiée par atténuation de fluorescence par de l’iode ou de l’acrylamide. Une concentration critique, la CILc ("Critical Ionic Liquid concentration"), au dessus de laquelle la fluorescence n’est pas exploitable, est déterminée. Elle se situe entre 30 et 40 % (v/v) des LIs de cette étude. Les LIs s’avèrent être de forts agents dénaturants : les constantes d’atténuation de fluorescence en présence de LI sont de 1,4 à 2 fois plus importantes qu’en présence d’urée. La FDH a été modifiée chimiquement par des cations analogues aux cations des LIs afin de la préserver de l’interaction avec les LIs. Les enzymes modifiées par des cations de plus petite taille présentent une importante activité résiduelle (30-45%) en présence de 70% (v/v) de LI tandis que l’enzyme sauvage est inactive. En présence de 30% (v/v) de LI, l’efficacité catalytique (kcat/KM) des enzymes modifiées augmente de 1,3 à 3,6 fois et la constante de Michaelis (KM) diminue de 1,7 à 4,6 fois suivant le cation utilisé. Selon la taille du cation greffé, le temps de demi-vie des enzymes modifiées augmente de 3 à 5 fois en solution tamponnée. Enfin, la structure des enzymes modifiées est préservée en présence de 40% (v/v) de LI tandis que l’enzyme native commence à se dénaturer. La technique d’évolution dirigée a également été utilisée. A ce jour, 987 mutants ont été criblés. Un mutant (M60) présente une activité résiduelle de 35% à 70% (v/v) de LI tandis que l’enzyme sauvage est inactive. Ce dernier porte deux mutations, N187S et T321S, situées à la surface de la structure protéique. En présence de 30 % (v/v) de LI, le mutant 60 fixe les substrats avec des valeurs de de KMNAD et de KDN3 (N3 est l’azide, un inhibiteur compétitif du formiate) 2 fois plus faibles que celles de l’enzyme sauvage. / The dehydrogenases are weakly active in the presence of high concentration (> 50% (v/v)) of water-miscible ionic liquids (ILs) and the mechanism of enzyme inactivation in ILs is not fully understood. The structure of the formate dehydrogenase Candida boidinii (FDH) in ILs has been studied by quenching of fluorescence experiments in the presence of iodide or acrylamide. A critical concentration, the CILc (“Critical Ionic liquid concentration"), is defined as the concentration of IL above which the fluorescence is not relevant. In this work, the CILc is comprised between 30 and 40 % (v/v) of the ILs. The ILs have revealed to be denaturing agents which increase the quenching of fluorescence efficiency by 1.4 to 2 times more than in urea. The FDH is chemically modified by analogous cations found in ILs in order to preserve the biocatalyst from the direct interaction with ILs. The enzymes modified by the smaller cations shown 30 45% residual activity at 70% (v/v) of ILs while the native enzyme is fully inactive. In the presence of 30% (v/v) of ILs, the kinetic efficiency (kcat/KM) of the grafted enzymes is improved by a 1.3-3.6 fold factor and the constant of Michaelis (KM) is reduced by a 1.7-4.6 fold factor depending on the grafted cations. In aqueous solution, the half-lives of modified enzymes are 3 to 5 fold higher than the native FDH depending on the size of the cation grafted. Finally, the structure of the grafted enzymes is somehow maintained in the presence of 40% (v/v) of ILs while the native FDH begins to unfold. We also used directed evolution to improve the FDH activity in the presence of ILs. At this stage, 987 mutants have been screened and one mutant (M60) shows 35% of residual activity at 70% (v/v) of ILs. In the presence of 30% (v/v) of ILs, the mutant binds the substrates in a greater extent than the native FDH, the values of KMNAD and the KDN3 (N3 is the azide, a competitive inhibitor of formate) are reduced by a 2 fold factor by comparison to the native enzyme.

Les systèmes bioélectroniques tels que les biopiles enzymatiques nécessitant souvent l'utilisation des assemblages moléculaires complexes comprenant le cofacteur de l'enzyme, des agents de couplage et des médiateurs électrochimiques. Afin de les simplifier, nous avons remplacé ces différents partenaires par 13 analogues simples à synthétiser après identification par criblage in silico. Le noyau aromatique est couplé à un noyau aromatique et puis un médiateur électrochimique est couplé à celui-ci. Les produits sont des poudres de couleurs variées (rose, rouge). Le rendement de la première étape est de 83% avec une pureté d'environ 92%. Le rendement de la seconde étape est compris entre 45% et 65% avec une pureté de 97%. Ces analogues ont été caractérisés chimiquement (RMN, spectrométrie de masse) et électrochimiquement (voltammétrie cyclique et spectroélectrochimie). Les activités de deux enzymes, la formiate déshydrogénase (FDH) et l'alcool déshydrogénase de foie de cheval (HLADH), et d'un catalyseur organométallique, le [Cp*Rh(bpy)(H2O)]2+, ont été évaluées avec ces analogues. De faibles activités ont été observées en présence de l'HLADH avec 4 analogues et en présence de la FDH avec un seul analogue. Au contraire aux enzymes, la réduction d'un médiateur a pu été confirmée en présence du catalyseur [Cp*Rh(bpy)(H2O)]2+ par voltammétrie cyclique. La FDH native n'est pas adaptée à fonctionner avec ces nouveaux substrats solubles dans un LI, le [MMIm][Me2PO4]. Une FDH tolérante (N187S/T321S) au [MMIm][Me2PO4] précédemment obtenue par évolution dirigée a été donc étudiée en isolant les simples mutants N187S et T321S. Le double mutant N187S/T321S et le simple mutant N187S sont 4 fois plus actifs en solution aqueuse et en présence de LI. Des analyses par spectroscopie de fluorescence ont montré que la simple mutation N187S favorise la stabilité du dimère de FDH en modifiant le pKa de l'acide aminé E163. Celui-ci est impliqué dans la thermostabilité et la tolérance des FDHs aux LIs / Bioelectrical systems, such as enzymatic biofuel cells, often require a molecular construction complex comprising the enzyme cofactor, intermediary molecules and electrochemical mediators. In order to simplify them, we have replaced these different partners by 13 analogs that are simple to synthesize after identification by screening in silico. The nicotinamide ring is coupled to an aromatic moiety and an electrochemical mediator is then coupled to it as well, resulting in various colored powders (pink, red). The first step' s yield is around 83% with a purity of approximately 92%. The second step's yield is comprised between 45% and 65% with a purity of 97%. The analogs were characterized chemically (NMR, mass spectrometry) and electrochemically (cyclic voltammetry, spectroelectrochemistry). The activities of two enzymes, the formate dehydrogenase (FDH) and the horse liver alcohol dehydrogenase (HLADH), and an organometallic catalyst, [Cp*Rh(bpy)H2O]2+, were evaluated with these analogs. Weak activities were observed for 4 analogs using the HLADH and 1 analog using the FDH. Unlike the enzymes, the reduction of a conjugated mediator was confirmed with the catalyst [Cp*Rh(bpy)H2O]2+ using cyclic voltammetry. The wild type FDH is not adapted to function with these new substrates, which can be solubilized in an IL such as [MMIm][Me2PO4]. An FDH (N187S/T321S) shown to be tolerant to [MMIm][Me2PO4], and obtained previously by directed evolution, was studied by isolating the two single mutants, N187S and T321S. The double mutant N187S/T321S and the mutant N187S are 4 times more active in aqueous solution and in [MMIm][Me2PO4]. Fluorescence spectroscopy analyses showed that the single mutation N187S favorises FDH dimer stability by modifying the pKa of the amino acid E163. The latter is involved in FDH thermal stability and tolerance in ILs