Les nanoparticules seront sans doute les outils diagnostiques et thérapeutiques de demain. Si ellessont magnétiques, elles sont promises à des applications telles que le renforcement du contraste enIRM, la thermothérapie et la libération contrôlée de médicaments. Les nanomatériaux La1-xSrxMnO3ont été sélectionnés car leur température de Curie (TC) peut être ajustée dans la gamme detempérature thérapeutique. Des particules calibrées en taille et désagrégées ont été élaborées par leprocédé glycine-nitrate (GNP). Les caractérisations chimiques et structurales ont permis de mieuxcomprendre les résultats contradictoires de la littérature concernant la soi-disant dépendance de TCavec la taille des nanoparticules. L'adaptabilité de ces nanoparticules pour des applications enhyperthermie ou en IRM a été confirmée. Enfin, la capacité des nanoparticules à s'échauffer a étéutilisée pour réticuler autour d'elles une couronne de macromolécules thermosensibles selon leconcept nouveau de chimie localement stimulée.

Ce travail porte sur le développement de nanovecteurs magnétiques à base de nanoparticules, destinés à des applications biomédicales in vivo. Les études se sont dirigées vers l'optimisation du couplage de macromolécules de dextran et de dérivés de polyoxyde d'éthylène à la surface des nanoparticules magnétiques afin de les rendre biocompatibles. Des nanoparticules de maghémite, préalablement synthétisées, ont été<br />modifiées en surface par des agents de couplage silaniques organofonctionnels suivi du greffage covalent des macromolécules. Les nanovecteurs, ont ensuite été marqués par des sondes fluorescentes pour réaliser des<br />tests in vitro de double marquage (IRM, fluorescence) de microglies humaines (HEMC5).

Dans le cadre du programme français de stockage des déchets radioactifs, mis en place suite à la loi du 30 décembre 1991, un dispositif multi-barrières est envisagé. Les déchets seraient inclus dans des surconteneurs métalliques, eux-mêmes déposés dans une barrière ouvragée en argile. Comme ces surconteneurs pourraient être en acier non allié, il est important de connaître le comportement en corrosion de ce matériau dans les sols pour des périodes de plusieurs centaines d'années. Pour ce faire, il est nécessaire de consolider les données empiriques par une approche phénoménologique. Celle-ci comprend des expérimentations de simulation en laboratoire et une modélisation des phénomènes qui se doivent d'être validées et complétées par l'étude d'objets archéologiques servant d'analogue. Ceci a été l'objectif de ce travail de thèse. Dans ce but, un protocole d'analyse a été mis au point : une quarantaine d'objets prélevés en mottes et provenant de cinq sites datés (2ème-16ème siècle) ont été étudiés sur coupe transversale afin d'observer sur le même échantillon l'ensemble du système matériau/produits de corrosion/milieu. Les produits de corrosion sont subdivisés en deux domaines : les Couches de Produits Denses de corrosion (CPD) en contact avec le métal, et le Milieu Transformé (MT) qui sont les produits de corrosion formés autour des minéraux du milieu (grains de quartz…). Le substrat métallique a été étudié par les méthodes classiques d'analyse des matériaux (microscope optique et électronique, spectroscopies dispersive en énergie et en longueur d'onde). Il a été vérifié que les substrats métalliques, malgré leur hétérogénéité de structure et de composition sont des aciers hypoeutectoïdes pouvant contenir jusqu'à 0,5 %mas de phosphore. Les produits de corrosion ont fait l'objet d'analyses structurales locales telles que la microdiffraction sous rayonnement synchrotron et la microspectroscopie Raman. Ces deux techniques utilisées de manière complémentaire, ainsi que la mise en œuvre d'analyses de composition élémentaires ont conduit à la caractérisation de faciès de corrosion. Sur la majorité des objets provenant de quatre sites, les CPD sont principalement composées de goethite marbrée de liserés de magnétite/maghémite. Sur les objets du cinquième site, un faciès particulier de corrosion a été caractérisé. Ce faciès, présentant notamment de la sidérite, est dû à un environnement d'enfouissement particulier : sol détrempé contenant du bois. Sur l'ensemble des échantillons, les analyses du MT montrent que celui-ci est composé de goethite moins bien cristallisée que celle formant les CPD. De plus, la teneur moyenne élémentaire en fer dans cette zone décroît progressivement du métal vers le sol, dans lequel elle se stabilise. Afin de cerner le comportement des phases identifiées en milieu aqueux, des calculs thermodynamiques ont été mis en œuvre pour déterminer leur solubilité en fonction du pH, du potentiel et de différentes compositions en eau. Une première conclusion de ce travail concerne l'influence de la composition et de la structure du matériau qui n'est pas prépondérante sur le comportement en corrosion. A partir de l'ensemble des résultats, des hypothèses ont pu être formulées sur les mécanismes de corrosion à long terme des aciers hypoeutectoïdes dans les milieux étudiés. Elles mettent en évidence le rôle des fissures dans les transports d'espèces ioniques dans les produits de corrosion. De plus, ces produits de corrosion subissent une dissolution puis une reprécipitation dans le milieu environnant ce qui entraîne le décroissance de la teneur moyenne en fer observée dans le MT. Enfin, à l'aide de ces données, des vitesses moyennes de corrosion ont été évaluées : elles sont au maximum de 4 µm/an sur l'ensemble du corpus.

L’objectif de ce travail a été de procéder au design de nouvelles structures hyperramifiées en procédant à la synthèse de polymères à base de glycidol utilisables dans l’élaboration de copolymères biodégradables, de macromonomères fonctionnels et de nanocomposites magnétiques biocompatibles. Une première partie de ces travaux s’est intéressée, à la synthèse de macromonomères hyperramifiés amorcés par l’hydroxyéthyle méthacrylate (HEMA), l’hydroxyéthyle acrylate (HEA) et le polyéthylène glycol méthacrylate (PEGMA), par polymérisation anionique, anionique coordinée ou cationique du glycidol. La synthèse de macromonomères poly(ε-caprolactone) en présence de différents systèmes catalytiques et amorceurs a également été investiguée. Cette partie se termine par la synthèse de dendrigrafts issus de la polymérisation de ces macromonomères, par voie radicalaire classique ou contrôlée (RAFT/ATRP). La seconde partie de ce travail a été consacrée à la synthèse de copolymères hyperramifiés biocompatibles obtenus par copolymérisation statistique du glycidol en présence d’ε-caprolactone, en vu de l’obtention de copolymères hydrolysables. L’impact de la structure sur les propriétés physico-chimiques des copolymères obtenus a été étudié. Enfin, le caractère biodégradable de ces polymères a été investigué à travers différents tests de dégradation enzymatique. Enfin, ce travail s’est focalisé sur l’élaboration de nanocomposites magnétiques biocompatibles par la synthèse de nanoparticules magnétiques, puis l’immobilisation de polymères linéaires ou hyperramifiés à leur surface selon différentes méthodes de greffage chimique. / The aim of this work was to proceed to the design of new hyperbranched structures through the synthesis of glycidol-based polymers which can be used in the development of biodegradable copolymers, functional macromonomers and biocompatible magnetic nanocomposites. The first part of this work was the synthesis of hyperbranched macromonomer initiated by hydroxyethyl methacrylate (HEMA), hydroxyethyl acrylate (HEA) and polyethylene glycol methacrylate (PEGMA), through the study of the synthesis of polyglycerol (PG) by anionic, anionic coordinated and cationic polymerization of glycidol. Synthesis of poly (ε-caprolactone) macromonomers in the presence of various catalyst systems and initiators was also investigated. This part ends by the synthesis of dendrigrafts derived from the copolymerization of the macromonomers, by free radical polymerization or by controlled radical polymerization. The 2nd part of this work has been devoted to the synthesis of hyperbranched biocompatible copolymers obtained by random copolymerization of glycidol with ε-caprolactone in order to obtain hydrolyzable copolymers. The impact of the structure of the copolymers on their physico-chemical properties was then investigated. The biodegradable behavior of these polymers was then investigated through different enzymatic degradation tests. Finally, this work was focused on the development of biocompatible magnetic nanocomposites by the synthesis of magnetic nanoparticles and the immobilization of linear or hyperbranched polymers on their surface by different chemical grafting methods.

La dispersion de nanoparticules de fer dans des métaux liquides à température ambiante (mercure et gallium) permet d'obtenir un liquide à la fois magnétique et conducteur. Ceci est réalisé par réduction électrochimique de suspensions colloïdales de nanoparticules d'oxyde de fer sur une électrode liquide. Les mécanismes intervenant dans la transformation électrochimique de particules chargées constituées de milliers d'atomes sont mal connus. Nous avons choisi ici de décrire la réactivité de nanoparticules à l'instar d'espèces ioniques électroactives en traitant d'abord l'approche de la particule chargée vis-à-vis d'une surface chargée et ensuite le transfert électronique entre la particule et l'électrode. Il a fallu dans un premier temps comprendre les mécanismes de charge et décharge des particules en fonction des conditions expérimentales de pH, de force ionique et de fraction volumique. Cela a été possible en couplant aux méthodes de titrations chimiques, les méthodes électrocinétiques et en utilisant les outils théoriques adaptés. Ensuite, l'association de la microscopie à champ proche, des techniques optiques (réflectométrie) et des mesures électrochimiques, réalisées sur des substrats métalliques solides de très faible rugosité, nous a permis d'interpréter les résultats obtenus sur électrode liquides (mercure) et d'envisager l'adsorption contrôlée des particules. Enfin, l'étude détaillée des transformations électrochimiques montre que sous certaines conditions, les particules gardent leurs propriétés de taille et de forme après avoir subi la réaction électrochimique justifiant leur utilisation dans la préparation d'un liquide magnétique conducteur.

Depuis quelques décennies, les nanomatériaux et tout particulièrement les nanoparticules d’oxyde de fer (magnétite/maghémite) superparamagnétiques ont connus un intérêt croissant en nano-médecine. Leur biocompatibilité et leurs propriétés magnétiques permettent notamment leur utilisation à des fins de diagnostic (IRM, Imagerie optique et nucléaire…) et de thérapie (Hyperthermie, nano vectorisation…). Au cours de cette thèse, la première étape a consisté à étudier en détails l’influence de plusieurs paramètres de synthèse sur les propriétés finales des nanoparticules d’oxyde de fer magnétique. Cette étude avait pour but de développer et d’optimiser une méthode de synthèse dérivée de la méthode de synthèse classique dite de co-précipitation mais modifiée par ajout de ligand citrates au cours de la synthèse. Des nanoparticules d’oxyde de fer d’une taille pouvant être contrôlée entre 4 et 13 nm recouvertes par une couronne de ligands citrates ont ainsi été synthétisées, celles-ci présentent une aimantation à saturation atteignant jusqu’à 75 emu/g d’oxyde de fer qui est une valeur particulièrement haute pour des nanoparticules de cette taille. Tout au long de ce travail, la caractérisation de ces nanoparticules par un panel étendu de techniques (MET, DRX, Mössbauer, IRTF, XPS, mesures magnétiques, DLS …) à permis notamment d’étudier de façon précise les relations existantes entre la taille, le taux de ligand, la composition et les propriétés magnétiques des nanoparticules synthétisées. Ces nanoparticules fonctionnalisées par des citrates ont ensuite été testées en milieu biologique afin d’évaluer leur internalisation dans les cellules et leur cytotoxicité. Dans un deuxième temps, d’autres travaux ont été menés sur les nanoparticules d’oxyde de fer. Notamment le remplacement des ligands citrates par un polymère bio-inspiré pouvant, selon les fonctions chimiques qui lui sont adjointes, avoir de multiples applications dans le domaine biomédical / From decades now, nanomaterials and especially superparamagnetic iron oxide nanoparticles are studied for their numerous applications in nanomedecine area. The biocompatibility and the magnetic properties of such nano-objects allow their utilization for diagnostic (MRI, optical imagery, PET…) and for therapy application (nanovectorization, hyperthermia…) During this thesis work, the first step was to study the influence of several synthesis parameters on the final properties of the magnetic iron oxide nanoparticles. The aim of this study was the development and the optimization of the widely used way of synthesis by co-precipitation modified by a ligand addition during the growth step of the synthesis. Citrate capped iron oxide nanoparticles with a controlled size between 4 and 13 nm have been synthesized, the saturation magnetization of these nanoparticles reach 75 emu/g of iron oxide, this value is particularly high for nanoparticles of such sizes. During this work, the large panel of characterizations performed on these nanoparticles (TEM, XRD, Mössbauer, FTIR, XPS, DLS, Magnetic measurement) allowed to study precisely the relations between size, ligand ratio, composition and magnetic properties of the synthesized nanoparticles. The interaction between the synthesized citrate capped nanoparticles and biological materials such as human cells have been investigated in-vitro notably to evaluate cells internalization and citotoxicity. In a second step, some additional works have been performed on the citrate capped iron oxide nanoparticles in order to replace the citrate ligand by a bio-inspired polymer (poly-oxazoline). This polymer can have multiple biomedical applications depending of the pendent chemical groups that have been fixed on it

Ce travail de thèse traite de la dynamique ultrarapide de spins et de charges dans des oxydes de fer. Dans un premier temps, on montre à l'aide d'un montage pompe-sonde résolu en temps et exploitant l'effet Faraday magnéto-optique, que le temps de désaimantation dans une assemblée de nanoparticules de maghémite est plus rapide que le temps de désaimantation dans une assemblée de nanoparticules de magnétite. Une superposition des temps de thermalisation des électrons et de désaimantation est observée dans la maghémite. Cette accélération du temps de désaimantation est interprétée comme étant la conséquence d'un renforcement des interactions antiferromagnétiques dans la maghémite. La seconde partie prouve qu'il est possible de caractériser la transition de Verwey dans un film de magnétite grâce à des signaux de dynamique de charges et de spins. La dynamique ultrarapide d'aimantation se caractérise par un mouvement de précession dépendant de la température. D'importantes modifications des oscillations sont visibles de part et d'autre de la température de Verwey, reflétant un changement d'anisotropie caractéristique de cette transition. / This work deals with spins and charges ultrafast dynamics in iron oxide. Thanks to a time-resolved magneto-optical Faraday effect measurements, we show the demagnetization time in an assembly of maghemite nanoparticles is faster than the demagnetization time in an assembly of magnetite nanoparticles. A superposition of thermalization times of electron and demagnetization times is observed in maghemite. This acceleration of the demagnetization time is interpreted as the effect of an enhancement of antiferromagnetic interactions in maghemite. The second part demonstrates the possibility to characterize the Verwey transition in a thin film of magnetite thanks to charges and spins dynamics signals. The ultrafast magnetization dynamic shows a temperature-dependent precession motion. Huge modifications of oscillations are visible on both side of Verwey temperature, reflecting an anisotropy change typical of this transition.

L’auto-assemblage de copolymères à blocs amphiphiles est un outil puissant de la chimie supramoléculaire pour la conception de nano-objets complexes et fonctionnels. Dans ces travaux de thèse, l’étude approfondie d’un copolymère à blocs « hybride » synthétique-b-peptidique poly(triméthylène carbonate)-b-poly(acide glutamique) pour des applications de vectorisation a été menée. Des morphologies vésiculaires, obtenues par auto-assemblage en voie « co-solvant » et présentant une grande stabilité ainsi qu’un caractère stimulable ont été mises en évidence. Une transition inédite en température, par des phénomènes de fusion et de fission, a pu être observée. L’encapsulation dans ces vésicules polymères d’un principe actif anti-tumoral et de nanoparticules magnétiques, à des taux très élevés, permet d’améliorer le contraste en IRM ainsi que de moduler la libération de la molécule par une variation des paramètres environnementaux (pH, T) ou par un effet d’hyperthermie magnétique. / Block copolymer self-assembly is a powerful tool within supramolecular chemistry to design smart and functional nano-objects. In this thesis work, comprehensive study of hybrid poly(trimethylene carbonate)-b-poly(glutamic acid) block copolymers for drug delivery applications has been conducted. Highly stable vesicular morphologies presenting stimuli-responsive behaviour were prepared using a solvent-injection method. In particular, original temperature responsiveness mediated by fusion and fission events has been evidenced. Dual loading of an anticancer drug and superparamagnetic nanoparticles in these vesicles, at very high loading contents, allows enhancing MRI contrast and controlling drug release kinetics by varying environmental conditions (pH, T) or by using a magnetic hyperthermia effect.

L’étude des formations de fer rubané (BIF) permet de comprendre les conditions des océans de et de l’atmosphère terrestres au cours de l’Archéen et du début du Protérozoïque. L’objectif de cette thèse est de fournir une analyse minéralogique et géochimique détaillée de BIFs de deux localités distinctes, séparées par la frontière Archéen-Protérozoïque. Une attention particulière est portée à la minéralogie de leurs carbonates et oxydes de fer. Les BIFs de 2,7 Ga de la formation Manjeri, Zimbabwe et de 2,4 Ga du Groupe Itabira, Brésil, ont dans les deux cas été précipités par mélange de fluides hydrothermaux marins oxygénés. Ceci est démontré par la présence d’inclusions de nano-hématite dans les lames de chert (Itabira et Manjeri) et de dolomite (Itabira seulement), qui sont interprétées comme la phase minérale la plus ancienne dans les échantillons. En outre, la microscopie électronique à transmission à faisceau d’ions focalisé (FIB-TEM) révèle la présence de plaquettes de nano ferrihydrite dans les BIF dolomitiques (carbonate d’itabirite). La dolomite est interprétée comme étant une phase primaire précipitée à des températures plus élevées (~100°C) de fluides hydrothermaux riches en CO2. Des anomalies positives en Eu dans les deux formations indiquent une composante hydrothermale, susceptible d’être la source du fer réduit. Les changements de faciès dans les deux unités sont le résultat de transgression/régression; et des évènements hydrothermaux post dépôt masquent les conditions primaires. Les carbonates riches en fer dans les deux faciès ont différentes origines: diagénétiques (Itabira) et hydrothermales post dépôt (Manjeri). Toutefois, les carbonates riches en fer des deux formations ont des valeurs négatives de ∂13C, ce qui indique qu’au moins une partie du carbone dans les carbonates est d’origine organique.Des analyses en balance de Curie dans le carbonate d’itabirite révèlent que la maghémite est le produit de transformation de la ferrihydrite lorsque de la dolomite se décompose à ~790°C. La maghémite a une température de Curie comprise entre 320 et 350°C et est stable jusqu’à une température de 925°C. Les analyses en FIB-TEM sur le processus de martitisation ont révélé deux mécanismes possibles à partir de deux échantillons de martite provenant respectivement du Brésil et d’Inde. En fonction de la cause de la martitisation, que nous avons déterminé être soit la déformation soit l’hydrothermalisme, la martitisation se produit respectivement par l’intermédiaire de:1. La réorganisation de défauts ponctuels, pour former des jumeaux. Ces défauts sont causés par les vacances dans la structure spinelle de la maghémite, dues à la suppression des ions Fe3+ en excès au cours de l’oxydation de la magnétite. C’est dans ce jumelage que le mécanisme de martitisation se produit.2. La migration des joints de grains par l’hématite au détriment de la magnétite, qui est due à la présence de fluide le long des interfaces du cristal. La maghémite se forme en raison de l’excès de Fe3+ produit pendant la martitisation de la magnétite, qui se déplace vers la surface des cristaux de magnétite. / It is the study of banded iron formations (BIFs) that provides understanding into the conditions of the Earth’s oceans and atmosphere during the Archean and Early Proterozoic. The aim of this thesis is to provide a detailed mineralogical and geochemical understand of BIFs from two separate localities separated by the Archean Proterozoic boundary. Close attention is paid to their carbonate and iron oxide mineralogy.The BIFs of the 2.7 Ga Manjeri Formation, Zimbabwe and 2.4 Ga Itabira Group, Brazil were both precipitated from oxygenated mixed marine-hydrothermal fluids. This is demonstrated by the presence of nano-hematite inclusions in the chert (Itabira and Manjeri) and dolomite (Itabira only) laminae, which is interpreted as the oldest mineral phase within the samples. Additionally, focused ion beam transmission electron microscopy (FIB-TEM) reveals the presence of nano ferrihydrite platelets within the dolomitic BIFs (carbonate itabirite). The dolomite is interpreted to be a primary phase precipitated at higher temperatures (~100°C) from CO2-rich hydrothermal fluids. Positive Eu anomalies in both formations indicate a hydrothermal component, likely to be the source of the reduced iron. Facies changes in both units are the result of transgression/regression and post depositional hydrothermal events mask primary conditions. Iron-rich carbonates in both facies have different origins; diagenetic (Itabira) and post depositional hydrothermal (Manjeri). However, the iron-rich carbonates of both formations have negative ∂13C values, indicating that at least part of the carbon in the carbonates is of organic origin. Curie Balance analyses into the carbonate itabirite reveals that maghemite is the transformation product of the ferrihydrite when dolomite decomposes at ~790°C. The maghemite has a Curie temperature between 320 and 350°C and is stable up to temperatures of 925°C.FIB-TEM investigations into the martitisation process revealed two possible mechanisms from two martite samples, from Brazil and India. Depending of the cause of the martitisation, here found to be deformation and hydrothermalism, the martitisation occurs respectively via either: 1. Ordering of point defects caused by vacancies in the spinel structure of maghemite, due to the removal of excess Fe3+ ions during the oxidation of magnetite, to form twins. It is in this twinning that the martitisation mechanism occurs.2. Grain boundary migration by hematite at the expense of magnetite is due to the presence of fluid along the crystal interfaces, where maghemite forms due to excess Fe3+ produced during martitisation of the magnetite, moving towards the surface of the magnetite crystals.