Ce travail de thèse constitue une nouvelle approche de l’étude du comportement des bactéries immobilisées dans des matrices inorganiques centrée sur l’influence d’un champ magnétique sur le comportement cellulaire. Des nouveaux gels incorporant des nanoparticules de magnétite ont été élaborés par voie sol-gel dans des conditions cytocompatibles et caractérisés par diffraction des rayons X, sorption d’azote, microscopie électronique en transmission (MET) et mesures magnétiques. Après une étude de viabilité des bactéries modèles Escherichia coli immobilisées, le procédé d’encapsulation a été étendu aux bactéries magnétotactiques Magnetospirillum magneticum. L’effet d’un champ magnétique statique sur ces deux types de microorganismes a été étudié. Enfin, les processus de biominéralisation intracellulaire chez les bactéries magnétotactiques ont été suivis en présence et en absence d’un champ magnétique statique sur des cellules immobilisées et en suspension. Cette approche nous a permis de comprendre les phénomènes liés à l’encapsulation et à l’exposition à un environnement magnétique extérieur. Des effets originaux du champ magnétique continu sur la cinétique de production des magnétosomes et sur la dynamique collective des chaînes de magnétosomes à l’intérieur des cellules encapsulées ont pu être mis en évidence. / This work constitutes a new approach to the study of the behavior of immobilized bacteria in inorganic matrices focusing on the influence of a magnetic field on cell behavior. Novel gels incorporating magnetite nanoparticles were prepared by the sol-gel process in cytocompatible conditions and were characterized by X-ray diffraction, nitrogen sorption, transmission electron microscopy (TEM) and magnetic measurements. After studying the viability of immobilized model bacteria Escherichia coli, the encapsulation process was extended to magnetotactic bacteria Magnetospirillum magneticum. The effect of a static magnetic field on these two types of microorganisms was studied.Finally, the process of intracellular biomineralization in magnetotactic bacteria was followed in the presence and absence of a static magnetic field on the immobilized cells and suspension. This approach allowed us to understand the phenomena related to encapsulation and exposure to an external magnetic environment. New effects of the continuous magnetic field on the kinetics of magnetosome production and on the collective dynamic of magnetosome chains within the encapsulated cells are described.

La magnétite, Fe3O4, est un oxyde de fer naturel à valence mixte Fe(II-III), qui sous sa forme nanométrique, a un fort potentiel d’applications technologiques dans des domaines allant de la biomédecine au traitement des eaux. Les nano-magnétites sont très efficaces pour l’adsorption ainsi que la réduction et l’oxydation de divers polluants environnementaux. Elles peuvent catalyser l’oxydation de type Fenton hétérogène induisant une dégradation efficace des polluants organiques et ceci dans un large domaine de pH. Cependant, les mécanismes impliqués restent mal connus. L’objectif principal de cette étude est d’explorer la capacité de la nano-magnétite à catalyser des réactions radicalaires de type Fenton hétérogène sans ajout d’oxydants forts, mais en utilisant uniquement l’oxygène de l’air. Ces réactions pourraient par la suite constituer la base de nouveaux procédés de remédiation efficace et éco-compatible pour l’élimination des polluants organiques dans différents compartiments de l’environnement. L’acide nalidixique, un antibiotique appartenant à la famille des quinolones, a été utilisé comme contaminant modèle, car ce composé polaire et ionisable se révèle persistant dans l’environnement et récalcitrant aux traitements classiques.Après synthèse de nano-magnétite offrant une surface spécifique élevée, la sorption de l’acide nalidixique sur ce support a été étudiée en conditions anoxiques et une adsorption supérieure à 98 % a été obtenue. En présence d’oxygène, cette sorption est suivie d’une transformation du contaminant modèle. Après désorption selon un protocole qui a été développé, un taux de dégradation d’environ 60 % a été évalué après seulement 30 minutes d’oxygénation, et 80% après 90 minutes. Cinq sous-produits de NAL ont été identifiés par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (UHPLC-MS/MS) et un schéma de dégradation a été proposé. L’analyse de la phase solide par la diffraction des rayons X et par spectroscopie d’absorption au seuil K du fer (XANES et EXAFS) démontre une oxydation significative de la magnétite en maghémite (jusqu’à 40 %). Complétés d’une part par le suivi de la teneur en Fe(II) dissous, et des expériences réalisées en présence d’un piège à radicaux hydroxyles, et d’autres part par l’interprétation des effets du pH et de son évolution lors de la réaction, ces résultats ont permis de proposer un mécanisme réactionnel qui implique la formation des espèces réactives d’oxygène suite à l’oxydation de la magnétite.Les conclusions tirées des résultats expérimentaux prouvent les potentialités prometteuses des oxydes de fer mixte dans la remédiation des sols et eaux contaminés par des composés organiques. / Magnetite, Fe3O4, is a natural mixed iron oxide Fe(II-III), that has a wide range of applications in biomedicine as well as in water treatment. Nanosized magnetite presents high capacities to adsorb and transform a wide range of contaminants via oxidative or reductive reactions. It was shown as an active catalyst for heterogeneous Fenton reactions in the removal of organic compounds under a broad range of pH. However, the mechanisms of these reactions are not well defined.The main objective of this study was to explore the nanomagnetite capacity to catalyze heterogeneous Fenton reactions in presence of dissolved oxygen, thus avoiding the use of strong chemical oxidants. These reactions could form the basis of a new efficient and eco-friendly process for the removal of organic pollutants. Nalidixic acid (NAL), an ionizable quinolone antibiotic known for being persistent and recalcitrant to classical treatments, was used as a model contaminant.We synthesized large surface area single-cristalline nanomagnetite with high NAL sorption ability (98%) under anoxic conditions. Furthermore, a desorption protocol was developed to recover the sorbed amount of NAL in order to measure the degradation percentage.Moreover, under oxic conditions, the model contaminant was transformed, up to nearly 60% and 80 % after a 30 and 90 minutes exposure to air bubbling, respectively. Five by-products issuing from the nalidixic acid oxidative degradation were identified by liquid chromatography-mass spectrometry and a degradation pathway was suggested. X-ray powder diffraction and Iron K-edge X-ray absorption spectroscopy were used to investigate mineralogical and iron redox changes in the solid phase over the course of the reaction. Magnetite was oxidized (up to about 40%) into maghemite, -Fe2O3, as the sole product of the oxidation, and without significant change in the size of the particles. These results, in addition to the monitoring of dissolved Fe(II), and experiences conducted in the presence of ethanol as hydroxyl radicals scavenger and at static pH, lead to a better understanding of the reaction mechanism and on the role of pH in the reaction efficiency. In conclusion, this study points out the promising potentialities of mixed valence iron oxides for the treatment of contaminated soils and wastewater by organic pollutants.

Les tourmalines, les scheelites et les magnétites provenant des gisements aurifères de type orogénique (n=22) et des sédiments glaciaires (n=5) du district minier de Val-d’Or (Québec, Canada) ont été investiguées à la microsonde électronique (EPMA) et par ablation laser et spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (LA-ICP-MS) afin de déterminer leur signature chimique et d’évaluer leur potentiel en tant que minéraux indicateurs pour l’exploration aurifère. Les tourmalines de Type I provenant de dépôts aurifères de type orogénique encaissés dans des roches felsiques et intermédiaires calco-alcalines montrent de faibles teneurs en V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn et Sn et une teneur élevée en Mg par rapport aux tourmalines de Type II provenant de dépôts aurifères de type orogénique encaissés dans des roches mafiques tholéiitiques. Les tourmalines de Type III provenant de dépôts aurifères de type orogénique situés au contact entre des roches mafiques volcaniques et métasédimentaires montrent une chimie similaire aux tourmalines de Type I avec des teneurs en Li, Mn et Pb légèrement plus élevées. Les tourmalines des gisements aurifères de type orogénique sont caractérisées par des teneurs en Zn, Cu, Sn et Pb plus faibles que les tourmalines associées aux miniéralisations de type Cu-Zn, Pb-Zn-Cu et Sn. Les tourmalines récupérées dans le till portent la signature chimique des tourmalines provenant des gisements aurifères de type orogénique avec une majorité portant la signature des tourmalines de Type I. Les scheelites provenant de dépôts aurifères de type orogénique encaissés dans des intrusions calco-alcalines de composition intermédiaire sont caractérisées par des teneurs en Na, ÉTR et Y plus élevées que les scheelites provenant de dépôts aurifères encaissés dans des roches sédimentaires ou mafiques. Les scheelites récupérées dans le till portent la signature chimique des scheelites provenant des gisements aurifères de type orogénique. Les magnétites sont rare dans les dépôts aurifères de type orogénique du district de Val-d’Or. Les magnétites d’origine hydrothermale provenant des veines aurifères sont caractérisées par des teneurs plus élevées en Cr, Zn, Mn, K, Ca, Ti et Al que les magnétites d’origine magmatique retrouvées dans les roches encaissantes de composition dioritique ou gabbroique. Les magnétites associées à la minéralisation aurifère forment des grains fins disséminés (< 0,05 mm), ce qui suggère que les magnétites grossières récupérées dans le till ne proviennent probablement pas des veines de quartz aurifères. / Tourmalines, scheelites and magnetites from orogenic gold deposits (n=22) and glacial sediments (n=5) of the Val-d’Or mining district (Québec, Canada) were investigated by Electron Probe Micro-Analyzer (EPMA) and Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) in order to determine their chemical signature and to assess their potential as indicator minerals for gold exploration. Type I tourmalines from orogenic gold deposits hosted in felsic and intermediate calc-alkaline rocks have low contents of V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, and Sn and a high content of Mg compared to Type II tourmalines from orogenic gold deposits hosted in mafic tholeiitic rocks. Type III tourmalines from orogenic gold deposits located at the contact between mafic volcanic and metasedimentary rocks show a chemistry similar to Type I tourmalines with slightly higher Li, Mn, and Pb contents. Tourmalines from orogenic gold deposits are characterized by lower contents of Zn, Cu, Sn, and Pb than tourmalines associated to Cu-Zn, Pb-Zn-Cu, and Sn mineralizations. Till tourmalines carry the chemical signature of tourmalines from orogenic gold deposits with a majority carrying the signature of Type I tourmalines. Scheelites from orogenic gold deposits of the Val-d’Or district hosted in calc-alkaline intrusions of intermediate composition are characterized by high Na, REE, and Y contents compared to scheelites from sediment- or mafic-hosted gold deposits. Till scheelites carry the chemical signature of scheelites from orogenic gold deposits. Magnetites are rare in orogenic gold deposits of the Val-d’Or district. Magnetites of hydrothermal origin occuring in gold veins are characterized by higher contents of Cr, Zn, Mn, K, Ca, Ti, and Al than magnetites of magmatic origin found in the dioritic or gabbroic host rocks. Magnetites associated to the gold mineralization form fine disseminated grains (< 0.05 mm), which suggests that the coarse magnetites recovered in the till probably do not originate from the gold-bearing quartz veins.

Ce travail concerne le développement, la mise au point et la modélisation d’un procédé de précipitation de nanoparticules. Le précipité « modèle » étudié est la magnétite (Fe3O4). La méthode chimique de Massart est choisie pour fabriquer les nanoparticules de magnétite, car elle est déjà bien étudiée. Un procédé de précipitation est conçu en réacteur semi-fermé et à recirculation du fluide de la cuve, permettant ainsi de réaliser un mélange intensif des fluides réactifs par des mélangeurs rapides (un tube en T et deux mélangeurs Hartridge-Roughton de tailles différentes). Différents paramètres opératoires sont testés pour déterminer leur influence sur la qualité du précipité. De nombreuses techniques analytiques sont mises en œuvre pour déterminer les propriétés des nanoparticules obtenues. Les résultats montrent que, malgré une chimie inchangée, le type de microréacteur choisi influence sensiblement la qualité des nanoparticules élémentaires et des agglomérats de magnétite. Le potentiel de nano-adsorption de la magnétite est aussi étudié et se révèle prometteur. Enfin, la modélisation hydrodynamique des mélangeurs rapides est réalisée par CFD / The present work is focused on developing and modeling a precipitation process for the production of magnetite (Fe3O4) nanoparticles. The Massart chemical method is chosen to obtain the magnetite nanoparticles owing to its detailed study on the reaction parameters. A semi-batch reactor with a recirculation system is chosen to realize this precipitation process and rapid mixers (T mixer and Hartridge-Roughton mixers of different dimensions) are used to provide an intensive mixing of reagent fluids. Different operating parameters are tested to determine their influences on the precipitate quality. Many analytic techniques are employed to determine the properties of obtained nanoparticles. The results indicate that, without changing of chemical parameters, the quality of magnetite elementary nanoparticles and agglomerates depend sensibly on the type of microreactors utilized. In addition, the magnetite nanoparticles are considered to be a hopeful nanoadsorbent and the related tests are studied. Finally, the CFD technique is used to model the hydrodynamic behaviors of the rapid mixers

La catalyse est à la base de la fabrication de médicaments, de produits textiles, d‘engrais, des pots d’échappement, et une multitude d’autres applications de notre quotidien. En effet, dans les pays industrialisés jusqu’à 80% des produits manufacturés utilisés au quotidien ont nécessité au moins une étape de catalyse lors de leur fabrication. Outre être actif, il est primordial pour un catalyseur performant d’être résistant à la désactivation qui se traduit par la perte d’activité ou de sélectivité d’un catalyseur au cours du temps. La synthèse d’un matériau multifonctionnel permet de répondre à ces différents critères. L’objectif d’un design intelligent de matériaux est de mener à des effets synergiques de chacune des composantes. Pour un catalyseur, en plus d’être actif et sélectif pour le produit désiré, il faut en plus qu’il soit durable, stable dans le temps, et permette d’être réutilisable. L’objectif de ce projet est de faire une synthèse originale, simple et reproductible d’un catalyseur actif et résistant à la désactivation. De base, un catalyseur se compose d’un support et d’un matériau actif. La nature, la morphologie et l’agencement de ces derniers dictent le comportement chimique du catalyseur final. Comme matériau actif, les nanoparticules d’or sont très prisées en raison de leur potentiel de catalyse élevée pour de nombreuses réactions. Cependant, aux températures de fonctionnement de la catalyse, les nanoparticules d’or ont tendance à se désactiver par coalescence. Pour remédier à cela, il est possible de déposer une couche de silice mésoporeuse afin de protéger les NPs d’or des rudes conditions de réaction tout en étant perméables aux espèces réactives. Plusieurs types de matériaux peuvent servir de support aux nanoparticules d’or. À ce titre, les particules d’oxydes de fer magnétiques telles que la magnétite (Fe[indice inférieur 3]O[indice inférieur 4]) sont intéressantes pour leur potentiel hyperthermique, phénomène par lequel des nanoparticules (NPs) magnétiques transforment de l’énergie électromagnétique provenant d’un champ externe haute fréquence en chaleur, créant ainsi des nano-fours. Une première couche de silice est utilisée comme matrice de greffage afin de fixer les nanoparticules d’or sur la magnétite. La structure visée est illustrée à la Figure ci-dessous. Figure 1 Structure du catalyseur de Fe2O4@SiO2-Au-SiO2m (Ge, Zhang, Zhang, & Yin, 2008) Plusieurs avenues d’assemblage et de synthèse sont explorées pour chacune des composantes de la structure visée. Les avantages et inconvénients ainsi que des mécanismes sont proposés pour chaque voie de synthèse. Le matériau est utilisé comme catalyseur pour la réaction de réduction du 4-Nitrophénol par du NaBH4. Pour ce qui est de la synthèse de magnétite par voie solvothermique, il a été démontré qu’il était important d’être dans un milieu sous pression puisque l’étape limitante de la réaction est la solubilité des particules de magnétites dans le milieu. Cela est en accord avec le principe de mûrissement d’Ostwald selon lequel les petites particules ont tendance à se dissoudre dans le milieu et précipiter à la surface des plus grosses particules de façon à diminuer l’énergie interfaciale. Cette synthèse a été reproduite avec succès et a mené à la production de nanoparticules de Fe[indice inférieur 3]O[indice inférieur 4] sphériques creuses d’une taille de 150 [plus ou moins] 30nm. Ces sphères creuses ont été recouvertes d’une couche de silice dense par une méthode de Stöber modifiée. Le recouvrement forme des amas de particules et est non uniforme en raison de la présence de poly(éthlyène glycol) à la sur face de la magnétite, un adjuvant présent lors de sa synthèse afin d’améliorer la dispersion de la magnétite. La synthèse et le greffage d’AuNPs sont bien maîtrisés : les AuNPs ont une taille de 17 [plus ou moins] 6nm et la quantité d’or greffé est assez élevée. Ultimement, une méthode de greffage alternative tel que le greffage par croissance in situ de nanoparticules d’or pourrait être emprunté afin d’obtenir des particules plus petites. Pour ce qui est de la formation d’une couche de silice mésoporeuse, la méthode par calcination est une meilleure option que par gravure chimique en raison de sa sélectivité envers la couche externe de silice plus élevée ainsi que la formation apparente de pores.

Le fer et ses composés, notamment les (oxyhydr)oxydes, sont présents dans la nature et produits par les activités anthropiques. Ce caractère ubiquiste du fer et sa sensibilité aux conditions environnementales en fait un excellent traceur de sources et de processus.Cette thèse a pour objectif de tracer l’impact de l’Homme sur les matières en suspension (MES) de la Seine à partir des propriétés magnétiques de sa fraction ferrugineuse en utilisant les outils et méthodes du magnétisme environnemental.Un échantillonnage des MES a permis de couvrir le cours de la Seine et ses affluents durant différents contextes hydrologiques. Des analyses ont été conduites sur ces MES afin de caractériser les particules ferrugineuses magnétiques et d'examiner leurs relations avec les conditions environnementales dans lesquelles elles se sont formées et/ou ont évolué.La magnétite apparait comme l’oxyde dominant et montre une forte affinité avec la fraction fine des MES et ses propriétés magnétiques peuvent être utilisées pour décrire la charge sédimentaire de la Seine et les phénomènes de remise en suspension.Des augmentations de tailles et de concentration de magnétites sont associées à l’urbanisation et aux activités industrielles. Les variations spatiales entre amont et aval des confluences et les variations temporelles montrent que le cours d’eau joue un rôle dans les mécanismes d’accumulation, transport et dilution de ces particules. / Iron and its compounds, in particular iron (hoxyhydr)oxides are ubiquitous in both nature and human activity, and are sensitive to environmental conditions. They can hence be used as environmental source and process tracers.This thesis focuses on tracing the human activities impact in the ferruginous compound of the suspended particulate matter (SPM) in the Seine River (France) using environmental magnetism tools.SPM sampling was conducted along the Seine path and its tributaries during different hydrological contexts. Magnetic properties were measured to characterize the ferruginous magnetic particles and to examine their relationship with the environment in which they have been formed.The main magnetic carrier is magnetite. It is concentrated in the fine sediment fraction and its magnetic properties can be used to trace the sediment load and hydrodynamic processes of the Seine.Increases in concentration and grain size of magnetite particles are associated to urbanization and industrial activities which are sources of anthropogenic particles. Significant variations can be observed between upstream and downstream of confluences and in the temporal scale and can be associated to hydrodynamic processes such as dilution, accretion, transport and re-suspension of the ferruginous particles.

Pour évaluer la température d’enfouissement subie par les roches sédimentaires, une large gamme de géothermomètres est disponible, basés sur les constituants organiques ou minéralogiques de ces roches. Comme pour toutes les techniques expérimentales, elles présentent des avantages et des inconvénients. Dans cette thèse, nous utilisons une approche magnétique pour estimer la température d’enfouissement. Dans une première partie, nous avons étudié l’assemblage magnétique de puits sélectionnés à travers le monde pour mieux caractériser le géothermomètre magnétique MagEval. Deux calibrations ont pu être établies. Pour décrire la relation entre la température maximale d’enfouissement subie par les roches et leur assemblage magnétique, nous avons réalisé des expériences de chauffe en laboratoire de 50 à 130°C sur des argilites non métamorphosées. Les chauffes expérimentales ont montré que des nanominéraux magnétiques sont continuellement produits avec la température. Dans une deuxième partie, nous avons étudié les propriétés magnétiques des roches sédimentaires dans deux sites géologiques analogues pétroliers : le bassin des Grès d’Annot dans le SE de la France (température d’enfouissement 60-250°C) et les chaînes plissées de la Valley & Ridge Province dans les Appalaches, Etats-Unis (température d’enfouissement _120-200°C). Ces études suggèrent une évolution des principaux minéraux magnétiques avec la température. Magnétite, nanogoethite et pyrrhotite sont principalement formées. Les différents résultats obtenus dans cette thèse nous ont permis de proposer une évolution des minéraux magnétiques en fonction de la maturité des roches et de la température. / To evaluate the burial temperature experienced by sedimentary rocks, a wide range of geothermometers is available, based on both organic and inorganic constituents of these rocks. Like all experimental techniques, they show limitations. In this thesis, we used a magnetic approach to estimate burial temperature. In a first part, we studied the magnetic assemblage of selected boreholes over the world to better characterize the magnetic geothermometer MagEval. Two calibrations were established. To assess the relationship between the peak burial temperature experienced by the rocks and their constitutive magnetic minerals, we conducted laboratory heating experiments from 50 to 130°C on unmetamorphosed claystones. The experimental heating showed that nano magnetic minerals are continuously produced with temperature. In a second part, we investigated rockmagnetic properties of sedimentary rocks from two geological plays of petroleum interest : the Grès d’Annot basin in SE France (burial temperature 60-250°C) and the fold-and-thrust belts of the Valley & Ridge Province in the Appalachians, USA (burial temperature _120-200°C). These studies suggested an evolution of the main magnetic minerals with temperature. Magnetite, nanogoethite and pyrrhotite are mainly formed. All the conducted analyses lead us to propose an evolution of the magnetic minerals as a function of the maturity of the rocks and temperature.

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.

Les nanoparticules magnétiques sont de nos jours largement exploitées dans le domaine de la recherche pour le biomédical, pour des applications aussi variées que le diagnostic, la thérapeutique ou plus récemment la théranostique. Les nombreuses méthodes de fabrication mises au point à ce jour permettent l’obtention d’une large gamme de nanoparticules en termes de taille, forme, matériaux et donc propriétés magnétiques. Le procédé de fabrication idéal est celui qui permet la fabrication simple, peu coûteuse et à grande échelle de nanoparticules parfaitement monodisperses. En ce sens, le premier volet de la thèse sera consacré à l’étude d’un nouveau procédé de fabrication basé sur la combinaison d’une approche « top-down » et « bottom-up », qui permet d’obtenir des nanoparticules de dispersion en taille très étroite. L’idée est d’exploiter les propriétés d’auto-organisation d’un copolymère dibloc, dont l’une des deux phases peut s’organiser en cylindres verticaux dans la matrice de l’autre phase sous certaines conditions. La gravure sélective des cylindres mène à l’obtention d’un masque de trous dans une matrice de polymère. On peut ensuite déposer le matériau magnétique, puis graver la matrice de polymère pour révéler les nanoparticules attachées au substrat. Si ce procédé est mené sur une couche sacrificielle, les particules peuvent être consécutivement mises en suspension. Les caractéristiques structurales et magnétiques de ces particules obtenues par auto-organisation du copolymère PS-PMMA seront étudiées, montrant que bien que ce procédé de fabrication soit encore à améliorer, il présente des avantages non négligeables en étant versatile, simple à mettre en œuvre et en permettant l’obtention de nanoparticules monodisperses et superparamagnétiques.Dans une seconde partie, un autre domaine biomédical sera abordé : le traitement du cancer. Une méthode nouvelle et alternative aux techniques d’hyperthermie ou de délivrance ciblée de médicaments avait été initiée par l’Argonne National Laboratory en 2010 et reprise à Spintec en 2011 : l’idée est de réactiver l’apoptose (ou mort programmée) de cellules cancéreuses par vibrations magnéto-mécaniques de microparticules magnétiques attachées à leur membrane. Il avait été démontré qu’avec des champs extérieurs aussi faibles que 30mT à 20Hz, des disques de permalloy en configuration magnétique vortex induisent l’apoptose de façon significative. Dans ce contexte et dans l’optique de pouvoir utiliser cette méthode pour des tests cliniques, des microparticules de magnétite, matériau biocompatible, ont été fabriquées par lithographie optique via le même procédé que les disques de permalloy. Leurs propriétés structurales, magnétiques et leur comportement en suspension sont comparés, ainsi que leurs effets sur les cellules in vitro via l’application d’un champ magnétique extérieur. A ce jour, les particules de permalloy sont supérieures en termes d’efficacité sur le déclenchement de l’apoptose des cellules cancéreuses. Certains paramètres du protocole tels que l’amplitude du champ doivent être optimisés pour les particules de magnétite, bien que les premiers effets observés soient encourageants pour la suite. / Magnetic nanoparticles are now used in a wide range of applications such as diagnostic, therapeutics or more recently theranostics. The numerous and diverse fabrication processes allow the fabrication of a wide range of nanoparticles in terms of size, shape, material and magnetic properties. An ideal fabrication process would allow the simple and cheap fabrication of a great quantity of monodisperse nanoparticles. In this objective, the first part of this work will be focused on a new and original fabrication process based on the combination of a “top-down” and “bottom-up” approach. The idea relies on the special auto organization properties of a diblock copolymer: one of the two phases has the ability to self organize into vertical cylinders in the matrix of the other polymer, provided that the annealing conditions are favourable. The selective etching of the cylinders leads to a mask of holes in a polymer matrix. Then, the deposit of a magnetic material and the etching of the polymer matrix leads to the formation of a hexagonal network of nanoparticles attached to the substrate. If the substrate is composed of a sacrificial layer, the nanoparticles can be released in a solution. The structural and magnetic properties of theses nanoparticles fabricated via a PS-PMMA template will be studied. Their characterization will show that the process is still to be optimized but allows already to obtain monodisperse superparamagnetic nanoparticles.A second part focuses on another biomedical applications of magnetic particles: the cancer treatment. A new technique, which is an alternative to the existing methods such as hyperthermia or drug delivery, was first proposed by the Argonne National Laboratory (2010) and taken over at Spintec (2011). The idea is to reactivate the apoptosis (programmed cell death) of cancer cells via the magneto mechanical vibrations of magnetic microparticles attached to their membranes. It was proved that weak external magnetic fields (30mT at 20Hz) applied on permalloy disks in a vortex configuration lead to a significant increase of the apoptotic rate of cancer cells. In the objective of making this method possible for clinical applications, biocompatible magnetite microparticles were fabricated via the same fabrication process than the permalloy disks (optic lithography). Their structural and magnetic properties are compared, as well as their behavior in a suspension and their lethal effect on cancer cells via the application of an external magnetic field. For now, the permalloy microdisks provide better results than the magnetite particles. Some parameters of the experimental set up have to be optimized for the magnetite particles, such as the amplitude of the applied magnetic field. However, the first effects observed with the magnetite particles are quite promising.

Les bactéries magnétotactiques représentent un groupe d’une grande diversité écologique et phylogénétique. Elles sont capables de biominéraliser des nanocristaux de magnétite [un oxyde de fer (Fe(II)Fe(III)2O4)] ou de greigite [un sulfure de fer (Fe(II)Fe(III)2S4)] dans leurs magnétosomes, organites alignés en chaînes permettant la navigation le long des lignes de champ magnétique terrestre. Jusqu'à récemment, seules des souches produisant de la magnétite étaient disponibles en culture pure, conduisant à des études sur les mécanismes de biominéralisation de cet oxyde de fer. En 2011, une nouvelle bactérie capable de former de la magnétite et de la greigite, Desulfamplus magnetovallimortis souche BW-1, a été cultivée avec succès en laboratoire. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser une approche intégrée et multidisciplinaire pour comprendre les mécanismes de biominéralisation de la greigite en utilisant comme modèle d’étude la souche BW-1. Nous avons donc cherché à déterminer les conditions environnementales et biologiques favorisant la formation de la magnétite et de la greigite. Ces travaux ont également conduit à la caractérisation physiologique et phylogénétique de BW-1. Puis, l’utilisation d’approches globales et ciblées de transcriptomique ont permis d'évaluer le taux d'expression des gènes impliqués dans la formation des magnétosomes (magnétite vs. greigite) dans diverses conditions de croissance. Une approche de protéomique a permis d’apporter des informations supplémentaires à cette étude. Ces résultats ont permis de progresser dans la compréhension fondamentale de la biominéralisation in vivo, en particulier pour des bactéries formant de la greigite. / Magnetotactic bacteria represent a phylogenetically and ecologically diverse group of prokaryotes able to biomineralize magnetic nanocrystals composed of magnetite [an iron oxide (Fe(II)Fe(III)2O4)] or greigite [an iron sulfide (Fe(II)Fe(III)2S4)] in their magnetosomes, a prokaryotic organelle whose cytoplasmic alignement in chain allows the cell to navigate along the Earth’s magnetic field lines. Until recently, only magnetite-producing strains were available in pure culture. Thus, only the magnetite biomineralization has been studied. In 2011, a new bacterium able to form both magnetite and greigite, Desulfamplus magnetovallimortis strain BW-1, was isolated from Death Valley, California and cultivated in pure culture. In this work, we propose to use an integrated and multidisciplinary approach to understand the mechanisms involved in greigite biomineralization in BW-1 strain. First, we determined the environmental and biological conditions in which magnetite and greigite are formed. This first part of my thesis also contributed to the physiologic and phylogenetic characterization of this bacterium. Secondly, we used global and targeted transcriptomic approaches to evaluate the transcription levels of genes putatively involved in magnetosomes formation (magnetite vs. greigite) under various growth conditions. A proteomic approach provided additional informations to this study.Results obtained during my thesis contribute to the understanding of in vivo biomineralization, particularly for greigite production in magnetotactic bacteria.