Liquid crystalline materials forming columnar mesophases are of importance for both the fundamental research and technological applications due to their supramolecular architecture allowing for one-dimensional charge transport. The potential applications of these materials include light emitting diodes, solar cells, field effect transistors and photovoltaic cells. However, to design a LC material suitable for a particular application, a fundamental understanding of the structure-property relationships is needed.<p>In the present thesis, a variety of systems forming columnar mesophases have been explored. They include small molecular weight compounds (triphenylene, phthalocyanine derivatives and star-shaped mesogens) and polymer materials. The research was focused on the study of the influence of the molecular architecture and specific interactions such as hydrogen bonding on the supramolecular organization in the mesophase, as well as on the influence of columnar mesophase on crystal growth. The main results of the thesis are summarized below.<p>The influence of hydrogen bonding on the structure and charge carrier mobility was investigated for a triphenylene derivative, hexaazatriphenylene, having lateral alkyl chains linked to the core via amide groups. These linking groups provide the possibility to form inter- and intra-molecular hydrogen bonds. Acting as “clamps”, the inter-molecular hydrogen bonds are found to enforce the attractive interactions between the molecules in the column. Thus, the columnar mesophase formed by this system is characterized by the smallest inter-disk distance ever found in columnar mesophases (3.18 Å). The improved intra-columnar order brings about a higher charge carrier mobility (0.02 cm2/Vs) as compared to other triphenylene derivatives without hydrogen bonds. <p>Phthalocyanine derivatives, which are liquid crystalline at ambient temperature, could be suitable for opto-electronic applications due to their improved processibility and self-healing of structural defects. Our interest in these systems was inspired by the fact that, in spite of numerous studies performed to date, only very a few phthalocyanine derivatives were found to exhibit columnar mesophases at ambient temperature. We observed that by introducing branches in alkyl chains close to the core, we were able to render the material LC at ambient temperature. Analysis of X-ray diffraction patterns measured on oriented samples showed that these systems form hexagonal and rectangular ordered columnar mesophases. This finding is in contradiction with the general view stating that non-hexagonal mesophases can be only disordered. Since the absolute majority of applications require fabrication of films, it was very important to achieve the visualization of the organization of the phthalocyanine derivatives at the nanometer scale. AFM images on thick spin-coated films with columnar resolution are presented for the first time. They allowed the examination of columnar curvatures and breaks at the boundaries between different single crystal-like domains. <p>The possibility of templating columnar crystal growth was studied for a star-shaped mesogen using a combination of direct- and reciprocal-space techniques. AFM images with columnar resolution showed that the crystal growth initiated in the monotropic columnar mesophase occurs almost in register with the mesomorphic template. In the final crystalline structure, the placement of the crystalline columns is controlled by the mesomorphic tracks at the scale of an individual column, i.e. at the scale of approximately 3.5 nm. <p>The mesophase-assisted crystallization was also studied for the case of a polymer material forming columnar mesophase, poly(di-n-propylsiloxane). X-ray diffraction on oriented fibers allowed us to correct the previous indexation and solve the structure of the unit cell. The crystallization process was studied on samples crystallized in different conditions. It was found that, depending on crystallization conditions, both folded-chain and extended-chain crystals can be obtained. Thus, crystallization of the material from the mesophase results in the formation of 100-150nm thick crystals, which corresponds to a nearly extended-chain conformation. By contrast, when crystallized from a dilute solution, folded-chain crystals result. The mechanisms of chain unfolding was studied by variable temperature atomic force microscopy on PDPS single crystals. It was found that crystals rapidly thicken above the initial melting point, up to 80 nm. / Doctorat en sciences, Spécialisation physique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

II existe de nombreuses études mettant en relation le vieillissement et le stress oxydant, mais peu d'entre elles ont caractérisé l'évolution des marqueurs des défenses antioxydantes, notamment au niveau cutané, au cours du vieillissement dit extrinsèque ou environnemental.Nous avons cherché à mimer in vitro le vieillissement extrinsèque cutané, à partir d'un modèle de cellules épidermiques en culture, la lignée de kératinocytes humains HaCaT, soumises à un stress chimique, l'exposition au glyphosate, un principe actif entrant dans la composition de nombreuses formulations pesticides. Ainsi, nous avons exploré notre modèle par une approche multi-échelle originale et innovante: tout d'abord, à l'échelle moléculaire, par une étude protéomique quantitative différentielle des taux d'expression protéique intracytosolique suite à l'induction du stress ; puis, à l'échelle cellulaire en cytomètrie en flux, par la caractérisation fonctionnelle du stress oxydant et de la mort cellulaire qui en découle ; enfin, à l'échelle micro- et nanométrique, en microscopie confocale et à force atomique, par le suivi de l'évolution des propriétés morphologiques et viscoélastiques des kératinocytes stressés.Ce travail de thèse a démontré que le glyphosate altérait signifïcativement l'état et la fonction barrière de l'épiderme humain, ciblant notamment les kératinocytes, dont l'équipement moléculaire et les fonctions vitales d'adhérence et de dynamique membranaire se retrouvent fondamentalement dégradées. L'ensemble de ces résultats constitue un « tableau » qui évoque parfaitement les événements, les signaux et les comportements cellulaires s'installant au cours du vieillissement cutané. / Numerous studies relate ageing to oxidative stress. Few of them described thé évolution of markers of antioxidant défenses, in particular at thé cutaneous level, during extrinsic or environmental ageing. We tried to mimic in vitro cutaneous extrinsic ageing, with a model of epidermic cells in culture, thé human kératinocytes cell line HaCaT, subjected to a chemical stress, Glyphosate, an active ingrédient présent in thé composition of numerous pesticide formulations. Indeed, we examined thé effects of induced ageing in thé loss of kératinocytes integrity in culture, by an original and innovative multi-scale approach: Firstly, at thé molecular scale, we assessed thé stress induced modifications of intracytosolic protein expression by a differential quantitative proteomic study; then, at thé .cellular scale, with flow cytometry, by thé functional characterization of thé oxidative stress and resulting cell death; fmally, at thé micro- and nanoscale, with confocal and atomic force microscopy by thé following thé évolution of morphological and viscoelastic properties of stressed kératinocytes. This PhD work demonstrated that glyphosate impaired thé state and thé barrier function of thé human skin, in particular by fundamentally impairing kératinocytes through thé molecular equipment, thé vital adhésion fonctions and membrane dynamics. Ail thèse results give us a global image of events, signais and cell behavior occurring in skin aging.

La bactérie Pseudomonas aeruginosa (PA) est un pathogène responsable de 20%-30% des infections nosocomiales en milieu hospitalier. Pour les individus sains, elle ne présente pas de réel danger, mais pour les personnes atteintes par la mucoviscidose et les patients immunodéprimés, elle est la cause principale de mortalité et des infections pulmonaires. PA a développé des souches multi-résistantes aux antibiotiques et des nouvelles approches thérapeutiques plus efficaces sont donc nécessaires. Elle se fixe à la surface des cellules-hôtes par une interaction entre des protéines (lectines) présentes sur sa membrane et des sucres présents sur la membrane cellulaire. L’interaction lectine-sucre joue un rôle important dans l’adhésion de la bactérie puis dans la fabrication d’un biofilm pathogène.Une nouvelle approche thérapeutique consiste à créer des molécules synthétiques (glycomimes) de plus grande affinité que les sucres présents sur les cellules. Pour cela, plus de 150 glycomimes ont été synthétisés et examinés afin de trouver le meilleur candidat pour empêche le processus d'infection de bactéries. Certains d'entre eux ont été choisis et étudiés par la Microscopie à Force Atomique (AFM). Cette thèse est consacrée à l’étude des interactions lectine-glycomime et aussi cellule-bactérie par AFM. L’imagerie combinée avec la modélisation permet de comprendre le rôle du glycomime sur la géométrie des complexes créés et la spectroscopie permet de mesurer les forces d’interaction présentes lors de l’adhésion, au niveau moléculaire et cellulaire. Une réduction de l’adhésion bactérienne a été observée après l’introduction du glycomime, confirmant son rôle d’inhibiteur et la validité de toute la démarche. L’objectif ultime est l’identification des meilleurs glycomimes à introduire afin de développer de nouveaux médicaments. / Pseudomonas aeruginosa (PA) is a human opportunistic pathogen responsible for 20% -30% of nosocomial infections in French hospitals. For healthy people, it presents no real danger, but for people with cystic fibrosis disease and immune-compromised patients, it is the leading cause of mortality and lung infections. PA has developed antibiotic multi-resistant strains and new and more effective therapeutic approaches are needed. It binds to the surface of the host cells by an interaction between proteins (lectins) present on the membrane and sugars of the host-cell membrane. The lectin-sugar interaction plays an important role in adherence of the bacteria and in the manufacture of a pathogenic biofilm.A new therapeutic approach is to create synthetic molecules (glycoclusters) of greater affinity than the natural sugars present on the cells. To this aim, more than 150 glycoclusters have been synthetized and screened to find the best candidate to inhibit the bacteria infection process. Some of them have been selected and studied by Atomic Force Microscopy (AFM). In particular, this thesis is devoted to study the lectin-glycocluster and cell-bacteria interactions by AFM. The combination of AFM imaging with molecular dynamic simulations let understanding the role of the geometry of the glycoclusters on the complex formation, while AFM spectroscopy accesses the lectin-glycocluster interaction forces at the molecular and cellular levels. The reduction of bacterial adhesion has been observed upon the addition of the glycocluster. This confirms the anti-adhesive properties of the glycocluster and validates the procedure. The ultimate goal is the identification of the best glycoclusters in order to develop new drugs.

L’épithélium digestif est recouvert d’une couche protectrice de mucus, qui est un hydrogel perméable et viscoélastique. La couche de mucus est formée d'un réseau de fibres de mucines. Ces dernières sont des glycoprotéines de haut poids moléculaire avec un squelette protéique riche en sérine et thréonine, lié à une grande variété de O-glycanes qui représentent une source nutritionnelle pour les bactéries et/ou des ligands potentiels pour les adhésines bactériennes, contribuant ainsi probablement à la sélection et l'implantation d'un microbiote régio-spécifique. Nous nous sommes intéressés aux capacités muco-adhésives de L. lactis TIL448 par le couplage de (i) la microscopie à force atomique (AFM), à l'échelle de la cellule unique et en mode statique et (ii) la méthode hydrodynamique en chambre à écoulement cisaillé, à l'échelle de l’ensemble de la population bactérienne. Dans l'optique d'identifier la nature et le rôle fonctionnel des déterminants de surface mis en jeu, nous avons testé, outre la souche sauvage, la souche curée de plasmides TIL1230 et deux mutants TIL1289 et TIL1290, altérés dans la synthèse de pili et d'une protéine "mucus-binding", respectivement. Pour relier les propriétés muco-adhésives et diffusives de L. lactis, les capacités de migration de la souche TIL448 et de ses dérivés ont ensuite été évaluées dans des suspensions de PGM à concentration variable (0,5% et 5% (m/v)), en mettant en œuvre une nouvelle méthode "Diffusion Front Tracking" (DFT). Cette méthode consiste à suivre le front de diffusion de la suspension bactérienne au cours du temps au sein du réseau de PGM, dans une chambre de Hele-Shaw, couplée à une caméra CCD. Les bactéries L. lactis sont préalablement marquées avec la fuschine pour mieux visualiser le front de diffusion. Par ailleurs, nous avons démontré que les bactéries L. lactis ont tendance à être plus diffusives dans PGM 0,5% (m/v) que dans PGM 5% (m/v). La microstructure du réseau de mucines a donc été caractérisée par des approches de microrhéométrie 1 point (1P) et 2 points (2P) et de suivi de particules fluorescentes / The digestive epithelium is covered with a protective mucus layer, regarded as a viscoelastic and permeable hydrogel. Mucins are large glycoproteins with a serine and threonine-rich protein backbone, linked to a wide variety of O-linked oligosaccharide side chains arranged in a bottle-brush configuration. Such O-glycans are nutritive sources for bacteria and/or potential ligands for bacterial adhesins, probably contributing in this way to the selection of the species-specific microbiota. In this thesis, we focused on unraveling multi-scale interactions between a vegetal L. lactis subsp. lactis isolate, TIL448 and a model mucin, Pig Gastric Mucin (PGM). Our study, based on the combination of different biophysical approaches and tools, has allowed dissecting the muco-adhesive and diffusive phenotype of L. lactis TIL448, in relation with the nature of the bacterial surface determinants and the structural, mechanical and rheological properties of the PGM network. Firstly, the muco-adhesion of TIL448 were examined using the single-cell scale AFM measurements with dedicated lacto-probes and shear stress flow chamber experiments at the bacterial population level, under laminar flow conditions. We also tested the plasmid-cured strain and two mutants, obtained by disruption of the genes encoding the major pilin and the mucus-binding protein. Then, the diffusion ability of L. lactis was determined by implementing a novel method, named Diffusion Front Tracking (DFT). It consists of tracking the diffusion front of stained cell suspensions over time within the PGM network. In a second part, in order to have a more thorough understanding of the L. lactis muco-adhesive and diffusive ability, the microstructure and mechanical properties of PGM were determined. Gel microstructure for varying PGM concentration was probed by the analysis of diffusivities of 200-nm and 500-nm fluorescent nanoparticles with different surface properties (carboxyl-terminated, amine-terminated and neutral charged tracers), using fluorescence Multiple-Particle Tracking

Les pathologies inflammatoires vasculaires (PV) et articulaires (PA) représentent aujourd'hui la cause principale de la mortalité et d’invalidité dans les pays industrialisés. Comme les causes exactes favorisant leur apparition restent inconnues, le présent travail a proposé de nouvelles méthodes physiques susceptibles de détecter les premiers stades inflammatoires en utilisant des marqueurs spécifiques et d'étudier les changements mécaniques et structuraux subis par les tissus vasculaires et le liquide synovial (LS). Les PV peuvent être détectées en utilisant les examens IRM. Afin d’améliorer l’efficacité des agents de contraste IRM ceux-ci peuvent être greffés avec des anticorps. En utilisant la Spectroscopie de Force (SF), un mode de la Microscopie à Force Atomique, l’affinité établie entre un nouvel anticorps, le Fucoidan, et le marqueur spécifique P-Selectine a été analysé. L’étude sur PV a été finalisée en utilisant les mêmes techniques SF en mesure d’indentation afin de connaitre les changements de propriétés mécaniques entre les tissus vasculaires sains et pathologiques. Les modifications dans la dynamique du LS déclenchées par l'une des molécules incapables de réagir selon leur fonctionnalité peuvent conduire aux PA. Aussi la technique SF a été utilisée pour étudier le comportement de chaque composant moléculaire du LS. Il a été prouvé l’affinité de ces composants pour les bicouches lipidiques (BL), fréquemment rencontrées dans le corps humain. L’étude a été complétée par l’analyse des changements intervenant dans la dynamique des BL en présence/absence des composants principaux de LS. Les investigations ont été réalisées par un test de Récupération de Fluorescence Après Photoblanchiment. Enfin un test tribologique a été conduit pour étudier la variation du coefficient de frottement entre les BL et les composants du LS / As vascular (VP) and articular (AP) inflammatory pathologies represent nowadays the principal cause of mortality and disability in industrialized countries, the exact causes favoring their occurrence remain still unknown. The present work aimed at proposing new physical methods to detect the early inflammatory stages through recognition of specific markers and to study the structural and mechanical changes undergone by pathological vascular tissues and synovial fluid (SF). Vascular pathologies can be detected through contrasted MRI pictures. In order to improve the capacity of contrast agents to target specific markers they can be antibody-grafted. Atomic Force Microscopy’s mode Force Spectroscopy (AFM-FS) was used to evaluate the affinity between the Fucoidan as a new antibody, and the P-Selectin vascular inflammatory marker, for capacity to target that marker. Further study of VP used the FS techniques for nanoindentation to study changes in mechanical properties between healthy and pathological vascular tissues. Modifications in SF’s dynamics triggered by one of the molecular component not fulfilling its role may lead to AP. To investigate this issue, each of the main SF’s molecular components had their affinity tested versus the ever-present lipid bilayers using AFM-FS techniques. Furthermore changes in lipid bilayers’ dynamics in the presence/absence of the main SF components were analyzed by Fluorescence Recovery After Photobleaching technique. Finally a tribological test was performed to study the variation of the friction coefficient between the lipid bilayers and SF’s main components

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Cette thèse s’intéresse à l’analyse de cellules silicium cristallin à l’échelle nanométrique, à l’aide de techniques de microscopie à sonde locale (SPM). En particulier, nous avons choisi d’analyser les propriétés électriques à l’échelle locale, grâce à deux techniques SPM : la microcopie à sonde de Kelvin (KPFM) et la microscopie à force atomique à sonde conductrice (CP-AFM).Tout d’abord, nous présentons les forces et faiblesses de ces deux techniques, comparées à la microscopie électronique, qui permet également d’analyser les propriétés électrique à l’échelle nanométrique. Cette comparaison approfondie nous permet d’identifier des mesures où le KPFM et le CP-AFM sont particulièrement adéquat et peuvent apporter de la valeur. Ces mesures sont divisées en deux catégories : les analyses matériaux et les analyses dispositifs.Ensuite, nous nous focalisons sur les analyses matériaux à l’échelle nanométrique. Nous présentons d’abord des mesures de dopage à l’échelle nanométrique, à l’aide d’une technique avancée de CP-AFM, appelée Resiscope. Nous montrons que cette technique peut détecter des changements de dopage dans la gamme 1015 à 1020 atomes.cm-3, avec une résolution nanométrique et un bon ratio signal/bruit. Puis, nous présentons des mesures de durée de décroissance sur des wafers silicium cristallin passivés. Les mesures sont réalisées sur la tranche non-passivée des échantillons. Nous montrons que, même si la tranche n’est pas passivée, les durées de décroissance obtenue par KPFM ont une bonne corrélation avec les temps de vie des wafers mesurées par décroissance de la photoconductivité détectée par micro-ondes.Par la suite, nous nous concentrons sur les analyses dispositif. A l’aide du KPFM, nous analysons deux types de cellules solaires silicium cristallin : les cellules solaires silicium épitaxié (epi-Si) et les cellules solaires hétérojonctions à contact arrière (IBC). En particulier, nous nous focalisons sur l’analyse de dispositifs en condition d’opération. Nous étudions d’abord l’influence de la tension électrique appliquée et nous montrons que les effets de résistance et de diode peuvent être détectés à l’échelle nanométrique. Les mesures de KPFM sont comparées aux mesures de microscopie électronique à balayage (SEM) dans les mêmes conditions, puisque le SEM est aussi sensible au potentiel de surface. Nous montrons que les mesures KPFM sur la tranche de cellules solaires epi-Si peuvent permettre d’étudier les changements de champ électrique avec la tension électrique appliquée. De plus, si la tension électrique est modulée en fréquence, nous montrons que des mesures de temps de vie peuvent être effectuées à l’échelle locale sur la tranche de cellules solaires epi-Si, ce qui peut permettre de détecter les interfaces limitantes. Puis, nous étudions l’influence de l’illumination sur les mesures KPFM et CP-AFM. Nous effectuons des mesures sur la tranche de cellules epi-Si sous différentes valeurs d’intensité et longueurs d’onde d’illumination. Nous montrons une bonne sensibilité des mesures KPFM à l’illumination. Cependant, nous montrons que pour différentes longueurs d’onde, à tension de circuit ouvert fixé, nos mesures ne sont pas corrélées avec les mesures de rendement quantique interne, comme nous le pensions.Enfin, nous résumons notre travail dans un tableau qui représente les forces et faiblesses des techniques pour les différentes mesures d’intérêt exposées précédemment. A partir de ce tableau, nous imaginons un setup de microscopie « idéal » qui permette d’analyser les cellules solaires de manière fiable, versatile et précise. Pour finir, nous proposons des mesures d’intérêt qui pourraient être réalisées avec ce setup « idéal ». / This thesis focuses on the investigation of crystalline silicon solar cells at the nano-scale using scanning probe microscopy (SPM) techniques. In particular, we chose to investigate electrical properties at the nano-scale using two SPM techniques: Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) and Conducting Probe Atomic Force Microscopy (CP-AFM).First, we highlight the strengths and weaknesses of both these techniques compared to electron microscopy techniques, which can also help investigate electrical properties at the nano-scale. This comprehensive comparison enables to identify measurements where KPFM and CP-AFM are particularly adequate. These measurements are divided in two categories: material investigation and devices investigation.Then, we focus on materials investigation at the nano-scale using SPM techniques. We first present doping measurements at the nano-scale using an advanced CP-AFM technique called Resiscope. We prove that this technique could detect doping changes in the range 1015 and 1020 atoms.cm-3 with a nano-scale resolution and a high signal/noise ratio. Then, we highlight decay time measurements on passivated crystalline silicon wafers using KPFM. Measurements are performed on the unpassivated cross-section. We show that, even though the cross-section is not passivated, decay times measurements obtained with KPFM are in good agreement with lifetimes measured by microwave photoconductivity decay.Subsequently, we focus on device measurements. Using KPFM, we investigate two different crystalline silicon solar cell architectures: epitaxial silicon (epi-Si) solar cells and interdigitated back contact (IBC) heterojunction solar cells. In particular, we focus on measurements on devices under operating conditions. We first study the influence of the applied electrical bias. We study the sensitivity of surface potential to electrical bias and we show that diode and resistance effects can be detected at the nano-scale. KPFM measurements are compared to scanning electron microscopy (SEM) measurements in the same conditions since SEM is also sensitive to surface potential. We show that KPFM measurements on the cross-section of epi-Si solar cells can help detect electric field changes with electrical bias. Besides, if the electrical bias is frequency modulated, we show that lifetime measurements can be performed on the cross-section of epi-Si solar cells and can help detect limiting interfaces and layers. Then, we study the influence of illumination on KPFM and CP-AFM measurements. We perform photovoltage and photocurrent measurements on the cross-section of epi-Si solar under different values of illumination intensity and illumination wavelength. We show a good sensitivity of KPFM measurements to illumination. However, we show that measurements for different wavelengths at a given open circuit voltage, are not correlated with the internal quantum efficiency, as we could have expected.Finally, we summarize our work in a table showing the impact of strengths and weaknesses of the techniques for the different measurements highlighted. From this table, we imagine an “ideal” microscopy setup to investigate crystalline silicon solar cells in a reliable, versatile and accurate way. We propose investigations of interest that could be carried out using this “ideal” setup.

Les bactériocines de classe IIa présentent une activité antimicrobienne résultant d'un mécanisme d'action ciblant les membranes des bactéries à Gram positif. Cette activité est modulée par différentes caractéristiques des surfaces bactériennes. Les propriétés physico-chimiques de surface de dix-huit souches bactériennes ont été déterminées afin d'étudier le lien entre ces propriétés et les phénotypes de résistance/sensibilité à Cbn BM1. Les résultats obtenus indiquent une grande diversité des propriétés physico-chimiques des surfaces analysées, sans cependant permettre d’établir un lien entre celles-ci et le phénotype de sensibilité/résistance à CbnBM1. Les mécanismes d'action de Cbn BM1 ont ensuite été étudiés sur Carnobacterium maltaromaticum DSM20730 et Listeria monocytogenes EGDe. L'atteinte de l'intégrité physique des membranes plasmiques par l'action de Cbn BM1 montre une hétérogénéité de réponse des populations bactériennes. Ce résultat a été confirmé par microscopie de force atomique in vivo à haute résolution. L'interaction de Cbn BM1 avec les membranes a été mise en évidence par mesure de l'anisotropie de fluorescence. Cette approche a révélé que Cbn BM1 présente des degrés de pénétration différents dans la membrane de C. maltaromaticum DSM20730 par rapport à L. monocytogenes EGDe. L'action de Cbn BM1 conduit cependant, pour les deux souches, à la modification de la force protomotrice membranaire. Ces différentes approches retenues pour l'étude des mécanismes d'action ont révélé que C. maltaromaticum DSM20730 et L. monocytogenes EGDe présentent une sensibilité à Cbn BM1 uniquement lorsque les cellules sont en phase exponentielle de croissance. / The antimicrobial activity of class IIa bacteriocins toward Gram positive bacteria relies on their membrane targeting mechanisms of action. These mechanisms are modulated by the bacterial surface properties. The physico-chemical surface properties of eighteen bacterial strains were determined to link these properties to the resistance/sensitivity to Cbn BM1 of the bacterial strains. In this way, two approaches were undertaken : the microbial adhesion to solvents and electrophoretic mobility measurements. The results show a large diversity of the determined properties among the strains but without establishing a direct link between the surface properties and the resistance/sensitivity phenotypes. Mechanisms of action of the bacteriocin Cbn BM1 on Carnobacterium maltaromaticum DSM20730 and Listeria monocytogenes EGDe were determined. Syto9® and propidium iodide allowed to show the heterogeneity of the bacterial populations toward the alteration of the membrane integrity. The interaction of Cbn BM1 with the bacterial membrane was studied by monitoring the fluorescence anisotropy of DPH and TMA-DPH. The results highlight a difference between the mechanism of action of Cbn BM1 on C. maltaromaticum DSM20730 and on L. monocytogenes EGDe. However, a treatment by Cbn BM1 leads to a perturbation of the component of the proton-motive force of the membrane for both strains. These approaches revealed that these bacterial strains exhibit a sensitivity to Cbn BM1 only when treated in log growth phase. Modification of nano-mechanical properties of C. maltaromaticum DSM20730 after a treatment by Cbn BM1 were assessed by an atomic force microscopy approach.

Ce manuscrit est consacré à l’analyse théorique et expérimentale d’oxydes Ln2Ti2O7 (Ln = La, Nd, Sm, Gd) et BiFeO3.Les propriétés physiques de La2Ti2O7 et Nd2Ti2O7 ont été investiguées au moyen de calculs ab initio, confirmant ainsi leur ferroélectricité. D’autres oxydes de la famille Ln2Ti2O7, Sm2Ti2O7 et Gd2Ti2O7, ont ensuite été étudiés selon les mêmes méthodes théoriques. Nos calculs ont révélé une meilleure amplitude de polarisation pour ces composés par rapport au La2Ti2O7 et au Nd2Ti2O7. La deuxième partie de ce travail est consacrée aux propriétés structurales, électroniques et ferroélectriques du BiFeO3. L’évolution de ses propriétés lorsqu’il est soumis à une contrainte épitaxiale ont été investiguées au moyen de calculs ab-initio et de mesures en microscopie à champ proche réalisées sur des couches minces déposées sur un substrat de SrTiO3(001). Nos résultats mettent en évidence une modification de la structure interne du matériau sous effet de contrainte, qui se traduit par une réorientation progressive de la polarisation spontanée suivant la direction [001]. Notre étude s’est ensuite tournée vers l’élaboration et l’analyse des propriétés structurales et ferroélectriques de superréseaux (SrTiO3)n(BiFeO3)m. Nos calculs ont mis en évidence que la contrainte épitaxiale imposée au superréseau offrait un contrôle accru des propriétés du BiFeO3 par rapport à son comportement lorsqu’il est déposé seul en couches minces. Les analyses en microscopie à champ proche ont montré une réduction de la tension coercitive de tels films par rapport à celle mesurée sur des bicouches SrTiO3/BiFeO3 ou sur une couche mince de BiFeO3. / In this work, first-principles calculations and experimental measurements have been done in order to investiguate the structural, electroniq and ferroelectric properties of Ln2Ti2O7 (Ln = La, Nd, Sm, Gd) and BiFeO3 oxydes. Calculations on La2Ti2O7 and Nd2Ti2O7 confirmed their ferroelectricity. Other oxydes belonging to the Ln2Ti2O7 family have also been investigated. The results showed an enhancement of the spontaneous polarization within these compounds compared to that of La2Ti2O7 and Nd2Ti2O7. The second part of this work is related to the structural and ferroelectric properties of bismuth ferrite BiFeO3. The evolution of its properties when undergoing an epitaxial strain have been investigated by ab initio calculations and piezoresponse force microscopy measurements on thin films deposited on a (001)-SrTiO3 substrate. Our results showed a modification of the inner structure of BiFeO3 under stain, leading to a continuous reorientation of the spontaneous polarization vector towards [001]. The third part of our study consists in the computational design and synthesis of (SrTiO3)n(BiFeO3)m superlattices. Our calculations showed that epitaxial strain imposed to the superlattice brings a further control of physical properties of BiFeO3 as compared with its behaviour when deposited alone in a thin film. PFM analysis showed a decrease of the coercive field for STO/LNO/(STO)n(BFO)m superlattices as compared with those measured on STO/BFO bi-layers and on BiFeO3 thin films.

Le microscope à force atomique (AFM) permet de caractériser avec une excellente résolution spatiale les surfaces d’échantillons de différentes natures et peut être mis en œuvre dans des milieux variés. Cette versatilité a favorisé le développement d’un grand nombre de techniques dérivées, destinées à investiguer diverses propriétés physiques locales. Le LGEP a ainsi réalisé un module, le Résiscope, capable de mesurer la résistance électrique locale à la surface d’un échantillon polarisé en continu, sur une gamme de 11 décades. Mise au point en mode contact, où la pointe exerce en permanence une force sur l’échantillon, cette technique fonctionne très bien sur des matériaux durs, mais trouve ses limites sur des échantillons mous ou fragiles puisque dans certaines conditions, la pointe peut altérer leur surface. Pour de tels échantillons, un mode contact intermittent, dans lequel la pointe vient à intervalles réguliers toucher très brièvement la surface, est plus approprié, mais complique la réalisation des mesures électriques. Le but de la thèse consistait à lever cette difficulté en modifiant le Résiscope pour pouvoir l’associer au « Pulsed Force Mode », mode intermittent où la pointe oscille à une fréquence de 100Hz à 2000Hz.Différentes évolutions matérielles et logicielles ont été apportées pour permettre le suivi temporel détaillé du signal de résistance électrique à chaque établissement/rupture de contact (indispensable pour passer en revue les phénomènes liés à l’intermittence), de même que pour pouvoir travailler à des vitesses de balayage acceptables. Pour l’imagerie, les meilleurs contrastes ont été obtenus grâce à une électronique de synchronisation et de traitement prenant en compte les valeurs de résistance électrique à des moments bien précis. Pour tester ce nouveau système, nous avons dans un premier temps comparé les courbes de résistance et de déflexion que nous obtenons par ce mode avec celles considérées classiquement dans le mode approche-retrait. Nous avons ensuite étudié l’influence des principaux paramètres (fréquence et amplitude d’oscillation, force d’appui, type de pointe, etc.) sur les mesures topographiques et électriques, en utilisant le HOPG comme matériau de référence. Ces essais ont notamment permis de mettre en évidence un retard quasi systématique du signal électrique par rapport au signal de déflexion (autre que le temps de mesure propre au Résiscope), dont nous n’avons pu élucider l’origine. Une fois ces connaissances acquises, nous avons étudié deux types d’échantillons organiques, l’un à caractère académique – des monocouches auto-assemblées d’alcanethiols (SAMs), l’autre à finalité plus applicative – des couches minces formées d’un réseau interpénétré de deux constituants (P3HT:PCBM) destinées aux cellules photovoltaïques. Dans les deux cas nous avons montré la pertinence de l’outil Résiscope en mode intermittent pour obtenir des informations qualitatives et quantitatives. Parallèlement à ces travaux sur matériaux fragiles, nous avons mené une étude annexe sur un phénomène de croissance de matière à caractère isolant constaté dans des conditions particulières sur différents matériaux durs, qui a été interprété comme la formation de polymère de friction sous l’effet des nano-glissements répétés associés à la déflexion du levier.Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d’une convention CIFRE avec la société Concept Scientifique Instruments, adossée au projet ANR « MELAMIN » (P2N 2011). / The atomic force microscope (AFM) allows to characterize with excellent spatial resolution samples of different types of surfaces and can be implemented in various environments. This versatility has encouraged the development of a large number of derivative technics, intended to investigate various local physical properties. The LGEP thus achieved a module, the Résiscope, capable of measuring the local electrical resistance on the surface of a sample polarized continuously, on a range of 11 decades. Developed in contact mode, where the tip continuously exerts a force on the sample, this technic works well on hard materials, but finds its limits on soft or fragile samples since under certain conditions, the tip can alter the surface. For such samples, an intermittent contact mode, in which the tip comes at regular intervals touch very briefly the surface, is more appropriate, but complicates the achievement of electrical measurements. The aim of this thesis was to overcome this difficulty by changing the Résiscope to be able to join the "Pulsed Force Mode", intermittent mode where the tip oscillates at a frequency of 100Hz to 2000Hz. Different hardware and software changes have been made to permit the detailed temporal monitoring of the electrical resistance signal to each make / break contact (necessary to review the phenomena related to intermittency), as well as to be able to work in acceptable scan speeds. For imaging, the best contrasts were obtained through an electronic timing and treatment taking into account the electrical resistance values at specific times.To test this new system, we have initially compared resistance and deflection curves we get by this mode with those considered classically in the force-distance curves mode. We then investigated the influence of main parameters (frequency and amplitude of oscillation, setpoint, coating of the tips, etc.) on the topographical and electrical measurements, using the HOPG as reference material. These tests resulted to highlight a nearly systematic delay of the electrical signal relative to the deflection signal (other than the Resiscope measure time), which we were not able to elucidate the origin. Once these knowledge acquired, we studied two types of organic samples, one in academic nature - Self-Assembled Monolayers of alkanethiols (SAMs), the other more applicative purpose – formed of thin layers of an interpenetrating network of two components (P3HT:PCBM) for photovoltaic cells. In both cases we have shown the relevance of the Resiscope tool in intermittent mode to obtain qualitative and quantitative information. In addition to these work on fragile materials, we conducted an annex study on a phenomenon of growth material of insulating nature found in special conditions on various hard materials, which has been interpreted as the friction polymer formation as a result of repeatedly nano-sliding associated with the deflection of the cantilever. These investigations were conducted under a CIFRE agreement with the Concept Scientific Instruments company, backed by the ANR MELAMIN» (P2N 2011) project.