La grande majorité des médicaments (principes actifs et excipients) sont généralement préparés à l'état solide (poudre, comprimés, gélules) qui peut exister sous différentes formes : polymorphes cristallins ou amorphes. Ces formes se comportent différemment dans le corps humain et ont un impact considérable sur l'efficacité thérapeutique et la stabilité du médicament. Contrôler et prédire les propriétés de l'état solide durant la fabrication et le stockage sont donc les principaux problèmes dans le développement de nouveaux produits pharmaceutiques. La principale motivation de ce travail de thèse est qu'il demeure de nombreux problèmes fondamentaux et pratiques que l'état de l’art actuel en pharmacie ne peut pas traiter efficacement. Une approche plus fondamentale est donc nécessaire et ont motivé le choix de cette étude. Un programme de recherche portant sur l’état physique des composés de base des médicaments- des petites molécules organiques – a été mené. Cette problématique de recherche fondamentale avec une finalité appliquée a impliqué des investigations sur:La prédiction de la stabilité des polymorphes cristallins de composés pharmaceutiques.Les propriétés physiques de l’eau à l’interface de matériaux cristallins et amorphes.La cinétique d'agrégation d'un composé modèle de la pharmacie. / Most of the active pharmaceutical ingredients and excipients are generally formulated in solid state which may exist under several different forms including crystalline polymorphs and amorphous forms. Such forms can exhibit different behaviors and have significant impact on the therapeutical efficiency and the stability of the drug product. This thesis was mainly motivated by the fundamental and practical difficulties that remained unsolved by the actual state of the art in pharmaceutical science. A fundamental approach has thus been necessary and a research program on solid state physics of basic pharmaceutical compounds (small organic molecules) has been conducted on: - Prediction of stability of crystalline polymorphs of pharmaceutical compounds;- Physical properties of interfacial water in contact with crystalline and amorphous materials;- Aggregation kinetic of a model pharmacutical compound.

Les molécules organiques complexes sont abondantes dans le milieu interstellaire et leur détection est indispensable à la compréhension des processus chimiques gouvernant l'univers. Les détections astronomiques sont réalisées par des télescopes comme ALMA, SOFIA, HERSCHEL et IRAM, dans le domaine millimétrique. À cette fin la spectroscopie de rotation en laboratoire est une étape indispensable. L'étude du glycolaldéhyde, de l'isocyanure d'allyle et du formiate de méthyle a été réalisée. Les spectres ont été enregistrés sur le spectromètre millimétrique et submillimétrique du PhLAM. Le glycolaldéhyde est une molécule pré-biotique possible, les états fondamentaux et les trois premiers modes de vibration des deux isotopologues 13C ont été modélisés par le modèle théorique du Hamiltonien de Watson. Le formiate de méthyle, isomère du glycolaldéhyde, est très abondant dans le milieu interstellaire. Il contient un groupe méthyle et est caractérisé par un mouvement de grande amplitude qui se couple avec la rotation globale de la molécule. La modélisation de ce couplage a nécessité un ajustement global des états de torsion νt = 0 et 1 du groupe méthyle de l'isotopologue 13C-2. Sa détection dans Orion-KL sera reportée. L'isocyanure d'allyle est d'intérêt astrophysique. Cette molécule présente une structure hyperfine due à l'atome N et résolue uniquement dans le domaine micro-onde. L'analyse des états fondamentaux des conformères Cis et Gauche les plus stables a été entendue dans le domaine millimétrique et submillimétrique. L'interaction de Coriolis (type a et b) entre les niveaux ν1 = 1 et ν2 = 1 du conformère Cis de l’isocyanure d’allyle a été modélisée. / Complex organic molecules are abundant in the interstellar medium and their detection play a big role in the comprehension of the chemical processes governing the evolution of the universe. Astronomical detection in the millimeter- wave region is realized by the use of telescopes such as ALMA, SOFIA, HERSCHEL and IRAM. For this purpose, rotational spectroscopy in the laboratory is an essential stage. In consequence, the study of glycolaldehyde, allylisocyanide and methylformate was elaborated. The spectrum of these molecules was recorded with the millimeter- and submillimeter- wave spectrometer in the PhLAM laboratory. Glycolaldehyde is a possible prebiotic molecule. The rotational spectra of the ground state and the three lowest vibrational modes for the two 13C isotopologs were modeled by a Watson Hamiltonian. The methylformate is an isomer of glycolaldehyde and is very abundant in the interstellar medium. It is characterized by the presence of methyl group establishing large amplitude motion witch couples with the global rotation of the molecule. To model this interaction for the 13C-2 isotopolog, a global fit of the two torsional states νt = 0 et 1 of the methyl group is required. The detection of νt = 1 in Orion-KL will be reported. Allylisocyanide is of astrophysical interest. This molecule establishes an hyperfine structure due to the presence of the N atom. This structure is resolved only in the micro- wave domain. The analysis of the ground state of both conformers was extended in the millimeter- and submillimeter- wave regions. Coriolis interactions of a and b types between ν1 = 1 and ν2 = 1 sates of the Cis conformer was resolved.

Cette étude vise à conforter l’apport de matière organique extraterrestre via les météorites et les micrométéorites. Elle permet de mieux cerner les conditions dans lesquelles les molécules organiques, synthétisées dans l’espace, ont contribué à l’émergence de la vie sur Terre il y a environ quatre milliards d’années. Pour cela, des molécules organiques ont été exposées aux conditions de l’espace à bord de la station spatiale internationale et également irradiées en laboratoire lors d’expériences au sol. Par ailleurs, des molécules organiques associées à une argile, ont été soumises à des chocs mécaniques pour simuler des impacts météoritiques. Des acides aminés et des dipeptides ont été choisis pour ces études en raison de leur intérêt prébiotique et de la diversité des groupements fonctionnels qu’ils offrent. Des méthodes de fonctionnalisation pour l’analyse chirale ou non chirale de ces molécules par chromatographie gazeuse couplée à un spectromètre de masse ont été développées. Les expériences démontrent que la résistance des molécules à l’irradiation et à l’impact est fonction de la nature chimique des composés. De ce fait, le transport dans l’espace et l’impact météoritique pourraient servir de filtres moléculaires en favorisant certaines molécules au détriment d’autres. / This study concerns the transport to Earth of exogenic organic matter by meteorites or micrometeorites in order to better determine the conditions under which organic molecules synthesized in space contributed to the emergence of the life on Earth four billion years ago or more. Organic molecules were exposed to space conditions on board the international space station as well as in laboratory experiments. Moreover, simulated meteorite impacts on organic molecules associated with a clay were carried out to determine the survival of the organic components. Amino-acids and dipeptides were selected for these studies because of their prebiotic interest and for the diversity of their functional groups. Methods of derivatization for chiral and not chiral analysis of these molecules by gas chromatography coupled to a mass spectrometer were developed. The results of the experiments show that the resistance of the molecules to irradiation and to impact is a function of their chemical nature, and that transport in the space environment as well meteoritic impact could be used as molecular filters by favouring the survival of certain molecules rather than others.

Le travail développé dans cette thèse porte sur l'étude du rôle joué par les interactions faibles dans l'auto-assemblage à l'échelle nanométrique de molécules organiques sur des surfaces conductrices atomiquement planes. Le terme 'interactions faibles' désigne par exemple les interactions de Van der Waals ou bien encore les liaisons hydrogène. Les nanostructures formées sont étudiées dans les conditions ambiantes par microscopie tunnel à balayage (Scanning Tunneling Microscopy, STM) à l’interface liquide-solide sur des surfaces d’or Au(111) ou de graphite HOPG. Des calculs théoriques sont également menés afin de quantifier les interactions mises en jeu, notamment les liaisons hydrogènes. Dans un premier temps, l'adsorption de deux séries de molécules, des cétones propargyliques et des acides propioliques, est observée sur Au(111). Les auto-assemblages obtenus sont expliqués par la nature des groupements chimiques présents et de leur interaction avec la surface d'or. La seconde partie étudie l'importance des liaisons hydrogènes inter-moléculaires dites "faibles" au travers de systèmes aromatiques modèles de type nitro-benzène ou pyridine. Les calculs ab-initio permettent de déterminer les géométries d’interaction et les énergies correspondantes et donc de rationnaliser les auto-assemblages observés. Dans un dernier temps, les résultats développés sont utilisés afin d'immobiliser des molécules organiques fonctionnelles sur l'or ou le graphite. Des monocouches de pro-drogues du paracétamol et de la benzocaïne sont ainsi réalisées. La formation de nanostructures à partir de dérivés de type nitro-amine est également étudiée, en vue d'applications pour l'électronique moléculaire.

La résonance magnétique nucléaire du solide est un outil potentiellement puissant pour déterminer la structure et la dynamique d'une large variété de composés. Dans cette thèse, nous montrons tout d'abord comment assigner un échantillon en poudre et en abondance isotopique naturelle à une structure cristalline en utilisant la RMN du solide haute résolution proton et carbone associée à des calculs théoriques. De même, la détermination de la structure tridimensionnelle d'un composé organique en poudre et en abondance isotopique naturelle est présentée. Elle est obtenue par une méthode qui combine modélisation moléculaire et données expérimentales de diffusion de spin proton. Enfin, une étude de la dynamique et du désordre structural a été réalisée sur des matériaux composés de silice par l'intermédiaire de la RMN du silicium. Ainsi, on montre que le temps de déphasage transverse T2' du silicium peut être utilisé comme une sonde de la dynamique indépendamment du désordre statique.

La physique des surfaces et nanosciences est une discipline qui permet la conception d’une diversité de matériaux innovants pour mieux répondre aux besoins de la technologie actuelle. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à caractériser les propriétés de différentes structures 2D élaborées sur des substrats d’argent en combinant différentes techniques d'analyses de surface.D'une part nous avons étudié des films 2D auto-assemblés à base de phtalocyanine de cobalt adsorbées sur Ag(100). Au régime de la monocouche, deux phases ont été essentiellement observées : la (5x5) et la (7x7). La spectroscopie de pertes d'énergie nous a permis de mettre en évidence deux mécanismes de transfert de charge métal/molécule différents en raison des sites d'adsorption différents.D'autre part, nous avons synthétisé, par évaporation d'atomes de silicium sur de l'Ag(111), du silicene en monocouche et multicouche. Ainsi nous avons entrepris des mesures dans le but de comprendre les propriétés structurales du silicene en multicouche. Pour cela nous avons engagé des mesures par spectroscopie de photoémission et diffraction de photoélectrons, et comparé nos données avec des simulations réalisées dans le cadre la diffusion multiple. Plusieurs hypothèses concernant la nature de ce matériau ont pu être testées. Par ailleurs nous avons étudié la fonctionnalisation du silicene par hydrogénation et adsorption de molécules de F4TCNQ. / Nanosciences and surface science are key elements in the conception of a diversity of innovative materials designed to better cope with the needs of current technology. Within this context, we have resolved to characterise the properties of different two-dimensional structures grown on silver substrates with the help of several complementary techniques of surface analysis.Firstly, we have studied auto-assembled 2D films of cobalt phthalocyanine on Ag(100) substrates. In situations with coverages close to the monolayer, two phases were observed: the (5x5) and the (7x7). The electron energy loss spectroscopy has allowed us to support the existence of two inequivalent charge transfer mechanisms between the substrate and the molecules due to differences in the adsoprtion sites. Secondly, we have synthesised both monolayer and multilayer silicene by evaporating silicon atoms on Ag(111) substrates. We have decided to delve into the characteristics of multilayer silicene as it’s less well-known than its monolayer counterpart. With this aim, the system has been subjected to experiments of photoemission spectroscopy and diffraction. In this manner, several hypotheses on the very nature of this material have been tested. On another matter also related to silicene, we have studied its functionalization by adsorption of F4TCNQ molecules and atomic hydrogen.

Les matériaux tels les nickelates et les manganites, montrent des propriétés magnéto-électriques intéressantes liées au phénomène de double échange. L'objectif principale de ce travail est d'étudier le mécanisme de ce phénomène afin d'en comprendre l'origine, à la fois microscopique, par la détermination des interactions dominantes dans des composés moléculaires à deux centres magnétiques et macroscopique, par l'étude des effets collectifs dans des systèmes de plus grande taille. La première partie consiste en une étude par des méthodes ab initio de séries de systèmes organiques conjugués qui présentent un phénomène de double échange. Les énergies et fonctions d'onde du bas du spectre sont utilisées pour extraire les interactions du modèle de double échange. Par cette analyse nous montrons qu'il existe des systèmes organiques conjugués susceptibles de posséder des propriétés magnéto-électriques similaires à celles observées dans les matériaux constitués de métaux de transition. La deuxième partie est consacrée à une étude détaillée des propriétés collectives du modèle de double échange dans des systèmes monodimensionnels de taille variable. Des chaînes 1D de sites à deux orbitales et un ou deux électrons par sites sont étudiées au moyen de diagonalizations exactes. Nous avons développé des outils d'analyse afin d'étudier l'extension spatiale du polaron ferromagnétique et la délocalisation dans l'état fondamental. Enfin nous montrons comment le champ magnétique peut provoquer un changement drastique de la délocalisation électronique et par conséquent de la conductivité en fonction du dopage. / The materials like nickelates and manganites, show extraordinary magneto-electric properties originating from the double exchange (DE) phenomenon. In this work we try to understand the origin of these properties, not only at the microscopic level, by studying systems with two magnetic centers, but also at the macroscopic level, by studying collective effects in systems with varying sizes. The first part consists of an {it ab initio} study of a series of five conjugated organic systems, with two magnetic centers each, which are susceptible to exhibit DE phenomenon. The low lying eigenstates are used to extract the parameters of the DE Hamiltonian and substantiate the model. Thus, we show that there exist conjugated organic systems which could, in principle, possess magneto-electric properties similar to those observed in materials formed of transition metal oxides. The second part consists of a detailed study of the collective properties of the double exchange Hamiltonian in one dimensional systems of variable size. One dimensional chains made up of sites with two orbitals each and one or two electrons per site are studied with exact diagonalization methods. Novel tools have been developed to quantify the size of the ferromagnetic polaron and the amount of electron delocalization in the resulting ground state. Finally, we show how a magnetic field could bring about a drastic change in the electron delocalization in the system for a given doping ratio.

Dans cette thèse, la formation de monocouches auto-assemblées de différentes molécules de chalcogénure et de molécules p-conjuguées planaire et leurs caractéristiques structurelles et électroniques ont été systématiquement étudiées principalement par spectroscopie photoélectronique à rayons X effectuée utilisant la lumière synchrotron, microscopie à effet tunnel à balayage et diffraction d'électrons à faible énergie. Une étude de la formation de structures hybrides organiques-inorganiques auto-assemblées a été réalisée par assemblage couche par couche d'un dithiol sur ZnO (0001) avec dépôt de métal intermédiaire. De plus en complément de l'étude des molécules comportant un atome de chalcogènure, les caractéristiques d'adsorption du sélénium et du soufre ont été étudiées. La spectroscopie XPS à haute résolution et la spectroscopie de structure fine d’absorption au seuil d’excitation (NEXAFS) ont permis d'étudier les caractéristiques des monocouches auto-assemblées du sélénure de benzène et du sélénophène sur Cu (100) et dihexyldiselénure sur Ni (111) et Pd (111) et ont montré en particulier l’existence de processus de rupture de liaison Se-C ainsi que l’existence de différents sites d'adsorption de molécules. Ces conclusions ont été soutenues par l'étude de l'adsorption atomique du sélénium, qui montre également l'existence de différents sites d'adsorption pour le Se atomique avec différents environnements chimiques. Ces conclusions sont principalement basées sur une étude XPS haute résolution des spectres caractéristiques Se3d, Se3p, du spectre de bande de valence et de l'imagerie LEED. La formation de monocouche de 5,5-bis (mercaptéthyl) -2,20-bipyridine (BPD) avec terminaison SH libre sur ZnO(0001) a été démontrée, permettant le greffage ultérieur d'Ag et Ni et de l’ assemblage d’une autre couche de BPD sur cette couche de métal-dithiol. Les changements dans les propriétés électroniques ont été déterminés à partir des spectres de la bande de valence. La molécule π-conjuguée, NTCDA, a été déposée sur différentes surfaces métalliques et sa morphologie structurelle et ses propriétés chimiques par rapport à la surface métallique ont été étudiées. Les molécules NTCDA affichent une structure « couchée » avec deux domaines différents sur Ag (110) et Cu (100) mais trois domaines sur la surface de Cu (111). Par rapport à celui sur la surface inerte de Au, une forte interaction entre les molécules et les substrats de Cu, Ag existe et joue un rôle important dans la détermination de l'orientation et de l'état de liaison des films organiques. / In this thesis, the formation of self-assembled monolayers of different chalcogenide molecules and planer π-conjugated molecules and their electronic and structural characteristics were systematically studied mainly by synchrotron based X-ray photoelectron spectroscopy, scanning tunneling microscopy and low energy electron diffraction. A study of formation of hybrid organic-inorganic self assembled structure was performed by layer by layer assembly of a dithiol on ZnO(0001) with intermediate metal deposition. Additionally as a complement to the study of chalcogen head group molecules the adsorption characteristics of selenium and sulfur were investigated. The high resolution XPS and near edge absorption fine structure spectroscopy allowed to investigate the characteristics of self-assembled monolayers of benzene selenide and selenophene on Cu (100), and dihexyldiselenide on Ni(111) and Pd(111) and showed in particular the existence of Se-C bond breaking processes and existence of different adsorption sites of molecules. These conclusions were supported by the study of atomic selenium adsorption, which also shows existence different adsorption sites for the atomic Se with different chemical environments. These conclusions are mainly based on high resolution XPS study of characteristic Se3d, Se3p spectra, valance band spectrum and LEED imaging. The formation of a 5,5- bis (mercaptomethyl)-2,20- bipyridine (BPD) with SH termination on ZnO(0001) was demonstrated allowing subsequent grafting of Ag and Ni and further assembly of BPD on this metal-dithiol layer. The changes in electronic properties were determined from valence band spectra. The large π-conjugated molecule, NTCDA, was deposited on different metal surfaces and its structure morphology and chemical properties with respect to the metal surface was investigated. The NTCDA molecules displays a lying down structure with two different domains on Ag (110) and Cu(100) but three domain on Cu(111) surface. Compared with the one on the inert Au surface, a strong interface interaction between the molecules and Cu, Ag substrates plays an important role in determining the orientation and bonding state of the organic films.

D'après de nombreux auteurs, les interactions argilo-organiques, en environnement aquatique influenceraient le devenir des matières organiques (MO) lors de leur transfert vers le sédiment. Cependant, l'implication des argiles dans les mécanismes de piégeage et de préservation des composés organiques labiles n'a jamais été démontrée. Cette étude a consisté d'une part à tester la fixation de molécules organiques sur des saponites de synthèse, de charge variable, et une montmorillonite naturelle, par des approches in vitro et in vivo en milieu marin et lacustre. Et d'autre part à éprouver la stabilité des assemblages en milieu agressif. Elle montre que le mode de piégeage est restreint à l'adsorption en surface et bordure des argiles. Aucune intercalation n'a été mise en évidence. In vitro, l'adsorption est en grande partie influencée par la nature des molécules organiques et plus spécifiquement celle de leurs groupements fonctionnels. In vivo, en présence de MO naturelles complexes, les argiles privilégient les fractions organiques peu transformées diagénétiquement. La nature et les concentrations des molécules adsorbées dépendent également des propriétés de surface des minéraux. La densité des charges cationiques induit des conflits stériques qui conduisent, dans l'environnement lacustre étudié, au piégeage sélectif des molécules aromatiques sur les argiles de basse charge. La grande stabilité des assemblages argilo-organiques, éprouvée par des attaques alcalines, indique l'existence de liaisons fortes, probablement multiples, et pérennes entre argiles et MO. En adsorbant durablement les molécules organiques, les argiles réduisent leur disponibilité aux agents agressifs dans les colonnes d'eau. A l'issu de cette étude, il ressort que les interactions argilo-organiques sont un mode de préservation à part entière, au même titre que les processus de dégradation-recondensation, de sulfuration naturelle ou de préservation sélective intrinsèque, permettant le transfert de MO métabolisables vers les sédiments.

Les composés organiques et organométalliques représentent des matériaux prometteurs pour leurs applications dans divers domaines tels que l'optique non linéaire, l'optoélectronique, la photonique et le stockage des données par voie optique. Dans ce travail,nous avons étudié les propriétés optiques non linéaires(ONL) de deux familles de composés à savoir des molécules organiques à base de BODIPY et des complexes organométalliques à base de ruthénium (II)et de fer (II). Pour cette étude nous avons utilisé un laser pulsé en régime picoseconde qui délivre deux longueurs d'ondes : 1064 nm et 532 nm. Nous avons utilisé 1064nm pour les techniques de la génération de la seconde harmonique (SHG) et la génération de la troisième harmonique (THG) et 532 nm pour celle de Zscan.Les résultats obtenus sont intéressants et originaux et montrent bien que la réponse non linéaire dépend du nombre de groupements donneurs d’électrons pour les molécules organiques à base de BODIPY. Le même comportement a été observé dans le cas des complexes organométalliques à base de ruthénium (II) et de fer (II) mettant en évidence la modulation de la réponse optique non linéaire en fonction de la nature du métal de transition utilisé(Ru(II)ou Fe(II)) et de la nature des ligands auxiliaires autour du fragment organométallique (Ru(II)). / Organic and organometallic compounds represent an important potential in many fields such as optics, optoelectronics, photonics and optical data storage. In this work, we have studied the nonlinear optical properties of two types of compounds; organic molecules based on BODIPY and organometallic complexes based on ruthenium (II) and iron (II). For this, the experimental techniques used were based on SHG, THG and onZ-scan techniques. For this study, we used a pulsed picosecond laser delivering two wavelengths: 1064 nm and 532 nm. 1064 nm for SHG and THG techniques and 532 nm for Z-scantechnique were used, respectively. The results obtained are interesting and original and show that the nonlinear optical response of organic molecules based on BODIPY depends in particular on the number of electron donor groups. The same behavior has been observed in the case of organometallic complexes based on ruthenium (II) and iron (II), highlighting the modulation of the nonlinear optical response as a function of the nature of the transition metal used (Ru ( II) or Fe (II)) and the nature of the ancillary ligands around the organometallic moiety (Ru (II)).