L’objectif de la thèse est la synthèse et l’optimisation des supports monolithiques et l’évaluation de leur efficacité en cuisson kraft et lors du recyclage (essai des catalyseurs dans un réacteur de capacité 5 kg). Lors de cette thèse, nous avons montré que l’utilisation des monolithes styréniques anthraquinoniques à base de diméthacrylate de diéthylèneglycol et de divinylbenzène en cuisson permettent d’économiser de l’alcali actif consommé et d’augmenter le rendement en pâtes à des indices kappa faibles. Les monolithes à base de diméthacrylate de diéthylèneglycol sont plus efficaces en cuisson que ceux à base de divinylbenzène, avec des gains comparables à l’effet de l’anthraquinone commerciale et gardent leur activité catalytique lors du recyclage. / The objective of the thesis is the synthesis and optimization of monolithic supports and the evaluation of their efficiency in the kraft process and after recycling (test of catalysts inside a 5 kg capacity reactor). In this work, we showed that the presence of monoliths styrene-anthraquinone-diethyleneglycoldimethacrylate or styrene-anthraquionone-divinylbenzene in the kraft process could save up the active alkali consumed and could increase the yield in pulp at low indice kappa. The monoliths styrene-anthraquionone-diethyleneglycoldimethacrylate are more efficiently in cooking process than those containing divinylbenzene. Their performance is closed of that of the commercial anthraquinone and this catalytic activity persists even after recycling.

Cette étude a pour objectif d’élaborer des mousses de géopolymère à macroporosité connectée pour le traitement des effluents liquides radioactifs. La première partie de ce travail a consisté à synthétiser des monolithes de géopolymères par moussage direct en utilisant le peroxyde d’hydrogène (H2O2) comme agent porogène. Celui-ci se décompose en milieu basique pour produire de l’oxygène et ainsi produire la mousse de géopolymère par nucléation/croissance de bulles d’oxygène jusqu’à épuisement du terme source et/ou prise du matériau. Pour stabiliser les bulles de gaz générées, l’ajout d’un tensioactif est nécessaire pour limiter les phénomènes de coalescence. L’influence de la concentration en H2O2, de la nature chimique du tensioactif et de la viscosité de la pâte sur la cinétique de production et sur les propriétés finales de la mousse ainsi produite a été étudiée. Les résultats montrent classiquement qu’une forte concentration initiale de H2O2 produit des mousses de forte porosité, avec des tailles de pores élevées et des propriétés mécaniques moindres. Par contre, le choix de la nature chimique du tensioactif a une très forte influence d’une part de la rhéologie de la pâte de géopolymère et d’autre part sur les propriétés du réseau poreux. En effet, par un choix approprié du tensioactif, il est possible d’obtenir des mousses de géopolymères à macroporosité fermée ou ouverte, avec des distributions en taille de pores plus ou moins étalées et de bonnes propriétés mécaniques. A l’issue de cette première étape, un monolithe de géopolymère à porosité ouverte a été fonctionnalisé par précipitation des particules d’hexacyanoferrate de cuivre connues pour être très sélectives vis-à-vis du césium. Les essais ont été réalisés en mode batch dans différents milieux (eau pure, eau douce et eau douce chargée de cations compétiteurs de charge en concentration importante). Les cinétiques et les isothermes d’adsorption du césium ont été déterminées sur une large gamme de concentration en césium (de l’état de trace jusqu’à 1000 ppm) et la mousse de géopolymère fonctionnalisée a montré des performances remarquables pour le piégeage sélectif du césium par rapport à une mousse non fonctionnalisée. En effet, les essais en milieu radioactif (trace de césium dans l’eau douce) ont montré que la valeur du coefficient de distribution (Kd) pour la mousse fonctionnalisée est de l’ordre 5.5 105 ml.g-1. / This study aims to develop geopolymer foams with connected macroporosity for the treatment of radioactive liquid wastes. The first part of this work was to synthesize geopolymer monoliths by direct foaming using hydrogen peroxide (H2O2) as blowing agent. It decomposes in a basic medium to produce oxygen and thus produces the geopolymer foam by nucleation and growth of oxygen bubbles until exhaustion of the source term and/or setting of the material. To stabilize the generated gas bubbles, the addition of a surfactant is necessary to limit coalescence phenomena. The influence of the H2O2 concentration, the chemical nature of the surfactant and the viscosity of the paste on the kinetics of production and on the final properties of the foam thus produced, was studied. The results conventionally show that a high initial concentration of H2O2 produces high porous foams, with high pore sizes and less mechanical properties. On the other hand, the choice of the chemical nature of the surfactant has a very strong influence on the one hand on the rheology of the geopolymer paste and on the other hand on the properties of the porous network. Indeed, by an appropriate choice of the surfactant, it is possible to obtain geopolymer foams with closed or open macroporosity, with pore size distributions more or less spread and with good mechanical properties. At the end of this first step, a well-connected geopolymer monolith was functionalized by precipitation of copper hexacyanoferrate particles known to be very selective with respect to cesium. The tests were performed in batch mode in different media (pure water, fresh water and fresh water loaded with competitor cations in high concentration). The kinetic and adsorption isotherms of cesium were determined over a wide range of cesium concentration (from trace to 1000 ppm) and the functionalized geopolymer foam showed remarkable performance for selective entrapment of cesium as compared to an unfunctionalized foam. Indeed, the tests in radioactive medium (trace of cesium in fresh water) have shown that the value of the distribution coefficient (Kd) for the functionalized foam is around 5.5 105 ml.g-1.

L'électrochromatographie capillaire (ECC) est une méthode séparative très prometteuse. En effet, elle combine l'efficacité due au profil plat du flux électroosmotique (ECZ) et la sélectivité due aux interactions avec une phase stationnaire (CPL). Les phases stationnaires monolithiques ont été développées comme alternative aux phases particulaires de par leur facilité de synthèse in situ. C'est pourquoi ces nouvelles phases stationnaires peuvent être facilement intégrées dans des microsystèmes analytiques. Cependant un des inconvénients majeurs lié aux techniques miniaturisées est leur faible sensibilité lors d'analyses de traces. Ces difficultés peuvent être circonvenues en réalisant une étape appropriée de préconcentration des composés d'intérêt avant l'étape d'analyse proprement dite. Une telle stratégie serait particulièrement pertinente pour des échantillons environnementaux et d'intérêts biologiques. Dans un premier temps nous avons étudié l'optimisation de la synthèse in situ de phases stationnaires monolithiques à base d'acrylates. Des facteurs tels que la dose énergétique appliquée ainsi que le prétraitement du capillaire ont été étudiés afin de déterminer dans quelle mesure ceux-ci peuvent influer sur les performances structurales et séparatives de ces colonnes. Dans un deuxième temps, les résultats obtenus en ECC avec des colonnes monolithiques testées en tant que matériau de préconcentration et de séparation sont présentés. Ces études ont été menées avec des composés modèles environnementaux. De très bonne efficacité (250 000 à 350 000 plateaux par mètre) et des facteurs de préconcentration supérieurs à 10 000 ont été obtenus, avec succès. Enfin le couplage en ligne d'une étape de préconcentration avant la séparation dans des microsystèmes comportant une phase stationnaire monolithique a été réalisé, des hydrocarbures polyaromatiques ont ainsi été analysés.

Ce manuscrit est consacré à l'élaboration de phases stationnaires monolithiques organiques pour lesmicrosystèmes électrochromatographiques plastiques. La partie bibliographique situe d'abord l'intérêt destechniques électrocinétiques en microsystème. Ensuite, l'état de l'art sur l'utilisation des monolithes dans cestechniques séparatives est présenté en portant une attention particulière à la description du processus dephotopolymérisation. La fonctionnalisation de surface du copolymère d'oléfine cyclique (COC) est ensuitedétaillée afin d'envisager l'ancrage du monolithe aux parois du canal.La partie expérimentale a porté tout d'abord sur le développement et la caractérisation de deux monolithesacrylates dédiés à la chromatographie à polarités des phases inversées. Le travail expérimental s'est ensuiteorienté vers le développement d'un nouveau procédé permettant la synthèse et l'ancrage du monolithe dansles microcanaux en COC, ceci en une seule étape et à partir des photoinitiateurs de type I. Ce protocolepermet l'obtention d'efficacités intéressantes qui restent cependant inférieures à celles obtenues en capillaire.Des adaptations des conditions d'irradiation ont alors été apportées pour la synthèse de ces monolithes àl'intérieur des microsystèmes afin d'obtenir des efficacités de l'ordre de 250 000 plateaux/m. Pour terminer,les domaines d'applications et la longévité du dispositif ont été illustrés par la séparation de différentesfamilles de solutés (PAH, mycotoxines, catécholamines, acides aminés, amines biogènes) et l'analysed'échantillons réels tels que les vins (pour déterminer la teneur en certaines amines biogènes : histamine ettyramine).

Ce manuscrit est consacré à l’élaboration et à la photofonctionnalisation des monolithes de silice pour les techniques séparatives miniaturisées. La partie bibliographique situe d’abord l’intérêt des monolithes dans les techniques séparatives miniaturisées. L’état d’art sur l’utilisation des monolithes de silice dans ces techniques séparatives est ensuite établi en portant une attention particulière sur leur utilisation dans l’analyse d’échantillons biologiques et/ou environnementaux (préparation d’échantillons couplée aux méthodes séparatives ou utilisation de colonne de grande longueur). Un descriptif de la synthèse des monolithes de silice par le procédé sol gel est ensuite détaillé. Enfin, une étude des différentes méthodes de fonctionnalisation des monolithes de silice est présentée. L’optimisation des paramètres expérimentaux de la synthèse sol-gel a conduit à un procédé de synthèse robuste et répétable de capillaires monolithiques de silice de grandes longueurs et d’efficacités élevées (efficacités de l’ordre de 160 000-200 000 plateaux/m). Le travail expérimental s’est ensuite orienté sur l’optimisation de procédés de fonctionnalisation par voie thermique et sur le développement de nouveaux procédés de photopolymérisation ou de photografting par « photo click chemistry ». Les résultats obtenus dans des modes chromatographiques variés après photofonctionnalisation avec différents monomères montrent que ces procédés sont polyvalents et qu’un contrôle des paramètres permet de conserver les performances chromatographiques du matériau de départ. Outre sa simplicité et sa rapidité, cette approche permet de définir et de localiser différentes chimies de surface au sein d’une même colonne. Cette spécificité a été mise à profit pour le couplage en ligne dans une colonne de nanochromatographie, d’une étape de préconcentration avec une étape de séparation de neuropeptides modèles / This manuscript is dedicated to the development and functionalization of monolithic silica stationary phases for miniaturized separation techniques. The bibliographic section first summarizes the interest of monolithic phases for the development of miniaturized separation techniques and their advantages over their particulate counterparts (small particles or core shell ones). The state of the art on the use of silica monolithic columns in separation techniques is then established, with a focus on their use in the analysis of biological and/or environmental samples (coupling sample preparation with an analysis method or using long columns). Then a detailed description of the sol gel synthesis of monolithic silica is presented. Finally, a study of different established methods of functionalization of silica monoliths is presented and the potential of photofunctionalization is highlighted for the rapid and homogeneous in-situ functionalization of monolithic capillaries. The experimental part focuses first on the development and optimization of a robust process of synthesis of monolithic silica capillary columns (efficiencies around 160 000-200 000 plates/m). The work is then focused on the improvement of classical functionnalization processes and on the development of new photofunctionalization ways (photopolymerization and photo click chemistry) of silica monolithic columns. The results obtained after photofonctionnalisation in various chromatographic modes (from ion exchange to reversed phase and HILIC) mode with different monomers show that these methods are versatile and that the control of the parameters allows keeping the chromatographic performances of the starting material. Besides its simplicity and speed, this approach allows to define and to locate different surface chemistries in the same column. This specificity has been exploited to the in-line coupling a preconcentration step with a separation step in a single column, for the separation of model neuropeptides

Ce manuscrit est consacré à la synthèse par procédé sol-gel et à la caractérisation de matériaux monolithiques de silice hybrides pour les techniques séparatives miniaturisées : nano-chromatographie en phase liquide (nano-CPL), électrochromatographie capillaire (ECC) et microsystèmes séparatifs. La partie bibliographique situe les axes de développement récents des techniques séparatives : l’augmentation de l’efficacité par unité de temps, l’augmentation de la capacité de pics et la miniaturisation de ces techniques. Après un descriptif détaillé de l’évolution des techniques séparatives lors de ces dernières années, une attention particulière est portée sur les phases stationnaires monolithiques à base de silice. Enfin, une étude approfondie des différentes fonctionnalisations de ces monolithes de silice met en évidence l’intérêt porté aux monolithes de silice hybrides en termes de simplification du protocole de synthèse. La partie expérimentale est ainsi axée sur le développement et la caractérisation de ces monolithes de silice hybrides dédiés à la chromatographie à polarités de phases inversée. Dans un premier temps, la synthèse de monolithes de silice hybrides C3 illustre la possibilité de synthétiser par voie sol-gel (100% aqueux) un monolithe de silice fonctionnalisé et performant en une seule étape (« one pot »). Dans un second temps, ce type de procédé est employé et optimisé afin de synthétiser des capillaires monolithiques de silice hybrides C8 présentant des performances équivalentes à leurs homologues C8 préparés en deux étapes (synthèse puis greffage) et comparables à des colonnes particulaires (d particules 5 μm) / This manuscript is dedicated to the synthesis (via sol-gel process) and caracterization of hybrid monolithic silica for miniaturized separation techniques : nano-liquid chromatography (nano-LC), capillary electrochromatography (CEC) and microchips. The bibliography part deals with the recent axis of development of these separatives techniques : increase of efficiency per time unit, increase of peak capacity and miniaturisation of these techniques. After an overview of this evolution, the manuscript is focused on the silica monolithic stationnary phases. Finally, a detailed study on the different kinds of protocol fonctionnalization of these silica monoliths highlights the advantage of simplifying the synthesis using a single step protocol (« one pot »). The experimental part is also focused on this kind of single step protocol so as to synthesize hybrid silica monoliths dedicated to the reversed phase mode in chromatography. First, the synthesis of hybrid C3 silica monoliths shows the ability to synthesize a functionnalized silica monolith via a single step sol gel process (« one pot »). Then, this kind of process is used and optimized in order to synthesize a hybrid C8 silica monolithic into capillaries. These stationary phases allowed reaching performances similar to those synthesized in two steps (sol-gel process and grafting) and to the particulate columns (5 μm).

L’analyse de traces dans des matrices complexes (environnementales, alimentaires ou biologiques) requiert très souvent une étape de purification et de préconcentration avant une analyse via des méthodes chromatographiques. Dans cette optique, des supports d’extraction basés sur des mécanismes de reconnaissance moléculaire ont été développés et appliqués à l’extraction de composés cibles rendant ainsi l’analyse plus sensible et plus fiable. Ces supports sélectifs peuvent entre autres résulter de l’immobilisation de biomolécules tels que les anticorps ou les aptamères (i.e. des oligonucléotides présentant une séquence capable de se lier spécifiquement à une molécule). Cette étape de traitement de l’échantillon est particulièrement nécessaire lorsqu’il s’agit de développer des systèmes séparatifs miniaturisés, tels que les microsystèmes séparatifs sur puce, du fait de la diminution de la résolution qui résulte de l’utilisation d’un canal de séparation de faible longueur. Dans ce contexte, ce projet de recherche a consisté à développer des systèmes bioanalytiques miniaturisés pour l’analyse de petites molécules ou protéines dans des échantillons complexes. Pour développer ces systèmes, la synthèse d’un monolithe hybride organique-inorganique in situ dans des capillaires de 100 µm d.i. a, dans un premier temps, été optimisée via une approche sol-gel puis caractérisée en termes de répétabilité. Dans une deuxième partie, deux toxines modèles de faible poids moléculaire ont été choisies : la microcystine-LR (MC-LR) et l’ochratoxine A (OTA). Des anticorps monoclonaux et des aptamères, spécifiques de l’une et l’autre des toxines ont ensuite été greffés sur des monolithes en capillaire. Les immuno- et oligoadsorbants miniaturisés obtenus (respectivement mIS et mOS) ont été couplés en ligne avec la nanoLC. La rétention spécifique des toxines cibles sur les mIS et mOS a été démontrée dans l’eau pure. La répétabilité de la synthèse et du greffage a été évaluée et la capacité de chacun des supports miniaturisés a été déterminée. Enfin, mIS et mOS ont été appliqués avec succès à l’extraction sélective de la MC-LR et de l’OTA à partir d’extraits de cultures de cyanobactéries, d’eaux environnementales ainsi que d’échantillons de bière dopés. Dans un troisième temps, de façon à transposer les outils sélectifs développés à l’analyse de protéines, des microréacteurs enzymatiques (IMER) ont été préparés par greffage de deux enzymes protéolytiques (pepsine et trypsine) sur des monolithes. Ces outils ont ensuite été couplés avec la nanoLC-MS² pour l’analyse d’une protéine modèle, le cytochrome C. Les rendements de digestion sur IMER se sont avérés présenter une bonne répétabilité. Toutefois, l’efficacité de la digestion sur les IMER à base de pepsine reste à ce jour insuffisante et nécessite de réadapter la procédure de greffage et/ou de digestion. / The analysis of ultra-traces from complex matrices (environmental, foodstuff or biological) often requires a step of purification and preconcentration before their analysis by chromatographic separation methods. Therefore, extraction sorbents based on a molecular recognition mechanism can be developed and used for the selective extraction of target molecules thus rendering their quantitative analysis in complex samples more reliable and sensitive. These extraction sorbents may result, among others, from the immobilization of biomolecules such as antibodies and aptamers (i.e. oligonucleotides whose sequence is specific for a target molecule). This selective sample pretreatment step is particularly necessary when developing miniaturized devices such as separative microsystems on chip because of the decrease of the resolution that results from the use of a shorter length separation channel. In this context, the aim of our study was to develop miniaturized bioanalytical devices for the analysis of small molecules or proteins in complex samples. For the development of these devices, in-situ synthesis of a porous hybrid organic-inorganic monolith in capillaries (100 µm i.d.) by sol-gel approach was firstly optimized and characterized in terms of repeatability. Secondly, two model toxins of low molecular weight were chosen: microcystin-LR (MC-LR) and ochratoxin A (OTA). Monoclonal antibodies and aptamers specific to one and the other target molecules were then grafted on the monolithic capillaries. The resulting miniaturized immunosorbent (mIS) and oligosorbent (mOS) were then coupled on-line to nanoLC. Specific retention of MC-LR and OTA on the mIS and the mOS, respectively, was demonstrated in pure water. Synthesis repeatability and capacity of the miniaturized sorbents were evaluated. Finally, these miniaturized tools were applied to the selective extraction of MC-LR or OTA from complex samples, i.e. blue-green algae extracts, environmental waters or beer. In a third part, immobilized enzyme reactors (IMERs) were prepared by grafting two proteolytic enzymes (pepsin and trypsin) on monoliths in order to transpose the developed selective tools to the analysis of proteins. These IMERs were then coupled on-line to nanoLC-MS² for the analysis of a model protein, cytochrome C. Digestion yields on IMERs presented a good repeatability. However, digestion efficiency on the pepsin-based IMERs remains so far insufficient and grafting or digestion procedure needs to be readjusted.

Ce travail traite de la réduction catalytique sélective des oxydes d’azote en utilisant du méthane comme agent réducteur sur catalyseurs bimétalliques Pd/Ce/zéolithes. Dans un premier temps, la méthode d’introduction du palladium, la teneur en palladium et cérium ainsi que l’ordre d’introduction des métaux ont été optimisés pour une formulation considérant une zéolithe MOR comme support catalytique. Puis, l'effet des différentes conditions opératoires ont été évalués. L’effet du support catalytique a été également étudié en comparant un catalyseur PdCe-BEA au catalyseur PdCe-MOR résultant de l’optimisation effectuée. Il a été montré que les deux catalyseurs possèdent différentes espèces métalliques conduisant ainsi à différentes performances catalytiques. Des Relations structure/réactivité ont été établies par différentes techniques de caractérisation et des résultats des tests catalytiques. Il a été mis en évidence un effet synergique résultant de la combinaison de ces deux catalyseurs dans le même pot catalytique (configurations lit mélangé et lit double). Un traitement thermique innovant appliqué au catalyseur PdCe-MOR, pendant sa préparation a été développé et optimisé. Dans certaines conditions, ce traitement conduit à l’amélioration de la performance catalytique, notamment, à une conversion de NOx à N2 et à une sélectivité de CH4 pour la réaction NOx RCS plus élevée. Enfin, des catalyseurs structurés ont été préparés par "washcoating" de PdCe-MOR sur des monolithes de cordiérite possédant des géométries différentes. Les paramètres de préparation ont été ainsi évalués par des techniques de caractérisations et par des tests en banc de gaz. / The selective catalytic reduction of nitrogen oxides, in lean-conditions, using methane as reductant (NOx CH4-SCR) over PdCe/zeolite-based catalysts was considered in this work. Preparation method for palladium introduction, palladium/cerium loadings and metal introduction order were optimised for a formulation considering MOR zeolite as the catalytic support. The effect of different test conditions, namely [CH4]/[NO] ratio and water presence in the reaction mixture was assessed. The effect of the zeolite support in the stabilisation of Pd/Ce species was also evaluated by preparing a similar PdCe-BEA catalyst to the optimised PdCe-MOR catalyst, considering the same metal loadings and preparation methods. Both catalysts exhibited different metal species and different catalytic performances. Structure-reactivity relationships were drawn from the comparison of several characterisation techniques and catalytic test results for both catalysts. A synergic effect resulting from the use of both catalysts in a single bed application (mixed-bed and dual-bed configuration) is reported. An innovative thermal treatment applied to PdCe-MOR catalyst during its preparation is reported. Under certain conditions, this treatment results in the enhancement of the catalytic performance, namely, in higher NOx conversion into N2 and CH4 selectivity towards NOx SCR. Structured catalysts were prepared by washcoating of PdCe-MOR onto cordierite monoliths with different geometry (cpsi). Preparation parameters were evaluated through characterisation techniques and the catalytic performance was assessed in a synthetic gas bench plant.

Les matériaux polymères ont connu un engouement considérable avec l’avènement de l’ère du pétrole et connaissent aujourd’hui encore un succès considérable notamment au travers de la valorisation de ressources naturelles mais également d’applications spécifiques à haute valeur ajoutée, liées à des domaines aussi divers que la chimie analytique, l’exploration spatiale, la médecine où l’enjeu premier est souvent la conception d’objet miniaturisés. Dans ce travail de thèse nous avons développé des matériaux polymères à taille micrométrique, immobilisés soit dans des microcanaux (diamètre interne = 75 µm) ou à la surface de substrats de verre (épaisseur de quelques centaines de µm). Une morphologie de type monolithique a été choisie afin de conférer auxdits matériaux des propriétés de perméabilité, résistance mécanique et thermique compatibles avec des applications dans le domaine de la chimie en flux. Afin de contrôler les propriétés d’interaction aux interfaces des matériaux, un monolithe générique, présentant des unités ester de N-hydroxysuccinimide en surface, a été préparé et fonctionnalisé à façon. Ainsi ont été immobilisés des segments moléculaires jouant le rôle de sélecteurs – pour des applications en électrochromatographie – ou de ligands de nanoparticules métalliques – pour applications en catalyse supportée – via des méthodes classiques (substituion nucléophile) ou originales (photo-addition radicalaire thiol-ène) de greffage.Les matériaux ont été caractérisés par une combinaison de méthodes spectroscopiques, microscopiques, de diffraction, de thermogravimétrie permettant de corréler les propriétés électrochromatographiques ou catalytiques avec la structure interfaciale des matériaux monolithiques. A titre d’exemples d’application, nous pouvons citer la séparation électrochromatographiques de molécules toxiques tels les polluants organiques (aniline, phénols, hydrocarbures aromatiques polycycliques, polychlorobiphényles) et les conservateurs pour les crèmes cosmétiques (parabènes), de biomarqueurs (hydrocarbures aromatiques polycycliques, bases pyrimidiques). Ces analyses ont été réalisées avec des solutions modèles de laboratoire mais aussi des matrices réelles (crèmes cosmétiques, analogues d’échantillons extraterrestres). Aussi les réactions catalytiques de réduction de nitroarènes, d’oxydation d’alcool aromatique, de couplage carbone-carbone et la détection par spectroscopie Raman exaltée de surface de pesticides (trifuraline) et d’intermédiaires de synthèse (para-nitrophénol) ont été réalisées / Polymeric materials have gained immense popularity with the golden age of petroleum and they still today meet with great success through Green polymer chemistry approaches and numerous high added value dedicated application in scientific domains such as analytical chemistry, medicine, space investigations, where one of the key for success is the design of miniaturized objects. In this contribution, micro-sized monolithic materials have been designed though either in microchannel immobilization (I.D. = 75 µm) or surface attachment on glass substrates (hundredths of microns in thickness). Polymers exhibiting monolithic morphology were considered to benefit of high permeability, mechanical and thermal resistances which are mandatory to flow chemistry applications. With the aim to control the interfacial interaction ability, a generic monolith having N-hydroxysuccinimide ester groups was used and on purpose functionalized. Molecular segments acting as selector – for electrochromatographic applications – of metal nanoparticles ligands – for supported catalysis applications – have been immobilized on the monolith surface via classical (nucleophilic substitution) or original (photo-induced thiol-ene click) grafting reactions.The so-designed materials were characterized through spectroscopic, microscopic, diffraction, thermogravimetric methods providing insight into correlation between the observed separation and catalytic abilities and the interfacial structure of the monolith. As representative examples of application, one may cite the electrochromatographic separation of toxic molecules such as organic pollutants (phenols, anilines, polycyclic aromatic hydrocarbons, polychlorobiphenyls), preservatives in cosmetics (parabens) and biomarkers (polycyclic aromatic hydrocarbons, pyrimidic bases). The analyses were conducted on model solutions and complex matrices (cosmetics, extraterrestrial analog samples). Flow catalytic reaction meant for the reduction of nitroarenes, the oxidation of aromatic alcohol, the carbon-carbon coupling and the sensitive detection of pesticides and synthesis intermediates (para-nitrophenol) have been achieved

Les laboratoires sur puce sont des dispositifs miniaturisés qui offrent la possibilité d'intégrer en ligne toutes les étapes de la chaîne analytique tout en réduisant les volumes d’échantillon et les temps d’analyse. Ainsi, ils constituent potentiellement un outil de diagnostic particulièrement adapté pour l’analyse de biomarqueurs phosphorylés, pour lesquels une préconcentration est nécessaire en raison de leur faible abondance dans les fluides biologiques. C’est pourquoi, de nouvelles méthodes, dédiées à l'enrichissement de phosphopeptides, ont été développées ces dernières années et en particulier celles utilisant des supports solides basées sur la chromatographie d’affinité sur des ions métalliques immobilisés (IMAC). Parmi les supports solides intégrables en microsystème, les monolithes organiques constituent une option privilégiée grâce à la possibilité d’être synthétisés in situ. Le but de ce travail de thèse était donc de développer un laboratoire sur puce intégrant une préconcentration des phosphopeptides sur support monolithique basé sur le principe de l’IMAC et leur séparation électrophorétique en ligne.Dans un premier temps, nous avons développé deux approches innovantes qui ont permis de synthétiser pour la première fois un monolithe à base d’éthylène glycol méthacrylate phosphate (EGMP) et de bisacrylamide (BAA) par voie photochimique dans des microsystèmes. La première stratégie développée dans des puces en verre repose sur la synthèse du monolithe à l’aide d’un microscope à épifluorescence. La deuxième approche est basée sur les propriétés photochimiques d’un nouvel amorceur qui a permis de synthétiser et d’ancrer le monolithe, en une seule étape, aux parois des puces en polydiméthylsiloxane (PDMS). Une caractérisation de ce monolithe en termes de morphologie, de perméabilité, de porosité et de surface spécifique a ensuite été réalisée. Ceci a permis de démontrer le potentiel de ce monolithe pour la préconcentration.Dans un deuxième temps, une méthode de séparation par électrophorèse couplée à une détection par fluorescence a été développée sur puce en verre. Celle-ci a permis de séparer un mélange de phosphopeptides modèles fluorescents possédant différents sites et degrés de phosphorylation. Les phosphopeptides ont été détectés en moins de 2 min avec une excellente résolution (R>3) et une bonne efficacité (plateaux théoriques compris entre 11000 et 25000). Enfin, le couplage en ligne du module de préconcentration monolithique et de séparation/détection a été réalisé. Sur ce dispositif miniaturisé, une préconcentration basée sur l’IMAC-Zr4+ a ainsi été développée. L’efficacité de la capture et de l’élution des phosphopeptides a été démontrée et des facteurs de préconcentration supérieurs à 340 ont été obtenus. En conclusion, ce laboratoire sur puce ouvre des perspectives très prometteuses dans le domaine du diagnostic de pathologies dont le processus physiopathologique implique des phosphopeptides.Mots clés : laboratoire sur puce, microsystème, phosphopeptide, IMAC, monolithe, photopolymérisation, préconcentration, électrophorèse sur puce / A lab on-a-chip is a miniaturized device that integrates onto a single chip different analytical steps (preconcentration, separation, detection...) with minimal sample consumption and short analysis time. They are potentially beneficial in phosphorylated biomarker analysis for which a preconcentration step is necessary because of their low abundance in biological fluids. That's why selective enrichment methods of phosphopeptides have been developed in recent years in particular those based on solid supports like Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC). Among the solid supports, organic polymer monoliths present practical advantages when used in microchips due to their ease of preparation and in situ polymerization. The aim of this work was to develop a lab-on-a-chip integrating a monolithic support for online IMAC-based preconcentration and electrophoretic separation of phosphopeptides.In the first part, we developed two innovative approaches which allowed us to synthesize, for the first time, an ethylene glycol methacrylate phosphate-co-bisacrylamide (poly (EGMP-co-BAA)) monolith by a photo-driven process in microsystems. The first monolith synthesis approach was developed in glass microchannels using an inverted epifluorescence microscope as UV-irradiation source. The second approach was based on the photochemical properties of a new initiator which allowed the simultaneous synthesis and anchorage of the monolith in native polydimethylsiloxane (PDMS) microchips. A characterization (morphology, permeability, porosity and specific surface area) of (poly (EGMP-co-BAA)) monolith was then performed which demonstrated the potential of this monolith for preconcentration.Then a glass microchip electrophoresis method coupled to a detection by fluorescence was developed to separate a mixture of phosphopeptides fluorescent models differing with the position and number of phosphorylation sites. The phosphopeptides were detected in less than 2 min with excellent resolution (R> 3) and good efficiencies ranging from 11000 to 25000 plates. Finally, an integrated microdevice was developed by combining online preconcentration based on IMAC-Zr4+ and separation/detection of phosphopeptides. The performance of this integrated microdevice to capture and to elute the phosphopeptides was demonstrated and signal enhancement factors (SEF) higher than 340 were obtained. This lab-on-a-chip device opens news perspectives for phosphoproteomic applications and the diagnostic of diseases where the pathophysiological process involves phosphopeptides