Ce travail décrit la séparation de microphase à l'état solide d'un copolymère dibloc comprenant un bloc hautement biocompatible poly [2 - (méthacryloyloxy) éthyl phosphorylcholine] et un bloc pH-sensible poly [2 - (diisopropylamino) méthacrylate d'éthyle] (PMPC-b-PDPA). L'auto-assemblage d'un copolymère dibloc amphiphiles à base de polystyrène (PS) et le poly (acide acrylique) (PAA), a été étudié en suspension aqueuse, et leur décoration par du chitosane, afin de vérifier leur capacité à encapsuler et à libérer par voie transdermique la finastéride, une molécule stéroïdiens inhibiteur de la enzyme 5-alpha-réductase, qui a été recommandée pour le traitement de l'alopécie androgénétique. La morphologie des films PMPC30-b-PDPA60 a été analysée par SAXS et (S) TEM. Films du PMPC30-b-PDPA60 préparés dans une solution de l'éthanol à température ambiante présentent une morphologie cylindrique, qui subit une transition ordre-ordre sur un recuit thermique à 170 ° C: la structure lamellaire résultant coexiste avec une proportion de cylindres organisée dans une phase hexagonale compacte. En revanche, les films du copolymère préparé à partir de méthanol ne subissent pas la même transition morphologique, résultant dans des structures mal organisées, indépendante de traitement thermique. Enfin, les structures lamellaires sont obtenues directement à partir d'une solution aqueuse à pH 4, sans traitement thermique. Ces systèmes offrent une nouvelle alternative pour la fabrication de structures lamellaires constituées d'un matériau biomimétique et anti-fouling, élargissant l'éventail des possibilités dans le domaine de l'ingénierie macromoléculaire.Une autre stratégie adoptée dans ce travail a été basé sur le développement de nanoparticules bien organisé avec des propriétés de surface nature bioinspirés, formé entre polymersomes chargés négativement à base des copolymères à blocs de polystyrène (PS) et le poly (acide acrylique) (PAA) décorés avec du chitosane, un polysaccharide de charge opposée. Le rôle de l'adsorption du chitosane avec deux poids moléculaires distincts (chitosane oligosaccharides et du chitosane avec un faible poids moléculaire) sur la surface des nanoparticules PS139-b-PAA17 et des nanoparticules PS404-b-PAA63 ont été démontrés par diffusion dynamique de la lumière, potentiel zêta et caractérisation morphologiques. En présence du chitosane, le potentiel zêta de polymersomes devient positif. Ce résultat a été interprété en termes d'interactions électrostatiques, qui induisent une adsorption du chitosane sur la surface des polymersomes. Ce résultat a été confirmé par une observation comparative par microscopie entre des polymersomes et des polymersomes décorées. Polymersomes avec un diamètre <200 nm et une distribution granulométrique relativement étroite ont été obtenus pour les deux systèmes. L'effet de la décoration des nanoparticules par du chitosane sur la perméation cutanée in vitro du finastéride, incorporé dans la paroi hydrophobe de polymersomes, a également été évaluée. La pénétration cutanée du finastéride a été estimée par les paramètres de perméabilité tels que le flux, temps de latence et du coefficient de perméabilité de la finastéride. Une amélioration de la perméation du finastéride à partir des nanoparticules a été observée, en particulier à partir de nanoparticules décorées avec du chitosane. Le polymersome PS404-b-PAA63 décorées avec du chitosane semble être le système le plus approprié car il favorisé une meilleure rétention du médicament dans la peau et les faibles valeurs de flux de perméation, suggérant que le système fournit un véhicule de remplacement pour l'administration transdermique de finastéride.

L'étude des propriétés luminescentes de nanoparticules permet d'accéder à des informations sur les mécanismes élémentaires liés à cette luminescence. À l'instar de ce qui a été fait pour les semiconducteurs (effets de confinement quantique par exemple), nous souhaitons étudier l'influence de paramètres tels que la taille ou la composition de nanoparticules isolantes sur leur luminescence. Pour cela il fallait créer un outil polyvalent capable d'exciter efficacement ces particules, d'en effectuer des images luminescentes et enfin d'en faire la spectroscopie. Le microscope confocal achromatique élaboré dans le cadre de mon travail de thèse et hébergé au sein de Nanoptec est à même de remplir ces objectifs : longueur d'onde d'excitation accordable allant de l'UV dur (210 nm) à l'IR (près de 1 μm), résolution spatiale de l'ordre du μm (permet l'étude de particules assez espacées), aspect confocal permettant d'isoler spatialement la luminescence de l'objet étudié, système de détection capable d'isoler spectralement cette luminescence... Cet outil a permis des collaborations diverses avec des équipes au sein et hors du laboratoire, comme la cartographie spatiale de la répartition de dopants dans des fibres laser, l'évaluation des inhomogénéités lumineuses au sein de matériaux céramiques, la mesure de dispersion spatiale de nanoparticules dans des plastiques... Le microscope confocal achromatique nous sert également à étudier plus fondamentalement les effets de la puissance d'excitation sur les propriétés luminescentes de nanoparticules de tailles et de compositions diverses.

Les recherches actuelles sur les nanoparticules luminescentes sont motivées par le développement d'applications innovantes comme par exemple des nouveaux systèmes transparents d'éclairage ou de visualisation. Pour cela, il est intéressant de trouver des voies de synthèses originales permettant de préparer des nanoparticules individualisées et bien dispersées d'oxydes présentant des propriétés optiques spécifiques ou mieux adaptées aux systèmes envisagés. Cependant ces composés cristallisent généralement à haute température. Trois difficultés se présentent alors pour leur synthèse : le contrôle de la taille et de l'état d'agrégation des particules à ces températures, le contrôle de leur stoechiométrie et du degré d'oxydation des ions dopants. Ce travail de thèse a consisté principalement à mettre au point un procédé de synthèse original d'oxydes de la famille des silicates et des aluminates. La présence d'une matrice minérale solide pendant le traitement thermique à haute température, permet de limiter la croissance des particules et de conserver leur état de dispersion pendant la calcination. Les résultats sont encourageants puisque des suspensions de particules bien cristallisées, de taille variant de 50 à 100 nm ont pu être synthétisées après des traitements thermiques supérieurs à 800°C.

Les interactions des glucides sont impliquées dans plusieurs processus biologiques normaux ou bien pathologiques (la communication cellulaire, l'adhésion et l'entrée de pathogènes dans la cellule ou encore de carcinomes métastatiques). Souvent, ces interactions ont une forte spécificité mais une affinité faible. In vivo, cette faible affinité est résolue par la présentation de copies multiples des ligands glucidiques à des multiméres de récepteurs protéiques (lectines). Globalement, l'interaction observée est alors largement supérieure à la somme des interactions individuelles. Ce phénomène est connu comme « l'effet cluster glycosidique ». Ces interactions ont encouragées le développement des recherches interdisciplinaires dans les domaines de la glycochimie et de la glycobiologie. Les nanoparticules d'or, fonctionnalisées avec des glucides (glyco-nanoparticules, GNPs) constituent un nouvel outil pour étudier ce phénomène. Leur synthèse est assez simple, et ils montrent plusieurs propriétés physicochimiques comme la modification de la densité de présentation, le control de la taille de la particule, et ils ont aussi des propriétés électroniques, magnétiques et optiques, liées aux effets quantums. Nous présentons la synthèse et la caractérisation des GNPs fonctionnalisées avec du mannose et du galactose dans le but d'étudier les interactions avec des protéines multivalentes (les lectines Con A, BclA et PA-IL), en utilisant des techniques biophysiques comme la résonance plasmonique de surface, et le microcalorimétrie isotherme de titration. Ces techniques ont montrées que l'affinité des lectines varie avec la densité de présentation des ligands chez les GNPs. Les GNPs sont un outil novateur pour développer des nouvelles méthodes de diagnostiques ou thérapeutiques dans les domaines de la glycobiologie, des biotechnologies et de la science des matériaux.

L'objectif de cette étude consiste à synthétiser et caractériser de nouveaux matériaux hybrides organique/inorganique obtenus par greffage de poly(méthacrylate)s d'alkyle sur des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) et d'oxyde de zinc (ZnO). Afin de mieux comprendre les facteurs influents les réactions mises en jeu lors d'un greffage à partir de la surface d'un oxyde métallique, nous avons choisi de travailler avec des nanoparticules disponibles commercialement et/ou élaborées. Des nanoparticules d'oxyde de zinc, de dimensions allant de 5 à 100 nm, ont été synthétisées par la méthode de précipitation, à température ambiante. La diffractométrie de rayons X (DRX) et la microscopique électronique à transmission (MET) ont permis de déterminer la structure cristalline, les dimensions et la morphologie des particules ainsi préparées. Les conditions de synthèse ont été optimisées afin d'augmenter la surface spécifique des particules tout en favorisant la présence de groupes hydroxyles en surface. La méthode de greffage de polymères méthacryliques a consisté à modifier préalablement la surface des nanoparticules par un agent de couplage réactif de type 3-méthacryloxypropyltriméthoxysilane (MPS). Les nanoparticules ainsi modifiées ont été caractérisées par spectroscopie (IRTF et RMN CP-MAS 13C et 29Si) et par analyse thermogravimétrique afin de confirmer la présence et la quantité de MPS greffé. Cet alcoxysilane, porteur d'une fonction méthacrylate, a permis de greffer des chaînes de poly(méthacrylate de méthyle), de poly(méthacrylate de tert-butyldiméthylsilyle) à partir de la surface des nanoparticules. La polymérisation radicalaire contrôlée par addition-fragmentation réversible (procédé RAFT) a été sélectionnée pour obtenir un contrôle des masses molaires, de faibles indices de polymolécularité et le greffage de copolymères diblocs. L'observation de ces nanoparticules hydrides en microscopie électronique à transmission montre clairement la présence d'une couronne de polymères à la surface des particules. L'étude de la stabilité thermique des nouvelles nanoparticules hybrides à base de ZnO a été réalisée par analyse thermogravimétrique sous atmosphère inerte. L'impact du procédé de polymérisation sur les mécanismes de dégradation thermique des polymères méthacryliques étudiés a été mis en évidence. Pour la première fois, des valeurs d'énergie d'activation ont été calculées sous atmosphère inerte et oxydante.

De nos jours, nous sommes entourés de dispositifs microélectroniques de plus en plus petits et performants. Pour poursuivre cette évolution, une nouvelle technologie est en cours de développement qui consiste à empiler plusieurs circuits intégrés. L'une des clefs pour aboutir à ce type d'architecture est la formation de microvias entre les différentes couches. Ce travail s'inscrit dans un à objectif à long terme qui vise à la mise au point d'un procédé innovant à coût réduit pour la métallisation de ces microvias, à partir de nanoparticules (NPs) métalliques de taille parfaitement calibrée. En particulier, des NPs bimétalliques de Mn et Cu pourraient être des précurseurs intéressants pour l'élaboration de barrières dites auto-formées et de couches d'accroches dans les microvias. Les liquides ioniques sont des milieux intéressants pour la synthèse de telles NPs, notamment à partir de précurseurs organométalliques. Il a été démontré que leur structure tridimensionnelle spécifique " guide " la croissance de NPs de Ru et les stabilise tout en les laissant libres de toute contamination de surface. Dans ce travail, ce concept a été enrichi par la synthèse de NPs d'autres métaux tels que Cu et Mn, et étendu à la formation de NPs constituées de deux métaux (M-M'NPs bimétalliques). De façon remarquable, les M-M'NPs obtenues ont toujours une taille inférieure aux MNPs et M'NPs prises séparément. Ces suspensions homogènes, très stables dans le temps, ont été directement déposées et frittées sur des substrats technologiques dans le but de former des films métalliques uniformes et adhérents.

Dans ce travail, les propriétés optiques non linéaires de différentes nanostructures métalliques à base d'or et d'argent sont étudiées. En particulier, une attention particulière est portée à la nature cohérente ou incohérente de la réponse. Pour cela, la technique de la Génération du Second Harmonique (SHG) est employée. C'est en effet l'une des méthodes optiques non linéaires les plus simples pour mettre en évidence cette nature cohérente ou incohérente de la réponse. Les échantillons utilisés pour cette mise en évidence sont constitués d'une part par des films diélectriques dopés par des nanoparticules bimétalliques d'alliages du type AuAg de différentes fractions molaires en or pour la réponse incohérente et d'autre part par des réseaux de nanocylindres d'or de différentes tailles disposés selon trois configurations géométriques (carrée, hexagonale et aléatoire) sur un substrat pour la réponse cohérente. La majeure partie du travail est dévolue à l'étude de la propagation et du doublage de fréquence en régime de faisceaux gaussiens et impulsions courtes dans les films diélectriques dopés par des nanoparticules bimétalliques en raison de phénomènes supplémentaires observés simultanément à la conversion de fréquence : absorption et réfraction non linéaire, phase de Gouy... Par la méthode des franges de Maker, les valeurs absolues des composantes de la susceptibilité non linéaire d'ordre 2 de ces films sont mesurées puis les valeurs absolues de l'hyperpolarisabilité quadratique des nanoparticules sont estimées sur la base d'un modèle de réponse incohérente. Enfin, une étude préliminaire sur la génération de continuum de lumière est présentée. La nature cohérente de la réponse SHG est recherchée dans les réseaux de nanocylindres. Nous montrons que l'origine de la réponse est associée à l'existence de défauts de surface dans ces nanostructures et donc conserve un caractère incohérent. Toutefois, nous avons pu mettre en évidence des effets associés à la taille des nanocylindres et à l'organisation des nanocylindres sur le substrat, ce dernier effet étant attaché à un caractère cohérent de la réponse

Dans le vaste domaine des nanosciences et nanotechnologies, les nanotubes de carbone (NTC) suscitent un intérêt particulier en raison de leur structure originale qui leur confère des propriétés exceptionnelles. Alors que le nombre d'applications ainsi que la quantité de NTC produite ne cessent d'augmenter chaque année, il est essentiel de comprendre les mécanismes régissant la formation de ces nanomatériaux afin de contrôler leur structure et leur organisation, optimiser les rendements, diminuer les risques sanitaires et environnementaux et améliorer les performances des matériaux et composants sous-jacents. Parmi les techniques de synthèse répertoriées, la CVD d'aérosol (Chemical Vapor Deposition) développée au laboratoire MSSMat, permet la croissance continue de NTC multi-feuillets de haute qualité sur divers substrats par l'injection simultanée de sources carbonées liquide (xylène) et gazeuse (acétylène) et de précurseur catalytique (ferrocène) dans un réacteur porté à une température comprise entre 400 et 1000°C. L'objectif de cette étude a consisté à examiner les différentes étapes de la formation des NTC dès l'injection des précurseurs jusqu'à la fin de la croissance. Grâce une nouvelle approche expérimentale faisant intervenir plusieurs diagnostics in situ couplés à des modèles numériques, nous avons pu suivre l'évolution des différents réactifs et produits lors de synthèses dans des conditions thermodynamiques (flux de gaz et températures) et chimiques (concentrations des différents précurseurs) variées. De fait, après avoir examiné l'évolution spatiale des gouttelettes formées lors de l'injection, la germination des nanoparticules en phase gazeuse a été étudiée par incandescence induite par laser (L2I) et spectroscopie de plasma induit par laser (LIPS). Une relation entre la taille de ces particules et celle des NTC a ainsi pu être mise en évidence. Les réactions chimiques pendant la synthèse ont ensuite été analysées par spectrométrie de masse et chromatographie en phase gazeuse. Différents mécanismes réactionnels ont ainsi pu être identifiés en fonction des sources de carbone utilisées, alors que l'effet de l'hydrogène sur la croissance, soit accélérateur ou soit inhibiteur selon les conditions, a été étudié. Les rôles du substrat ont par ailleurs été examinés en comparant la croissance et la morphologie des NTC obtenus sur différentes surfaces telles que des plaques de quartz, des fibres de carbone ou des micro-particules d'alumine, de carbure de silicium, de carbure de titane et de graphène de formes variées. L'effet catalytique de certains substrats ou mélanges de substrats sur la croissance des NTC a d'ailleurs été mis en évidence, de même que l'importance du rapport surface/volume des substrats sur les rendements massiques des NTC. La cinétique de croissance des NTC a finalement été étudiée et différents mécanismes à l'origine de la désactivation des catalyseurs ont été identifiés. Enfin, les différentes nanostructures hybrides issues de la croissance de NTC sur différents substrats ont servi à concevoir des matériaux composites multi-fonctionnels à hautes-performances dont les propriétés électriques, thermiques et mécaniques ont été analysées.

La fixation d'un nanotube de carbone à l'extrémité d'une pointe AFM constitue une des approches privilégiées pour améliorer l'exploitation des sondes locales de force. Nous présentons ici une étude comparative de nanotubes de carbone obtenus par dépôt chimique de vapeur soit en simple ou double feuillets (diamètre typique de l'ordre de 2 à 4 nm) soit en multiples feuillets (diamètre de l'ordre de 70 nm) ancrés sur la pointe. L'étude en mode dynamique de modulation de fréquence des propriétés mécaniques des nanotubes permet de mettre en évidence la compétition entre l'adhésion du nanotube sur la surface et l'énergie élastique stockée au cours de sa déformation. En tant que nanosonde, le nanotube de carbone présente plusieurs avantages et, par le biais d'une fonctionnalisation spécifique, peut même devenir une sonde bien adaptée pour l'étude des systèmes biologiques. Nous proposons ici une méthode de mesure de la reconnaissance spécifique entre un peptide et un matériau non biologique afin d'envisager par la suite la fonctionnalisation des pointes AFM. Cette méthode exploite des nanoparticules fonctionnalisées avec des séquences d'acides aminés, synthétisées à partir de résultats d'approche de biologie moléculaire. Ces séquences peptidiques seront ensuite fixées sur une pointe AFM sur laquelle est ancré un nanotube de carbone ou sur une pointe usinée avec un faisceau d'ions focalisés. La fonctionnalisation se réalise ensuite par trempage, à l'aide d'un AFM dynamique, de la pointe oscillante dans une solution diluée de nanoparticules. Les mesures des déplacements de fréquence et de la dissipation peuvent nous indiquer comment les nanoparticules interagissent avec la pointe.

L'étude de ce mémoire concerne l'élaboration de particules métalliques anisotropes nanométriques par voie chimique. Deux stratégies de synthèse ont été mises en œuvre : l'une concerne le contrôle de la croissance anisotrope des particules magnétiques de cobalt-nickel tandis que l'autre implique l'utilisation d'un template pour la formation de fils d'argent. <br />Pour le système cobalt-nickel, l'analyse des différents paramètres de la réduction en milieu polyol indique que la concentration de soude et la composition cobalt-nickel sont des facteurs clefs pour contrôler la morphologie des particules. Différentes formes ont été synthétisées : des fils nanométriques de 8 nm de diamètre, des plaquettes mais aussi des particules de formes plus originales telles que des haltères. Les variations de morphologie sont marquées par des modifications structurales et des différences de compositions chimiques locales. Les fils se développent suivant l'axe c de la structure hexagonale et les extrémités des particules sont souvent enrichies en nickel. Les études magnétiques de ces particules montrent que les variations des propriétés magnétiques sont intimement liées à leur forme. L'analyse du système avant réduction révèle que l'origine de ces formes résulte d'une différence de réactivité du cobalt et du nickel dans le milieu.<br />En ce qui concerne la formation induite par un template, des fils métalliques de 6 nm et de longueurs microniques alignés en 2D ont pu être synthétisés un milieu biphasique polyol/toluène. Ils proviennent certainement d'une organisation et d'une coalescence orientée de particules d'argent le long des fibres de thiolate d'argent.