Le but de ce projet est de synthétiser des peptides amphiphiles ayant une partie structurante en feuillet beta afin d'obtenir des micelles cylindriques. La partie hydrophile du peptide est associée à un polymère qui va être le support de la membrane car le peptide seul ne se structure qu'en micelle cylindrique. Une fois la membrane créée, le peptide peut être enlevé ou alors laissé au sein de la membrane et cette membrane a des applications dans la filtration spécifique car elle est nanostructurée. / The goal of this project is to synthesize amphphilic peptides with a structuring part in beta sheet in order to obtain cylindrical mycelles. The hydrophylic part of the peptide is associated to a polymer which will be the support of the membrane because the peptide itself doesn't associate to crate a membrane. With the membrane, we can remove the peptide or not and this membrane has specific filtration properties since it is nanostructured.

Ce travail s’est focalisé sur l’apport des nanoparticules d’or (GNPs) dans la construction d’immunocapteurs piézoélectriques et plasmoniques. Deux stratégies ont été mises en œuvre, mettant à profit les propriétés physico-chimiques uniques des GNPs La première approche a consisté à nanostructurer la surface de capteurs piézoélectriques par des GNPs en exploitant leur haut rapport volume / surface. La deuxième stratégie a consisté à employer les GNPs comme transducteur de biocapteurs colorimétriques en exploitant leurs propriétés optiques. Dans une première partie, la nanostructuration de matériaux plans recouverts d'or ou de silicium par des GNPs (14 nm) a été réalisée. Chaque étape d'élaboration des films fins de nanoparticules a été vérifiée par différentes techniques de caractérisation de surface comme la mesure d’angle de contact, la spectroscopie IR, XPS et MEB. Ces surfaces ont été ensuite employées au développement d’immunocapteurs piézoélectriques pour la détection de diclofénac, un polluant pharmaceutique et d’entérotoxine A (SEA), une toxine bactérienne produite par la bactérie S. aureus.L’apport des GNPs a été mis en évidence par comparaison des performances des immunocapteurs plans et nanostructurés. Dans une deuxième partie, la construction d’un immunocapteur colorimétrique opérant en phase homogène a été réalisée en mettant à profit le changement de la position de la bande de résonance localisée de plasmon de surface (LSPR) résultant du changement d'indice de réfraction local induit par la réaction immunologique entre la SEA et un bioconjugué GNP-anti-SEA. Ces études constituent une alternative séduisante pour la détection rapide dans la gamme du ng/mL. / This project focussed on the asset of gold nanoparticles (GNPs) in the build up of piezoelectric and plasmonic immunosensors. Two strategies were implemented, taking advantage of the unique physico-chemical features of GNPs. The first approach consisted in nanostructuring the surface of piezoelectric sensors by GNPs, to exploit their high surface / volume ratio. The second approach consisted in employing the GNPs as transducer in colorimetric biosensors, by making use of their optical properties. In a first part, nanostructuration of planar materials covered with gold or silicon by GNPs (14 nm) was achieved. Each step of the construction of thin films of GNPs was checked by various surface characterization techniques, including contact angle measurements, IR spectroscopy, XPS and SEM. These surfaces were then employed in the development of piezoelectric immunosensors for the detection of the pharmaceutical pollutant diclofenac and staphylococcal enterotoxin A (SEA), a bacterial toxin produced by S. aureus. The input of GNPs was evidenced by comparison with the performances of planar immunosensors. In a second part, the build up of a colorimetric immunosensor operating in the homogeneous phase was achieved by making use of the shift of the localized surface plasmon resonance (LSPR) band resulting from the change of local refraction index induced by the immunological reaction between SEA and GNP-anti-SEA bioconjugate. These studies establish a model for the development of immunosensor for a rapid detection in the ng/mL range.

Nous avons utilisé une nouvelle méthode de photochimie laser pour la fabrication de microstructure 3D à base de nanofils métalliques. Les nanofils sont obtenus par photoréduction laser de sels métalliques dissous dans une matrice polymère. La réaction chimique est initiée par absorption à deux photons de photoréducteurs uniquement au point focal du laser. La géométrie des microstructures est obtenue en déplaçant le point focal du laser selon des trajectoires adaptées. Dans cette thèse nous avons étudié les propriétés optiques de structures à base de nanofils d'argent. Un nanofil qui occulte une onde plane crée un champ diffracté qui présente des trajectoires paraboliques de maximas et minimas d'intensité. Les calculs de Rayleigh-Sommerfeld montre que cette figure de diffraction typique correspond à l'inférence entre l'onde plane incidente et les ondes sphériques qui sont générées par diffraction sur les deux bords du nanofil. Lorsque les nanofils sont organisés en ensemble de nanofils parallèles distants de quelques microns, les champs diffractés donne des distributions d'intensité qui sont similaires à celles de microlentilles cylindriques. Dans ce cas l'interférence entre l'onde incidente et les ondes sphériques diffractées par les nanofils créée une distribution de phase quadratique qui est à l'origine de la focalisation. La fabrication de réseaux 2D de nanofils permet d'obtenir des réseaux de microlentilles très denses (10000x10000 DPI, dots per inch) qui ne sont pas réalisable avec des microlentilles réfractives. La possibilité de fabriquer des géométries 3D permet de manipuler les trajectoires des maxima et minima d'intensité pour obtenir de nouvelles fonctions diffractives à l'échelle microscopique. Par exemple, la fabrication de nanofils décalés dans l'espace nous a permis de développer un nouveau type de microdisposif optique qui permet la séparation spatiale des couleurs rouge, vert et bleu à l'échelle microscopique. / We used a novel method of laser photochemistry to fabricate 3D microstructures based on metallic nanowires. Nanowires are obtained by laser photoreduction of metallic salt dissolved in a polymer matrix. The chemical reaction is initiated by the two-photon absorption of a photoreductor only at laser focal point. The geometry of microstructures is obtained by moving laser focal point according to suitable trajectories. In this thesis, we have studied the optical properties of of structures based on silver nanowires. A nanowire that stops a plane wave creates a diffracted field which shows parabolic trajectories of maxima and minima intensities. Calculations based on Rayleigh-Sommerfeld diffraction show that this typical figure corresponds to interferences between the incident plane wave and spherical waves generated at the two nanowire edges. When nanowires are arranged into set of parallel nanowires, spaced by a few microns, their diffracted fields generate intensity distributions similar to those of cylindrical refractive microlenses. In that case interference between the incident wave and the diffracted wave leads to a quadrative phase which is the at origin of focalisation. Manufacturing 2D arrays of nanowires allow to achieve very dense arrays of microlenses (10000x10000 DPI, dots per inch), which are impossible to make with refractive microlenses. The possibility to make 3D geometry permit to manipulate maxima and minima intensity trajectories for new diffractive functions at the microscopic scale. For instance manufacturing nanowires shifted in space leads to a new type of optical microdevice that allows the spatial separation of colors red, green and blue at microscopic scale.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre Arkema - Groupe de Recherches de Lacq (GRL) et le Laboratoire Hétérochimie Fondamentale et Appliquée (LHFA) et porte sur la synthèse et l'étude de la nanostructuration de copolymères à blocs constitués d'au moins un bloc biodégradable en vue de préparer des masques de gravure par nano-lithographie. Le premier chapitre est dédié à la description des approches lithographiques développées afin de faire le point sur les principales avancées ainsi que sur les verroux technologiques à lever concernant la miniaturisation des composants électroniques via les approches top-down et bottom-up. Un intérêt particulier a été porté sur l'approche bottom-up reposant sur l'auto-assemblage dirigé de copolymères à blocs étant donné que des morphologies bien définies et de faibles dimensions sont accessibles. Les propriétés du PS-b-PMMA ainsi que celles de copolymères à blocs constitués d'un bloc biodégradable sont également discutées afin de souligner l'importance du développement de nouveaux copolymères à blocs. La deuxième partie de ce manuscrit porte sur la synthèse et la caractérisation de copolymères à blocs par polymérisation organocatalysée et contrôlée par ouverture de cycle (ROP) de lactones et de carbonates. Une étude de la nanostructuration de copolymères à blocs composés de poly(ε-caprolactone), de poly(β-butyrolactone) ou de poly(triméthylène carbonate) a été réalisée afin d'évaluer les morphologies ainsi que les espacements de domaines correspondants. La forte incompatibilité des blocs des copolymères synthétisés a permis l'observation de nanostructurations lamellaires et cylindriques ayant des espacements de domaines de l'ordre d'une dizaine de nanomètre. Nous avons également remarqué que la cristallisation du bloc de poly(ε-caprolactone) empêche la nanostructuration à grande échelle des copolymères correspondants. Dans une troisième partie, nous avons tout d'abord cherché à inhiber la cristallisation de la poly(ε-caprolactone) par copolymérisation aléatoire. Une évaluation de la réactivité du co-monomère, ainsi que du taux minimum requis pour rompre totalement la cristallinité du copolymère, en fonction de la structure du co-monomère employé a été effectuée. La synthèse de copolymères à blocs constitués d'un bloc de copolyester aléatoire amorphe ("PCLam.") a par la suite été réalisée pour évaluer l'impact de l'inhibition de la cristallinité sur la nanostructuration de ces nouveaux copolymères à blocs. Cette stratégie a permis la ségrégation de phase en nano-domaines de géométries bien définies. Des morphologies cylindriques présentant un espacement de domaines compris entre 15,3 et 19 nm ont été déterminées par analyses SAXS et par microscopie (AFM) dans le cas de films minces préparés à partir de "PCLam."-b-Krasol H-b-"PCLam.". / The present work is in the frame of a collaboration between Arkema - Groupe de Recherche de Lacq (GRL) and the Laboratoire Hétérochimie Fondamentale et Appliquée (LHFA). This work consists in the preparation of block copolymers containing at least one biodegradable block in order to study their nanostructuration aiming at preparing etching mask by nanolithography. The first part of this work is dedicated to the description of lithographic processes in order to summarize the major advances and the technological bolts to unlock concerning the electronic component miniaturization by top-down and bottom-up approaches. Particular interest has been given to the bottom-up approach based on the direct self-assembly of block copolymer due to the fact that well defined morphologies are accessible at small scale. The properties of the PS-b-PMMA as well as those of block copolymers containing one biodegradable block are also discussed to underline the importance of the development of new block copolymers. The second part of this manuscript concerns the synthesis and characterization of block copolymers by organocatalyzed controlled ring opening polymerization (ROP) of lactones and carbonates. A study of block copolymer nanostructuration has been performed for copolymers containing one block of poly(ε-caprolactone), poly(β-butyrolactone) or poly(trimethylene carbonate) in order to determine their morphologies and the corresponding domain-spacing. The high block incompatibility of the synthesized copolymers enables lammellar and cylindrical nanostructurations with domain-spacing in the order of ten nanometers. We also noticed that the crystallization of the poly(ε-caprolactone) block prevent the large-scale nanostructuration of the corresponding copolymers. In a third part, we got interested to inhibit poly(ε-caprolactone) crystallization by random copolymerization. Co-monomers reactivity and their minimal loading required to fully inhibit copolymer crystallinity have been determined to investigate the impact of co-monomer structure. Then, block copolymers containing one or two amorphous random copolyester block(s) have been synthesized to evaluate the impact of crystallinity inhibition on their nanostructuration ability. This strategy allowed the phase segregation in nano-domains of well defined geometries. Cylindrical morphologies presenting a domain spacing between 15.3 and 19 nm have been determined by SAXS analysis and microscopy (AFM) in the case of thin films prepared from "PCLam."-b-Krasol H-b-"PCLam.".

Les systèmes nanostructurés composés de nanoparticules déposées à la surface d’oxyde présentent à la fois un intérêt fondamental et technologique. Les propriétés finales de tels systèmes dépendent principalement de la forme et de la taille des nanoparticules déposées ainsi que de leur organisation sur la surface. Dans ce contexte général, l’utilisation de surfaces vicinales apparaît comme un moyen intéressant pour réaliser des substrats gabarits sur lesquels des particules pourront être déposées. Ce travail est consacré à l’étude de la nanostructuration bidimensionnelle (2D) de surfaces vicinales de saphir obtenue dans certaines conditions expérimentales (orientation de la surface vicinale et paramètres du traitement thermique). Les principaux objectifs de cette étude sont de décrire la morphologie de surface de ces échantillons présentant une mise en ordre 2D mais aussi de proposer un mécanisme concernant le passage de l’organisation monodimensionnelle (1D) à l’organisation 2D. La morphologie des surfaces vicinales d’alumine α, traitées à 1250 °C sous atmosphère d’oxygène pur pendant des durées allant jusqu’à 380 h, a été étudiée par des techniques expérimentales complémentaires : la microscopie à force atomique (AFM), la diffusion centrale des rayons X sous incidence rasante (GISAXS) et la diffraction de surface (GIXD). Les différents résultats ainsi obtenus nous ont permis de montrer que la surface présentant une organisation 2D pouvait être décrite par une assemblée de pyramides, dont la base est un triangle isocèle, décorant un réseau rectangulaire centré. Nous avons déterminé de façon très précise la forme de ce tétraèdre irrégulier qui a été décrit selon les caractéristiques cristallographiques du saphir. Il a de plus été montré qu’un phénomène de méandrage des bords de marches est probablement à l’origine de la transition entre les réseaux 1D et 2D qui n’est observée que lorsque les bords de marches initiaux sont rectilignes. / Nanostructured systems based on nanoparticles deposited onto oxide surfaces have both a fundamental and technological interests. Final properties of such systems depend mostly on the shape and size of the nanoparticles and also on their spatial organization on the surface. In this general context, the use of vicinal surfaces appears to be an interesting way of producing templates for ordering nanoparticles. This work is devoted to the study of two-dimension (2D) nanostructuration of sapphire vicinal surfaces obtained under specific experimental conditions (vicinal surface orientation and thermal treatment parameters). The main objectives of this study were to describe the surface morphology of the samples having the 2D ordering and also to propose a mechanism regarding the transition from the 1D to the 2D ordering.Morphology of sapphire vicinal surfaces, annealed at 1250 °C under pure oxygen atmosphere during various durations up to 380 h, was studied by complementary technics: atomic force microscopy (AFM), grazing-incidence small-angle X-rays scattering (GISAXS), and grazing-incidence X-rays diffraction (GIXD). Results allowed us to describe the 2D ordered surface by being an assembly of pyramids with an isosceles triangle base decorating a rectangular centered lattice. The shape of those irregular tetrahedrons has been precisely determined with the crystallographic characteristics of sapphire. It has also been shown that a meandering step-edge phenomenon is probably the starting point of the transition between 1D and 2D lattices obtained when initial step-edges are straight.

Les matériaux thermoélectriques (TE) offrent la possibilité de convertir directement un flux de chaleur en courant électrique pour recycler la chaleur perdue, par exemple par nos automobiles. Les skutterudites AyFe4-xCoxSb12, (A = Ce, Yb, …, 0 ≤ y < 1; x < 4) sont déjà de bons matériaux thermoélectriques dans le domaine de température 400–800K. Pour améliorer le coefficient Seebeck, des nano-inclusions de InSb ou GaSb (~50 nm) ont été générées à l’étape de frittage flash dans Ce0,3Fe1,5Co2,5Sb12 de type p. Elles n’ont pas eu l’effet escompté de filtrage en énergie des trous mais ont conduit à l’insertion de ~ 0,1 mol d’indium ou de gallium dans Ce0,3Fe1,5Co2,5Sb12 et à un facteur de mérite TE amélioré ZTmax = 0,7 (+ 20%) dans les deux cas . Pour réduire la conductivité thermique et améliorer leur performances TE, nous avons entrepris d’élaborer pour Co0,91Ni0,09Sb3 et Yb0,25Co4Sb12 de type n des microstructures à grains ultrafins (~ 100 nm) par broyage à haute énergie et frittage flash (SPS). Pour inhiber la croissance des grains lors du frittage, nous avons utilisé des additifs nanométriques (10 – 20nm), soit ajoutés ex-situ (CeO2, SiO2), soit générés in-situ (Yb, Yb2O3). Des facteurs de mérite TE ZTmax = 0,8 (+ 30%) et ZTmax = 1,4 ( + 10%) ont été obtenus respectivement pour Co0,91Ni0,09Sb3 et Yb0,25Co4Sb12 / The thermoelectric materials (TE) offer the possibility to convert a heat flow into an electric current for recycling heat wasted for example, by our automobiles. AyFe4-xCoxSb12 skutterudites, (A = Ce, Yb, …, 0 ≤ y < 1; x < 4) are already good thermoelectric materials in the 400 – 800 K temperature range. To improve the Seebeck coefficient, nano-inclusions of InSb or GaSb (~ 50 nm) were introduced during the spark plasma sintering step in p type Ce0.3Fe1.5Co2.5Sb12. They did not led to expected charge carriers energy filtering and but led to the insertion of ~ 0.1 mol of indium or gallium in Ce0.3Fe1.5Co2.5Sb12 and to figure of merit improved by 20 % (ZTmax = 0.7) in both cases. To reduce the thermal conductivity and improve their TE performance, we have developed for n type Co0.91Ni0.09Sb3 et Yb0.25Co4Sb12 an ultrafine grained microstructure (~ 100 nm) by high energy milling and spark plasma sintering (SPS). To inhibit grain growth during sintering, we used nanoscale additives (10 – 20nm) either added ex-situ (CeO2, SiO2) or precipitated in-situ (Yb, Yb2O3). The figure of merit ZTmax = 0,8 (+ 30%) et ZTmax = 1,4 ( + 10%) were thus obtained respectively in Co0,91Ni0,09Sb3 and Yb0,25Co4Sb12

Cette étude porte sur l'élaboration de matériaux polymères nano-cellulaires via un procédé batch de moussage au CO2. Pour obtenir de tels matériaux, le moussage est provoqué dans des matériaux polymères nano-structurés afin de favoriser la nucléation hétérogène et d'obtenir des taux de nucléation et des densités de cellules élevées. Le moussage de terpolymères ABS et de PMMAs nanostructurés a été étudié, dans le but de produire des mousses nano-cellulaires avec une faible densité (inférieure à 0.3 g.cm-3) et une taille moyenne de cellules inférieure à 100 nm, correspondant aux morphologies de mousses requises pour obtenir des matériaux super isolants thermiquement. Le phénomène de nucléation, et donc la densité de cellules, sont apparus comme dépendant directement de la concentration et de la morphologie des agents nucléants, qui correspondent dans cette étude à des phases polymères immiscibles dispersées. L'élaboration de matériaux nano cellulaires a nécessité la compréhension des mécanismes de croissances de cellules, du rôle du CO2 en tant qu'agent gonflant et plastifiant ainsi que l'optimisation du procédé de moussage. Plus précisément, l'influence du comportement viscoélastique des matériaux polymères ainsi que celle des forces de surface sur la formation de cellules a également été étudié. Il a été montré que la formation de mousse se produisait dans un milieu viscoélastique, avec un comportement variant entre celui d'un solide et d'un liquide viscoélastique, et ce en fonction de la température et de la masses molaire des polymères / This work focuses on the fabrication of nano-cellular polymer materials by means of a CO2 batch foaming process. To produce such materials, the foaming has to be induced in nano-structured polymer materials in order to favour heterogeneous nucleation and thus to obtain high nucleation rate and high cell density. The foaming of ABS terpolymers and nanostructured PMMAs was investigated, with the aim of producing nano-cellular foams with low density (lower than 0.3 g.cm-3) and an average cell size of 100 nm, which corresponds to required foam morphologies for super thermal insulating applications. It has been shown that nucleation, and thus cell density, directly depends on the content and morphology of nucleating agents, corresponding to dispersed polymer immiscible phases. The production of nano-cellular materials required the understanding of cell growth mechanisms, the role of CO2 as blowing agent and plasticiser and process optimisation. Specifically, the influence of viscoelastic behaviour of polymer materials and surface forces on cell formation was also investigated. It was found that the foaming occurred in viscoelastic media, with transitional behaviour between solid and liquid, depending on foaming temperature and molar mass of polymers

Dans le cadre de cette thèse un verre phosphate de zinc dopé avec des cations d’argent a été irradié par laser femtoseconde. Cette irradiation induit l’apparition dans le voxel de focalisation, d’une émission de fluorescence et une génération de second harmonique au sein du verre. La fluorescence a été attribuée à la création d’agrégats fluorescents composé d’une dizaine d’atomes d’argent. Une étude spectrale a été réalisée permettant de distinguer les différents types d’agrégats générés. Par ailleurs, la génération de seconde harmonique est attribuée à la présence d’un champs électrique enterré dans la zone irradié par effet EFISH (electric field induced second harmonic). La direction et la répartition de ce champ électrique, ont été étudié optiquement et conduisent à sa représentation spatiale.Les effets des paramètres expérimentaux, tels que le nombre d’impulsions laser, l’énergie par impulsion, la température du verre et le recuit sur les caractéristiques de la GSH et de la fluorescence, ont été étudiés. Enfin un processus global est proposé, expliquant les différentes étapes de la structuration, de la création du champ enterré par migration d’électrons à la réduction des cations d’argent et la croissance des agrégats. / In this work, a phosphate-zinc glass doped with silver ions was irradiated with a femtosecond laser. This irradiation causes the appearance of sub-micron features in the glass. Those features exhibit fluorescence and second harmonic generation. Fluorescence is linked to the aggregations of silver clusters in the glass. Second Harmonic Generation is linked to the creation of a buried electric field inducing an EFISHG effect.Polarization and spectroscopic studies were performed on these features. Those studies allowed us to produce a three-dimensional representation of the features. A phenomenological model, from the interaction of the laser pulses with the glass, to the movement of charges enabling the buried field, is developed to explain the overall process, therefore linking the migration of the electrons to the reduction of silver ion and the cluster growth.

Ce travail porte sur l'excitation et la détection d'ultrasons dans des multicouches métalliques en acoustique picoseconde afin d'engendrer des ondes de hautes fréquences (jusqu'au THz) pour pouvoir éventuellement les émettre dans un matériau. Nous avons développé des modèles permettant de calculer les réponses optiques et acoustiques de structures excitées par des impulsions lasers ultrabrèves. D'une part, nous avons étudié les effets d'interface à l'origine de l'anomalie élastique dans certains systèmes multicouches et nous avons montré que l'adoucissement observé dans les systèmes Mo/Ni est dû à des alliages interfaciaux épais de 1,3 nm. D'autre part, l'étude des multicouches périodiques a permis d'expliciter les processus d'excitation et de détection de modes résonnants dans des bandes de fréquences interdites. Enfin, nous avons réalisé une expérience de transmission à travers un substrat épais et montré qu'on pouvait transmettre des fréquences supérieures à 200 GHz.

Cette étude porte sur l'élaboration de matériaux polymères nanostructurés à base de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) et de polyamide-6 (PA-6). Les mélanges sont réalisés par extrusion réactive, c'est à dire par mélangeage en fondu de chaînes de polymères portant des groupes mutuellement réactifs. La réaction de greffage a lieu entre la fonction amine en bout de chaîne du PA-6 et des groupes anhydride le long des chaînes de PMMA. Les compositions des mélanges extrudés et des copolymères formés peuvent être déterminées, dans la plupart des systèmes, à l'aide d'une méthode de caractérisation principalement basée sur la chromatographie d'exclusion stérique. Ces résultats combinés à la microscopie électronique en transmission ont permis de déterminer les caractéristiques optimales des polymères employés (composition du PMMA réactif et taille des chaînes de PA-6) afin de former des mélanges nanostructurés. Dans ce système, la formation de mélanges nanostructurés est limitée à des PA-6 de faible masse molaire. En revanche, lorsqu'un copolymère à bloc contenant deux blocs PMMA fonctionnalisés anhydride et un bloc central incompatible est utilisé dans les mélanges, la taille de la dispersion n'est que légèrement affectée par la taille des chaînes de PA-6. La cristallinité du PA dans les matériaux nanostructurés a été étudiée. Les propriétés des matériaux étudiées ici (résistance aux solvants et évolution du module de conservation avec la température) peuvent être corrélées à leur structuration et à la connectivité des domaines de PA-6 dans le matériau.