Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les mousses de carbone vitreux à très forte porosité, qui résultent de la pyrolyse de mousses polymères, ont des propriétés mécaniques et thermiques inadaptées pour certaines applications structurales (absorption de choc, piles à combustible...). Lors de cette étude, des revêtements de pyrocarbone (PyC, à partir de propane) et de carbure de silicium (SiC, issu du mélange CH3SiCl3/H2) ont été mis en oeuvre par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et les conditions expérimentales ont été optimisées afin d’améliorer les propriétés des mousses. Les caractéristiques mécaniques, thermiques et de transport gazeux ont été évaluées respectivement grâce à des tests de compression uniaxiale et des mesures sur bancs de diffusivité flash et de perméabilité. Les propriétés physiques varient dans une grande proportion avec la densité relative. Grâce au contrôle de la composition, de la structure, de l’homogénéité d’épaisseur des dépôts et de la densité relative des mousses, le procédé de CVD permet d’adapter précisément leurs propriétés à une application précise. / High porosity open cell carbon foams, resulting from the pyrolysis polymeric foams, have inadequate properties for structural applications such as shock absorbers or fuel cells. In this study, pyrocarbon (PyC derived from propane) and silicon carbide (SiC from CH3SiCl3/H2 mixtures) coatings were prepared by Chemical Vapour Deposition (CVD) and the experimental conditions were optimized to improve the properties of the foams. The mechanical, thermal and gas transport properties were respectively assessed by uniaxial crushing tests, flash diffusivity and gas permeability measurements. The physical properties vary significantly with the relative density. The CVD process allows the tailoring of the foam properties, for a specific application, through an accurate control of the structure, the composition, the thickness uniformity of the coatings and the relative density of the foams.

La stratégie de Capture et Séquestration du dioxyde de carbone (CO2) (CCS) a pour objectif de récupérer ce gaz en sortie des fumées de combustion des centrales thermoélectriques. La technologie membranaire est une des technologies envisageables. Pour les membranes polymères, de nouvelles voies d'élaboration de matériaux sont entreprises pour la séparation de gaz. Une de ces voies nous a conduits à utiliser le concept de la Chimie Dynamique Constitutionnelle (CDC). Appliqué au domaine des polymères, ce concept conduit aux polymères dynamiques moléculaires covalents (dynamères). Ils sont rendus dynamiques par création de liaisons covalentes réversibles entre unités monomériques moléculaires ou macromoléculaires, ce qui permet de moduler leurs paramètres intrinsèques et leur donnent un caractère adaptif et évolutif. L'objectif de notre étude consiste à élaborer des dynamères susceptibles d'être utilisées comme membrane permsélective par rapport au dioxyde de carbone. Dans un premier temps, le changement climatique ainsi que la technologie de séparation membranaire appliquée aux gaz sont exposés. Par la suite, les mécanismes de transferts de gaz à travers une membrane à base de polymères sont développés. Puis nous avons synthétisé trois séries de dynamères par auto-assemblage de monomères et de macromonomères de géométries et de tailles différentes en créant des liaisons imines. La variation des pourcentages en précurseurs nous permet de moduler la géométrie architecturale du système macromoléculaire. Pour vérifier cela, plusieurs méthodes de caractérisation ont été entreprises. Les analyses spectroscopiques infrarouges et RMN 1H ont permises de mettre en évidence la bonne connexion de nos précurseurs ainsi que le respect des quantités des précurseurs introduites. Les résultats des analyses DSC et de fractions de volumes libres des systèmes macromoléculaires indiquent une évolution dans la géométrie architecturale du système en fonction du pourcentage de précurseurs macromonomériques. Nous avons déterminé le coefficient de perméabilité, de diffusion et de solubilité de gaz pour les membranes dynamères synthétisées par la méthode dit du temps de retard. Au final, pour évaluer les performances de ces membranes dynamères, les résultats de permsélectivité sont reportés sur les diagrammes de Robeson. Ils indiquent que certaines membranes dynamères possèdent des performances en termes de perméabilité et de sélectivité qui sont tout à fait correctes, et ce pour plusieurs couples de gaz et en particulier ceux qui concernent le dioxyde de carbone. / The strategy of Capture and sequestration of carbon dioxide (CO2) (CCS) aims to recover the gases leaving the combustion gases of thermoelectric plants. Membrane technology is one of feasible technologies. For polymeric membranes, new ways of developing materials are undertaken for gas separation. One route led us to use the concept of Dynamic Constitutional Chemistry (DCC) molecular. When applied to polymers, this concept leads to covalent polymer molecular dynamics (dynamères). They are made dynamic by creating reversible covalent bonds between molecular or macromolecular monomer units, which allows modulating their intrinsic parameters and gives them an adaptive and evolutionary nature. The aim of our study was to develop dynamers could be used as membrane for carbone dioxide separation. Firstly, climate change and membrane separation technology applied to gases are exposed. Thereafter, the transfer mechanisms of gases through membrane-based polymers are developed. Then we synthesized three series of dynamers by self-assembly of monomers and macromonomers of geometries and sizes by creating links imines. The percentage change in precursors allows us to modulate the architectural geometry of macromolecular system. To verify this, several methods of characterization were undertaken. Infrared spectroscopic analysis and 1H NMR allowed us to highlight the good connection of our precursors and respect quantities of precursors introduced. The results of DSC analysis and free volume fraction of macromolecular systems show a marked change in the geometry of the system architecture based on the percentage of precursor's macromonomerics. We determined the permeability coefficient, diffusion and solubility of gas for dynamères membranes synthesized by the method of said delay. Finally, to evaluate the performance of these membranes dynamers, permselectivity results are shown in the diagrams of Robeson. They indicate that some membranes have dynamères performance in terms of permeability and selectivity are quite correct, and those for several pairs of gases and in particular those concerning carbon dioxide.

La compréhension de la relation structure-propriété est un élément indispensable pour la conception et l'amélioration des matériaux, notamment ceux utilisés dans le domaine de l'emballage alimentaire. Afin de contribuer à la compréhension des phénomènes de transport dans le polylactide (PLA), les travaux de ce mémoire se sont portés sur la modulation de la microstructure du PLA en lien avec ses propriétés barrière aux gaz (oxygène, hélium) et aux composés organiques (esters éthyliques, sondes fluorescentes). La microstructure a été modulée i) par l'ajout de plastifiant (ATBC, PEG), ii) par la cristallisation selon trois procédés, le traitement thermique, la cristallisation induite par des composés organiques et le biétirage. Ces approches ont permis, respectivement, de faire varier le pourcentage de phase amorphe par rapport à la phase cristalline, la fraction de volume libre au sein de la phase amorphe, et la structure cristalline. L'augmentation de la cristallinité par recuit à partir du vitreux n'a pas conduit à une diminution systématique et importante des coefficients de transport des molécules de gaz (oxygène, hélium). Deux hypothèses principales ont ainsi été formulées pour expliquer ce comportement : la dédensification de la phase amorphe et la présence d'une phase amorphe mobile et d'une phase rigide. L'influence du biétirage sur les propriétés barrière aux gaz a été très limitée même au plus fort ratio d'étirage (4×4). Néanmoins cette technique a l'avantage de pouvoir réaliser des morphologies différentes.L'étude des coefficients de transport par plusieurs méthodes (sorption, perméation, diffusion par contact solide/solide) a mis en évidence la loi d'échelle ( ) dans le cas des molécules fluorescentes et a permis une première estimation du coefficient alpha. Une approche par Résonance Paramagnétique Electronique a permis de mettre en évidence des séparations de phase des systèmes plastifiés par ATBC et PEG. Cette méthode pourrait constituer un des moyens de sonder les hétérogénéités locales et les changements microstructuraux liés à l'interaction de molécules perméantes et de la matrice polymère, lors du transport. / The understanding of the relationship between structure and properties is fundamental for materials conception and improvement, in particular for those used in food packaging industry. To contribute to the understanding of the transport phenomena in polylactide (PLA), this study was focused on the adjustment of PLA microstructure modulation related to its gas (oxygen, helium) and organic compounds (ethyl esters, fluorescent molecules) barrier properties. The microstructure was modulated i) by adding plasticizers (ATBC, PEG), ii) by crystallizing according to 3 processes, thermal treatment, organic compounds induced crystallization and biaxially orientation. These approaches, respectively enabled to vary, the ratio of amorphous phase and crystalline phase, free volume fraction into amorphous phase and the crystalline structure. The increase in crystallinity degree, by annealing from cold state, did not result in a systematic and significant decrease of the gas molecules transport coefficient (oxygen, helium). Two main hypotheses were formulated to explain this behaviour: de-densification of amorphous phase and the presence of a mobile and a rigid amorphous phase. The influence of biaxially orientation on gas barrier properties was strongly limited even at the highest stretching ratio (4×4). Nevertheless several morphologies can be formed thanks to this technique.The transport coefficient study by several methods (sorption, permeation and diffusion by solid/solid contact) highlighted a scale law with the fluorescent molecules and allowed to a first estimation of the α coefficient. Thanks to Electronic Spin Resonance approach, phase separation of plasticized systems by ATBC and PEG were highlighted. This method could be one of the means to probe the local heterogeneities and the micro-structural changes related to the interaction of permeating molecules and polymer matrix during transport.

La partie supérieure de la Formation Khuff est un réservoir représentant le plus grand champ gazier mondial, d'âge Permien supérieur à Trias inférieur. Il est formé de la succession de calcaires, de dolomies et de sulfates. Sa production est principalement contrôlée par des intervalles d'épaisseur généralement inférieure à 10 m, totalement dolomitisés, appelés super-drains ou super-K, connectés sur plusieurs dizaines de kilomètres.Les objectifs de l'étude sont (1) de définir la mise en place et l'extension des super-drains dans un cadre stratigraphique, (2) de comprendre la diagenèse contrôlant leurs propriétés réservoirs et (3) de comparer la mise en place des corps dolomitiques stratiformes précoces ou tardifs liés aux failles à ceux d'un analogue à l'affleurement, à savoir les formations calcaréo-dolomitiques d'âge Jurassique supérieur en Provence.Pour les atteindre, des analyses sédimento-diagénétiques (sédimentologiques, pétrographiques et géochimiques) ont été entreprises sur les deux objets d'études du réservoir de subsurface et de l'analogue réservoir d'affleurement. Pour ce dernier, une modélisation en 3D de corps diagénétiques liés aux failles a été réalisée. Les principaux résultats sont que :- les localisations des super-drains ont été contrôlées par la dynamique sédimentaire de séquences à basse fréquences (SBF) et à haute fréquence (SHF) ;- des super-drains sont localisés au sommet des SBF sous les discontinuités d'émersions et à la limite des fronts de dolomitisation de reflux différé. / The upper part of the Khuff Formation includes the biggest gas reserves in the world, from Upper Permian to Lower Triassic age. It is composed by the succession of limestone, dolomite and sulfate. The gas production is mainly driven by layers typically thinner than 10 m, fully dolomitised, and called super-drains or super-K and connected over several dozen kilometers.The goals of this study are (1) to define the formation and the extension of super-K layers in a stratigraphic framework, (2) to understand the diagenesis controlling their reservoir properties and (3) to compare the creation of early stratabound and late fault-related dolomite bodies with an outcrop analogue, from the limestone and dolomite formations from Provence from Upper Jurassic age.To reach this goal, sedimento-diagenetic analyses (sedimentological, petrographical and geochemical) have been carried out on studied objects, the subsurface reservoir and the outcrop analogue reservoir. For the latter, 3D modelling of fault-related dolomite bodies have been realised. The main results are:- the locations of super-K have been controlled by the sedimentary dynamics of low frequency sequences (SBF) and high frequency sequences (SHF) ;- some super-K are located at the top of SBF under emersion unconformities and at the rim of dolomitisation fronts associated to postponed reflux. The reflux was made of brines, coming from synsedimentary dolomite bodies associated with marine transgressions that followed the emersions. This model is corroborated by an outcrop analogue, which is a dolomite reservoir underlying a long lasting emersion unconformity;

Afin de protéger les littoraux maritimes des effets dévastateurs, les digues à talus maritimes sont le plus souvent utilisées. Les dysfonctionnements possibles de ce type d’ouvrage à talus sont la rupture de la carapace conduisant ensuite à la rupture d’ensemble de la structure et les franchissements dépassant le critère de sécurité. L’un des plus utilisé, le modèle semi-empirique de Van der Meer (1987), a été développé pour décrire les conditions de stabilité des digues en enrochements sous l’action de la houle. Ce modèle s’avère incapable de décrire précisément l’influence de la perméabilité réelle du noyau sur la stabilité de la carapace. D’autre, pour une digue, un accroissement du niveau du plan d’eau accompagné par des houles d’intensité accrue va conduire à des aléas de rupture et de franchissement bien supérieurs à ceux prévus lors de la conception de l’ouvrage. Pour le premier modèle physique étudié d’une digue en enrochement naturel, nous avons cherché une relation empirique entre le paramètre P utilisé dans le modèle de VdM et le coefficient de perméabilité Ks réel du milieu poreux constituant le noyau par les deux approches. Le deuxième modèle physique d’une digue en enrochement artificiel est d’étudier différentes solutions de renforcement de digues maritimes existantes vis-à-vis de la remontée du niveau des mers et océans due au changement climatique. Nous validons avec les modèles classiques de prédiction pour le scénario initial de niveau marin et proposons de modifications des formulations existantes pour des scénarios de surélévation du niveau moyen des points de vue du franchissement et de dommage / To protect the devastation on coastal maritime, the slope breakwater are mostly used. The possible malfunctions of this type of slope structure are the damage on armor layer leading to the rupture of the entire structure and the exceeding the safety criterion of overtopping discharge. One of the most used, the semi-empirical model of Van der Meer (1987), has been developed to describe the conditions of stability of armor breakwater under wave attack. This model is unable to accurately describe the influence of the real core’s permeability on the stability of the armor layer. Besides, for a sea dike, an increasing of water level accompanied by intensive swell will lead to the risks of more breakage and wave overtopping than those anticipated in the design of the structure. In the first physical model study of a rubble mound breakwater, we research the empirical relation between the parameter P used in the model VdM and real permeability Ks of porous medium constituting the core layer by two approaches. The second physical model of concrete breakwater is to study the different reinforcement solutions to strengthen the existing sea dikes which face to face the rise in the level of seas and oceans due to climate change. We validate the classical models of prediction for the initial scenario of sea level and propose the modifications of existing formulations in the scenarios of sea elevation from the points of view of damage and overtopping

Les déchets liés à l'élevage intensif ont un impact environnemental reconnu du fait de leur composition riche en en matière organique et minérale. Il apparait opportun de promouvoir des procédés de traitement permettant de maitriser l'impact environnemental de ce retour au sol, voire d'ouvrir de nouvelles valorisations au travers de la récupération d'énergie ou de l'exportation de co-produits (azotés et phosphatés notamment). Ce travail entre dans cette démarche en proposant de compléter les étapes de digestion anaérobie de ces déchets par des étapes de séparation sur membranes perm-sélectives. Les essais ont été réalisés sur unités pilotes de laboratoire en utilisant des digestats réels de diverses origines prélevés sur sites. Pour l'étape de clarification par ultrafiltration, la conduite d'une séparation en mode tangentiel est obligatoire au regard de la concentration des suspensions à traiter. La viscosité des suspensions, d'autant plus importante que la suspension est concentrée, apparait comme un paramètre déterminant pour le choix du protocole opératoire. Dans tous les cas, l'opération d'ultra-filtration (UF) permet une rétention conséquente (de 80 à 90%) de la fraction organique encore présente dans les digestats, à l'inverse, la rétention de la fraction minérale soluble est restée négligeable comme attendu. Le seuil de coupure de la membrane d'UF n'est pas apparu déterminant sur cette rétention. Malgré le mode tangentiel de séparation, l'opération de filtration induit une accumulation de composés au voisinage de la membrane qui diminue significativement la perméabilité du milieu filtrant. Cette chute de perméabilité apparaît d'autant plus importante que la suspension présente une concentration en demande chimique en oxygène (DCO) élevée. Ce critère apparaît alors comme le facteur limitant pour atteindre un facteur de concentration volumique (FCV) élevé (réduction des volumes). La surface membranaire à développer est directement liée à la perméabilité membranaire, elle-même dépendante de la concentration de la suspension à traiter donc de la nature du digestat et du FCV à atteindre. Le coût opérationnel de l'opération apparaît directement lié à l'énergie nécessaire pour assurer le mode tangentiel de filtration. Pour l'étape de concentration des sels d'intérêts, la rétention des composés minéraux solubles par osmose inverse haute pression dépasse 90% quels que soient les ions ciblés ou l'origine du digestat. A l'inverse, cette rétention est dépendante de l'ion ciblé et de l'origine du digestat pour les opérations de nano-filtration et d'osmose inverse basse pression. Dans tous les cas, la rétention de la fraction organique résiduelle est importante (>90%) permettant une décoloration du perméat très poussée (elle dépend toutefois du seuil de coupure de la membrane et du FCV choisi). La perméabilité membranaire diminue d'autant plus que la conductivité électrique (CE) de la solution à traiter est importante du fait de la pression osmotique et de l'accumulation de composés solubles au voisinage de la barrière membranaire. Cette conductivité, dépendante du digestat initial et du FCV choisi, apparaît alors comme le paramètre déterminant pour le dimensionnement de l'unité. Sur le plan énergétique, l'énergie liée à la mise sous pression des unités NF/OI est dominante par rapport à la circulation tangentielle du rétentat. Ce travail a permis de confirmer l'intérêt des séparations membranaires pour le traitement des digestats, afin d'une part, d'obtenir une eau de qualité permettant sa réutilisation ou son rejet dans le milieu naturel et d'autre part de récupérer et de concentrer des composés d'intérêt dans les différents rétentats. Ce travail a fait l'objet d'un soutien financier de l'ANR dans le cadre du programme BIOENERGIE 2010 (projet DIVA). / Intense spreading of livestock wastes are recognized to be detrimental to the environment due to their content of organic matter and mineral fraction. Then, it would appear to be necessary to promote greens treatments processes. In fact, anaerobic digestion allows the production of biogas (extremely useful source of renewable energy), whilst digestate should be a highly valuable biofertilizer This work enters in this approach by proposing to complete anaerobic digestion steps by the use of perm-selective membrane separation process. The first step is a clarification step by ultrafiltration, following by a soluble mineral concentration step by nanofiltration, low pressure and/or high pressure reverse osmosis (LPRO, HPRO). The tests were performed in a laboratory-scale pilot unit using real digestates. For clarification step, a cross-flow mode separation is obligate in view of suspended solid concentrations and viscosity which appeared as a determining factor for the choice of operative protocol. In any case, the ultra-filtration operation allows a high organic retention rate (of 80 to 90%). Conversely, soluble mineral retention remained at negligible as expected. The cut-off of ultrafiltration membrane is not a determining factor for this retention. Despite the cross-flow mode separation filtration induces a compound accumulation on the membrane which decreases significantly the permeability of filtering media. This permeability drop appears greater when suspension presents a high COD concentration. This criterion appears as a limiting factor to achieve a high volumic concentration factor (VCF). Membrane surface to develop is then directly related to the membrane permeability which depends on the digestate origin and VCF. The operational cost is linked directly to the energy required to ensure cross-flow mode. The retention of soluble mineral compounds by HPRO exceeds 90% whatever the target ions or the origine of digestate are. However, for NF and LPRO steps, this rejection depends on the target ions or the origine of digestate. In any case, organic retention is important (more than 90%) which allows significant discoloration of permeate. The, the more the electronic conductivity (EC) is, the more permeability decreases of suspension is important, due to an osmotic pressure and soluble compound accumulation on the membrane that increases with EC. This conductivity depends on initial digestate and, of course, of the chosen VCF target, which appears as decisive parameter for unit dimensioning. On the efficient energy, energy linked to separation step chosen is dominant in the absence of cross-flow mode of retentate. This work has allowed to confirm the potential interest of membrane separation to (i) obtain a final effluent: named fresh or new water and (ii) and (ii) to allow the production of liquid fertilizers.This work is financially supported by the National French Agency (Bio-Energy Program 2010, DIVA Project) and by TRIMATEC competitiveness cluster.

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est une interface localisée au niveau des cellules endothéliales des capillaires cérébraux. Elle présente des caractéristiques physiques et métaboliques spécifiques restreignant les échanges entre le sang et le cerveau dans le but de maintenir l’homéostasie du système nerveux central. Dans des conditions pathologiques comme l’ischémie cérébrale, la perte de son intégrité provoque l’apparition d’un oedème vasogénique qui aggrave considérablement le pronostic vital des patients. Malheureusement, les mécanismes impliqués dans l’hyperperméabilité vasculaire demeurent inconnus, ce qui limite l’utilisation de la seule thérapie disponible à 5% des patients. Depuis qu’aucun agent pharmacologique n’a réussit à être neuroprotecteur, notre compréhension des rapports entre le sang et le cerveau est remise en cause. La complexité des interactions entre la BHE et les cellules nerveuses a mené au concept d’une unité fonctionnelle dite neurovasculaire. Ainsi de nouvelles stratégies de protection émergent à partir d’observations au niveau vasculaire. Ainsi la première partie de nos travaux a consisté à étudier l’effet vasculoprotecteur potentiel du fénofibrate, un hypolipémiant agoniste du récepteur nucléaire PPAR-a (Peroxisome Proliferator- Activated Receptor-alpha), dont le bénéfice est observé en clinique depuis quelques années et plus récemment dans une étude expérimentale menée chez la souris. Les mécanismes de cette protection aujourd’hui inconnus, pourraient impliquer la BHE réputée très peu perméable à ce fibrate. Un renforcement de la BHE limiterait la formation de l’oedème cérébral. Pour cela nous avons adapté un modèle in vitro syngénique murin de BHE aux études de perméabilité en condition d’OGD (oxygen and glucose deprivation) mimant les conséquences immédiates de l’occlusion, toute première étape de l’accident vasculaire cérébral (AVC) ischémique. Le modèle consiste en une co-culture de cellules endothéliales primaires de capillaires cérébraux et de cellules gliales primaires. Nos travaux démontrent qu’un traitement préventif au fénofibrate protège l’endothélium en limitant l’hyperperméabilité induite par l’OGD. Cette action protectrice cible exclusivement l’endothélium et dépend de l’activation de PPAR-a démontré par l’absence d’effet protecteur sur les cellules endothéliales dont le gène codant pour PPAR-a a été invalidé. La seconde partie de l’étude s’est intéressée aux dommages vasculaires de la reperfusion, étape plus tardive de l’ischémie cérébrale connue pour aggraver l’oedème vasogénique et mener à des hémorragies fatales. A l’aide de notre modèle in vitro, nous avons étudié l’effet de la réoxygénation sur la perméabilité vasculaire dans le but de se rapprocher des conditions ischémiques in vivo. Après une incubation en condition d’OGD, la co-culture est replacée dans un milieu réoxygéné pendant une période allant de 2h à 24h. La mesure de la perméabilité vasculaire a démontré un profil multiphasique de l’ouverture de la BHE dépendant de la présence des cellules gliales. L’analyse en microscopie électronique des cellules endothéliales a suggéré une modulation fine de la fonctionnalité des jonctions serrées endothéliales. De plus, l’étude en IRM de diffusion chez la souris in vivo a révélé des mouvements d’eau qui suggèrent une perturbation de l’homéostasie hydrique du parenchyme cérébral au voisinage de l’occlusion dans les étapes précoces mais aussi dans les étapes tardives. En conclusion, l’ensemble des travaux met en avant la possibilité d’une préservation pharmacologique de l’intégrité de la BHE au début de l’ischémie cérébrale. Celle-ci montre l’intérêt des approches in vitro utilisant un modèle cellulaire pertinent et caractérisé. La validation de la cible cellulaire et moléculaire du fénofibrate à l’aide de notre modèle ouvre une première voie d’exploration des mécanismes impliqués dans ce phénomène de protection microvasculaire précoce. Cependant, la dysfonction retardée de la BHE est également un élément à prendre en compte pour se rapprocher de la physiopathologie de l’ischémie in vivo et espérer à terme une amélioration de l’approche thérapeutique de cette pathologie. / The Blood brain barrier (BBB) is an interface localised at brain capillary endothelial cells. The BBB possesses both physical and metabolic restrictive properties aiming at the maintenance of the central nervous system homeostasis. But under pathological conditions like ischemic stroke, the loss of BBB integrity induces a cerebral vasogenic edema which considerably worsens the vital prognosis of patients. The mechanisms underlying this vascular hyperpermeability are currently unknown thus limiting the use of the only medical intervention available at only 5% of stroke patients. Since no pharmacological molecule succeeded in being neuroprotective, our understanding of the relationships between blood and brain is questioned. The complex interactions between the BBB and nervous cells have lead to the concept of a functional unit, termed the neurovascular unit. Thus, new strategies are recently emerging from observation of vascular events. Thus, the first aim of our study was to test the potential vasculoprotective action of fenofibrate, a hypolipemic drug known as an activator of the nuclear receptor PPAR-a a (Peroxisome Proliferator-Activated Receptor-alpha), as benefit against stroke was observed in clinics since a few years, and recently reported in an experimental study. Yet unknown mechanisms, the protective effect may be exerted on the BBB since reported as impermeable to this compound. An early tightening of the BBB would limit the extent of brain edema. Hence, we have adapted a mouse syngenic BBB in vitro cell model to permeability studies under the stress condition found at the early stage of ischemic stroke defined in vitro as oxygen and glucose deprivation (OGD). This stress simulates the early consequences of occlusion. This model consists of a co-culture of primary brain capillary endothelial cells together with primary glial cells. We have demonstrated that a preventive treatment with fenofibrate has a protective effect on the BBB by limiting the hyperpermeability induced by the OGD condition. This effect targets endothelial cells exclusively and depends on PPAR-a activation, as revealed by the absence of protective action of fenofibrate on PPAR-a deficient endothelial cells. The second part of the study has focused on vascular reperfusion injury, a later stage of ischemia known to worsen vasogenic oedema and to lead to fatal haemorrhage. Using our in vitro BBB model, we have studied the effect of reoxygenation on vascular permeability in order to closely simulate in vivo ischemic condition. Following incubation under OGD condition, the co-cultures were placed into an oxygenated culture medium from 2h to 24h. The BBB permeability demonstrated a multiphasic opening of the BBB which depended on glial cells presence. Electronic microscopy analysis of BBB endothelial cells suggested a fine modulation of tight junction functionality. Moreover, the MRI diffusion analysis in mice has revealed particular water movements suggesting an early disturbance in water homeostasis of brain parenchyma in the vicinity of occlusion. In conclusion, this work put forward the idea of a pharmacological BBB protection at the early stage of ischemic stroke. This demonstrates the relevance of in vitro approaches using a pertinent and well characterised cell model. The validation of cellular and molecular targets of fenofibrate opens a way of first exploration of mechanisms involved in this early microvascular protection phenomenon. But the late BBB dysfunction also needs to be taken into account for a complete fitting with in vivo stroke pathophysiology and an improvement of the therapeutic approaches to this pathology.

Les vésicules sont des structures auto-assemblées formant des compartiments clos à l’échelle nanométrique ou micrométrique. Les différentes applications envisagées pour ces objets vont de la vectorisation de principes actifs à leur utilisation en tant que nano/micro-réacteur. Elles nécessitent donc un contrôle fin des propriétés de perméabilité des membranes vésiculaires. Au cours de cette thèse, des vésicules dont les membranes sont formées par des copolymères à blocs amphiphiles, vésicules appelées polymersomes, ont été formulées et étudiées. Pour répondre au mieux aux applications mentionnées, nous avons synthétisé de nouveaux copolymères amphiphiles capables de s’auto-assembler sous forme de vésicules pour étudier l’influence de l’architecture moléculaire sur les propriétés de membrane. Différentes stratégies pouvant permettre de moduler la perméabilité de ces assemblages ont ainsi été mises au point et étudiées : la formation de membranes hybrides polymère / lipide pour l’eau et l’utilisation d’un transporteur ionique pour les ions calcium. Finalement, l’influence de l’architecture macromoléculaire du copolymère sur l’évolution de forme des vésicules sous l’action d’un stress osmotique a été déterminée. Cette étude, alliant des analyses par diffusion de lumière et de neutrons ainsi que des études en microscopie électronique, a permis d’établir une modélisation complète. / Vesicles are self-assembled structures which form closed compartments at the nanometric or micrometric scale. These synthetic objects can be used for several kinds of applications, ranging from drug delivery to nano / microreactor for confined chemical reactions. The need to precisely control the vesicle membrane permeability is common to all these applications. In this thesis, vesicles resulting from the self-assembly of amphiphilic block copolymers, namely polymersomes, were prepared and studied. For this purpose, we synthesized new amphiphilic copolymers that can self-assemble into vesicles to study the influence of macromolecular parameters on the membrane properties. The formation of polymer / lipid hybrid vesicles for the water permeability and the use of an ion carrier selective for divalent cations have been studied as different methods which should allow the tuning of the membrane permeability. Finally, the influence of the copolymer architecture, molecular weight and hydrophobic chemical nature on the shape evolution of vesicles submitted to an osmotic stress has been studied. This study, combining light and neutron scattering with electron microscopy, allowed us to establish a complete modelisation of the shape evolution trajectory.

Le syndrome néphrotique (SN) est causé par une altération glomérulaire, responsable d’une excrétion urinaire anormale de protéines plasmatiques, compliquée d’hypoalbuminémie. Le SN est toujours associé à une rétention rénale de Na + qui conduit à la génération d'ascite et / ou d'œdèmes. La pathogénie de la rétention de Na + et de la constitution d’œdèmes n’est pas entièrement élucidée. Dans notre étude, nous avons évalué le rôle possible des espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans cette pathogénie. Notre étude dans le modèle de rat aminonucléoside puromycine (PAN) de SN fournit des éléments de preuve d'un rôle critique des ROS dans les troubles hydro-électrolytiques associés au SN. Dans le rein, l'endocytose de l'albumine anormalement filtrée dans le néphron distal induit un stress oxydatif qui est responsable de l’augmentation de la Na, K-ATPase. Dans le péritoine, le SN est associé à une augmentation marquée de la perméabilité à l'eau et à une diminution du coefficient de réflexion des protéines de la barrière péritonéale. Ces modifications, déclenchées par le stress oxydatif et l'activation subséquente de NF-kB, comptent pour environ deux tiers du volume de l'ascite. Enfin, nous avons confirmé que le stress oxydatif participe à la sécrétion de l'angiotensine-aldostérone et est nécessaire à l’apparition de l'hyperaldostéronémie observée chez les rats PAN-néphrotiques. / Nephrotic Syndrome (NS) is a nonspecific kidney disorder defined by abnormal urinary excretion of plasma proteins and hypoalbuminemia. NS is always associated with a renal retention of Na+ leading to the generation of ascites and/or edema. The pathogenesis of Na+ retention and edema is not fully elucidated. In our studies we evaluated the possible role of reactive oxygen species (ROS) in this pathogenesis. Our studies in the puromycin aminonucleoside (PAN) rat model of NS provided pieces of evidence for a critical role of ROS in the hydro-electrolytic disorders associated with NS. In the kidney, endocytosis of abnormally filtered albumin in the distal nephron induces an oxidative stress which is responsible for the up-regulation of Na,K-ATPase. In the peritoneum, NS is associated with a marked increase in water permeability and a decrease in the reflection coefficient to proteins of the peritoneal barrier. These changes, which are triggered by oxidative stress and subsequent activation of NF-kB, account for approximately two-third of the volume of ascites. Finally, we confirmed that oxidative stress participates in the angiotensin-stimulated secretion of aldosterone and is required for the hyperaldosteronemia observed in PAN-nephrotic rats.