Ce travail concerne l’altération du comportement de phase de membranes lipidiques lors de leur interaction avec des molécules hydrophiles ou hydrophobes. L’utilisation de sondes moléculaires de fluorescence sensibles à leur micro-environnement constitue un aspect majeur de ce travail. Les techniques de spectroscopie de fluorescence et de microscopie confocale ont été mises à profit pour l’étude du comportement de ces sondes, donnant accès au degré de compacité et d’ordre dans les membranes.Nos résultats montrent que le polystyrène, un plastique rencontré de façon commune dans les régions polluées des océans, présente la capacité de modifier le comportement de phase des membranes lipidiques, entrant notamment en compétition avec le cholestérol.Nous avons montré que la présence élevée de sucres, tel que l’on peut le rencontrer dans certaines situations relevant de la bio-préservation, a pour effet de rompre la qualité de compaction des lipides, et nous avons proposé un nouveau modèle thermodynamique pour interpréter nos résultats.Enfin, les effets sur la membrane de l’incorporation d’un polymère amphiphile comportant un cholestérol greffé ont été étudiés, dans le cadre de l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques à base de lipides. / This work focuses on the alterations of lipid membrane phase behavior upon interaction with hydrophobic and hydophilic molecules. One major aspect of this thesis is the employement of environment sensitive probes to obtain information on the lipid bilayer packing by means of confocal spectral imaging and fluorescence spectroscopy. Our results show that polystyrene, a commonly found plastic in ocean wastes, has the ability to disrupt the lipid bilayer phase behavior and has a competitive interaction with cholesterol. The presence of high concentration of sugars, relevant in the field of biopreservation, has been found to alter the lipid bilayer packing and a new thermodynamics model has been proposed to complement the experimental results. Finally, the effects of an amphiphilic cholesterol-grafted polymer on model membrane was investigated, providing insight into potential new lipid therapeutic strategies.

Dans le cadre des procédés de clarification d'eau de surface, les flocs formés au cours des étapes de coagulation et de floculation peuvent être séparés de l'eau traitée par décantation ou par flottation. Dans ce dernier cas, le procédé actuellement en vigueur est la flottation à air dissous et présente un certain nombre d'inconvénients. Ainsi, dans ce contexte, la présente thèse consiste à développer un matériau innovant, à la fois flottant et floculant, pour une application dans un procédé de flottation sans air. Dans un premier temps, l'élaboration de billes de polystyrène expansibles utilisant l'eau ou l'éthanol comme agent gonflant a été réalisée. D'autres billes ont ensuite été préparées en présence de 4-(chlorométhyl)styrène comme co-monomère puis la polymérisation par transfert d'atome amorcée en surface (SI-ATRP) de l'acrylamide a été effectuée avec succès. L'impossibilité d'expanser ces matériaux a ensuite conduit à l'exploration de nouvelles voies de synthèse avec la fonctionnalisation de matériaux flottants existants par des techniques de « grafting from » ou « grafting onto ». Quelle que soit la voie envisagée, la première étape a consisté à réduire les fonctions nitrile en amine primaire en présence d'hydrure d'aluminium lithium. Après fonctionnalisation par du bromure de bromoisobutyryle ou du chlorure d'acryloyle, il a été possible de venir greffer de l'acrylamide par SI-ATRP ou de l'amidon via un amorceur redox, respectivement. Les matériaux flottants/floculants obtenus ont été testés lors de flottatests. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec les microsphères fonctionnalisées par de l'amidon anionique. Ces dernières ont permis d'abattre la turbidité de l'eau, ont ensuite été régénérées avec succès, par des bains d'acide oxalique ou de dithionite de sodium, et employées durant plusieurs cycles flottatest/régénération avec des résultats reproductibles. / At the end of clarification process, after coagulation-flocculation steps, flocs can be removed from treated water by settling or flotation. In the latter case, Dissolved Air Flotation is the currently used process. However, this method showed important drawbacks, especially an important energetic cost due to the production of air saturated water. In that context, the goal of the reported work dealt with achieving air-free flotation using innovative floating materials. First of all, the synthesis of expandable polystyrene beads using water or ethanol as blowing agent was investigated. Other beads containing both styrene and 4-(chloromethyl)styrene were prepared. Then, surface initiated atom transfer radical polymerization of acrylamide (SI-ATRP) was achieved. Unfortunately, the expansion of such materials was not possible. Therefore, the second part focused on the functionalization of Expancel beads by “grafting from” or “grafting onto” techniques. The first step consisted in reducing some nitrile functions at the surface into primary amine ones. After functionalization with bromoisobutyryl bromide, the SI-ATRP of acrylamide was performed in water at room temperature. On the other hand, the acryloyl chloride was grafted onto amine functions, and grafting of starch was achieved using a redox initiator. All materials obtained have been used for flocculation/flotation tests and demonstrated satisfactory performances in terms of turbidity removal. Beads functionalized with starch have been successfully regenerated with oxalic acid and sodium dithionite and kept appropriate efficiency during several flotation/regeneration cycles.

Cette étude porte sur l’assemblage de particules à patchs pour obtenir de nouveaux matériaux. L’étatde l’art a permis de choisir et de mettre en oeuvre une stratégie originale dont la force motrice est l’assemblageinduit en milieu solvant, c’est-à-dire basé sur le caractère collant des macromolécules de polystyrène (PS)lorsqu’elles sont soumises à un mélange d’un bon et d’un mauvais solvant. Nous avons étudié l’assemblage enclusters, en chaînes ou en monocouches de nanoparticules (NPs) de silice possédant respectivement un, deux outrois patchs, constitués de macromolécules de PS greffées à des endroits spécifiques de leur surface. Les NPs desilice à un patch, présentant un rapport de taille patch/particule contrôlable, ont été synthétisées avec succès parune étape de séparation de phases induit par gonflement suivie d’un dépôt de silice régiosélectif. Leur assemblagea été réalisé dans des mélanges binaires DMF/éthanol. Les effets de la qualité du solvant, de la force decentrifugation, de la concentration en NPs, de la durée d'incubation et du rapport de taille patch/particule ont étéétudiés et discutés. La stratégie a été étendue pour obtenir des clusters à base d’or. Les NPs de silice à deuxpatchs ont été préparées par un procédé de polymérisation en émulsion ensemencée du styrène et le rapport detaille patch/particule a été ajusté via le taux de recroissance du noyau de silice. L’assemblage en chaînes des NPsa été réalisé dans des mélanges THF/solution aqueuse de NaCl en faisant varier la concentration en NaCl, lerapport volumique THF/eau, la durée d’incubation, la concentration en NPs et le rapport de tailles patch/particule.Nous avons montré que la cinétique de croissance des chaînes est typique d’une croissance par étapes. Desstratégies pour imiter des homopolymères, des copolymères statistiques, des copolymères séquencés à blocs etdes polymères ramifiés ont été mises en oeuvre, en utilisant comme briques de base des NPs à un patch, des NPsà deux patchs avec des tailles ou des fonctions de surface différentes et/ou des NPs à trois patchs. Les NPs desilice à trois patchs ont été obtenues par la même voie de synthèse que celles à deux patchs. Pour les assemblerdans des structures 2-D en nid d'abeille, nous avons utilisé la technique de Langmuir et nous avons étudiél'influence de différents paramètres expérimentaux. Une étape de recuit sous vapeur de THF a été mise en oeuvre,ce qui a permis de renforcer mécaniquement l’assemblage, mais sans effet significatif sur la compacité. / This study deals with the assembly of patchy particles to get new materials. The state-of-the-art allowedus to select and implement an original strategy whose driving force is the solvent-induced assembly, i.e. based onthe stickiness of polystyrene (PS) macromolecules when they are subjected to a mixture of good and bad solvents.We investigated the assembly into clusters, chains or monolayers of one-patch, two-patch or three-patch silicananoparticles (NPs), respectively, the patches being PS macromolecules grafted at specific positions on theirsurface. One-patch silica NPs with controllable patch-to-particle size ratio were successfully synthesised throughphase separation and site-specific silica coating. Their assembly was performed in DMF/ethanol binary mixtures.The effect of the solvent quality, centrifugation force, particle concentration, incubation time and patch-to-size ratiowas investigated and discussed. The strategy was spread to obtain gold-coated clusters. The two-patch silica NPswere prepared through a seed-growth emulsion polymerisation of styrene and the patch-to-particle size ratio wasadjusted through the extent of the silica core regrowth. The chaining of the NPs was efficiently achieved in theTHF/NaCl aqueous solution mixtures by varying the NaCl concentration, solvent quality, incubation time, NPsconcentration and patch-to-particle size ratio. We showed that the kinetics of the chaining process is characteristicof a reaction-controlled step-growth polymerisation. Strategies to mimic homopolymers, random copolymers, blockcopolymers and branched polymers were implemented by using one-patch NPs, two-patch NPs with different sizes/surface chemical functions and/or three-patch NPs as building units. The three-patch silica NPs were obtainedthrough the same synthetic pathway than two-patch ones. For assembling them in honeycomb-like 2-D structures,we used the Langmuir technique.and we studied the influence of different experimental parameters. THF vapourannealing was implemented to reinforce mechanically the assembly but without significative effect on the packingdensity.

En dépit de leurs propriétés uniques, les polymères sont très sensibles à la température et sont susceptibles de s'enflammer en présence d'une source de chaleur et au contact de l'air. Afin de remplacer les additifs retardateurs de flammes halogénés, soumis à certaines inquiétudes et restrictions, nous avons étudié de nouveaux systèmes retardateurs de flammes à base d'oxydes minéraux nanométriques concernant deux polymères : le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) et le polystyrène (PS). Trois stratégies ont été mises en place. Nous avons examiné dans un premier temps l'influence des oxydes d'aluminium et de silicium nanométriques sur les propriétés ignifuges et les mécanismes de stabilité thermique des nanocomposites à matrices thermoplastiques. Divers paramètres ont été évalués comme le taux d'incorporation, la composition chimique des oxydes et le type de matrice polymère. L'impact de la modification de surface des nanoparticules sur la réaction au feu des composites a été également analysé. Les traitements de surface des oxydes concernent des greffages de molécules organiques de faible masse molaire, le dépôt de couches inorganiques et le greffage d'oligomères. Enfin, des combinaisons d'additifs phosphorés et de nanocharges, vierges ou modifiées, ont mis en évidence des synergies notables sur la réaction au feu. L'étude du procédé d'ignifugation des composites a été réalisée notamment par l'analyse approfondie des résidus charbonnés.

Les modèles de comportement issus des théories "moléculaires" permettent de faire le lien entre structure moléculaire et comportement dans des écoulements rhéométriques. Cependant, ces modèles peuvent être mis en défaut dès que l'écoulement est complexe ou fortement non-linéaire. Dans cette thèse, nous avons présenté des résultats expérimentaux permettant d'identifier les paramètres non linéaires constitutifs de ces lois de comportement viscoélastique pour les polymères fondus, en utilisant des mesures de champ telles que la Vélocimétrie Laser Doppler (LDV) et la Biréfringence Induite par Écoulement (FIB) pour un polystyrène (PS) et un polyéthylène basse densité (PEBD). Pour ces deux matériaux, nous avons réalisé des mesures de champ de contraintes et des mesures de champ de vitesses dans un écoulement convergent (pour le PS) et une contraction (pour le PEBD). Nous avons développé une méthode d'évaluation et d'identification d'une loi de comportement viscoélastique (modèle de Marrucci et Ianniruberto pour le PS, modèle de type " Pom-Pom " pour le PEBD) à partir de ces mesures de champs. Pour le PEBD nous avons en outre analysé l'influence de la température et du débit sur la taille des recirculations d'un écoulement secondaire. La taille de ces dernières dépend de l'importance relative des propriétés rhéologiques en cisaillement et en élongation de ce matériau.

Les molécules colloïdales peuvent être décrites comme des agrégats robustes de particules sphériques prenant la forme de certaines molécules simples. La préparation de suspensions de molécules colloïdales est étudiée afin d'obtenir de hauts rendements en morphologie et des distributions étroites en taille des objets, conditions indispensables pour envisager de futures applications comme leur assemblage et l'élaboration de matériaux. La stratégie repose sur l'introduction de germes de silice fonctionnalisés dans une polymérisation en émulsion du styrène, menant à la nucléation-croissance d'un nombre restreint de nodules sphériques de latex ancrés à la surface de la silice.Les travaux proposent une optimisation des voies de préparation (i) des germes de silice par voie sol-gel et (ii) des particules de latex de PS par polymérisation en émulsion. Les structures des clusters silice/PS sont caractérisées par cryo-tomographie électronique et leur formation fait l'objet de discussions notamment en s'appuyant sur des modèles géométriques connus et en proposant un nouveau modèle de croissance des nodules. Enfin, une étude préliminaire est menée afin de recouvrir ces clusters d'une couche d'oxyde (SiO2 et TiO2).

Les molécules colloïdales peuvent être décrites comme des agrégats robustes de particules sphériques prenant la forme de certaines molécules simples. La préparation de suspensions de molécules colloïdales est étudiée afin d’obtenir de hauts rendements en morphologie et des distributions étroites en taille des objets, conditions indispensables pour envisager de futures applications comme leur assemblage et l’élaboration de matériaux. La stratégie repose sur l’introduction de germes de silice fonctionnalisés dans une polymérisation en émulsion du styrène, menant à la nucléation-croissance d’un nombre restreint de nodules sphériques de latex ancrés à la surface de la silice.Les travaux proposent une optimisation des voies de préparation (i) des germes de silice par voie sol-gel et (ii) des particules de latex de PS par polymérisation en émulsion. Les structures des clusters silice/PS sont caractérisées par cryo-tomographie électronique et leur formation fait l’objet de discussions notamment en s’appuyant sur des modèles géométriques connus et en proposant un nouveau modèle de croissance des nodules. Enfin, une étude préliminaire est menée afin de recouvrir ces clusters d’une couche d’oxyde (SiO2 et TiO2). / The colloidal molecules are described as robust aggregates of spherical particles mimicking the space-filling models of simple conventional molecules. Their preparation is studied in order to obtain high morphology yields and narrow size distributions, as required to expect future applications like supracolloidal assembly and materials fabrication. The strategy is based on introduction of functionalized silica seeds in a styrene emulsion polymerization batch, leading to nucleation/growth of a discrete number of spherical PS nodules anchored to the silica surface.The study proposes an optimization of the synthesis of (i) the silica seeds by a sol-gel process and (ii) the PS latex particles by an emulsion polymerization. Silica/PS clusters structures are characterized by cryo-electron tomography and their arrangement is discussed using well-known geometrical models and suggesting a new model of nodules growth. At last, a preliminary study is carried out to cover these clusters with an oxide shell (SiO2 and TiO2).

Ces travaux de thèse portent sur la photodégradation de retardateurs de flamme bromés  (RFB) : décabromodiphényléther (BDE -209), tétrabromobisphénol A (TBBPA), TBBPA bis (allyl) éther (TBBPA-BAE) et TBBPA bis (2,3-dibromopropyl) éther (TBBPA- DBPE) en milieu solide et dans des échantillons réels. Nous avons d’abord caractérisé par chromatographie en phase liquide-haute résolution couplée à la spectrométrie de masse (LC-HR-MS) le BDE-209 et ses produits de dégradation dans des échantillons de textiles issus de sièges auto des véhicules hors usage (VHUs) des années 90. Puis, nous avons mené des expériences prouvant que ces produits de dégradation étaient d’origine photochimique. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l’effet du polystyrène sur la photodégradation du BDE-209, TBBPA et ses dérivés et l’effet de ces RFBs sur la photodégradation du polystyrène. Des analyses par différentes techniques spectroscopiques et chromatographiques (IR, ATR-FTIR, GC-MS, SEC) ont mis en évidence un net effet d’accélération réciproque. La SEC (chromatographie d’exclusion stérique) a révélé une augmentation drastique des coupures de chaîne du PS avec fragmentation. En outre, des photoproduits résultant de l'oxydation du PS et de sa bromation par Br· ont été observés pour la première fois. L’existence de ces sous-produits suggère un nouveau mécanisme de transformation de PS en présence de RFB. Certains de ces photoproduits migrent dans l’eau et l’air, pouvant causer une pollution environnementale. / The main objective of this PhD thesis was to evaluate the photodegradation of brominated flame retardants (BFRs): decabromodiphenyl ether (BDE-209), tetrabromobisphenol A (TBBPA), TBBPA bis (allyl) ether (TBBPA-BAE) and TBBPA bis(2,3-dibromopropyl) ether (TBBPA-DBPE) in solid medium and real samples. As a first step, we characterized by liquid chromatography high-resolution-mass spectrometry (LC-HR-MS) the BDE-209 and its degradation products in textile samples from car seats of end-of-life vehicles (ELVs) of the 1990s. Then we demonstrated that these products were formed by photodegradation. In a second step, we investigated the effect of polystyrene on the photodegradation of BDE-209, TBBPA and its derivatives and the effect of these RFBs on the photodegradation of polystyrene. Analyses carried out by chromatography and spectroscopy techniques (IR, ATR-FTIR, GC-MS, SEC) revealed significant and mutual acceleration effects. SEC (exclusion size chromatography) showed a drastic increase in chain breaks of PS. Morover, additional photoproducts that may result from PS oxidation and Br • bromination has been observed for the first time. The formation of these byproducts suggests a new PS transformation mechanism in the presence of BFR. Some of these photoproducts can migrate into water and air causing environmental pollution.

L’objectif principal de ce travail est d’étudier in-situ et ex-situ l’interaction du dioxyde de carbone (CO2) avec les films minces de polystyrène et les surfaces par deux techniques principales : la réflectivité des rayons X (RRX) et l’ellipsométrie.Dans cette thèse, nous abordons l’étude des propriétés physiques de films de polystyrène (PS) à l’état confiné (films minces) et leur évolution lors de leur exposition à du CO2 sous pression. Nous démontrons par RRX et par ellipsométrie sur les mêmes films que la densité et l’indice de réfraction augmentent quand l’épaisseur du film diminue. Nous confirmons la diminution de Tg pour des films de PS d’épaisseur inférieure à 70 nm selon la loi empirique de Keddie [1]. Ces deux résultats pourraient signifier que les films ultraminces présentent une certaine organisation des chaines.Nous abordons ensuite le comportement des films ultra minces de PS exposés à du CO2 en fonction de la pression de CO2 par réflectivité de rayons X (RRX) faite au rayonnement synchrotron (ESRF ligne ID10B). Nous suivons in-situ le gonflement et le dégonflement du film mince d’épaisseur 7 nm lors de la pressurisation et la dépressurisation du CO2. Par calcul de l’évolution de la densité électronique dans le film, nous mettons en évidence l’existence d’une pression de transition vitreuse Pg et d’un gonflement rémanent lié à la présence de molécules de CO2 piégées dans le film [2].Nous proposons par la suite une étude ex-situ par RRX du gonflement et de l’évolution au cours du temps des films de PS gonflés. Nous observons que les films minces présentent une plus grande capacité de gonflement et dégonflement au cours du temps par opposition aux films plus épais. Nous constatons que ce phénomène est fortement dépendant du taux de dépressurisation. En effet, nous constatons que la dépressurisation rapide renforce considérablement, non seulement le gonflement du film, mais aussi son dégonflement au cours du temps. Nous mettons alors en évidence que le taux de dépressurisation régit clairement l'état final des films gonflés, à savoir l’état métastable ou l’état vitreux.Finalement, nous étudions l’influence du gonflement du film par le CO2 sur l’évolution de la température de transition vitreuse. Cette étude est effectuée principalement par ellipsométrie. Nous montrons que ces films qui ne présentaient qu’une valeur unique de Tg avant exposition, présentent après exposition trois valeurs de Tg. En suivant l’évolution de l’épaisseur de ces films gonflés en fonction de la température, nous proposons des réponses qui peuvent expliquer les différentes Tg observées. En outre, nous mettons en évidence l’existence du CO2 stocké dans les films. Après un recuit au dessus de 150°C, les films reprennent le même comportement qu’avant exposition au CO2 qui est loin d’être l’état d’équilibre du polymère massique. Nous confirmons par ce fait l’existence de fortes forces de rappel dans les films ultraminces qui les ramènent vers leurs états initiaux de non équilibre. Ce résultat est à rapprocher de celui concernant l’évolution de la Tg due au confinement dans les films ultraminces avant exposition. / The aim of this work is to study in-situ and ex-situ interaction of carbon dioxide (CO2) with thin films of polystyrene and surfaces by two main techniques: the X-ray reflectivity (XRR) and ellipsometry.In this thesis, we address the study of the physical properties of polystyrene films (PS) in the confined state (thin films) and their evolution when exposed to CO2 pressure. We demonstrate by XRR and ellipsometry in the same films that the density and the refractive index increase when the film thickness decreases. We confirm the decrease of Tg for PS films of thickness less than 70 nm according to the empirical law of Keddie [1]. Both results could mean that ultrathin films have a certain organization of channels.We then discuss the behavior of PS ultra thin films exposed to CO2 as a function of CO2 pressure by XRR made at synchrotron radiation (ESRF ID10B line). We monitor in situ the swelling and deswelling of the 7 nm thin film thickness upon pressurization and depressurization of CO2. By calculating the evolution of the electron density in the film, we highlight the existence of a glass transition pressure Pg and a residual swelling due to the presence of CO2 molecules trapped inside the film [2].We propose then an ex-situ XRR study of swelling and kinetic of deswelling for PS swollen films. We observe that the thin films have a higher swelling and deswelling capacity compare to the thicker films. We note that this phenomenon is highly dependent to the depressurization rate. Indeed, we find that the rapid depressurization greatly enhances not only the swelling of the film, but also its deswelling over time. We then highlight that the rate of depressurization clearly governs the final state of swolen films, to say the metastable state or glassy state.Finally, we study the effect of film swelling by CO2 on the evolution of the glass transition temperature. This study is carried out mainly by ellipsometry. We show that these films which showed only a single Tg value before exposure, after exposure has three values of Tg completely independent of film thickness. By following the thickness evolution of these swollen films as a function of temperature, we offer answers that can explain the different Tg values observed. In addition, we highlight the existence of CO2 stored in these films. After annealing above 150 ° C, the films show the same behavior as before exposure to CO2 which is far from the equilibrium state of the bulk polymer. We confirm therefore the existence of strong restoring forces in ultrathin films that bring them back to their initial states of non-equilibrium. This result presents similarities to that concerning the evolution of the Tg due to confinement in ultrathin films before exposure.

No description available.