La qualité microbienne de l’air intérieur représente un enjeu sanitaire important, notamment dans le secteur professionnel. Ces travaux de thèse ont permis d’étudier les conditions favorisant le développement des espèces microbiennes collectées sur des médias fibreux utilisés dans des CTA, ainsi que leur réentrainement an aval de la filtration, susceptible de dégrader la qualité de l’air. La première partie de l’étude s’est déroulée en laboratoire à partir de la filtration d’un consortium bactérien – fongique composé de Staphylococcus epidermidis et Penicillium oxalicum. L’influence de trois paramètres a été étudiée sur la croissance microbienne : le taux d’humidité relative (HR) de l’air, la nature du média fibreux, la présence/absence de flux d’air. Les résultats ont révélé notamment que quelles que soient les conditions,S. epidermidis n’arrive pas à croître. En revanche, lorsque l’HR de l’air approche 100%, P. oxalicum se développe sur les filtres et des spores sont relarguées en aval des filtres après une reprise de la filtration. Une seconde partie de l’étude a consisté à travailler avec un aérosol atmosphérique semi urbain. Deux unités de filtration d’air ont fonctionné pendant 5 mois en parallèle. La ventilation d’une des deux unités a été stoppée chaque week-end et redémarrée en début de semaine. Un suivi de la température, de l’humidité de l’air, de la perte de charge des filtres et de la concentration des particules totales dans l’air en amont de la filtration a été assuré tout au long de l’étude. Les concentrations en microorganismes cultivables ont été mesurées chaque semaine en amont et en aval de chaque filtre, notamment au redémarrage de la ventilation. En fonction des variations saisonnières de la concentration des microorganismes, les résultats ont montré en particulier des efficacités de filtration vis-à-vis des particules bactériennes faibles, voire négatives, dans l’unité de filtration fonctionnant en continu. / Microbial indoor air quality is an important issue in particular in the professional sector. This thesis aims to investigate the conditions leading to microbial development on to fibrous filters and to microbial release down stream of filters that could decrease air quality. The first part of the thesis was realized on laboratory and consisted in the filtration of a microbial consortium composed with Staphylococcus epidermidis (bacterium specie) and Penicillium oxalicum (fungi specie). The effects of three parameters on the microbial behavior were studied : the relative humidity (RH) of the air, the filter material, the airflow presence/absence. Whatever conditions, S. epidermidis did not grow up. However, P. oxalicum has demonstrated its ability to develop itself when RH was close to 100% and some P. oxalicumspores were released downstream of filter after growth, when ventilation was restarted. The second part of the thesis consisted in working with a semi-urban outdoor air. Two air handling unit (AHU) have operated during 5 months. The ventilation of one AHU was stopped each week-end and restarted each beginning of week. Temperature and RH of the air, filters pressure drop and total concentration of PM in air before filtration were monitored. Concentration of total cultivable microorganisms upstream and downstream of both filters was also measured each week, in particular at the restart of ventilation for one AHU. According to seasonal variations of microbial concentrations, results have revealed for instance that the filtration efficiency of cultivable bacteria was particularly weak, and sometimes negative, for the AHU operating continuously.

En odontologie, la perte d'éléments naturels est palliée par l'utilisation de biomatériaux de reconstruction d'origine métallique ou céramique, celle-ci connait actuellement un fort développement avec une propension à supplanter le métal pour n'avoir que du « tout céramique ». Ces matériaux sont, par leur fonction, amenés à séjourner durablement dans le milieu buccal favorisant l'apparition de phénomènes corrosifs. La salive est un électrolyte efficace auquel viennent s'ajouter les variations de pH, de température, le polymétallisme, augmentant la vitesse de corrosion et le relargage des éléments constituants. L'étude porte sur cinq alliages couramment utilisés en odontologie prothétique : un précieux, un semi précieux et trois non précieux, et des céramiques d'infrastructure, visant à remplacer les alliages : zircone, alumine et disilicate de lithium. Tous les échantillons subissent en statique une attaque salivaire, et en dynamique une combinaison d'action salivaire et d'usure grâce à une machine unique, simulant le plus précisément possible les mouvements cuspidiens en présence constante de salive artificielle reproduisant de très près les conditions intra-buccales. L'analyse des échantillons au M.E.B.et les résultats de la spectrométrie montrent au niveau alliage un excellent comportement du Cr Co et du titane. Les céramiques montrent aussi des propriétés remarquables sur le plan biologique infirmant pour certaines les ressentis cliniques. Par contre une usure importante des dents naturelles antagonistes ne leur confère pas une biocompatibilité parfaite / In dentistry, the loss of natural elements is made up for by the use of reconstruction biomaterials of metal or ceramic origin. The use of the latter is now fastly developing and tends to supersede metal, to have only "all ceramic" elements. All these materials will remain in the mouth of the patients for a long time, which creates optimal conditions for the appearance of corrosion phenomena. Saliva is indeed an effective electrolyte. The variations in pH, temperature and polymetalism increase the speed of corrosion and the release of the component elements. The present study concerns five alloys usually used in prosthetic dentistry: one noble, one high noble, three basic alloys and several ceramics of infrastructure to replace alloys: zirconia, alumina and lithium disilicate. All the samples undergo a salivary attack in statics, and a combination of salivary action and wear in dynamics thanks to a unique machine, simulating as exactly as possible the buccal conditions. The analysis of the samples in the S.E.M., as well as the spectrometry results, suggest that the Co-Cr alloy and titanium present an excellent behaviour. Ceramics also show remarkable properties on the biological plan, in spite of certain people's clinical experience. However, an important wear of the opposing natural teeth does not give them a perfect biocompatibility

Cette étude s'inscrit dans le cadre du projet Européen VEGEPHY (VEGEtale-PHYtosanitaire) dont le but est de développer un produit support destiné à être pulvérisé pour protéger les plantes des viroses. Le produit étudié est une émulsion de type eau-dans-huile (E/H) à base d’une solution aqueuse de polysaccharide et d’esterméthylique de colza comme phase continue. Le polysaccharide est utilisé sous forme d'adjuvant afin de modifier les propriétés rhéologiques de la préparation phytosanitaire (bouillie) et ainsi de limiter la dérive des gouttelettes lors de la pulvérisation. Le but est également d’améliorer le contact des gouttes sur le végétal traité. L'objectif de ce travail est de formuler une émulsion (E/H) avec une concentration maximale de polysaccharide, qui soit stable sur le long terme (environ 2 ans) et d'étudier, lors de la mise en œuvre du produit, les mécanismes de relargage dans un laps de temps efficace devant rester inférieur à 600 s. Les émulsions (E/H) concentrées ont été réalisées à l'aide d'un système rotor stator à température ambiante. La phase aqueuse contenant le polysaccharide et du glycérol a été dispersée dans une phase huileuse agitée dans laquelle un surfactant (lécithine ou PolyRicinoléate de PolyGlycérol, PGPR) a préalablement été dissous. Des tests de stabilité ont été menés immédiatement après les phases de préparation ou par un vieillissement accéléré. Différents paramètres qui ont une influence sur cette stabilité ont été étudiés par DSC, observations microscopiques, diffraction laser et mesure des propriétés rhéologiques. Les analyses DSC ont été utilisées poursuivre l'évolution de la taille des gouttes en fonction du temps. En effet, le comportement thermique des émulsions pendant les phases de congélation et de fusion permet de calculer la fraction d’eau congelée dans les gouttelettes et sa mise en relation avec l’évolution de la stabilité des émulsions. Le relargage du polysaccharide (CarboxyMethylCellulose, CMC) est obtenu en deux étapes : déstabilisation de l'émulsion primaire E/H par un produit chimique puis dilution dans l'eau pour obtenir une émulsion (H/E) avec la concentration désirée de polysaccharide dans la phase aqueuse. La déstabilisation a été étudiée en observant l'évolution des gouttelettes par DSC. Le procédé de dilution a été étudié par une mesure de la conductivité de la solution aqueuse couplée à un modèle cinétique de relargage du CMC.La formulation et la stabilité de l'émulsion (E/H) ont montré que la DSC, complétée par d'autres techniques, est une méthode appropriée pour déterminer les caractéristiques des émulsions. L'étude du comportement lors de la congélation montre que la proportion de glace formée dans les gouttelettes durant les tests DSC est en bonne adéquation avec les mesures DSC et les calculs thermodynamiques. L'utilisation du PGPR comme tensioactif et l'ajout du glycérol dans la formulation permettent d'augmenter la stabilité de l'émulsion à long terme. La formulation optimum obtenue contient 3.5 % (m/m) de CMC, 10 % (m/m) de glycérol dans 75 % (v/v) de phase dispersée et 14 % (m/m) de PRPG dans la phase continue. Un modèle empirique peut être utilisé pour décrire la cinétique de relargage. Pour déstabiliser l'émulsion (E/H), la quantité optimum de tensioactif anionique Cynthiorex PMH1125 est de 10 % (m/m) dans première émulsion avec NRe ≥ 4200 et T ≥ 20°C. Dans les conditions réelles d’utilisation de la préparation au champ, le temps minimum de relargage est d'environ 200 secondes. / This study is a part of the European project VEGEPHY (VEGEtale-PHYtosanitaire) to develop a product for the crop protection purposes. The product is a concentrated W/O emulsion trapping of a polysaccharide in the aqueous phase and rapeseed methyl ester oil as a continuous phase. Polysaccharide is used as a thickening adjuvant to modify the rheology properties of the water-based spray solution in order to reduce the drift of thespray. The objective of this study is to formulate concentrated W/O emulsions incorporation with the maximum amount of polysaccharide which show long stability (for over 2 years) and to study the release mechanism of polysaccharide in suitable conditions with a goal of an efficiency time less than 600 seconds.Concentrated W/O emulsions were realized by using a rotor stator system at room temperature. Aqueous phase containing polysaccharide and glycerol was dispersed into the stirred oil continuous phase where in a surfactant (lecithin and/or polyglycerol polyricinoleate, PGPR) has been previously dissolved. Stability tests were performed immediately after preparation and after ageing tests. Various parameters having an influence on thestability have been interpreted from DSC thermogram parallel with microscopic observation, laser diffraction granulometry and rheology measurement. DSC technique was used to study the emulsions by following the evolution of the droplet size versus time. Thermal behaviour of emulsions may be evaluated when they under gofreezing and melting in which the proportion of ice formed in the droplets may be calculated and their link with the evolution of the emulsion versus time. The release of the polysaccharide (CarboxyMethyl Cellulose, CMC)from the emulsion system is obtained by a two steps process : destabilization of the primary W/O emulsion by achemical product and dilution in water that gives an O/W emulsion containing the required concentration of polysaccharide. Destabilization was observed by following the evolution of dispersed droplets using DSC. Dilution process was assessed by measuring electrical conductivity of the water solution and a mathematical model to represent the kinetic release of CMC in water was proposed.The formulation and the stability of concentrated W/O emulsion has shown that DSC completed with granulometry and rheometry is an appropriate technique to study the emulsion characteristics. The study offreezing behaviour of emulsions show that the proportion of ice formed in the dispersed droplets during DSC test indicates good agreement between DSC measurements and thermodynamics calculation. The use of PGPRas surfactant and the introduction of glycerol in the formulation are beneficial to improve the long‐term stabilityof the emulsion. The optimum formulation of concentrated W/O emulsion was obtained containing : 3.5% w/wof CMC, 10% w/w of glycerol in 75% v/v of dispersed phase and 14% w/w of PGPR in the continuous phase. From the release study, an empirical model may be used to describe the released kinetic. The optimum amount of nonionic surfactant Cynthiorex PMH 1125 to break primary W/O emulsion was found at 10% w/w in the primary emulsion with NRe ≥ 4200 and T ≥ 20°C. Under practical field conditions, the minimum release time isthen around 200 seconds.

Ce travail de thèse porte sur la quantification de la diazotrophie et son influence sur les cycles biogéochimiques dans l'océan de surface Pacifique tropical sud-ouest, une région particulièrement sous-échantillonnée à ce jour. Les objectifs de ce travail étaient (1) de quantifier la fixation de N2 et identifier les principaux acteurs de la diazotrophie dans cette région, (2) d’évaluer l'influence de la fixation de N2 sur la production primaire et sur l'export de carbone, (3) d’identifier les voies de transfert de l’azote fixé dans la chaine trophique planctonique.Il a été mis en évidence que la région du Pacifique tropical sud-ouest était un hot spot de fixation de N2. A l'ouest, les eaux oligotrophes des archipels Mélanésiens présentaient des taux de fixation de N2 élevés et la communauté diazotrophe était dominée par Trichodesmium. A l'est, les eaux ultra-oligotrophes de la gyre du Pacifique sud présentaient des taux de fixation de N2 plus faibles et la communauté diazotrophe était dominée par les UCYN-B.Des bilans d'azote montrent que la fixation de N2 contribuait à plus de 90 % des apports d'azote nouveau dans la couche euphotique, et soutenait donc la quasi intégralité de la production primaire nouvelle. L'étude des voies de transfert de l'azote fixé montre qu’entre 7 et 15 % de la fixation de N2 totale était transféré vers les organismes non-diazotrophes.Ces travaux de thèse démontrent que la diazotrophie soutient la pompe biologique dans l'océan Pacifique tropical sud-ouest, et qu'elle peut jouer un rôle déterminant dans la structure des communautés planctoniques et les cycles biogéochimiques du carbone et de l'azote dans les régions oligotrophes. / This PhD thesis focuses on the quantification of diazotrophy and its influence on biogeochemical cycles in the western tropical South Pacific Ocean, a critically under-sampled region so far. The aim of this work is to (1) quantify N2 fixation and identify the main contributors of diazotrophy in this region, (2) assess the influence of N2 fixation on primary production and carbon export, (3) identify transfer pathways of the fixed nitrogen in the planktonic food web.We have found that the western tropical South Pacific Ocean was a hotspot of N2 fixation. In the western part, the oligotrophic waters of the Melanesian archipelago presented high N2 fixation rates and diazotrophes were dominated by Trichodesmium. In the eastern part, the ultra-oligotrophic waters of the South Pacific gyre presented lower N2 fixation rates, and diazotrophs were dominated by UCYN-B.The nitrogen budgets show that N2 fixation contributed to more than 90 % of the of new nitrogen input in the photic layer. The study of the transfer pathways of the fixed nitrogen has shown that 7 to 15 % of total N2 fixation was transferred to non-diazotrophs.This PhD thesis indicates that diazotrophy sustains the biological pump in the western tropical South Pacific Ocean, and can have a critical influence in the planktonic community structure and in biogeochemical cycles of carbon and nitrogen in oligotrophic regions.

Ces travaux de thèse ont porté sur le développement de nouveaux engrais à relargage contrôlé grâce à la mise en œuvre d’un procédé de mechanosynthèse à partir de mélanges contenant des composés lamellaires soit naturels (montmorillonite, talc et chrysotile) soit synthétiques (les Hydroxydes Doubles Lamellaires (HDL) à base de Mg, d’Al et de Fe) et de monohydrogénophosphate de potassium. Ce sel est déjà utilisé en agriculture en tant que fertilisant conventionnel. Toutefois sa forte solubilité en solution aqueuse induit des pertes importantes lors de l’épandage via des procédés de lixiviation, de volatilisation ou encore de fixation dans les sols, limitant ainsi l’efficacité des nutriments pour les plantes. Il est alors nécessaire d’en utiliser des quantités excessives pour observer une efficacité en agriculture. Aussi la principale alternative est de contrôler l’apport en éléments venant d’une part du sel soluble mais également des constituants chimiques des matrices lamellaires impliquées. Une telle approche pourrait réduire les coûts en permettant une fertilisation accrue tout en en diminuant la solubilité des ions impliqués. La méthode utilisée consiste à broyer les réactifs ensemble en modifiant les conditions de broyage utilisées. Afin d’évaluer les modifications structurales induites par le broyage, les échantillons obtenus sont caractérisés à l’aide de différentes techniques de caractérisation du solide, en fonction des éléments chimiques impliqués. La diffraction des rayons X (PXRD), la microscopie électronique à balayage couplé avec un analyseur (SEM-EDX) et les méthodes spectroscopiques SSNMR, FTIR, RAMAN, RPE…) se sont avérées pertinentes pour réaliser le suivi des réactions de mechanosynthèse et mettre en évidence une amorphisation des matrices précruseurs et éventuellement la formation de nouvelles phases cristallisées. La microscopie montre sytématiquement une modification importante de la taille des particules avec perte de la morphologie des matériaux précurseurs et parfois apparition de nouveaux cristaux de forme bien définie ayant une composition chimique différente. Grâce à la spectroscopie RMN à l’état solide il est possible de mettre en évidence de fortes modifications de l’environnement chimique après mechanosynthèse, suggérant la formation de composés métastables impliquant des cations métalliques issus des phases lamellaires, du phosphore et de l’oxygène. Les composés obtenus ont ensuité été étudiés dans des conditions de relargage mettant en évidence des propriétés de realargage contrôlé quelle que soit la matrice lamellaire précurseur impliquée dans le procédé. La vitesse de relargage des nutriments est influencée par la nature et la composition chimique de la matrices de départ, sachant qu’en fonction de leur composition chimique des produits différents peuvent être formés. / The present work describes the development of slow release fertilizers from the mechanochemical activation of of natural (montmorillonite, talc, chrysotile) and synthetic (Layered Double Hydroxides (LDH) MgAl and MgFe) lamellar matrix mixtures with potassium monohydrogen phosphate. This salt is used in agriculture as a conventional fertilizer and is highly soluble in aqueous solution, which implies large losses due to leaching processes, volatilization or even fixation in the soil, limiting the efficiency of the nutrients for the plants. Due to these characteristics, there is a need to apply large quantities of these products in agriculture. Therefore, the main idea is to control the supply of both the elements coming from the soluble salt as well as the constituting elements of the lamellar matrices. Such approach could reduce costs with exacerbated fertilization, potentiating the use of the products and decreasing the solubility of the ions involved. The methodology used basically consists of the milling of the reagents varying the processing conditions. For the characterization of the samples, several techniques were used according to the nature of the compounds involved. Particularly, PXRD, SEM / EDX and spectroscopic (SSNMR, FTIR, RAMAN, EPR…) techniques proved to be highly efficient for the monitoring of the mechano-chemical reaction, and to highlight the amorphization of the precursors and/or the formation of a distinct crystalline phase. SEM/EDX showed after the mechanochemical activation the changes in particle size, the disappearance of precursor morphologies, and the formation of particles with distinct morphologies and different chemical composition. Using solid state NMR measurements significant changes in the chemical environments involved were evidenced, suggesting the formation of metastable compounds between metal cations from the lamellar matrices, phosphorus and oxygen, as well as other possible compounds as products. After the mechanochemical reaction, in the nutrient release assays, the slow release behavior was observed for all the matrices analyzed. The release rate can be influenced by the chemical composition of the starting matrices, since each matrix can produce similar and distinct products, for example, SiO2 from natural clays which is not possible in the LDH products.

Les espèces chimiques contenues dans les matrices solides sont susceptibles d'être transférées vers le milieu ambiant, notamment lors de leur contact avec l'eau. Les études précédentes du relargage des métaux lourds traces contenus par les matériaux de construction (en particulier ceux à base de ciment) lors d'essais de lixiviation, montrent une difficulté analytique importante. L'objectif de cette étude est de déterminer les cinétiques et les mécanismes de relargage de métaux traces (Cr, Cu, Ni, Pb, V et Zn) des pâtes de ciments industriels (présents à des teneurs de l'ordre de 20 à 300 ppm).<br /><br />Le développement du test de lixiviation dynamique CTG-LEACHCRETE (utilisé à pH=5, 20°C) permettant d'accéder aux cinétiques de relargage des métaux lourds traces est présenté dans une première partie. Ensuite, des techniques d'analyse du solide (ICP-MS-LA, DRX locale et en incidence rasante (GIXD)), novatrices quant à leur application aux matrices cimentaires, ont été employées pour caractériser les zones dégradées générées lors de la lixiviation. Ces techniques permettent de suivre les transformations minéralogiques et la répartition des métaux lourds traces dans ces zones. La confrontation de ces deux approches, cinétique et analyse du solide, couplée à l'exploitation approfondie des modélisations existantes a alors permis de proposer les mécanismes de relargage des métaux lourds traces étudiés.<br /><br />Dans toutes les pâtes de ciments de l'étude (CPA-CEM I, CPJ-CEM II/A et CLC-CEM V/A), on a démontré que le chrome est piégé dans l'ettringite par substitution SO42-ÛCrO42- et que son relargage est régi par la dissolution de cet hydrate. Le comportement du cuivre, du nickel et du zinc dans les phases solides et dans les lixiviats, est corrélé à celui de la silice des CSH, ce qui suppose que ces métaux s'y trouvent localisés. Enfin, le plomb n'est jamais détecté en phase liquide. Son comportement est également corrélé à la silice dans les zones dégradées.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La nanomédecine activée à deux-photon est devenue l'un des principaux candidats à l'accomplissement de la sélectivité spatiotemporelle nécessaire pour la nanomédecine. En effet, la raison d'être de l'application médicale de nanotechnologie dans le domaine du traitement du cancer est de diminuer et supprimer les effets secondaires causés par les techniques actuelles telles que la chimiothérapie et la radiothérapie, à cause de leur manque de sélectivité. Parmi diverses nanoparticules (NPs), les nanoparticules de silice mésoporeuse (MSN) ont attiré une attention croissante dans la dernière décennie pour leur faible cytotoxicité, leur internalisation cellulaire et excrétion, et leur capacité de combiner de nombreuses fonctions à la fois pour le diagnostique et la thérapie de cancers via un seul nanovéhicule : l'ainsi appelée nanomédecine théranostique.Dans cette thèse, des MSN pour l'activation à un et deux-photon d'imagerie par fluorescence, de délivrance de principe actifs et d'acides nucléiques, et de photothérapie dynamique (PTD), seront présentées. Premièrement, le relargage contrôlé de molécules encapsulées dans des MSN fonctionnalisées avec des nanovalves est considéré par effet plasmonique. La photodégradation contrôlée de la silice soumise à l'effet photothermique de NPs d'or est ensuite étudiée. Deuxièmement, l'activation biphotonique est considérée pour la délivrance contrôlée de molécules anticancéreuses in-vitro par avec des nano-rotor et des nano-valves, ainsi que la fonctionnalisation de surface des NPs par des dérivés d'ammonium- azobenzene pour la délivrance d'acides nucléiques. Troisièmement, des MSN multifonctionnelles incorporant des photosensibilisateurs à deux-photon sont systématiquement étudiées en termes de leurs propriétés optiques et photophysiques; la sélection du meilleur matériau est suivie d'applications biomédicales in-vitro.De plus, deux types de nanomatériaux émergeant sont également élaborés pour la nanomédecine activée à deux-photon, des NPs de polysilsesquioxane pontés (BS) et d'organosilice mésoporeuse périodiques (PMO). Ces matériaux furent élaborés sans précurseur de silice (tétraéthoxysilane par exemple), et seulement à partir de bis- ou multi-organoalkoxysilane, afin d'obtenir le plus haut pourcentage de matière organique pour l'application ciblée. En conséquence, des NPs de BS et de PMO hybrides à base de disulfures se révélèrent être des outils biodégradables, et les NPs à base de photosensibilisateurs furent appliquées pour la PTD à deux-photon. Des NPs de BS et de cœur-coquille d'or-BS sont synthétisées pour d'efficaces imagerie et PTD à deux-photon, tandis que des NPs de PMO servirent de nano-plateformes théranostiques. En outre, diverse NPs de PMO multipodes à surface spécifique très élevées sont présentées pour la construction de structuration complexe à l'échelle nanométrique.Enfin, des nano-conteneurs d'MSN composées de cœur d'oxyde de fer (Fe3O4@MSN) sont décrites pour de multiples applications. D'une part, l'élaboration de NPs MSN (et PMO) magnétiques sensibles à deux-photon est étudiée en tant que perspective pour la délivrance de gène combinant l'imagerie par résonance magnétique. D'autre part, les conteneurs de Fe3O4@MSN sont misent en œuvre et appliqués pour la dépollution de métaux lourds via la fonctionnalisation d'un ligand de type acide diéthylène triamine penta acétique. L'augmentation de l'efficacité de la dépollution est étudiée par la fonctionnalisation de la surface extérieure et/ou des pores des Fe3O4@MSN. / Two-photon actuated nanomedicine has become one of the main proponents for the achievement of the spatiotemporal selectivity needed for nanomedicine. Indeed, the raison d'être of the medical application of nanotechnology in the field of cancer treatment is to lower and suppress the side effects caused by current techniques such as chemotherapy and radiotherapy, due to their lack of selectivity. Among various nanoparticles (NPs), mesoporous silica nanoparticles (MSN) have attracted increasing attention over the past decade for their low cytotoxicity, cellular internalization and excretion, and the ability to carry multiple features for both the diagnosis and therapy of cancers in a single nanovehicle: the so-called theranostic nanomedicine.In this dissertation, I will describe MSN for one and/or two-photon-actuated fluorescence imaging, drug-delivery, gene delivery and photodynamic therapy (PDT). First, plasmonically-triggered cargo delivery via MSN nanovalves and designed mesoporous silica photodegradation is presented. Then, in-vitro two-photon-triggered drug delivery with azobenzene-functionalized MSN such as nanoimpellers and fluorescent nanovalves, along with preliminary studies of gene delivery via ammonium-functionalized nanoimpellers are discussed. Multifunctional MSN incorporating a two-photon photosensitizer are systematically studied in terms of the resulting optical and photophysical properties of the NPs, and then used for in-vitro biomedical applications.Furthermore, two kinds of emerging nanomaterials are also designed for two-photon actuated nanomedicine, bridged silsesquioxane (BS) and periodic mesoporous organosilica (PMO) NPs. These nanomaterials are elaborated without silica precursor (e.g. tetraethoxysilane) and solely with bis- or tetra-organoalkoxysilanes, thus providing materials with the highest organic content for the targeted applications. Consequently, disulfide-based hybrid BS and PMO NPs were elaborated as biodegradable nanomedical tools, and photosensitizer-based BS and PMO NPs were used for efficient in-vitro PDT. BS and gold-BS core-shells NPs are constructed for ultrabright two-photon imaging and efficient PDT, while two-photon functionalized PMO NPs serve as theranostic nanocarriers. Besides, versatile multipodal ethylene-benzene PMO NPs with very high surface areas are presented as a promising strategy for the design of structural complexities at the nanoscale.Finally, iron oxide core MSN shell (Fe3O4@MSN) nanocontainers are described for versatile applications. The design of two-photon-sensitive magnetic MSN and PMO core-shell nanovehicles is presented as a perspective for gene delivery and magnetic resonance imaging. Furthermore, Fe3O4@MSN containers are constructed for heavy metal removal of twelve of the most toxic metal ions through the diethylene triamine pentaacetic acid (DTPA) ligand. The enhancement of the pollutant removal efficiency is studied by selective surface and/or porous DTPA functionalizations.

Ce projet consiste à fabriquer et à étudier des micelles à la fois biocompatibles et capables de relarguer des molécules volatiles bioactives à partir d’une solution aqueuse sous l’influence de stimuli extérieurs tel que le pH, la température ou la concentration. Pour atteindre ce but, nous avons étudiés un nouveau type d’objets micellaires qui sont formés par l’auto-assemblage d’amphiphiles covalents dynamiques (DCAs), des surfactants peu onéreux formés de l’association moléculaire réversible d’un bloc hydrophile et d’un bloc hydrophobe. Ces systèmes peuvent relarger une large gamme de fragrances à partir d’une solution, que cela soit à partir du coeur hydrophobe de la micelle ou alors à partir de l’amphiphile (profragrance). Ils ont aussi été capables de stabiliser en solution des aldéhydes sensibles à l’hydrolyse. / This project relies on the simple design and the study of biocompatible responsive micelles, capable of releasing a hydrophobic bioactive volatile from an aqueous solution and that, depending on the modulation of external factors such as pH, temperature, and concentration. To reach this goal, we have taken advantages of a new kind of micellar objects that are formed by the efficient self-assembly of biodegradable Dynamic Covalent Amphiphiles (DCAs), low cost surfactants that are made by the reversible molecular association of one hydrophilic and one hydrophobic block. These systems can release a broad variety of fragrances from solution, both from the hydrophobic micellar core or directly from the amphiphile (profragrance). It also proved able to stabilise some sensitive aldehydes in solution.

La toxicité potentielle des nanomatériaux présente un intérêt sociétal et scientifique élevé en raison de la promesse d'innovations pour de nombreuses applications techniques. Cependant, elle n’est pas forcément liée à la taille réelle, à la masse, à la surface des nanoparticules (NP) ou à leurs agglomérats. La toxicité des NPs pourrait être fortement influencée par d'autres propriétés inhérentes et encore incomprises telles que le relargage d’ions, de la particule elle-même, sa surface, ou des molécules adhérentes à la surface, qui interfèreraient avec l'absorption cellulaires des NPs. Le projet « NANOGAM» étroitement lié au projet « FNR CORE2012 NANION », vise à définir certains processus et facteurs impliqués dans l'absorption des NPs et leur toxicité. Une telle compréhension est une condition préalable au développement des nanomatériaux, fondement de la philosophie « safer-by-design ». Les objectifs de ce projet de thèse sont multiples. En tenant compte des caractéristiques des principaux paramètres physico-chimiques tels que la taille et l’aspect de la surface, l’étude a porté sur l'absorption de NPs d'argent et d'or, et leurs effets biologiques via une approche multi-biomarqueurs (mortalité, effets comportementaux, effets physiologiques, effets transcriptomiques, etc.) sur une espèce sensible, Gammarus fossarum (Crustacea Amphipoda). Le but de cette investigation est de comprendre si la toxicité des nanomatériaux est inhérente aux propriétés intrinsèques des NPs ou plutôt aux ions relargués, ce qui contribuera à la prédiction de la toxicité des NPs en rapport avec leurs propriétés physico-chimiques et ce afin de limiter le nombre d’essais répétitifs sur de nouveaux nanomatériaux. G. fossarum ont été exposés à de faibles concentrations d'AgNPs et AuNPs pendant 72h à jeun et 15 jours nourris. Les résultats obtenus ont montré que (i) la nature de l’enrobage de surface est le principal facteur responsable de l'absorption d'AgNPs et d'AuNPs par G. fossarum ; (ii) les ions libérés et les NPs elles-mêmes jouent un rôle dans la toxicité des AgNPs et AuNPs étudiées ; (iii) la composition chimique des NPs a conduit à des effets différents aux niveaux sub-individuels (transcriptomique), ainsi qu’à une distribution différente dans les tissues selon la nature métallique de la NP. Les AgNPs ont été localisées dans les branchies de G. fossarum tandis que les AuNPs ont été observées dans les caeca intestinaux. Cette étude a également révélé que Gammarus sp. est un excellent modèle pour l'étude de la toxicité et des effets des AgNPs et des AuNPs / The potential toxicity of nanomaterials is of high societal and scientific interest due to the promise of ground-breaking innovations for many technical applications. However, toxicity can often not be related to the actual size, mass or surface area of the single nanoparticles (NPs) or the NP agglomerates. Therefore, it can be proposed that the toxicity is greatly influenced by other inherent and non-understood properties of the particles to which ions dissolving from the particle, surface or molecules adhering to the surface interfering with the uptake of NPs into cells, may have important contributions. The PhD project “NANOGAM”, closely linked up to CORE2012 NANION project that aims to obtain knowledge to understand some of the processes and factors involved in NP uptake and toxicity as such understanding is a prerequisite for the development of nanomaterials following the safer-by-design philosophy. This PhD project aims to investigate, based on known characteristics of the key physico-chemical parameters; as size and surface functionalities, of a well-chosen list of silver and gold NPs, the uptake, and dependent biological effects of different complexity (mortality, behavioural effects, physiological effects, transcriptomic effects, etc.), on a sensitive species; Gammarus fossarum (Crustacea Amphipoda), in order to understand to which extent toxicity of nanomaterials is due to intrinsic material properties or ion leaching. Such understanding will contribute to the prediction of toxicity based on material properties rather than repetitive testing of an indefinite number of new nanomaterials. G. fossarum were exposed at low concentrations of AgNPs and AuNPs for 72h or 15 days in presence or absence of food. The obtained results showed that (i) surface coating is the main factor governing AgNPs and AuNPs uptake by G. fossarum, (ii) both released ions and NPs themselves play a role in the potency of the studied AgNPs and AuNPs and (iii) chemical composition led to different effects at the sub-individual levels (target genes expression) and different tissue distribution as AgNPs were found in G. fossarum gills while AuNPs were found in the intestinal caeca. Additionally, this work shows that Gammarus sp. are valuable models for the study of the effects of AgNPs and AuNPs