On utilise un verre de borosilicate de baryum comme système modèle pour étudier la séparation de phase dans les liquides. Plus spécifiquement, on considère le mûrissement dans le régime hydrodynamique visqueux, où la taille caractéristique des domaines évolue linéairement en temps : ∼ (γ/η)t, avec η la viscosité et γ la tension de surface. Le système est initialement bicontinu, ce qui est nécessaire pour ce régime de croissance.La morphologie des domaines est obtenue grâce à des expériences de microtomographie à rayons X in situ sur la ligne ID19 du synchrotron ESRF (European Synchrotron Radiation Facility). Des outils d’analyse d’image 3D spécialement développés pour l’étude permettent d’extraire des grandeurs d’intérêt. On a ainsi mesuré les volumes et les surfaces des domaines, les distributions de tailles de cordes, la caractéristique d’Euler et les courbures moyennes et gaussiennes locales. Ces grandeurs sont étudiées à travers le prisme de la loi d’échelle dynamique, qui prédit une croissance auto-similaire.Le système se sépare en deux phases ayant un contraste de viscosité très marqué (plusieurs ordres de grandeur). Le paramètre de contrôle essentiel est la fraction volumique de la phase la moins visqueuse. Lorsque cette phase moins visqueuse est minoritaire, elle se fragmente progressivement, jusqu’à arrêter la croissance. Cette fragmentation présente un caractère auto-similaire en raison de son couplage avec le mûrissement, ce qui génère des distributions de tailles de domaines larges, qu’on prédit sous la forme d’une loi puissance. Plus généralement, le mûrissement de la structure suit la loi d’échelle dynamique tant que la fragmentation reste marginale.On utilise un verre de borosilicate de baryum comme système modèle pour étudier la séparation de phase dans les liquides. Plus spécifiquement, on considère le mûrissement dans le régime hydrodynamique visqueux, où la taille caractéristique des domaines évolue linéairement en temps : ∼ (γ/η)t, avec η la viscosité et γ la tension de surface. Le système est initialement bicontinu, ce qui est nécessaire pour ce régime de croissance. La morphologie des domaines est obtenue grâce à des expériences de microtomographie à rayons X in situ sur la ligne ID19 du synchrotron ESRF (European Synchrotron Radiation Facility). Des outils d’analyse d’image 3D spécialement développés pour l’étude permettent d’extraire des grandeurs d’intérêt. On a ainsi mesuré les volumes et les surfaces des domaines, les distributions de tailles de cordes, la caractéristique d’Euler et les courbures moyennes et gaussiennes locales. Ces grandeurs sont étudiées à travers le prisme de la loi d’échelle dynamique, qui prédit une croissance auto-similaire.Le système se sépare en deux phases ayant un contraste de viscosité très marqué (plusieurs ordres de grandeur). Le paramètre de contrôle essentiel est la fraction volumique de la phase la moins visqueuse. Lorsque cette phase moins visqueuse est minoritaire, elle se fragmente progressivement, jusqu’à arrêter la croissance. Cette fragmentation présente un caractère auto-similaire en raison de son couplage avec le mûrissement, ce qui génère des distributions de tailles de domaines larges, qu’on prédit sous la forme d’une loi puissance. Plus généralement, le mûrissement de la structure suit la loi d’échelle dynamique tant que la fragmentation reste marginale. / We use a barium borosilicate glass as a model system to study phase separation in liquids. We consider here the coarsening process in the viscous hydrodynamical regime, where the characteristic length scale grows linearly with time : ∼ (γ/η)t, with η the viscosity and γ the interfacial tension. The system is initially bicontinuous, which is mandatory for this growth regime.X-ray microtomography experiments are performed in situ at the ID19 beamline of the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in order to obtain the morphology of the domains. We developed dedicated image processing routines for the analysis of the 3D images. We computed the volumes and surface areas of the domains, chord-length distributions, the Euler characteristic as well as local mean and Gaussian curvatures. Dynamic scaling hypothesis predicts a self-similar growth, which served as a basis for the discussion of these measurements. The glass separates in two phases with a very high viscosity contrast (several orders of magnitude). The main control parameter in our experiments is then the volume fraction of the less viscous phase. When this low-viscosity phase is the minority one, it undergoes a gradual fragmentation that eventually stops the coarsening. This fragmentation process bears self-similar features, which result in a wide distribution of domains sizes. We indeed predict a power-law distribution. More generally, we observed that the coarsening process follows the dynamic scaling hypothesis as long as fragmentation remains insignificant.

La séparation de phase au sein d'un système polymère/solvant est la méthode la plus couramment utilisée pour élaborer une membrane polymère poreuse. Les principales méthodes d'inversion de phase nécessitent l'usage de solvants organiques qui génèrent des problèmes environnementaux (traitement des bains de coagulation) et sanitaires (sécurité des installations industrielles). Cette étude porte sur le développement d'une nouvelle membrane polymère poreuse à partir d'un polymère biosourcé et hydrosoluble, l'hydroxypropylcellulose (HPC), permettant de s'affranchir de l'usage de solvants organiques. La propriété de thermosensibilité de l'HPC, caractérisé par une température critique basse en solution dans l'eau (LCST) de l'ordre de 40 °C, a par ailleurs permis de développer un procédé original d'élaboration de membranes HPC par séparation de phase induite par augmentation de la température au-delà de la LCST. Ce travail vise un triple objectif : (i) déterminer la formulation idoine permettant de former une membrane poreuse insoluble dans l'eau à partir d'HPC, (ii) appréhender et comprendre les mécanismes de structuration de la matrice polymère à travers l'interaction des mécanismes interdépendants de séparation de phase par décomposition spinodale, de réticulation chimique et d'extraction du solvant par évaporation et enfin (iii) caractériser l'aptitude des membranes à la filtration d'une solution aqueuse sous pression. Le suivi en ligne de la dynamique de séparation de phase d'un système HPC/eau/réticulant ± porogène (PEG200) par microscopie optique en contraste de phase, de la réticulation par rhéologie et de l'évaporation de l'eau par thermogravimétrie a ainsi permis de mettre en évidence l'impact de la formulation et des paramètres de conduite du procédé d'inversion de phase sur les propriétés morphologiques et d'usage des membranes. La porosité membranaire et le caractère symétrique de la morphologie ont notamment été corrélés à la vitesse des phénomènes concomitants de réticulation et d'évaporation de l'eau, donc à la vitesse de montée en température du procédé TIPS-LCST. La caractérisation de la perméabilité à l'eau des membranes HPC a confirmé l'efficacité de la réticulation et la résistance structurale des membranes au cours de plusieurs filtrations continues à l'eau. En raison du caractère thermosensible de l'HPC, ces membranes ont montré une aptitude remarquable à la filtration de solutions aqueuses à température élevée (60 °C). Par ailleurs, il a été montré que la perméabilité des membranes pouvait être en partie contrôlée par la température et la pression transmembranaire appliquée. / Phase separation of polyer/solvent system is the most widespread industrial process to manufacture membranes. Large solvent quantity is usually used whatever the process, hence leading to environmental (coagulation and washing baths treatment) and health (industrial and plant safety) problems.This study focuses on the development of new porous membranes made from hydroxypropylcellulose (HPC), a water soluble polymer, avoiding the use of any organic solvent. Moreover, the thermo-sensitive character of this polymer, characterized by a Lower Critical Solution Temperature (LCST) in water of about 40 °C, enabled to design an original thermally induced phase separation process by temperature increase above the LCST. This study aims (i) to find the ideal polymer solution composition to produce insoluble HPC membrane, (ii) to approach and understand the link between phase separation mechanism by spinodal decomposition, crosslinkig reaction and water extraction by evaporation, (iii) characterize pure water permeability under pressure. On-line monitoring of phase sepration dynamics by phase contrast optical microscopy, crosslinking reaction by rheology and water evaporation by thermogravimetric analysis of the system HPC/water/cross-linking agent ± porogen (PEG200) allowed an understanding of simultaneous and related mechanisms occurring during elaboration (phase separation / cross-linking / water evaporation) and a correlation with HPC membrane morphologies and characteristics in relation with phase separation process parametres. Pure water permeability characterization demonstrated the efficiency of cross-linking and structural strength during several filtration cycles. Furthermore, it has been shown that water permeability of HPC membranes could be controlled in part by the temperature and the applied pressure.

L’émergence de nouvelles technologies basées sur la microfluidique de gouttes offre l’espoir de développer des immuno-essais complexes consommant peu d’échantillon. Cette thèse est dédiée d’une part au développement d’une plateforme d’analyse qui consiste au fractionnement d’un mélange de peptides amyloïdes par focalisation isoélectrique (IEF) pour ensuite procéder à l’immuno-détection en gouttes des différentes fractions. Une méthode d’IEF en capillaire a été développée et a permis la séparation des peptides Aβ 1-40, Aβ 2-40 et Aβ 5-40 ainsi que leur collecte dans des solutions individuelles. Ces solutions de collectes ont été analysées par Elisa sur particules magnétiques. L’immuno-essais a permis de déterminer la distribution des peptides dans les différentes collectes. Ces analyses ont d’abord été réalisées en « batch » où les particules magnétiques sont en suspension dans une solution non-confinée. Ensuite, un dispositif permettant de réaliser des immuno-essais en gouttes a été utilisé. Cette plateforme a été adaptée et optimisée pour le dosage des peptides Aβ 1-40 et Aβ 1-42 standard en vue de doser ces peptides dans le LCR et d’étendre l’analyse aux autres peptides (Aβ 2-40 et Aβ 5-40). D’autre part, une partie de la thèse a été dédiée à un travail sur micro-puce en vue de la conception d’un microsystème d’analyse totale intégrant en ligne les trois étapes majeures (séparation, compartimentalisation, immuno-détection en gouttes) de la plateforme d’analyse recherchée. Pour cette partie nous avons choisi le THV Dyneon qui a déjà servi au transport de bio-molécules en gouttes. Une première étude a consisté pour la première fois à réaliser des séparations électrocinétiques de protéines et de fluorophores hydrophobes dans les puces en THV Dyneon en utilisant deux modes de séparation (ECZ et NACE, respectivement). Ceci a permis de démontrer que ce nouveau matériau constitue un candidat prometteur pour le futur microsystème couplant séparation et compartimentalisation en gouttes. Une dernière étude a consisté au développement d’une méthode de marquage des peptides amyloïdes par un nouvel agent fluorescent, le Chromeo P540, particulièrement adapté pour des analyses IEF. Cet agent de marquage permettra de détecter les peptides durant la conception de l’interface de couplage (IEF/gouttes). / Emerging droplet-based microfluidic platform provide new opportunities to develop complex immunoassay with low sample consumption. This manuscript is dedicated on the development of an analytical platform for isoelectric focusing of amyloid peptides followed by their detection by immunoassay droplet-based microfluidic platform. A capillary isoeletric focusing method was developed first and allowed separation and collection of Aβ 1-40, Aβ 2-40 and Aβ 5-40 peptides in individual solutions. The fractions collected were analyzed off-line by Elisa on magnetic beads in batch-wise. This immune-detection allows the determination of peptide distribution in the different fractions collected. Then, we used a droplet-based microfluidic platform for immunoassay on magnetic beads. This platform was adapted and optimized to quantify standard Aβ 1-40 and Aβ 1-42 peptides. The next step will rely on the quantification of amyloid peptides on cerebrospinal fluid. In parallel, a study dedicated on microchip analyses to design a total-analysis-system has been performed. The final purpose is to integrate on-line three main steps; separation, compartmentalization and immune-detection in droplet. For this study, THV Dyneon has been chosen since this material was also used for the droplet-based microfluidic platform. A first study demonstrated for the first time electrokinetic separation, of biomolecules (proteins) and hydrophobic dyes in Dyneon THV chip using two separations modes (CZE and NACE respectively). This work highlighted the THV Dyneon micro-chip versatility. We can concluded that this new material is promising for further development dedicated to micro system combining separation and compartmentalization in droplet. A last work aimed to develop a labeling method for amyloid peptides with a new dye, the Chromeo P540, which is adapted for isoeletric focusing (IEF) analysis. This dye will allow peptides monitoring during the development of IEF/droplet interface.

Les semi-conducteurs III-V à base d’azote et leurs alliages possèdent des propriétés remarquables et sont largement étudiés depuis les années 90. En comparaison à d'autres semi-conducteurs III-V, Les alliages de type ; AlGaN, InGaN et AlInN, ont leurs bandes interdites, directes, du lointain ultra-violet au proche infrarouge. Ainsi, ils sont appropriés pour de nombreuses applications dans des domaines tant civils que militaires tout en montrant de meilleures performances. De plus, l'alliage quaternaire AlGaInN montre des propriétés intéressantes car il peut être épitaxié soit avec un paramètre de maille ou une polarisation ou une bande interdite accordé au GaN. De plus, avec AlInN, ces deux alliages pourraient, à terme, remplacer les barrières conventionnelles AlGaN/GaN pour les applications aux Transistors à Haute Mobilité Électroniques (HEMT) grâce à des performances supérieures prouvées théoriquement.Dans ce travail, nous avons étudié les alliages AlInN et AlGaInN dont la croissance a été faite par épitaxie en phase vapeur d’organométalliques (MOVPE). Pour cela, la microscopie électronique en transmission a été notre principal outil de caractérisation. Le but était de caractériser les défauts et les mécanismes de croissance pendant la MOVPE. Dans cette optique, l'incorporation de gallium dans la barrière en raison de la géométrie de la chambre de croissance menant à un alliage quaternaire a été étudiée. Le contrôle du taux de gallium est réalisé soit par un processus de nettoyage entre les épitaxies soit par les conditions de croissance. Les défauts ont été ensuite différenciés comme extrinsèques et intrinsèques. En effet, les dislocations et les domaines d'inversion dans le GaN produisent des défauts extrinsèques, tandis que, les « pinholes » non connectés aux dislocations et les « hillocks » responsables de la rugosité de surface sont définis comme intrinsèques. Les origines des défauts intrinsèques dépendent fortement des propriétés physiques des composés parents binaires. Ces dégradations systématiques sont observées même lorsque les conditions de croissance sont optimisées et quand la composition du film mince est changée ou son épaisseur augmentée.Notre travail propose des mécanismes différents pour expliquer les processus de dégradation pour les différents défauts observés et constitue donc un pas en avant pour la réalisation de HEMT à base de AlInN et AlGaInN de meilleure qualité. / Group III-Nitrides and their alloys exhibit outstanding properties and are being extensively investigated since the 90’s. In comparison to other III-V semiconductors, III-nitrides (AlGaN, InGaN, and AlInN) cover from deep ultraviolet (UV) to near infrared (IR) across the visible range of wavelengths. Thus, they are suitable for numerous applications both in civilian and military fields showing higher performances. Moreover, the quaternary alloy AlGaInN shows versatile properties as it can grow either lattice or polarization or bandgap matched to GaN. Alongside to AlInN, these two alloys are expected to replace conventional AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors (HEMT) barriers as higher performances have been theoretically demonstrated.In this work, we have studied AlInN and AlGaInN grown by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) using mainly TEM. The aim was to characterize defects and the MOVPE growth alloying process. In this instance, the gallium incorporation in the barrier due to the geometry of the growth chamber leading to a quaternary alloy was studied. The control of the gallium content is achieved by a cleaning process between runs or by the growth condition. Defects were then differentiated as extrinsic and intrinsic. In this way, dislocations and inversion domains from the GaN buffer layer generate extrinsic defects, while, pinhole not connected to dislocations and individual hillocks responsible of surface roughening are termed as intrinsic. The origins of the latter defects depend strongly on the physical mismatches of the end-binary compound. These systematic degradations happen also with optimized growth conditions as soon as the nominal composition is changed and/or the thickness is increased.Our work proposes different mechanisms to explain defects generation processes which constitutes a forward step for higher quality HEMTs.

Depuis deux dernières décennies, la séparation magnétique revient sur le tapis grâce aux applications biomédicales émergentes à la séparation de cellules ou de protéines et aux tests immunologiques. Cette thèse porte sur l’exploration détaillée de la séparation magnétique de nanoparticules à l’échelle microfluidique, amplifiée par la séparation de phase induite par le champ. Dans ce but, nous synthétisons des nanoclusters superparamagnétiques d’oxyde de fer de taille 40-70 nm, composés de nanoparticules de taille 7-9 nm. Nous faisons une étude détaillée de la cinétique de la séparation de phase de ces nanoclusters induite par le champ ainsi que de leur séparation magnétique dans des canaux microfluidiques munis de réseaux ordonnés de micropiliers magnétisables. Le taux d’agrégation de nanoclusters est principalement régi par le paramètre du couplage dipolaire et par la fraction volumique de nanoclusters, tandis que l’efficacité de capture – par le nombre de Mason. Les couches de molécules adsorbées sur la surface de nanoclusters d’habitude affaiblissent les interactions magnétiques et diminuent l’efficacité de capture, cependant, dans certains cas, elles peuvent induire des interactions colloïdales attractives et augmenter l’efficacité de capture. Les résultats de ce travail peuvent être utiles pour le développement des tests immunologiques magnéto-microfluidiques. / Magnetic separation has been gaining a new interest during two last decades thanks to emerging biomedical applications to cell or protein separation and immunoassays. This thesis is aimed at detailed exploration of magnetic nanoparticle separation in microfluidic scale enhanced by field-induce phase separation of nanoparticles. To this purpose, we synthesize superparamagnetic iron oxide nanoclusters of a size of 40-70 nm composed of numerous nanoparticles of a size 7-9 nm. We perform a detailed study of the kinetics of the field-induced phase separation of these nanoclusters as well as of their magnetic separation in microfluidic channels equipped with ordered arrays of magnetizable micropillars. The nanocluster aggregation rate is mostly governed by the dipolar coupling parameter and the nanocluster volume fraction, while the capture efficiency – by the Mason number. Molecular layers adsorbed on the nanocluster surface usually weaken magnetic interactions and decrease the capture efficiency, however, in some casesthey may induce attractive colloidal interactions and enhance the capture efficiency. The results of this work could be useful for development of magnetomicrofluidic immunoassays.

Étant donné G = (V, E) un graphe non orienté connexe et un entier positif β (n), où n est le nombrede sommets de G, le problème du séparateur (VSP) consiste à trouver une partition de V en troisclasses A, B et C de sorte qu'il n'y a pas d'arêtes entre A et B, max {| A |, | B |} est inférieur ou égal àβ (n) et | C | est minimum. Dans cette thèse, nous considérons une modélisation du problème sous laforme d'un programme linéaire en nombres entiers. Nous décrivons certaines inégalités valides et etdéveloppons des algorithmes basés sur un schéma de voisinage.Nous étudions également le problème du st-séparateur connexe. Soient s et t deux sommets de Vnon adjacents. Un st-séparateur connexe dans le graphe G est un sous-ensemble S de V \ {s, t} quiinduit un sous-graphe connexe et dont la suppression déconnecte s de t. Il s'agit de déterminer un stséparateur de cardinalité minimum. Nous proposons trois formulations pour ce problème et donnonsdes inégalités valides du polyèdre associé à ce problème. Nous présentons aussi une heuristiqueefficace pour résoudre ce problème. / Given G=(V,E) a connected undirected graph and a positive integer β(n), where n is number ofvertices, the vertex separator problem (VSP) is to find a partition of V into three classes A,B and Csuch that there is no edge between A and B, max{|A|,|B|}less than or equal β(n), and |C| isminimum. In this thesis, we consider aninteger programming formulation for this problem. Wedescribe some valid inequalties and using these results to develop algorithms based onneighborhood scheme.We also study st-connected vertex separator problem. Let s and tbe two disjoint vertices of V, notadjacent. A st-connected separator in the graph G is a subset S of V\{s,t} such that there are no morepaths between sand tin G[G\S] and the graph G[S] is connected . The st-connected vertex speratorproblem consists in finding such subset with minimum cardinality. We propose three formulationsfor this problem and give some valid inequalities for the polyhedron associated with this problem.We develop also an efficient heuristic to solve this problem.

L'objet de cette thèse est l'analyse et le traitement automatique de grands volumes de données audio. Plus particulièrement, on s'intéresse à l'archivage, tâche qui regroupe, au moins, deux problématiques: la compression des données, et l'indexation du contenu de celles-ci. Ces deux problématiques définissent chacune des objectifs, parfois concurrents, dont la prise en compte simultanée s'avère donc difficile. Au centre de cette thèse, il y a donc la volonté de construire un cadre cohérent à la fois pour la compression et pour l'indexation d'archives sonores. Les représentations parcimonieuses de signaux dans des dictionnaires redondants ont récemment montré leur capacité à remplir une telle fonction. Leurs propriétés ainsi que les méthodes et algorithmes permettant de les obtenir sont donc étudiés dans une première partie de cette thèse. Le cadre applicatif relativement contraignant (volume des données) va nous amener à choisir parmi ces derniers des algorithmes itératifs, appelés également gloutons. Une première contribution de cette thèse consiste en la proposition de variantes du célèbre Matching Pursuit basées sur un sous-échantillonnage aléatoire et dynamique de dictionnaires. L'adaptation au cas de dictionnaires temps-fréquence structurés (union de bases de cosinus locaux) nous permet d'espérer une amélioration significative des performances en compression de scènes sonores. Ces nouveaux algorithmes s'accompagnent d'une modélisation statistique originale des propriétés de convergence usant d'outils empruntés à la théorie des valeurs extrêmes. Les autres contributions de cette thèse s'attaquent au second membre du problème d'archivage: l'indexation. Le même cadre est cette fois-ci envisagé pour mettre à jour les différents niveaux de structuration des données. Au premier plan, la détection de redondances et répétitions. A grande échelle, un système robuste de détection de motifs récurrents dans un flux radiophonique par comparaison d'empreintes est proposé. Ses performances comparatives sur une campagne d'évaluation du projet QUAERO confirment la pertinence de cette approche. L'exploitation des structures pour un contexte autre que la compression est également envisagé. Nous proposons en particulier une application à la séparation de sources informée par la redondance pour illustrer la variété de traitements que le cadre choisi autorise. La synthèse des différents éléments permet alors d'envisager un système d'archivage répondant aux contraintes par la hiérarchisation des objectifs et des traitements. / The main goal of this work is automated processing of large volumes of audio data. Most specifically, one is interested in archiving, a process that encompass at least two distinct problems: data compression and data indexing. Jointly addressing these problems is a difficult task since many of their objectives may be concurrent. Therefore, building a consistent framework for audio archival is the matter of this thesis. Sparse representations of signals in redundant dictionaries have recently been found of interest for many sub-problems of the archival task. Sparsity is a desirable property both for compression and for indexing. Methods and algorithms to build such representations are the first topic of this thesis. Given the dimensionality of the considered data, greedy algorithms will be particularly studied. A first contribution of this thesis is the proposal of a variant of the famous Matching Pursuit algorithm, that exploits randomness and sub-sampling of very large time frequency dictionaries. We show that audio compression (especially at low bit-rate) can be improved using this method. This new algorithms comes with an original modeling of asymptotic pursuit behaviors, using order statistics and tools from extreme values theory. Other contributions deal with the second member of the archival problem: indexing. The same framework is used and applied to different layers of signal structures. First, redundancies and musical repetition detection is addressed. At larger scale, we investigate audio fingerprinting schemes and apply it to radio broadcast on-line segmentation. Performances have been evaluated during an international campaign within the QUAERO project. Finally, the same framework is used to perform source separation informed by the redundancy. All these elements validate the proposed framework for the audio archiving task. The layered structures of audio data are accessed hierarchically by greedy decomposition algorithms and allow processing the different objectives of archival at different steps, thus addressing them within the same framework.

La séparation magnétique est utilisée dans le domaine de la purification de l’eau. Des nanoparticules magnétiques fonctionnalisées ou nues sont en charge de capter un polluant ciblé puis sont enlevées de l’eau par l’application d’un champ magnétique. Nous avons montré que l’utilisation d’un ferrofluide aqueux classique constitué de nanoparticules d’oxyde de fer recouvertes par une double couche de surfactant d’acide oléique permet une adsorption efficace des cations métalliques (ion nickel Ni2+) puis leur enlèvement en utilisant des microparticules magnétiques. Nous avons montré que des interactions magnétiques suffisamment fortes entre les nanoparticules induisent une transition de phase colloïdale. Il existe trois régimes de captage qui dépendent de deux paramètres, le premier paramètre est lié à l’intensité du champ magnétique et le second est la concentration en nanoparticules. En présence de l’écoulement de la suspension des nanoparticules, le captage des nanoparticules est toujours régi par la concentration en nanoparticules et également par le nombre de Mason. Nous avons mené une expérience de captage des nanoparticules par un milieu poreux. L’efficacité de filtration est liée à la compétition entre les forces hydrodynamiques et magnétiques ainsi que de la séparation de phase au sein de la suspension. Les théories développées lors de ce travail sont en accord raisonnable avec les résultats expérimentaux et montrent l’augmentation de l’efficacité de captage des nanoparticules avec l’augmentation de l’intensité du champ magnétique et de la concentration en nanoparticules ainsi que la diminution de l’efficacité de captage avec l’augmentation du nombre de Mason. / Magnetic separation is used in the domain of water purification. In these systems, functionalized or bare magnetic nanoparticles are used to capture a target pollutant then they are extracted from water by an applied magnetic field. We have shown that a classical aqueous ferrofluid composed by iron oxide nanoparticles covered with an oleic acid double layer allows efficient adsorption of metallic cations (nickel ion Ni2+) followed by nanoparticle extraction with the help of magnetic microparticles. We have shown that strong enough magnetic interactions between nanoparticles can induce a colloidal phase transition. There exists three capture regimes which depend on two parameters, the first one is related to the magnetic field intensity and the second is the nanoparticle concentration. In the presence of the flow of nanoparticle suspension, the nanoparticle capture is always governed by the nanoparticle concentration and also by Mason number. We have carried out an experiment on nanoparticle capture in a porous medium. The filtration efficiency is related to the competition between the hydrodynamic and magnetic forces, as well as to the phase separation in the suspension bulk. The theories developed in the frames of this work show a reasonable agreement with the experimental results. They predict an increase of the capture efficiency with an increase of the magnetic field intensity and the nanoparticle concentration as well as a decrease of the capture efficiency with the growth of the Mason number.

Dans la majeure partie des cas, la séparation en taille de molécules d'ADN, étape primordiale lors d'unséquençage, est réalisée par électrophorèse sur gels, inadaptée à la séparation de longues molécules : larecherche de techniques de séparation alternatives est donc primordiale. Nous avons utilisé unetechnologie de fabrication alternative, la Lithographie par Décalage de Phase, pour fabriquer des matricesd’obstacles de 80 à 500 nm de diamètre, de formes cylindrique ou ellipsoïdale. Ces matrices nous ontpermis de mener une étude des dynamiques de collision ADN-obstacle à l’échelle de la moléculeindividuelle, par la caractérisation des effets de l’actionnement (électrophorétique ou hydrodynamique), dela dimension et de la forme des obstacles sur ces dynamiques, impliquées dans le processus de séparationen taille. Nous montrons enfin la première séparation hydrodynamique de fragments d’ADN dans desréseaux d’obstacles nanométriques / In most cases, separation by size of DNA molecules, a crucial step for sequencing, is realized by gelelectrophoresis, unadapted to long molecule separation: it is consequently relevant to investigate alternativeseparation techniques. We have used an alternative fabrication technology, Phase Shift Lithography, tofabricate obstacle matrices which sizes range from 80 to 500 nm, with cylindrical or ellipsoidal shapes.These matrices allowed us to investigate DNA-obstacle collision dynamics at the single molecule scale, bythe caracterisation of actuation effects (electrophoretic or hydrodynamic) and of the size and shape of theobstacles on these dynamics, involved in the separation by size process. We finaly showed the firsthydrodynamic separation of DNA fragments into nanopilar matrices

La valorisation des co-produits de poisson est un enjeu économique et environnemental. Depuis plusieurs années, des recherches ont montré que les co-produits de poisson contenaient des molécules actives pour la santé humaine comme des acides gras polyinsaturés et des peptides bioactifs. L’objectif principal de cette thèse était d’évaluer l’utilisation potentielle d’hydrolysats de laitance de hareng pour l’amélioration de la santé humaine, spécifiquement en agissant positivement sur certaines fonctions physiologiques associées au syndrome métabolique, et l’effet de leur séparation par électrodialyse avec membranes d’ultrafiltration (EDUF) sur la production de fractions bioactives. Dans un premier temps, il a été démontré qu’une supplémentation avec différents hydrolysats de laitance de hareng d’une diète riche en gras et en sucre chez des souris permettait de moduler certains paramètres physiologiques impliqués dans le développement du syndrome métaboliques (MetS) : amélioration de la tolérance au glucose, augmentation de l’apport énergétique total et protection de la population de Lactobacillus dans le microbiote intestinal. De plus, les hydrolysats ont aussi montré des activités antiinflammatoires in vitro à des concentrations de 1ng/ml et 100pg/ml. Dans un second temps, la faisabilité d’une séparation par EDUF de deux hydrolysats de laitance de hareng différents a été évaluée : le premier plus complexe était un mélange de molécules (lipides, acides nucléiques, peptides, acides aminés libres), alors que le second était principalement composé de peptides et d’acides aminés libres. Une nouvelle configuration utilisant quatre membranes d’ultrafiltrations (deux de 50kDa et deux de 20kDa) a permis un double fractionnement simultané des composés anioniques et cationiques en seulement une étape. Il a d’abord été montré que seuls les peptides chargés ainsi que les acides aminés libres pouvaient être séparés par EDUF alors que les lipides et les acides nucléiques ne migraient pas dans les fractions de récupérations. De plus, l’utilisation de membranes présentant deux tailles de pores distinctes a permis le fractionnement des hydrolysats en différentes classes de poids moléculaires. En effet, l’utilisation de membranes de 20kDa a permis la concentration de peptides de faibles poids moléculaires (< 600Da) et IV d’acides aminés libres, alors que les populations peptidiques des fractions obtenues avec les membranes de 50kDa présentaient des poids moléculaires supérieurs et plus variés. Dans un troisième temps, les bioactivités des fractions de récupérations et des hydrolysats de laitance de hareng ont été évaluées in vitro. Ainsi, la séparation du premier hydrolysat a permis l’obtention d’une fraction finale stimulant la captation du glucose in vitro et d’une fraction anionique antioxydante. Le fractionnement du second hydrolysat a permis quant à lui la production de deux fractions cationiques anti-inflammatoires ainsi que l’identification subséquente de deux séquences peptidiques bioactives. L’ensemble de cette thèse a donc démontré que les hydrolysats de laitance de hareng contenaient des composés actifs, comme des acides gras polyinsaturés et des peptides, modulant positivement certains paramètres physiologiques impliqués dans le MetS et pouvant ainsi permettre la diminution de son occurrence. De plus, la séparation des hydrolysats par EDUF a permis la production de fractions bioactives ainsi que l’identification de deux nouvelles séquences peptidiques anti-inflammatoires (IVPAS et FDKPVSPLL). Ces travaux ont démontré l’effet bénéfique pour la santé humaine des hydrolysats de laitance de hareng et de ses fractions, permettant d’envisager une valorisation plus efficace de ces coproduits de poisson par les industries de transformation dans les secteurs liés à la santé humaine. / Fish by-product valorization is an economic and environmental issue. For several years, scientific researches have shown that fish by-products contained active molecules for human health, as polyunsaturated fatty acids and peptides. The aim of this thesis was to evaluate the potential use of herring milt hydrolysates for human health, especially by evaluating their potential actions in physiological parameters involved in the metabolic syndrome and the effect of their separation by electrodialysis with ultrafiltration membrane (EDUF) for the production of bioactive fractions. First, we have demonstrated that the supplementation of three different herring milt hydrolysates in a high fat high sucrose diet in mice was able to modulate some physiological functions involved in the metabolic syndrome: improvement of glucose tolerance, increase of the total energy intake and protection against the Lactobacillus disappearance in the gut microbiota. Moreover, the hydrolysates decreased the inflammation induction in macrophages stimulated with LPS at 1ng/ml and 100pg/ml. Secondly, we have evaluated the separation of two herring milt hydrolysates by EDUF: the first one was more complex with a mix of different molecules (lipids, nucleic acids and peptides) while the second one was mainly composed of peptides. A new configuration using four ultrafiltration membranes (two of 50kDa and two of 20kDa) allowed a simultaneous double separation of anionic and cationic compounds. It has been shown that only charged peptides and free amino acids were fractionated in EDUF, while the lipids and nucleic acids didn’t migrate to the recovery fractions. Moreover, the use of membranes with different cut-off allowed a separation of the hydrolysates in different molecular weight ranges. Indeed, the use of 20kDa membranes allowed the concentration of peptides with small molecular weights (<800Da) and free amino acids, while the recovery fractions obtained with the 50kDa membranes were composed oh peptide with higher molecular weights.Thirdly, the potential bioactivities of the recovery fractions and the herring milthydrolysates were evaluated in vitro. Hence, the separation of the first hydrolysate allowed the production of a final fraction increasing the glucose uptake and an antioxidant anionicfraction. While the separation of the second hydrolysate allowed the production of two antiinflammatory cationic fractions as well as the identification of two bioactive peptides sequences. All these results showed that milt herring hydrolysate contained bioactive compounds such as polyunsaturated fatty acids and peptides, improving some physiological functions involved in the MetS and may decrease its occurrence. More over, the separation of the hydrolysates by EDUF allowed the production of bioactive fractions and the identification of two new anti-inflammatory peptide sequences. This work demonstrated the existence of a beneficial effect of herring milt hydrolysate and its fractions for the human health, allowing a better valorization of this by-product of the food industry for the health sector.