Un milieu poreux ou un matériau poreux comprend deux régions interconnectées : une perméable par un gaz ou un liquide et l’autre imperméable. Beaucoup de substances naturelles comme les roches, le sol et les tissus biologiques (par exemple, os, bio-membranes) sont poreuses ainsi que les matériaux manufacturés comme les ciments et les céramiques, etc. Les matériaux poreux ont des applications technologiques importantes et nombreuses, par exemple, comme tamis moléculaires, catalyseurs ou senseurs chimiques. Il existe un nombre très important d’études en expérience et en théorie pour comprendre la structure des matériaux poreux ainsi que les propriétés des substances confinées dans ces matériaux. Dans leur travail de pionnier, Madden et Glandt ont proposé un modèle très simple pour l’adsorption de fluide dans des milieux poreux désordonnés. Dans ce modèle, on forme la matrice en prenant une configuration figée instantanément d’un système à l’équilibre (“quench” en anglais) et puis un fluide est introduit dans une telle matrice. Récemment, T. Patsahan, M. Holovko et W. Dong ont généralisé la “scaled particle theory” (SPT) aux fluides confinés et obtenu ainsi des équations d’état analytiques pour un fluide de sphère dure dans plusieurs modèles de matrice. Dans un premier temps, j’ai développé la version de la SPT pour un mélange de sphères dures additives confiné en milieu poreux. Les expressions pour les valeurs au contact de différentes fonctions de distribution ont été obtenues également. J’ai effectué aussi des simulations de Monte Carlo. Les résultats de ces simulations sont utilisés pour valider les résultats théoriques. Ensuite, j’ai étudié aussi la séparation de phase d’un mélange binaire des sphères dures non additives confiné dans un milieu poreux. Pour obtenir l’équation d’état, nous avons utilisé une théorie de perturbation en prenant un fluide de sphères dures additive comme système de référence. Les résultats donnés par cette théorie sont en bon accord avec les résultats de simulation Monte Carlo. / A porous medium or a porous material (called as frame or matrix also) usually consists of two interconnected rejoins: one permeable by a gas or a liquid, i.e., pore or void, and the other impermeable. Many natural substances such as rocks, soils, biological tissues (e.g., bio membranes, bones), and manmade materials such as cements, foams and ceramics are porous materials. Porous materials have important technological applications such as molecular sieve, catalyst, chemical sensor, etc. In recent years, there have been considerable investigations for understanding thoroughly the structure of these materials as well as the behavior of substances confined in them. Much effort (both experimental and theoretical) has been devoted to the study of porous materials. In their pioneering work, a very simple model for the fluid adsorption in random porous media was proposed by Madden and Glandt. The matrix in Madden-Glandt model is made by quenching an equilibrium system. Then, a fluid is adsorbed in such a matrix. Recently, T. Patsahan, M. Holovko and W. Dong have extended the scaled particle theory (SPT) to confined fluids and derived analytical equations of state (EOS) for a hard sphere (HS) fluid in some matrix models. In this thesis, using SPT method, I obtained the equation of state of additive hard-sphere (AHS) fluid mixtures confined in porous media. The contact values of the fluid-fluid and fluid-matrix radial distribution functions (RDF) were derived as well. The results of the contact values of the RDFs and the chemical potentials of different species were assessed against Monte Carlo simulations. Moreover, I analyzed also the fluid-fluid phase separation of non-additive hard sphere (NAHS) fluid confined in porous media. An equation of state is derived by using a perturbation theory with a multi-component fluid reference. The results of this theory are in good agreement with those obtained from semi grand canonical ensemble Monte Carlo simulations.

Cette thèse concerne l’étude de phase de séparation de deux polymères thermosensibles connus-poly(N-isopropylacylamide) (PNIPAM) et poly(2-isopropyl-2-oxazoline) (PIPOZ). Parmi des études variées sur ces deux polymères, il y a encore deux parties de leurs propriétés thermiques inexplicites à être étudiées. Une partie concerne l’effet de consolvant de PNIPAM dans l’eau et un autre solvant hydromiscible. L’autre est l’effet de propriétés de groupes terminaux de chaînes sur la séparation de phase de PIPOZ. Pour ce faire, nous avons d’abord étudié l’effet de l’architecture de chaînes sur l’effet de cosolvant de PNIPAMs dans le mélange de méthanol/eau en utilisant un PNIPAM en étoile avec 4 branches et un PNIPAM cyclique comme modèles. Avec PNIPAM en étoile, l’adhérence de branches PNIPAM de à un cœur hydrophobique provoque une réduction de Tc (la température du point de turbidité) et une enthalpie plus faible de la transition de phase. En revanche, la Tc de PNIPAM en étoile dépend de la masse molaire de polymère. La coopérativité de déhydratation diminue pour PNIPAM en étoile et PNIPAM cyclique à cause de la limite topologique. Une étude sur l’influence de concentration en polymère sur l’effet de cosolvant de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau a montré qu’une séparation de phase liquide-liquide macroscopique (MLLPS) a lieu pour une solution de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau avec la fraction molaire de méthanol entre 0.127 et 0.421 et la concentration en PNIPAM est constante à 10 g.L-1. Après deux jours d’équilibration à température ambiante, la suspension turbide de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau se sépare en deux phases dont une phase possède beaucoup plus de PNIPAM que l’autre. Un diagramme de phase qui montre la MLLPS pour le mélange PNIPAM/eau/méthanol a été établi à base de données expérimentales. La taille et la morphologie de gouttelettes dans la phase riche en polymère condensée dépendent de la fraction molaire de méthanol. Parce que la présence de méthanol influence la tension de surface des gouttelettes liquides, un équilibre lent de la séparation de phase pour PNIPAM/eau/méthanol système a été accéléré et une séparation de phase liquide-liquide macroscopique apparait. Afin d’étudier l’effet de groupes terminaux sur les propriétés de solution de PIPOZ, deux PIPOZs téléchéliques avec groupe perfluorodécanyle (FPIPOZ) ou groupe octadécyle (C18PIPOZ) comme extrémités de chaîne ont été synthétisés. Les valeurs de Tc des polymères téléchéliques ont beaucoup diminué par rapport à celle de PIPOZ. Des micelles stables se forment dans des solutions aqueuses de polymères téléchéliques. La micellization et la séparation de phase de ces polymères dans l’eau ont été étudiées. La séparation de phase de PIPOZs téléchéliques suit le mécanisme de MLLPS. Des différences en tailles de gouttelettes formées à l’intérieur de solutions de deux polymères ont été observées. Pour étudier profondément les différences dans le comportement d’association entre deux polymères téléchéliques, les intensités des signaux de polymères correspondants et les temps de relaxation T1, T2 ont été mesurés. Des valeurs de T2 de protons correspondants aux IPOZs sont plus hautes. / This thesis focused on the phase separation of two well-known thermoresponsive polymers, namely PNIPAM (poly(N-isopropylacrylamide)) and PIPOZ (poly(2-isopropyl-2-oxazoline). Despite various studies of the two polymers, two aspects of their thermal properties remained unclear and needed to be investigated. One is the cononsolvency effect of PNIPAM in water and a second water miscible solvent. The other is the effect of the end group properties on the phase separation of PIPOZ. With this in mind, we first studied the effect of the chain architecture on the cononsolvency of PNIPAM in water/methanol mixture, employing a 4-arm star shape PNIPAM and a cyclic PNIPAM as model. Tethering PNIPAM arms to a hydrophobic core resulted in a reduced Tc (cloud point temperature) and a lower phase transition enthalpy change. The Tc of the star shape PNIPAM was inversely dependent on the polymer molecular weight. The dehydration cooperativity was depressed for the star PNIPAM and cyclic PNIPAM due to topological constraints. A study of the effect of polymer concentration on the cononsolvency of PNIPAM in water/methanol mixture revealed a macroscopic liquid-liquid phase separation (MLLPS) for PNIPAM in water/methanol mixtures of methanol molar fraction ranging from 0.127 to 0.421 at a polymer concentration of 10 g·L-1. The turbid suspension of PNIPAM/water/methanol separated into a polymer rich phase coexisting with a polymer poor solution phase after equilibration for two days at room temperature. The phase diagram showing the MLLPS for the PNIPAM/water/methanol mixtures was constructed based on experimental data. The droplets in the condensed polymer rich phase showed a dependence on the methanol molar fraction. Methanol affects the surface tension of the liquid droplets. The slow equilibrium kinetics of PNIPAM phase separation was sped up and a macroscopic liquid-liquid phase separation realized. In order to study the effect of end groups on the solution properties of PIPOZ, two telechelic PIPOZ end capped with perfluorodecanyl groups (FPIPOZ) and octadecyl groups (C18PIPOZ), respectively, were synthesized. The Tc values of the telechelic polymers were greatly reduced after end-functionalization. Stable micelles formed in aqueous solutions of the telechelic polymers. The micellization and phase separation of the telechelic polymers in water were studied. The phase separation of the telechelic PIPOZs in water followed a liquid-liquid phase separation mechanism. Differences in the sizes of droplets formed inside of the two polymer solutions were observed. To further investigate the differences in the association behaviour between the two telechelic polymer, NMR signal intensities and T1 and T2 relaxation times were examined. Higher 1H T2 values were obtained for the IPOZ unit in FPIPOZ than that in C18PIPOZ, indicating a higher mobility of the main chain in the FPIPOZ micelles than that in the C18PIPOZ micelles. Together with the 13C NMR and 19F NMR relaxation studies, we obtained better knowledge of the association properties of the telechelic PIPOZ in water. NMR relaxation studies proved to be efficient way of probing the solution behaviour of the polymers.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail de thèse porte sur l'étude des propriétés statiques et dynamiques de solutions de sphères dures attractives à courte portée. Pour ce faire, nous avons développé au laboratoire un algorithme original appelé Browian Cluster Dynamics (BCD). Avec cet algorithme, une assemblée de sphères dures attractives et browniennes peut être relaxée depuis une température infinie jusqu'à son état d'équilibre à une température donnée en suivant une trajectoire réaliste dans l'espace des phases. Cette technique est basée sur le mouvement coopératif diffusionnel des amas transitoires formés au cours de la réaction d'agrégation. Cela nous permet d'accéder aux propriétés statiques, cinétiques et dynamiques du système, à tout instant, même loin de l'équilibre thermodynamique. De plus, la technique BCD permet de prendre en compte la rigidité des liens formés entre les sphères. En limitant la portée de l'interaction à une adhésion de contact, on a pu empêcher la séparation de phase et étudier ainsi les phénomènes de percolation et de transition vitreuse en diminuant la température. Ainsi nous avons pu montrer que les verres attractifs n'existent qu'à température nulle. En rendant les liens formés rigides, nous avons pu nous affranchir des phénomènes de cristallisation naturellement présents dans ce type de système et étudier la cinétique de séparation de phase de type liquide-liquide ainsi que les phénomènes de percolation dans la solution. L'introduction de la flexibilité des liens nous a permis d'étudier son influence sur le diagramme de phase (cristallisation) mais aussi sur les phénomènes d'agrégation irréversible. Cela nous a permis de comprendre la structure locale des amas formés au cours de certains processus d'agrégation irréversible au cours desquels les amas se restructurent par glissement des particules les constituant. Enfin, nous nous sommes intéressés aux propriétés de transport de matière dans les gels formés par agrégation irréversible. Pour cela nous avons étudié le mouvement brownien d'un traceur de taille variable dans des gels fabriqués à différentes concentrations et conditions d'agrégation. Nous avons pu établir une loi phénoménologique reliant le coefficient de diffusion du traceur au volume accessible à son centre de masse. La loi d'échelle gouvernant la transition entre diffusion et localisation du traceur est bien expliquée par la théorie de la percolation.

L'objectif de la thèse était d'étudier la mobilité de traceurs particulaires dans des milieuxcomplexes par microscopie confocale à balayage laser (CLSM) combinée avec le suivi demultiple particules (MPT) et le recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP).Tout d'abord, nous avons étudié la diffusion de particules dans les gels formés par des protéinesglobulaires. Dans ce but, des gels avec structures variés ont été préparés en faisant varier lesconcentrations en protéine et en sel. La structure a été caractérisée par l'analyse des imagesobtenues par CLSM en termes de fonction de corrélation de paires. La mobilité de particulesavec une large gamme de tailles (2nm - 1 micron) a été étudiée à la fois dans des gels homogèneset hétérogènes et reliée à la structure du gel.Deuxièmement, nous avons étudié des émulsions eau dans eau préparées en mélangeant dessolutions aqueuses de PEO et de dextran. Il a été montré que lorsque des particules colloïdalessont ajoutées, elles sont emprisonnées à l'interface eau-eau, car elles réduisent la tensioninterfaciale. La structure et le déplacement des particules à l'interface ont été déterminés parCLSM combinée avec MPT.

La recherche de matériaux dentaires efficaces est une préoccupation constante de toute l'histoire de la dentisterie. Avec l'émergence de meilleurs produits, le développement de matériaux toujours plus innovants s'est imposé. De plus, la combinaison de différentes sciences comme la chimie, la biologie, la physique et l'ingénierie a permis de mieux connaître les exigences liées à la restauration dentaire. Le projet BIODENSOL est un projet de recherche et de mobilité doctorale entre l'Université de Lyon et LUCIDEON Ltd (Stoke-on- Trent, Royaume-Uni), financé par la Commission européenne. Le projet a été conçu pour favoriser les relations entre la recherche académique et les applications commerciales, pour améliorer les innovations médicales et associer des chimistes de l'état solide avec des praticiens hospitaliers en contact direct avec les patients ayant des problèmes dentaires. Ce projet proposait trois thèses de doctorat permettant de répondre aux conséquences des caries et d'érosion de l'émail par les aliments acides, l'idée de base étant de favoriser la reminéralisation pour éviter ces problèmes. Les recherches ont évolué de manière indépendante selon trois voies distinctes examinant trois matériaux différents qui pourraient amener des solutions potentielles. Le sujet principal de cette thèse concerne l'étude de poudres de verre borosilicaté présentant une séparation de phases et pouvant être incorporées dans des ciments verre ionomères. Les verres borosilicatés sont des matériaux prometteurs qui ont été largement étudiés pour des applications biomédicales, comme par exemple les échafaudages dans les tissus mous où la réparation osseuse. Par analogie avec les verres silicatés développés par Hench en 1969, qui sont reconnus pour leur bioactivité et leurs propriétés antimicrobiennes, les verres borosilicatés pourraient intéresser la dentisterie. Le système de verre étudié ici est un verre basé sur l'association de 5 constituants, SiO2-K2O-B2O3-CaO-Al2O3, qui a une forte tendance à la séparation des phases. L'objectif de ce travail est d'élaborer par fusion/trempe puis caractériser une série de nouvelles formulations de verres borosilicatés, puis de comprendre le mécanisme et la cinétique de dissolution en relation avec leur microstructure et leur composition. La variation des proportions de chaque constituant est déterminée par l'approche des plans d'expérience. L'utilisation d'un traitement thermique pour favoriser la séparation des phases en vue d'influencer le taux de libération cationique a été spécialement étudiée. Le processus de dissolution des borosilicates dans une solution aqueuse neutre (fluide corporel simulé) ou dans une solution acide (simulant des scénarios où des bactéries ou des aliments acides sont présents) fournit des informations sur le type et la concentration des espèces libérées par le verre. Différentes compositions ont été étudiées dans lesquelles SiO2 et K2O sont fixés tandis que les autres éléments varient afin d'évaluer l'effet sur la séparation de phases. Les cinétiques de dissolution des ions B-, Si-, Ca-, K- et Al- peuvent alors être reliées à la chimie du verre et à la microstructure. La séparation de phases amorphes (APS) provoque la séparation d'une phase unique initialement homogène en deux phases ou plus de compositions différentes. Le degré d'interconnectivité des deux phases vitreuses dépend de la nature du mécanisme de séparation de phases. Les verres élaborés sont optiquement transparents, puis deviennent plus ou moins opalescents suite à un traitement thermique. Le degré d'opacité est clairement dépendant de la proportion des éléments entrant dans la composition du verre. Le schéma de la libération d'ions implique que l'une des phases est plus réactive et sensible à l'attaque ; elle sera dissoute plus rapidement du verre... [etc] / The research for efficient dental materials has been a constant throughout the history of dentistry. As better materials emerged, the development of ever more innovative materials has been pushed forward. Moreover the combination of different sciences such as chemistry, biology, physics and engineering has provided better knowledge to the demanding requirements of the dental restorations. The BIODENSOL project is a European commission funded mobility research project managed by the University of Lyon and LUCIDEON Ltd, Stoke-on-Trent, UK. The project is designed to help building relations between academic and commercial research to enhance medical innovations and associates solid state chemists and hospital practicioners in direct contact with the patients with dental problems. This project proposes three PhD studies to address the problems of caries and enamel erosion by acidic foods (leading to sensitive teeth) encouraging re-mineralization to help avoid these problems. The researches independently evolved in three different routes investigating three different materials that could provide potential solutions. The main objective of this thesis concerns the study of Borosilicate phase separated glass powders for glass ionomer cements. As silicate bioglasses developed by Hench in 1969, regarding their bioactivity and antimicrobial properties, borosilicates glasses are promising materials and have been widely studied for biomedical applications for scaffolds in soft tissues and for bone repair and could be of interest in dentistry. The glass system studied here is a borosilicate glass (SiO2-K2O-B2O3-CaO-Al2O3) with a strong tendency to phase separate. The objective of this work is to characterize a series of the novel borosilicate formulations and to understand the mechanism and kinetic of dissolution related to their microstructure and composition. The use of thermal treatment to promote phase separation as a means of influencing the rate of ion leaching was especially studied. The dissolution process of borosilicates in neutral body solution (simulating body fluid) or in acid solution (simulating scenarios where bacteria or acid foods are present) provides information regarding the type and concentration of species released by the glass. Different compositions have been investigated in which SiO2 and K2O are fixed while the other elements are varied in order to assess the effect on the phase separation. As the novel borosilicates produced with the meltquenching technique is immersed in an aqueous environment, B-, Si-, Ca-, K- and Al- species are released to different degrees as a function of the time. Ion leaching trends can be related to the glass chemistry and microstructure. It has been shown that the amorphous phase separation (APS) causes an initially homogeneous single phase to separate into two or more phases of different compositions. The degree of interconnectivity of the two glass phases depend on the nature of the phase separation mechanism. This process can occur by a nucleation and growth process which gives isolated spherical particles or by spinodal decomposition where an interconnected structure is obtained. It is significant that before a heat-treatment the glasses are optically clear, but turn opalescent to different degrees following a heat treatment depending on the wt% of the elements in the composition. The pattern of the ion release implies that one of the phases is more reactive and susceptible to acid attack and will be leached out from the glass earlier. The other phase will remain in the cement improving the mechanical properties of the dental restorative material. Moreover, the mixing of the glass powder with a commercial poly(acrylic acid) has shown interesting mechanical and bioactive properties. This work showed how the ions leaching are influenced by the glass composition and the heat-treatment... [etc]

Le but de cette thèse est de développer et d’analyser les méthodes Hybrides d’Ordre Élevé (HHO: Hybrid High-Order, en anglais) pour des problèmes d’interfaces. Nous nous intéressons à deux types d’interfaces (i) les interfaces diffuses, et (ii) les interfaces traitées comme frontières internes du domaine computationnel. La première moitié de ce manuscrit est consacrée aux interfaces diffuses, et plus précisément aux célèbres équations de Cahn–Hilliard qui modélisent le processus de séparation de phase par lequel les deux composants d’un fluide binaire se séparent pour former des domaines purs en chaque composant. Dans la deuxième moitié, nous considérons des modèles à dimension hybride pour la simulation d’écoulements de Darcy et de transports passifs en milieu poreux fracturé, dans lequel la fracture est considérée comme un hyperplan (d’où le terme hybride) qui traverse le domaine computationnel. / The purpose of this Ph.D. thesis is to design and analyse Hybrid High-Order (HHO) methods on some interface problems. By interface, we mean (i) diffuse interface, and (ii) interface as an immersed boundary. The first half of this manuscrit is dedicated to diffuse interface, more precisely we consider the so called Cahn–Hilliard problem that models the process of phase separation, by which the two components of a binary fluid spontaneously separate and form domains pure in each component. In the second half, we deal with the interface as an immersed boundary and consider a hybrid dimensional model for the simulation of Darcy flows and passive transport in fractured porous media, in which the fracture is considered as an hyperplane that crosses our domain of interest.

Ce travail de thèse a été consacré au développement de nanocomposites polymère (PVDF-co-HFP) – silice hautement chargés en nanoparticules par voie solvant. La combinaison d’un polymère fluoré ; ayant des propriétés mécaniques, diélectriques, piézoélectriques et pyroélectriques très intéressantes ; avec des nanoparticules de silice pourrait nous permettre le développement de nouvelles solutions dans le domaine de l’énergie. Ainsi nous avons étudié l’impact de la chimie de surface des nanoparticules de silice, des paramètres expérimentaux et du procédé par voie solvant sur la structure et les propriétés finales des matériaux obtenus. Pour la réalisation de ces matériaux par voie solvant, une solution P(VDF-co-HFP) – silice dans un solvant commun est préparée puis séchée. Dans le cadre de ce projet nous avons travaillé avec des cétones aliphatiques présentant différentes longueurs de chaînes: la Methyl Ethyl Ketone (MEK) et la 2-heptanone. Ainsi pour la préparation des solutions nous avons développé une approche générique pour transférer des nanoparticules en solution dans l’eau dans un solvant organique par l’intermédiaire d’un agent de transfert. Cependant, avant l’étape de dépôt et séchage, nous avons constaté que le PVDF et ses copolymères (dont le P(VDF-co-HFP)) forment un gel thermoréversible dans ces deux solvants ; avec ou sans silice. Cette gélification impacte certainement l’étape de solvent casting or aucun consensus concernant les mécanismes responsables de la gélification de ce polymère n’a été trouvé dans la littérature. Il apparait primordial de comprendre les mécanismes de gélification du P(VDF-co-HFP) avant d’étudier les propriétés des nanocomposites. Pour cela nous avons étudié l’influence de différents paramètres : nature du solvant, concentration en copolymère, température, présence de charges (concentration et chimie de surface) sur les mécanismes de gélification (Chapitre 3). La cinétique de gélification a été étudiée par tube-tilting et rhéologie linéaire. Une combinaison de RMN 19F, DSC, SAXS, WAXS et rhéologie non-linéaire a été utilisée pour déterminer les mécanismes réponsables de la gélification du P(VDF-co-HFP) dans ces solvants. La 19F RMN a montré l'existence d'un réseau de polymère où des zones rigides agiraient comme des noeuds de réticulation. Ce comportement n'a été observé qu'à l'état gel: aucun réseau de polymère ou aucune zone rigide n'existent quand la solution de polymère est à l'état liquide. La nature et la fraction volumique de ces zones rigides présentes à l'état gel ont été étudiés par DSC et diffraction des rayons X. Une faible fraction de cristallites, qui correspondrait aux zones rigides, a été observée dans ces gels. Dans une troisième étape (Chapitre 4), l'impact de l'addition de silice sur la gélification du P(VDF-co-HFP) a été étudié. Pour cela, des gels polymère-silice ont été formulés dans la MEK et la 2-heptanone en utilisant deux sources de silice nanométrique: celle préparée par transfert de phase et une solution commerciale Nissan. Nous avons observé que la présence de silice impacte peu la gélification du polymère contrairement au procédé, et plus particulièrement à la présence d'eau résiduelle dans le matériau. La rhéologie non linéaire des gels dans la 2-heptanone, chargés ou non en silice, a ensuite été étudiée sous LAOS. Le comportement de ces matériaux varie avec la contrainte et passe d'un régime élastique à un régime visqueux. Cependant avant de passer dans le domaine visqueux, les gels non chargés montre un fort strain-hardening. Au contraire, l'incorporation de nanoparticules inhibe le strain-hardening. Dans une dernière étape, des films P(VDF-co-HFP)-silice ont été préparés par voie solvant. Des matériaux homogènes contenant jusqu'à 40wt% de nanoparticules ont été obtenus, avec des états de dispersions différents et finement controlés. L'impact de la concentration et de l'état de dispersion sur les propriétés mécaniques a été finalement étudiés / The general context of this PhD thesis is the development of highly filled polymer– silica model nanocomposites by solvent route, based on copolymers of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, denoted as P(VDF-co-HFP). Due to their unique combination of mechanical, dielectric, piezoelectric and pyroelectric properties, PVDF and VDF-copolymers combined with silica are good candidates for new advanced applications like actuation or energy harvesting. In this context, the primary objective was to understand how the filler surface chemistry and formulation parameters, as well as the solvent casting process, affect the final structure and properties of the materials. To elaborate P(VDF-co-HFP) nanocomposites with silica by solvent casting, a first step was to prepare solutions of silica and the polymer in a common solvent which will be subsequently dried. Aliphatic ketone solvents of various chain length, namely methyl ethyl ketone (MEK) and 2-heptanone, were used. For this purpose a generic approach to transfer silica nanoparticles from water to organic solvent through a transfer agent was developed. VDF-based copolymer solutions (filled or not with nanoparticles) exhibit thermoreversible gelation in ketone solvents, which may subsequently impact the processing of materials by solvent casting. Studying the phenomenology of PVDF gelation in thus of major concern for controlling the processing of those nanocomposites. No general consensus on the gelation mechanisms is found in the literature. In this context, the gelation of a semi-crystalline P(VDF-co-HFP) in MEK or 2-heptanone was studied. The gelation kinetics was investigated by tube-tilting and linear rheology. A combination of 19F Nuclear Magnetic Resonance (NMR), DSC, SAXS, WAXS and nonlinear rheology was used to probe the structure of these systems and the gelation mechanisms. 19F NMR shows the occurrence of a polymer network-like structure with rigid zones which may act as cross-links. Such a behavior is only observed in the gel state: no polymer network or rigid zones are present when the polymer solution is in the liquid state. The nature and volume fraction of the rigid zones present in the gel state were investigated with DSC and X-ray diffraction. A small crystalline fraction, which may correspond to the rigid zones, is observed in gels. In a third step, the impact of adding silica nanoparticles on the gelation kinetics of P(VDF-co-HFP) was studied. To do so, copolymer – silica gels were formulated in MEK and 2-heptanone using two sources of organic silica solutions, the one prepared previously by phase transfer and a commercial one from Nissan. We found that the presence of silica nanoparticles hardly disturbs the gelation of P(VDF-co-HFP). Conversely, the process, and more particularly the presence of residual water within the material, has a strong impact on the structure of the gels and gelation kinetics.The nonlinear rheological properties of the P(VDF-co-HFP) physical gels filled or not with silica nanoparticles were investigated in 2-heptanone only (as MEK is too volatile), using Large Amplitude Oscillatory Shear (LAOS) experiments (Chapter 5). The behavior of all materials changes from elastic at small strain to viscous at high strain amplitudes. Before abruptly changing from elastic to viscous behavior, unfilled gels exhibit strong strain-hardening. Incorporating silica nanoparticles is found to inhibit strain-hardening. In a last step, P(VDF-co-HFP) – silica solid films were obtained by solvent casting the previously prepared systems. Homogeneous materials filled up to 40 wt% of silica nanoparticles were obtained, with different and finely controlled dispersion states of nanoparticles, related to the structure of the initial gels or solutions. The impact of the concentration and dispersion state of the fillers on the mechanical performances (particularly the mechanical toughness) was investigated

Les réactions de macrocyclisation sont souvent difficiles à réaliser du point de vue expérimental, puisque la dilution élevée nécessaire requiert un montage encombrant et la purification du mélange est souvent complexe en raison d’une mauvaise sélectivité de cyclisation. Ces raisons peuvent compliquer la planification des voies de synthèse, ce qui dissuade souvent les chimistes d’utiliser les macrocycles pour différentes applications. Dans les dernières années, notre groupe de recherche a développé une méthode nommée stratégie de séparation de phase. Il s’agit d’un nouveau protocole permettant de faire des réactions de macrocyclisation de façon monotope et dans un milieu beaucoup plus concentré, tout en évitant les réactions parasites d’oligomérisation, facilitant ainsi la purification des macrocycles obtenus. Cette thèse décrit le développement et l’application de stratégies permettant de surmonter les défis liés aux réactions de macrocyclisation. Dans la première partie de la thèse, le protocole de la stratégie de séparation de phase a pu être utilisé pour la synthèse de squelettes macrocycliques complexes, comme celui du produit naturel ivorenolide A (Chapitre 4) et celui de l’anti-viral vaniprevir (Chapitre 6). Ce protocole a permis de réaliser l’étape de macrocyclisation dans un milieu réactionnel 120 fois plus concentré, tout en maintenant un niveau de sélectivité de macrocyclisation élevé. Dans la deuxième partie de la thèse, le développement d’une nouvelle synthèse d’acétylures de soufre catalysée par un complexe de cuivre a permis la synthèse d’une librairie de macrocycles peptidiques (Chapitre 8). L’incorporation du motif acétylure de soufre a aussi permis la diversification de ce dernier afin de greffer plusieurs étiquettes bioactives. Pour terminer, l’étendue de la réaction intermoléculaire de la nouvelle réaction de formation de thioalcynes a été explorée (Chapitre 9). Ceci a permis la synthèse d’alcynes disubstitués par des hétéroatomes ainsi que la fonctionnalisation de peptides contenant une cystéine non protégée. Des études mécanistiques expérimentales et computationnelles de la nouvelle méthode de synthèse de thioalcynes ont aussi été réalisées. / Macrocyclization reactions can be problematic due to poor selectivity of cyclization versus oligomerization. As such, difficult purification of complex mixtures and/or the use of complex and cumbersome experimental setups are often necessary. The drawbacks can complicate synthetic pathways and deter chemists from exploring the unique chemical space of macrocycles. Our group has developed a new macrocyclization strategy called phase separation strategy, a protocol enabling one-pot macrocyclization reactions at much higher concentration. In the present thesis, the challenges associated with macrocyclization reactions are tackled by the development and the application of new strategies. First, the phase separation strategy protocol was used to synthesize the backbone of complex macrocycles like the natural product ivorenolide A (Chapter 4) and the antiviral vaniprevir (Chapter 6). With the use of the phase separation strategy protocol, macrocyclization reactions were performed at concentrations 120 times higher than traditional protocols while maintaining a high level of macrocyclization selectivity. Second, the development of a new copper-catalyzed synthesis of alkynyl sulfides for the synthesis of a macrocyclic peptide library is described (Chapter 8). The macrocyclic peptides were also tagged with several biomarkers by diversification of the resulting alkynyl sulfide motif. Finally, the scope of the intermolecular copper-catalyzed reaction was explored (Chapter 9). Using the method, bis-heteroatom substituted alkynes were synthesized and modification of unprotected cysteine sidechains was possible. Furthermore, the mechanistic reaction pathway of the new alkynyl sulfide synthesis was studied experimentally and computationally.

L'homéostasie cellulaire implique une régulation fine de la production ainsi que de l'élimination des protéines. La dérégulation de cette homéostasie entraîne des effets néfastes touchant de nombreuses voies de signalisation et de métabolisme et pouvant conduire à diverses maladies telles que le cancer ou la neurodégénérescence. De ce fait, la dégradation des protéines est un processus hautement contrôlé effectué par le système ubiquitine-protéasome (UPS) qui permet le ciblage, l’étiquetage et la dégradation des protéines mal repliées, endommagées ou en fin de vie. Le protéasome est un complexe multiprotéique vital présent dans toutes les cellules eucaryotes dont la biogenèse, la fonction de dégradation et la régulation dans le cytoplasme sont bien connues. Cependant, la fonction du protéasome dans le noyau, notamment en réponse au stress, est encore peu comprise. Les cellules ont développé de nombreux mécanismes adaptatifs en réponse à la variation de l'apport en nutriments comme l’augmentation de la dégradation et le recyclage des protéines. Chez l’humain, le protéasome est dégradé dans le cytoplasme par autophagie lors d’une privation de nutriments mais les mécanismes de régulation du protéasome nucléaire en réponse au stress métabolique restent peu connus. Nous avons trouvé que le protéasome 26S et la sous-unité régulatrice PSME3 forment des foyers nucléaires dans différents types cellulaires de mammifère en réponse à une privation en nutriments. Les foyers, nommés SIPAN pour Starvation-Induced Proteasome Assemblies in the Nucleus, ne sont colocalisés avec aucune structure ou corps nucléaires connus. La formation des SIPAN est réversible lors d’une réintégration des nutriments, suggérant une réponse spécifique liée à un stress métabolique. La manipulation de la quantité d’acides aminés intracellulaire a révélé que les acides aminés non-essentiels jouent un rôle important dans la formation et la résolution des SIPAN. Une analyse métabolomique a permis de trouver des voies reliées au métabolisme des nucléotides et des acides aminés qui pourraient fournir des facteurs clés pour la dissipation des foyers du protéasome. Le fort dynamisme des SIPAN, la présence d’événements de fusion et leur instabilité vis-à-vis des conditions cellulaires suggèrent que les SIPAN résultent d’une séparation de phase liquide-liquide (LLPS). De plus, nous avons trouvé que l’ubiquitine conjuguée est présente dans les SIPAN et que l’ubiquitination et la déubiquitination semblent être impliquées dans la formation et la résolution, respectivement. Nous avons ensuite découvert que la perte du récepteur à l’ubiquitine RAD23B empêche la formation des SIPAN. En effet, les domaines de liaison au protéasome UBL et de liaison à l’ubiquitine UBA1/UBA2 sont nécessaires pour la formation des SIPAN. De manière intéressante, la perte de RAD23B ou du complexe régulateur PSME3 retarde l’induction de l’apoptose et promeut la survie cellulaire. Enfin, en utilisant un inducteur de l’apoptose, nous avons observé l’apparition de ces foyers du protéasome dans le noyau des cellules dont certaines caractéristiques sont similaires aux SIPAN. Notre étude aborde une question très importante dans la compréhension des rôles et du dynamisme du protéasome nucléaire, en particulier dans l'adaptation au stress, qui peut réguler le niveau des protéines nucléaires. De façon générale, cela nous aidera à mieux comprendre le rôle du protéasome dans l’homéostasie nucléaire et son implication dans les maladies humaines. / Cellular homeostasis involves specific regulation of the production as well as the elimination of proteins. The deregulation of this equilibrium leads to harmful effects affecting many signaling and metabolic pathways and can lead to various diseases, such as cancer or neurodegeneration. Hence, protein degradation is a highly controlled process performed by the ubiquitin-proteasome system (UPS) that allows targeting, labeling and degradation of misfolded, damaged, or end-of-life proteins. The proteasome is a vital multiprotein complex found in all eukaryotic cells whose biogenesis, degradative function, and regulation in the cytoplasm are well known. However, the function of the proteasome in the nucleus, particularly in response to stress, is still poorly understood. Cells have evolved many adaptive mechanisms in response to varying nutrient supply such as increased protein degradation and recycling. In humans, the proteasome is degraded in the cytoplasm by autophagy during nutrient deprivation, but the regulatory mechanisms of the nuclear proteasome in response to metabolic stress remain poorly understood. We have found that the 26S proteasome and regulatory subunit PSME3 form nuclear foci in different mammalian cell types in response to nutrient deprivation. These foci, called SIPAN for Starvation-Induced Proteasome Assemblies in the Nucleus, do not colocalize with any known nuclear structures or bodies. The formation of SIPAN is reversible upon nutrient replenishment, suggesting a specific response to metabolic stress. Manipulation of the intracellular amino acid pool revealed that non-essential amino acids play important roles in the formation and resolution of SIPAN. A metabolomics study has identified pathways related to nucleotide and amino acid metabolism that may provide key factors for the dissipation of the proteasome foci. The strong dynamism of SIPAN, the presence of fusion events and their instability towards cellular conditions suggest that SIPAN result from liquid-liquid phase separation (LLPS). Additionally, we have found that conjugated ubiquitin is present in SIPAN and that ubiquitination and deubiquitination appear to be involved in their formation and resolution, respectively. We then discovered that the depletion of the ubiquitin receptor RAD23B prevents the formation of SIPAN. Indeed, the UBL proteasome binding domain and UBA1/UBA2 ubiquitin binding domains are required for SIPAN formation. Interestingly, the depletion of RAD23B or the proteasome regulatory particle PSME3 delays the induction of apoptosis and promotes cell survival. Finally, we found that an apoptosis-inducing agent promotes proteasome foci formation in the nucleus of cells, and these organelles share similarities with SIPAN. Our study addresses a very important question in understanding the roles and dynamism of the proteasome in the nucleus, specifically during stress adaptation, which can regulate the level of nuclear proteins. In general, this will help us to better understand the role of the proteasome in nuclear homeostasis and its involvement in human diseases.