La miniaturisation des transistors atteignant aujourd’hui des tailles de l’ordrede la dizaine de nanomètres a introduit des problèmes de contrôle de la chaleuraux courtes échelles. Ce défi industriel, parmi d’autres, a permis l’émergencede l’étude des transferts thermiques à l’échelle nanométrique. Un des axes derecherche de cette thématique concerne le rayonnement de champ proche. Ils’agit de comprendre le comportement des ondes thermiques sur des distancesinférieures à leur longueur d’onde. A cette échelle les ondes contenant la densitéénergétique la plus importante sont des ondes évanescentes, confinées ensurface. Le phonon-polariton de surface (PPS) en est un type : c’est une ondeévanescente se propageant à la surface de matériaux polaires et diélectriques.L’objectif de ce travail de thèse est d’examiner la propagation de PPS le longde la surface de tubes de verre micrométriques, et de montrer en quoi cettegéométrie favorise le transfert de chaleur par le biais de ces ondes.Une étude théorique a été menée pour justifier l’utilisation de ce guide d’ondesde chaleur dont la conductivité thermique peut être jusqu’à doublée grâce auxPPS. La présence des PPS est ensuite détectée expérimentalement. En effetla diffraction de ces ondes à la pointe du tube est décelée par un ensemblemicroscope-spectromètre à transformée de Fourier IR. Le spectre du rayonnementobtenu prouve la diffraction de PPS grâce à leurs signatures spectralesspécifiques. / Miniaturization of transistors, whose sizes reach a few tens of nanometers nowadays,implies new problems of heat control at very short scales. This big challenge among others enabled the emergence of nanoscale heat transfer as a new research domain. Near-field heat transfer is one of the axis of this thematic.It concerns the behavior of thermal waves at a scale shorter than their wave lengths.Under these conditions the waves with the highest energy density are evanescent, that is confined at the surface. Surface phonon-polariton (SPhP) is a particular case of an evanescent wave propagating at the surface of a polar dielectric material. This PhD work consists in examining SPhP propagation along the surface of micrometric glass tubes and in proving the ability of these waves to enhance heat transfer in these systems.A theoretical analysis has been carried out to justify the use of such heat waveguides whose thermal conductivity can be doubled due to SPhP. The experimental detection of those waves based on their diffraction at the tip of the glass tubes is then presented. This emission is measured thanks to the assembly of a microscope and a Fourier-transform IR spectrometer. The presence of SPhPs is proved through measured spectra exhibiting their characteristic spectral signature.

Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans un projet de développement d’un Lab-On-Chip destiné à la biodétection. Les plateformes conçues sont basées sur des circuits optiques intégrés sur niobate de lithium. La particularité de ces circuits est qu’ils intègrent le phénomène d’interférence à la fonction de guidage des ondes lumineuses.La fonction d’interférométrie est assurée grâce à une cavité Fabry-Pérot intégrée à un guide d’onde rectiligne et à une structure Mach-Zehnder. Lorsque la surface des supports de ces circuits est bio-fonctionnalisée, ces microsystèmes deviennent sensibles à des molécules cibles. Cette sensibilité se traduit par une variation de l’indice effectifde l’onde en propagation par couplage évanescent modifiant ainsi les conditions de résonance du résonateur Fabry-Pérot. Le vrai challenge de ce travail réside essentiellement dans la bio-fonctionnalisation du niobate de lithium.A notre connaissance, ce matériau favori en optique guidée grâce à ses propriétés physiques exceptionnelles n’a été que rarement sujet à des modifications chimiques de surface. L’implantation réussie de groupements fonctionnels amines à la surface de ce matériau a permis de générer un lien covalent entre ce support et les groupements fonctionnels des molécules sondes. En raison de la grande affinité entre l’avidine et la biotine, ce couple a servi de modèle pour la mise au point de ces bio-capteurs. Un suivi en temps réel des interactions à la surface était rendu possible par une expérimentation sur l’un des bio-capteurs. / The work of this thesis is part of a project of a Lab-On-Chip development intended for biosensing. The de-signed platforms are based on integrated optical circuits on lithium niobate. The peculiarity of these circuits isthat they incorporate the phenomenon of interference with the function of guiding light waves. The interferometricfunction is provided by a Fabry-Perot cavity embedded in a straight waveguide and a Mach-Zehnder structure.When the surface of these circuits substrates is biofunctionalized, these microsystems become sensitive to targetmolecules. This sensitivity results in a variation of the effective index of the propagation wave by evanescent cou-pling and modifying the resonance conditions of the Fabry-Perot resonator. The real challenge of this work liesin the biofunctionalization of lithium niobate. To our knowledge, this guided optics favorite material thanks toits exceptional physical properties has been hitherto rarely subject to chemical surface modifications. Successfulimplementation of amino functions on the surface of this material has generating a covalent bond between thissubstrate and the functional groups of the probe molecules. Due to the high affinity between avidin and biotin, thiscouple served as a model for the development of biosensors. A real-time monitoring of surface interactions wasmade possible by experimentation on one of biosensors.

Le réchauffement de la planète, en partie dû à l'augmentation des teneurs du dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère, pousse les scientifiques à trouver des méthodes et des techniques performantes pour limiter les émissions de ce gaz. L'objectif de ce travail est d'améliorer le piégeage du CO2 sur des adsorbants à base de zéolithe et d'optimiser la désorption dans une gamme de température peu élevée (35 – 350°C). Afin d'apprécier l'influence de la méthode de synthèse, des échanges cationiques (K+, Li+, Mg2+, Ca2+ et Ba2+), des mélanges mécaniques (MgO), et des imprégnations (Mg et Ca) ont été réalisés sur la faujasite NaX.L'étude de la désorption en température (-60 à 200°C) du CO2 indique une augmentation des quantités physisorbées entre 35 – 60°C sur les adsorbants préparés. Les proportions sont de l'ordre de 5 à 20% supérieures à celles de la zéolithe de référence NaX. Quelques échantillons à faible teneur en oxyde montrent aussi une augmentation des quantités entre 60 – 120°C, en particulier la zéolithe imprégnée à 5% en acétate de magnésium avec une amélioration de 15%. Ainsi, une augmentation des interactions CO2 / structure zéolithique sur les échantillons est confirmée. En adsorption dynamique à lit fixe, le mélange mécanique à 2% d’oxyde apparaît piéger plus de CO2 que la zéolithe NaX. Des études du piégeage du CO2 ont aussi été menées en absence et en présence d'humidité puis avec des mélanges gazeux (CH4 ou C3H8). En présence d'humidité, les capacités d'adsorption du CO2 sont fortement affectées. En présence de méthane ou de propane, aucune modification des capacités d'adsorption n'est visible sur la zéolithe échangée à 100% au baryum. / Due to increase of the carbon dioxide concentration, the global warning pushes scientists to find the processes to limit these emissions. The aim of this work is to increase the CO2 storage on the materials mainly constituted of zeolite and to optimize the desorption in the temperature range between 35 – 350°C. In order to investigate the synthesis method, various samples were obtained using either the cationic exchanges (K+, Li+, Mg2+, Ca2+ et Ba2+), mechanical mixtures (MgO) or the impregnation process (Mg(CH3COO)2 and Ca(CH3COO)2).CO2 Thermal desorption study (-60 – 600°C) indicates an increase of the physisorbed compounds between 35 – 60°C on the synthesized samples. The amounts are of about 5 to 20% higher compared to the NaX reference zeolite. Few samples with low oxide amount show also an increase between 60 – 120°C, especially the zeolite impregnated (5%) which desorbs 15% more than NaX. Thus, an increase of the CO2 / zeolite interactions is confirmed.In fixed bed dynamic adsorption, the mechanical mixture with 2% of oxide traps more CO2 than the reference zeolite. These studies were also been performed in presence / absence of humidity using gaseous mixture (CH4 or C3H8). With water, the CO2 adsorption capacities are strongly affected. In presence of methane or propane, no change of adsorption capacities is observed with the baryum exchanged zeolite.

Ce travail est basé sur la synthèse d’un liant aluminosilicaté de type géopolymère à partir de différentes argiles tunisiennes. Afin de comprendre les mécanismes de géopolymérisation, une première étape a concerné la caractérisation des matières premières argileuses par différentes méthodes d’analyses ainsi que leur comportement vis-à-vis du traitement thermique. La faisabilité des matériaux consolidés a été étudiée afin de comprendre le rôle des minéraux associés et la granulométrie de l’argile, en présence d’une solution de référence et de sources aluminosilicatées connues, sur les produits synthétisés. Afin d’identifier le rôle de la solution alcaline, de nouvelles formulations ont été élaborées et comparées aux précédentes en présence des argiles tunisiennes. Plusieurs techniques ont été réalisées pour évaluer les matériaux au cours de leur formation par spectroscopie infrarouge et après consolidation par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et analyse thermique. Leurs propriétés mécaniques ont été testées par compression. / This work is based on the synthesis of geopolymers from different Tunisian clays. In order to understand the geoplymerization mechanisms two steps are established. The first is relate to the characterization of the raw clays materials through different analyzes and their behavior with thermal treatment. The second involve around the study of geopolymers feasibility in order to understand the role of associated minerals and particle size, in the presence of a reference solution and aluminosilicate sources, on the synthesized products. To identify the role of the alkaline solution, new formulations have been developed and compared with previous one in the presence of Tunisian clays. Several techniques are used to characterize the materials during their formation: Infrared Spectroscopy, X ray diffraction, Scanning Electron Microscopy analysis and Thermal analysis. Their mechanical properties were tested by compression.

There is an urgent need to develop reliable and cost-saving methods to select pre-clinically new drug candidates with original mechanism for cancer therapy. Previous results have shown that IR spectra of cancer cells exposed to various drugs provided a global signature of all the metabolic changes induced by the treatments. In this thesis, we attempted to develop a selection criterion – based on FTIR spectroscopy – for potential antitumor compounds according to their mechanism of action. <p>In chapter III, it was demonstrated that spectral variations in IR spectra of cancer cells induced by a treatment can be correlated to the mechanism of the drug. Human prostate cancer PC-3 cells were exposed to 7 well-described anticancer drugs belonging to 3 distinct classes. Each class is characterized by a unique mode of action. Drugs known to induce similar types of metabolic disturbances appear to cluster when spectrum shapes are analyzed. Chapter IV generalized the results obtained on PC-3 cells with six other cell lines. We showed that the spectral signatures of drug effects are mainly independent of the cell line. Chapter V indicated that, while the cell cycle phase influence IR spectra of cells, the drug spectral signature was dominated by global metabolic modifications and not much by the cell cycle perturbations due to this drug. <p>Chapter VI and VII focused on lipids. While the precise identification of particular molecules is particularly complex with IR spectroscopy, we attempted to extract more precise information and to assign spectral variations to specific changes in lipids. IR spectra of lipids contain very interesting details on their nature and structure. We achieved to build a tool which quantifies five major lipid classes in complex mixtures such as total lipid cell extracts. However, based on this tool, the treatments used do not induce any variation in the lipid cell composition (for five classes).<p>Finally, in chapter VIII, we applied the method developed previously on a new potential class of anticancer molecules: the polyphenols. A global method was particularly interesting as the development of therapy using these compounds is hampered by the complexity of the multiple anticarcinogenic mechanisms of these molecules. We have noticed the similarities and discrepancies among 3 very close synthetic molecules and the observations were coherent with previous biological data. We also compared them with 3 natural molecules already in clinical phase for treatment of various cancers.<p>In conclusion, we developed an objective classifier for potential anticancer drugs based on their global effects on cancer cells. Applied to a larger scale, this method could constitute a first step in the screening method to select drugs with original mode of action.<p>There is an urgent need to develop reliable and cost-saving methods to select pre-clinically new drug candidates with original mechanism for cancer therapy. Previous results have shown that IR spectra of cancer cells exposed to various drugs provided a global signature of all the metabolic changes induced by the treatments. In this thesis, we attempted to develop a selection criterion – based on FTIR spectroscopy – for potential antitumor compounds according to their mechanism of action. <p>In chapter III, it was demonstrated that spectral variations in IR spectra of cancer cells induced by a treatment can be correlated to the mechanism of the drug. Human prostate cancer PC-3 cells were exposed to 7 well-described anticancer drugs belonging to 3 distinct classes. Each class is characterized by a unique mode of action. Drugs known to induce similar types of metabolic disturbances appear to cluster when spectrum shapes are analyzed. Chapter IV generalized the results obtained on PC-3 cells with six other cell lines. We showed that the spectral signatures of drug effects are mainly independent of the cell line. Chapter V indicated that, while the cell cycle phase influence IR spectra of cells, the drug spectral signature was dominated by global metabolic modifications and not much by the cell cycle perturbations due to this drug. <p>Chapter VI and VII focused on lipids. While the precise identification of particular molecules is particularly complex with IR spectroscopy, we attempted to extract more precise information and to assign spectral variations to specific changes in lipids. IR spectra of lipids contain very interesting details on their nature and structure. We achieved to build a tool which quantifies five major lipid classes in complex mixtures such as total lipid cell extracts. However, based on this tool, the treatments used do not induce any variation in the lipid cell composition (for five classes).<p>Finally, in chapter VIII, we applied the method developed previously on a new potential class of anticancer molecules: the polyphenols. A global method was particularly interesting as the development of therapy using these compounds is hampered by the complexity of the multiple anticarcinogenic mechanisms of these molecules. We have noticed the similarities and discrepancies among 3 very close synthetic molecules and the observations were coherent with previous biological data. We also compared them with 3 natural molecules already in clinical phase for treatment of various cancers.<p>In conclusion, we developed an objective classifier for potential anticancer drugs based on their global effects on cancer cells. Applied to a larger scale, this method could constitute a first step in the screening method to select drugs with original mode of action.<p><p>Afin d’améliorer les thérapies contre le cancer, il devient actuellement cruciale de développer une méthode pour améliorer la sélection préclinique de nouvelles molécules, potentiellement anticancéreuses. Des publications précédentes ont mis en évidence que les spectres infrarouges de cellules cancéreuses exposées à différents agents thérapeutiques fournissent une empreinte globale de l’ensemble des changements métaboliques induit par ce médicament. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser la spectroscopie infrarouge pour mettre au point un critère de sélection basé sur le mode d’action des agents anticancéreux. Plusieurs aspects de la technique ont été investigués. Nous avons d’abord démontré la possibilité d’utiliser les spectres infrarouges de cellules cancéreuses de prostate PC-3 traitées avec 7 drogues pour classer ces molécules selon leur mode d’action. Nous avons ensuite reproduit les résultats obtenus sur PC-3 avec 6 autres lignées cellulaires et montré que la signature spectrale obtenue était largement indépendante de la lignée. Par la suite, nous avons étudié si l’effet sur le cycle cellulaire induit par de nombreuses molécules anticancéreuses, pouvait expliquer certains changements spectraux observés suite au traitement. Nous avons pu montrer que la majorité des variations spectrales n’étaient pas liées à une perturbation du cycle cellulaire. Nous nous sommes ensuite concentrés sur une classe de molécules en particulier: les lipides. Après avoir mis en évidence l’ensemble des informations contenues dans un spectre infrarouge de lipides, nous avons mis au point un modèle permettant de quantifier 5 classes de lipides dans des mélanges complexes tels que des extraits lipidiques provenant de cellules. Néanmoins, aucune variation du contenu en ces 5 classes de lipides n’a été observée pour les traitements utilisés dans cette étude. Enfin, nous avons appliqué la méthode mise au point dans cette thèse à une classe de molécules prometteuses :les polyphénols. Une approche globale s’avère particulièrement intéressante pour ces composés étant donné qu’ils présentent des mécanismes anticancéreux multiples et complexes. Nous avons comparé 3 molécules naturelles en phase clinique pour le traitement de certains cancers et 3 molécules synthétiques présentant une structure très proche. Par notre méthode, nous avons mis en évidence certaines similarités et différences de ces 6 molécules en termes d’effets globaux sur les cellules. En conclusions, nous avons développé un outil objectif de classification pour les molécules anticancéreuses potentielles, basée sur le mécanisme global des composés. Appliquée à plus large échelle, cette méthode pourrait constituer une première étape permettant de sélectionner les molécules avec un mode d’action original. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'expérience nommée femto-FT-CEAS a été mise en place durant ce travail. Elle<p>combine une source d'absorption laser femto-opo, une cavité optique haute finesse<p>et un interféromètre à transformée de Fourier. Ce montage instrumental a permis<p>d'enregistrer des spectres sur un domaine de 100 cm−1 avec un coefficient d'absorption<p>minimal détectable de 5 10−10cm−1 pour des paramètres de résolution spectrale de<p>2 10−2cm−1 et un temps d'enregistrement d'une heure. Le coefficient d'absorption<p>equivalent par moyenne quadratique par élément spectral correspondant est de 1.2<p>10−12cm−1 Hz−1/2. Un chemin optique équivalent de 13 km a été obtenu dans une<p>cellule de 77 cm de long. La gamme spectrale accessible est de 6000 − 6700 cm−1 et<p>7800 − 8300 cm−1.<p>Les spectres enregistrés à l'aide du montage femto-FT-CEAS ont permis d'attribuer<p>plus de 1000 transitions rovibrationelles d'échantillons de CO2 enrichis en 17O,<p>d'OCS, CS2, H12C13CD, et CH3CCH. Les bandes suivantes ont été enrégistrées :<p>pour 12C17O2, les bandes 30013e, 30012e, 30011e, 31113e, 31113f, 31112e, 31112f,<p>et 31111e; pour 17O12C18O, les bandes 30013e, 30012e, et 30011e; pour 16O12C32S,<p>les bandes 540, 0, 501, 0, 511, 1e, 511, 1f, 601, 0, 460, 0, 421, 0, 431, 1e, 431, 1f,<p>521, 0, 341, 0, 351, 1e, 351, 1f, 302, 0, 312, 1e, 312, 1f, 402, 0, 322, 2e, et 322, 2f;<p>pour 16O12C34S, les bandes 501, 0 et 302, 0; pour 16O13C32S, la bande 302, 0 ;pour<p>16O12C33S, la bande 302, 0; pour 12C32S2, les bandes 0403, 0114, 3003 et 2203; pour<p>32S12C34S, la bande 3003. Les conventions de notation vibrationelles utilisées ici sont<p>pour CO2, ν1 ν2 l ν3 n où les bandes vibrationelles perturbées par la résonance de<p>Fermi ν1 2ν2 sont ordonnées selon n par ordre décroissant d'énergie. Pour l'OCS,<p>les conventions de notation sont ν1 ν2 ν3, l et pour le CS2, ν1 νl2 ν3. Leur analyse<p>spectrale a été réalisée, aboutissant à de nouvelles constantes rovibrationelles ou des<p>constantes améliorées par rapport à celles de la littérature. Les raies rovibrationnelles<p>attribuées sont données. L'analyse des spectres de H12C13CD et de CH3CCH a étéréalisée par l'équipe du Pr. L. Fusina (Université de Bologne, Italie).<p>L'expérience a aussi été installée autour d'un jet supersonique, enregistrant les<p>structures rotationnelles des bandes vibrationelles ν5 + ν9 de C2H4, 3ν3 de N2O et<p>ν1 + ν3 de H12C13CH en abondance naturelle, toutes avec une température rotationelle<p>inférieure à 35 K.<p>Finalement, un programme de simulation de ligne de base a été écrit. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Actuellement le criblage en vue de la recherche de nouveaux agents antitumoraux se base principalement sur la qualité cytotoxique d’une molécule. Le principal défaut de cette approche est qu’aucune sélection n’est faite sur le mode d’action du médicament. L’objectif de ce travail est la mise au point d’une méthode permettant un classement rapide et objectif du mode d’action de molécules à visée thérapeutique par spectroscopie infrarouge.<p>La spectroscopie infrarouge est une technique d’absorption de la lumière fournit la signature chimique d’un échantillon. L’excellente qualité du signal rend possible son utilisation comme outil discriminant. En outre, cette technique d’analyse se démarque des autres par son caractère non destructif et la rapidité d’acquisition des données. Elle se révèlerait donc une méthode de choix pour effectuer du criblage de molécules en vue de la recherche de nouveaux agents thérapeutiques.<p><p>Dans un premier temps nous avons voulu évaluer la possibilité d’utiliser la spectroscopie infrarouge pour isoler la signature spectrale du mode d’action induit par des concentrations sub-létales de ouabaïne, un composé de la famille des cardénolides, sur une lignée tumorale de prostate. Nous avons montré que cette signature évolue au cours du temps et peut-être corrélée aux données biologiques décrites dans la littérature. Nous avons également mis en évidence pour la première fois une modification de la composition lipidique de la cellule. Cette altération a été caractérisée au cours du temps par spectrométrie de masse.<p>Nous avons ensuite voulu définir les limites de la méthode. La littérature souligne la diversité des modes d’action que peut induire un agent thérapeutique selon sa concentration. Nous avons montré que cette diversité se reflète sur le spectre infrarouge de cellules tumorales traitées à la ouabaïne en distinguant au moins deux modes d’action distincts, dépendant de la concentration en ouabaïne. Par ailleurs, nous avons montré que la confluence pouvait modifier significativement le spectre infrarouge d’une cellule. Neanmoins cette signature est unique et orthogonale à celle induite par la ouabaïne.<p>Finalement, nous avons évalué le potentiel de la spectroscopie infrarouge à distinguer des modes d’action induits par des molécules à la structure chimique proche. Nous avons montré qu’il était possible de caractériser spécifiquement chacun des modes d’action. D’autre part nous avons mis en évidence que les modes d’action de molécules issues d’une même classe d’agent thérapeutique conduisaient à des signatures spectrales similaires. Cette partie du travail souligne la possibilité d’utilisation de la spectroscopie infrarouge pour un classement objectif, uniquement basé sur leur mode d’action d’agents thérapeutiques potentiels.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le présent travail porte sur l’étude de deux protéines de la famille des oxydases à hème-fer par des techniques de spectroscopie et d’électrochimie. Le premier chapitre décrit l’étude du cytochrome bo3 oxydase issue d’E. coli. Nous nous sommes intéressés à l’étude des interactions enzyme-quinone par l’utilisation de quinones avec des longueurs chaines isoprenyl différentes. Notre but est de mieux comprendre le rôle de la longueur de la chaine des quinones sur l’activité catalytique de l’enzyme et sur les propriétés redox des cofacteurs à hème. Dans l’étape suivante, on a étudié les résidus impliqués dans le site de liaison des quinones (haute affinité, QH). Plusieurs mutations de ces résidus sont étudiées pour mieux comprendre l’importance de chacun des résidus dans cette liaison. Dans la dernière partie de ce premier chapitre, la spectroscopie SEIRAS «spectroscopie d’absorption infrarouge exaltée de surface» est introduite comme une technique alternative pour l’étude des protéines membranaires. Dans le second chapitre, la protéine membranaire cNOR issue de P. denitrificans est étudiée. Nous nous sommes focalisés sur l’effet de différents environnements (pH, présence de protéo-liposomes) sur la stabilité de la cNOR. Pour ce faire, trois valeurs de pH (6.5, 7.5 et 8.5) sont choisies et quelques échantillons de cNOR sont reconstitués dans des protéo-liposomes. Enfin, le donneur de proton terminal (au centre binucléaire) dans la protéine cNOR était étudié. De plus, nous avons étudié les ligands des ions Ca2+ puisqu’il est proposé que le donneur de proton est situé proche de cette région. / This thesis is focused on the study of two members of the heme-copper oxidase family by using spectroscopic and electrochemical techniques. In the first chapter cytochrome bo3 oxidase from E. coli was studied. We focused on the quinone-enzyme interactions by using quinones with different isoprenyl chains. Our aim was to better understand the role of isoprenyl chain on the catalytic activity of the enzyme and the redox properties of the heme cofactors. In the next step we studied the residues that are suggested to be in the high-affinity (QH) quinone binding site. Several site-directed mutants of these residues were investigated in order to better understand the position of QH binding site and the importance of each residue. In the last part of this chapter surface-enhanced infrared absorption spectroscopy (SEIRAS) was introduced as an alternative technique to study the membrane proteins. In the second chapter cytochrome c dependent nitric oxide reducates (cNOR) from P. denitrificans was studied. We focused on the effect of different environment (pH, proteoliposomes) on the stability of cNOR. For that purpose three pH values (6.5, 7.5 and 8.5) was selected and some of the cNOR samples were reconstituted in liposomes. Finally, the terminal proton donor (to the binuclear center) in cNOR was investigated. We studied the ligands of the Ca2+ site in cNOR since it was suggested that the proton donor may be close to this area.

La connaissance d’un système gaz/solide requiert l’analyse de l’adsorption, du premier stade jusqu’à saturation. C’est la motivation de l’analyse des surfaces sous vide. L’approche des surfaces divisées est souvent tronquée. Pratiquée à des pressions suffisamment élevées pour être compatible avec un temps de réaction raisonnable, elle ne permet pas l'analyse de la surface nue à la monocouche. L’objectif du présent travail a été d’établir une continuité d’observation par FTIR, de l’UHV à la pression ambiante, de poudres de MgO, ZnO et ZnxMg1-xO exposées à l’eau ou à l’hydrogène. Il a été montré que les fumées de ZnO se comparent à des cristaux présentant les faces (0001), (0001̅), (101̅0), (112̅0), avec un rapport non-polaire/polaire de 75/25. Par FTIR combinée à la photoémission et à la désorption thermique, trois étapes de l’hydroxylation des fumées de MgO ont été identifiées : défauts ponctuels (10-8 mbar), marches (10-6 mbar) puis terrasses (> 10-5 mbar), avec une restructuration qui prouve que l’eau change la structure de surface de MgO. La représentation commune de la surface de MgO par une suite de facettes (100) est mise en cause. Aux faibles teneurs en zinc, l’oxyde mixte ZnxMg1-xO est formé de cristallites cubiques de même structure que MgO. Le zinc en substitution tend à ségréger vers les sites de basse coordinence où il affecte les propriétés d’adsorption d’eau et d’hydrogène. Par ailleurs, le mélange ZnO-MgO obtenu par combustion d’alliage ZnMg offre une possibilité d’application grâce aux propriétés bactéricides de ZnO et de faible toxicité de MgO. L’ensemble des résultats montre la pertinence de l’étude des poudres pratiquée dans les conditions de l’UHV. / The analysis of adsorption from the first stage to saturation is necessary to understand gas/solid interactions. This is the motivation for surface analysis under vacuum. The common approach of dispersed materials surfaces is incomplete since working pressures, that are high enough to achieve reasonable reaction times, do not allow studies of powder surfaces from bare to fully covered. The aim of the present work is to examine the successive changes of ZnO, MgO and ZnxMg1-xO nanopowders upon exposure to water or hydrogen from UHV to the ambient by FTIR. It is shown that ZnO smokes behave in a same way as a collection of single crystals which exhibit (0001), (0001̅), (101̅0) and (112̅0) faces with a non-polar/polar ratio of 75/25. Combining FTIR with XPS and TPD techniques, three stages of hydroxylation were identified on MgO smokes: point defects (10-8 mbar), steps (10-6 mbar) then terraces (> 10-5 mbar). Results indicate a reorganisation of surface structure showing that water adsorption on MgO(100) is an irreversible process. The common model of MgO as a series of (100) facets is questioned. At low concentrations of zinc, the mixed oxide ZnxMg1-xO consists of crystals with similar structure as MgO. A segregation of Zn2+ toward low coordinated surface sites is suggested to explain the changes in reactivity of the ZnxMg1-xO with respect to water and hydrogen at low coverages. Furthermore, the mixture ZnO-MgO produced by combustion of ZnMg alloy combines the antibacterial properties of ZnO and the biocompatibility of MgO, interesting for potential applications. The overall results demonstrate the relevance of the study of powders in ultra-high vacuum conditions.

Le calcul de quantités dépendants du temps pour des systèmes quantiques est limité le scaling exponentiel des méthodes exactes. Néanmoins, ces quantités présentes un intérêt scientifique important. Un compromis, entre précision et coût, est trouvé par les méthodes quasi-classiques. Dans ces méthodes, la densité thermique exacte est combinée à des trajectoires approximant la dynamique quantique. Durant ma thèse, j’ai développé et appliqué une méthode quasi-classique : PIM (Phase Integration Methode) qui combine des algorithmes MC et MD pour calculer des fonction de corrélation. Le Chapitre 2 décrit les méthodes quasi-classiques ainsi que les approximations qui permettent d’en tirer les fonctions de corrélations dépendants du temps.Le Chapitre 3 illustre comment PIM est adapté au calcul de la densité de Wigner qui est une quantité clé pour les méthodes quasi-classique. À travers le calcul de cette quantité, PIM est capable de capturer des corrélations entre différents degrés de liberté. Dans le Chapitre 4, on montre comment PIM est adapté au calcul de spectres infrarouge. La comparaison des résultats avec d’autres méthodes montre que PIM est une méthode précise pour les systèmes à basse dimensionnalité. Les spectres de OH et CH4 confirment que PIM ne souffrent pas de problèmes intrinsèques comme CMD ou RPMD et peut être appliqué à des systèmes à plus haute dimensionnalité. Le Chapitre 5 présente la méthodologie pour calculer des constantes de vitesse à l’aide de PIM. Les résultats sont bons jusqu’à 300 K mais pas en dessous. Le travail futur se concentrera sur le calcul de la fonction de corrélation de Kubo flux-side pour remédier à ce problème. / Simulation of time-dependent quantities for quantum systems is limited by the exponential scaling of exact methods. However, the calculation of these quantities is key in many problems. A reasonable compromise among accuracy and cost is done by the quasi-classical methods for computing time correlation functions. In these methods, the thermal density is combined with trajectories that approximate quantum dynamics. In my thesis, I develop and apply quasi-classical methods for vibrational spectroscopy. The focus is on the Phase Integration Method. PIM is based on combining MD and MC algorithms to compute appropriate quantities. Chapter 2 is devoted to a general description of the quasi-classical methods. We introduce the different approximations used to compute quantum time correlation functions. Chapter 3 illustrates how PIM is adapted to the calculation of the Wigner density, which is a key quantity in quasi-classical methods. Via this quantity, we show that PIM is able to capture quantum correlation effects among different degrees of freedom. Chapter 4 focuses on the adaptation of PIM for the infrared spectroscopy. Comparison of our results, show that PIM is accurate for low dimensional models. OH and CH4 spectrum confirms that our approach does not suffer from the pathologies such as CMD and RPMD but also that it can treat systems with a larger number of degrees of freedom reliably. Chapter 5 presents the methodology used to calculate rate constants with PIM. The results are in good agreement with the exact reference until 300 K. Future work will focus on using the Kubo flux side correlation function.