L’utilisation de nanoparticules (NPs) dans un milieu biologique est de plus en plus importante, alors que leur assimilation et leur toxicité reste peu maitrisée. Dans ce contexte l’objectif de ce travail est d’étudier l’interaction entre nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) avec des protéines ainsi que leur possible impact sur leurs propriétés structurales. Trois protéines d’intérêt ont été choisies: une protéine de la matrice extra cellulaire, le collagène, et deux protéines du plasma sanguin, l’albumine et le fibrinogène. Le choix a été basé sur l’importance biologique de ces protéines lors des interactions avec des NPs et sur la différence de leurs structures tridimensionnelles. L’étude de l’interaction protéine-NPs a été réalisée en solution et en phase adsorbée dans différentes conditions de température et de temps d’incubation. Dans un premier temps des nanoparticules de dioxyde de titane ont été synthétisées par voie solvothermale, afin d’obtenir des nanoparticules de tailles et de formes contrôlées. Deux types de nanoparticules ont été sélectionnés en vues d’étudier l’effet de forme et de taille sur l’interaction protéines-nanoparticules: des nano-sphères de diamètre de 8 à 10 nm et des nano-bâtonnets d’environ 8 nm de largeur et 23 nm longueur. Leur comportement en solution physiologique ainsi que leur réactivité ont été caractérisé par DSL et absorption UV montrant une inhibition des propriétés catalytiques ainsi qu’une forte agrégation en solution tampon phosphate saline (PBS). Dans un deuxième temps les propriétés d’adsorption du collagène en présence de nanoparticules furent étudiées sur deux types de surfaces l’une hydrophobe et l’autre hydrophile par XPS et imagerie AFM ainsi que par des mesures de forces AFM. Le comportement du collagène en solution en présence de nanoparticules a été caractérisé par ATR liquide. Les observations suggèrent que la formation des fibrilles à l’interface surface-solution de collagène est affectée par le caractère hydrophobe ou hydrophile de la surface ainsi que par la présence de nanoparticules. Enfin les propriétés d’adsorption de la HSA et du fibrinogène en présence de nanoparticules furent étudiées sur une surface hydrophile par imagerie AFM et analyses XPS. Leur comportement en solution en présence de nanoparticules fut étudié par ATR liquide. Les résultats suggèrent deux comportements différents des protéines en présence de nanoparticules pouvant être attribués propriétés physicochimiques différentes des protéines. La HSA subit d’importants changements structuraux en présence de nanoparticules contrairement au fibrinogène.L’étude en phase liquide de l’interaction protéine-nanoparticules couplé à l’étude en phase adsorbées des protéines permet de déterminer les phénomènes impliqués lors de cette interaction ainsi que leurs conséquences sur les protéines, de plus l’utilisation de nanoparticules de taille et forme différentes permet d’étudier la sensibilité des protéines à ces facteurs. / The extensive use of NPs in a biological environment raises the problem of their assimilation or their toxicity, the main objective of this work is to study the interaction of TiO2 NPs with proteins as well as their possible impact on the structural properties of proteins. Three proteins were chosen, a protein of the extracellular matrix, the collagen, and two proteins of the plasma blood, the albumin and the fibrinogen for their biological importance as well as for their various tridimensional structures. The study of the protein-nanoparticle interaction was realized in solution and in the adsorbed phase under various condition of temperature and incubation time. First, titanium dioxide NPs were synthesized by a solvothermal method, NPs with controlled size and form were obtained. Two types of NPs were selected in order to study the effect of shape and size on the protein-NPs interaction: nano-spheres with a diameter of 8 to 10 nm and nano-rods with a width about 8 nm and a length of 23 nm. The behavior in physiological solution as well as the reactivity were characterized by DSL and UV absorption showing an inhibition of catalytic properties as well as a strong aggregation in phosphate buffer saline solution (PBS). Second, the adsorption properties of the collagen in the presence of NPs were studied on two kinds of surfaces, one hydrophobic and the other hydrophilic by XPS and AFM imaging as well as by AFM force measurements. The behavior of the collagen in solution in the presence of NPs was characterized by liquid ATR. The observations suggest that the formation of fibrils at the surface- collagen solution interface is affected by the hydrophobic or the hydrophilic character of the surface as well as by the presence of NPs. In the last part the adsorption properties of HSA and fibrinogen in the presence of NPs were studied on a hydrophilic surface by AFM imaging and XPS analyses. Their behaviors in solution in the presence of NPs were studied by liquid ATR. The results suggest two different behaviors of proteins in the presence of NPs, which can be attributed to the different physico-chemical properties of the proteins. HSA undergoes important structural changes in the presence of NPs but not fibrinogen. The study in the liquid phase of the protein-nanoparticle interaction, coupled to study of proteins in the adsorbed phase allows determining the involved phenomenon during the protein-nanoparticle interaction as well as the consequences on protein adsorption. Moreover, the use of NPs with different sizes and shapes revealed the sensitivity of proteins to these factors.

Les mécanismes de formation et dissociation d’hydrates de cyclopentane (CP), qui forment á pression ambiante et á des températures entre 0ºC et 7ºC, ont été observés dans/sur/proche des gouttes d’eau immergées dans du CP á des échelles qui vont du micron jusqu’au millimètre. Plusieurs techniques d’observation ont été utilisées, telles que la macrophotographie et la microscopie optique en champ clair, par contraste interférentiel différentiel (CID), par fluorescence et par réflectance confocale. Des substrats hydrophiles et hydrophobes ont été utilisés. Dans une première série d’expériences, un procédé millifluidique simple a été mis au point. Il permet de générer, stocker et surveiller simultanément une centaine de gouttelettes de même volume (de l’ordre de μl), régulièrement espacées. Elles sont séparées par la phase ‘invité’ (CP) dans un tuyau en polymère fluoré (PFA) transparent. Chacune d’elles se comporte comme un réacteur indépendant. Une vision sur l’effet mémoire est obtenue en menant des mesures statistiques sur la nucléation des hydrates quand les gouttes d’eau sont refroidies au-dessous de 7°C. Cette méthode permet aussi de visualiser des événements dans des gouttes individuelles, tels que la naissance et la croissance de l’hydrate (surtout lorsqu’un additive tel qu’un inhibiteur est rajouté dans l’eau), ainsi que la formation d’une émulsion de CP dans l’eau pendant la dissociation de l’hydrate. Dans une deuxième série d’expériences, une seule goutte d’eau est posée ou pendue d’un substrat en verre et immergée dans du CP. Elle est observée par microscopie sous des séquences différentes de refroidissement – échauffement. Il a été observé que la cristallisation d’hydrates dépend fortement du sous-refroidissement. Deux nouveaux phénomènes ont été observés:(i) la propagation d’un « halo » d’hydrate le long de l’interface verre/CP depuis la ligne de contact de la goutte d’eau.(ii) cristallisation de l’hydrate dans une émulsion 2D de CP dans l’eau.Les deux types d’outils développés dans cette thèse ouvrent des nouvelles perspectives pour élucider les mécanismes de formation et dissociation d’hydrates en présence d’additives (promoteurs et inhibiteurs) et en présence d’un substrat minéral. Les applications comprennent les hydrates dans des environnements sédimentaires, séparation de gaz, etc. / The mechanisms of formation and dissociation of cyclopentane (CP) hydrates, which form at ambient pressure and temperatures between 0°C and 7°C, have been observed in/on/near water drops immersed in CP at scales ranging from a few nanometers to the millimeter by a variety of techniques including macrophotography and optical microscopy under various modes: bright field, differential interference contrast (DIC), fluorescence and confocal reflectance. The substrates used are either hydrophobic or hydrophilic. In a first series of experiments, a simple millifluidic method is implemented. It allows to generate, store and monitor at the same time almost a hundred of regularly-spaced water droplets of equal volume (in the µl range) separated by the guest (CP) phase in a transparent fluorinated polymeric (PFA) (hydrophobic) tubing, each droplet behaving as an independent reactor for hydrate crystallization. Insights into the ‘memory effect’ are gained by measuring the statistics of hydrate nucleation events in these reactors when chilling below 7°C the water drops. The method also allows the visualization of single-drop events such as hydrate birth and growth, and the formation of a CP-in-water emulsion upon hydrate melting, especially when an additive such as an inhibitor is added to the water. In a second series of experiments, a single water droplet in CP, either sitting or hanging from a glass substrate, is observed by microscopy under various cooling and heating sequences. Hydrate crystallization (nucleation and growth) is observed to strongly depend on subcooling at the water drop/CP interface. Two novel phenomena are visualized in detail:(i) the propagation, from the contact line of the water drop, of a hydrate halo along the glass/CP interface. (ii) hydrate crystallization in a two-dimensional CP-in-water emulsion.The two types of tools developed in this thesis open new perspectives for elucidating the mechanisms of hydrate formation and dissociation in presence of additives (promoters and inhibitors) and in the presence of a mineral substrate. Applications include hydrates in sedimentary environments, flow assurance, gas separation, etc.

Le collage direct consiste en la mise en contact de deux surfaces suffisamment lisses et propres pour qu'une adhésion puisse se créer sans ajout de matière à l'interface. Ce procédé réalisable à l'échelle industrielle trouve son intérêt dans l'empilement de structures ou de matériaux pour la microélectronique ou les microtechnologies. Il s'avère alors important de maîtriser ce procédé et cela passe notamment par la compréhension des mécanismes physico-chimique se produisant lors du collage. Le but de ce travail de thèse est donc l'étude des mécanismes mis en jeu dans le collage hydrophobe de silicium et le collage hydrophile d'oxydes de silicium déposés.Dans cette étude, des procédés de collage direct hydrophobe de plaques de silicium (100) reconstruit ont été développés, ainsi que des collages de surfaces hydrophiles d'oxyde de silicium déposés préparées par des activations plasma azote ou oxygène ou par un procédé de polissage mécano-chimique. Le comportement de toutes ces structures a été étudié à plusieurs stades du procédé, en particulier lors des traitements thermiques de consolidation de l'interface de collage. Pour ce faire, différentes techniques de caractérisation ont été mises en oeuvre comme la mesure d'énergie de collage, l'observation de la défectivité par microscopie acoustique, la spectroscopie infrarouge et la réflectivité des rayons X. Cela a ainsi permis de suivre la fermeture de l'interface de collage en température d'un point de vue chimique et mécanique et des mécanismes de collage ont alors pu être proposés pour toutes les structures étudiées. Des recommandations ont également pu être faites pour l'obtention de collages d'oxydes de silicium déposés efficaces et de qualité. / Direct wafer bonding refers to a process by which two mirror-polished wafers are put into contact and held together at room temperature by adhesive force, without any additional material. This technology feasible at an industrial scale generates wide interest for the realization of stacked structures for microelectronics or microtechnologies. In this context, a precise understanding of bonding mechanisms is necessary. Consequently, the aim of this work is to study the bonding mechanisms for hydrophobic silicon reconstructed surfaces and hydrophilic deposited silicon oxides surfacesIn this study, bonding of hydrophobic silicon reconstructed surfaces and bonding of hydrophilic deposited silicon oxides prepared either by plasma activation or chemical-mechanical polishing were analyzed, as a function of post-bonding annealing temperature. For this, several characterization techniques have been used: bonding energy measurement, acoustic microscopy in order to observe defectivity, infrared spectroscopy and X-Ray reflectivity. Thus the bonding interface closure has been analyzed from a chemical and mechanical point of view and bonding mechanisms have been proposed for the studied bonded structures. Finally the study of deposited silicon oxide bonding prepared either by plasma activation or by chemical-mechanical polishing has lead to some recommendations for efficient and high quality deposited silicon oxides bonding.