La flottation industrielle est un procédé continu qui se déroule souvent en plusieurs étapes et dans lequel des particules d'une espèce de minéral donnée (généralement celles d'intérêt), présentes en différentes tailles, rencontrent une grande quantité de bulles de gaz (normalement de l'air) pour produire des agrégats bulles-particules minérales, qui sont extraits du dispositif de flottation (colonne ou cellule) en tant que produit de valeur (concentré). Le contenu en bulles est décrit par les conditions hydrodynamiques régnant dans le réacteur de flottation. Celles-ci sont reconnues pour leur influence sur la performance de la flottation. Ce projet de recherche porte sur deux sujets majeurs. Le premier est l'analyse de l’impact des particules solides sur les variables hydrodynamiques et l’effet de ces variables hydrodynamiques sur la récupération d’eau au concentré. Pour ce faire, l'effet du solide sur la distribution de la taille des bulles et le taux de rétention de l’air, ainsi que la corrélation entre la distribution de taille des bulles et le taux de rétention de l’air dans une colonne de flottation ont été étudiés. L'effet du taux de rétention de l’air, de la dimension des bulles et du taux surfacique de bulles (Sb) sur la quantité d’eau extraite au concentré a ensuite été analysé. Le second sujet traite de l'utilisation des variables hydrodynamiques pour la modélisation de la cinétique du procédé de flottation selon distribution granulométrique des particules introduites. La surface inter-faciale de bulle (Ib) est introduite à cet égard comme une variable hydrodynamique fournissant plus d'informations sur la distribution de taille de bulle que le taux surfacique de bulles qui est plus couramment utilisé. De plus, la corrélation entre la constante cinétique, la taille des particules et certaines variables hydrodynamiques a été analysée en utilisant une projection de structures latentes (PSL). Les résultats indiquent que l'importance relative des variables hydrodynamiques pour la modélisation de la cinétique de flottation dépend de la distribution granulométrique des particules. Finalement, les variables hydrodynamiques suggérées pour chaque classe granulométrique considérée ont été utilisées pour produire des modèles de régression mono-variable de la constante cinétique. / Industrial flotation is a continuous and often multistage process, where particles of a given mineral species (usually the targeted one), present in different sizes, encounter a large amount of gas bubbles (normally air) to produce mineral–bubble aggregates, which are removed from the flotation device (cell or column) as a valuable product (concentrate). The bubble content inside the cell is characterized by the prevailing hydrodynamic conditions (known as gas dispersion variables), which in turn are known to influence the flotation performance. This research project deals with two major topics. The first one is identifying the effect of mineral particles on hydrodynamic variables, and the effects of hydrodynamic variables on the final water recovery. For this purpose, the effect of solid particles on the bubble size distribution and gas hold-up, as well as the correlation between bubble size distribution and gas hold-up in column flotation were studied. It is followed by an assessment of the effect of the gas hold-up, bubble size and bubble surface area flux (Sb) on the amount of water reporting to the concentrate. The second topic deals with applying appropriate hydrodynamic variables for flotation modeling based on a given introduced particle size distribution. The interfacial area of bubbles (Ib) is introduced to address this issue as a hydrodynamic variable providing more information about the size distribution of bubbles than the commonly used bubble surface area flux. The correlation between the flotation rate constant and particle size as well as given hydrodynamic variables using a Projection to Latent Structures (PLS) has been analyzed. Results suggest that the relative importance of hydrodynamic variables for flotation rate modeling depends on the particle size distribution. Finally the suggested hydrodynamic variables for each of the various particle size-classes considered were used to produce single variable models for the flotation rate constant.

Les nanoparticules ultrafines d’oxyde ou d’hydroxyde de fer utilisées en imagerie par résonance magnétique (IRM) permettent de rehausser le signal vasculaire. Dans ce projet, des nanoparticules magnétiques ultrafines (< 10 nm) à base de fer sont synthétisées à l’aide d’une méthode de réduction par électrochimie plasma-liquide (EPL). Simple et rapide (t < 5 min.), cette méthode consiste à projeter un plasma d’argon à la surface d'une solution aqueuse contenant des ions métalliques et des molécules de ligand. Une fois purifiées par chromatographie ou par dialyse, la suspension de nanoparticules permet d'obtenir un contraste positif en IRM. Une préparation de ces nanoparticules a été injectée in vivo (modèle de la souris), permettant de démontrer un fort rehaussement du signal vasculaire. Cette technologie pourrait avantageusement être appliquée dans les centres hospitaliers, afin de produire un agent de contraste biocompatible sur place et sur demande. / Ultra-small iron oxide and hydroxide nanoparticles can be used to enhance vascular signal in magnetic resonance imaging. In this project, ultra small iron hydroxide magnetic nanoparticles (< 10 nm) are synthesized with a plasma-liquid electrochemical method. Rapid and simple (t < 5 min.), this technique consists of an argon microplasma directed to an aqueous solution containing metal ions and ligand molecules. Synthesizing nanoparticles directly in water is advantageous in the context of biomedical applications. After purification with size-exclusion chromatography or dialysis, the nanoparticle suspension allowed to obtain positive contrast enhancement in MRI. Finally, the prepared nanoparticles were injected in vivo (in the mouse model) enabling a high increase of vascular signal. This technology could be favourably installed in hospitals, in order to produce a biocompatible MRI contrast agent, on site and on demand.

Les métaux biodégradables (MBs) ont été développés pour des applications spécifiques dans les domaines de l’orthopédie, la pédiatrie et le système cardiovasculaire. Les MBs sont conçus pour servir de support temporaire et une fois que leur présence n’est plus nécessaire, ils devront disparaitre progressivement grâce au processus de corrosion. Ces dernières décennies, divers tests aussi bien in vitro que in vivo ont été effectués dans le but de comprendre le comportement à la corrosion des biomatériaux métalliques conçus pour être résistants à la corrosion. Les MBs forment une classe de matériaux relativement nouveau et donc rares sont les tests effectués dans le domaine. Les tests effectués pour améliorer la résistance à la corrosion des biomatériaux métalliques ne peuvent pas non plus être simplement transposés aux MBs. Dans certains cas, ils peuvent être adaptés avec quelques modifications tandis que dans d’autres, la dégradation progressive devra être prise en compte pour la conception et à la mise au point de tests spécifiques. Le défi actuel est de savoir comment évaluer la réaction des tissus environnants et des organes en présence des produits de dégradation. Dans le cadre de ce projet, nous avons exploré une nouvelle méthode qui permet d’établir le profil d’expression des gènes (PEG) des cellules fibroblastique 3T3 de souris exposées à l’alliage Fe-35Mn. Cet alliage de fer récemment développé comme matériau métallique dégradable a été utilisé dans le cadre de cette expérience pour mieux comprendre le comportement des cellules face à des MBs potentiellement cytotoxiques. En résumé, les cellules 3T3 ont étés exposées pendant 24h aux élutions de produits de dégradation à travers un filtre de culture cellulaire contenant des quantités cytostatiques de 3.25mg/ml pour Fe-35Mn en poudre, 0.25mg/ml de poudre de Mn pur ou 5mg/ml de poudre de fer pur. Le profil de l’expression des gènes a été établi pour ces cellules. En comparant l’expression du profil des gènes des cellules fibroblastes 3T3 en présence de Fe-35Mn et Mn, nous avons observé que l’expression de 68 gènes avait été augmentée et l’expression de 54 gènes abaissée. Nous avons testé chez 11 gènes modulés dans les « microarrays » si cette régulation était toujours présente en utilisant le RT-PCR quantitative. C’était le cas pour 10 d’entre eux. Nous avons constaté que la caveoline-1 (cav1), une protéine structurale de caveoles (invaginations lisses de la membrane plasmique), est l’un des gènes les plus régulés de notre GEPs. Nous avons par ailleurs étudié le potentiel d’utiliser cette protéine de 22KDa comme biomarqueur pour l’étude de la cytotoxicité lors de l’exposition aux MBs. Dans le but de mieux caractériser l’expression de la cav1 dans ce contexte, les cellules 3T3 ont étés exposés soit aux ions fer ou manganèse à des concentrations cytostatiques pendant 24h et 48h. L’expression de la cav1 n’a pas été influencée par l’exposition aux ions fer. Par contre l’exposition aux ions manganèse réduit l’expression des gènes de cav1 de 30% pendant 24h et de plus de 65% pendant 48h comparée au control. La contenu en protéin de la cav1 a également été réduit de façon semblable Le même phénomène a été observé pour la cav3 (le sous-type musculaire de la caveoline) dans cette étude. Cette tendance forte et reproductible de la régulation des cavéolines permet ainsi de le considérer comme un biomarqueur potentiel pour les MBs. Ce type de réponse de la caveoline à l’exposition des MBs est similaire chez les cellules endothéliales, fibroblastes et musculaires. / Biodegradable metals (BMs) have been introduced and proposed for some specific applications including cardiovascular applications. BMs are expected to undergo ‘auto-withdrawal’ through corrosion process after fulfilling structural support. In the past decades, a wide and complete set of in vitro and in vivo tests have been proposed and investigated for the conventional corrosion resistant metallic biomaterials--but not for the BMs. The same tests that the ones developed for corrosion-resistant metals cannot be simply transposed. They can be adapted in some cases while in some others progressive degradation should inspire and lead to the design and the development of new specific tests. The current challenge is how to assess the tolerance of surrounding tissues to the presence of degradation products. In this doctoral project, a new method to investigate BMs was explored by establishing the gene expression profile (GEP) of mouse 3T3 fibroblasts exposed to Fe-35Mn, recently developed iron-based alloy, in order to better understand cell response to potentially cytotoxic BMs. Briefly, 3T3 cells were exposed to degradation products eluting through tissue culture insert filter containing cytostatic amounts of 3.25 mg/ml of Fe-35Mn powder, 0,25 mg/ml of pure Mn powder or 5 mg/ml of pure iron powder for 24 hours. GEP was then conducted from these cells. When comparing the GEP of 3T3 fibroblasts in presence of Fe-35Mn and Mn, 68 up-regulated and 54 down-regulated genes were common. These results were confirmed by quantitative RT-PCR for a subset of these genes. It was found that caveolin-1 (cav1), the structural protein of caveolae little plasma membrane smooth invaginations present in various differentiated cell types, was one of the most down-regulated genes in our GEPs. We further studied the potential of this 22kDa protein to become a biomarker for cytotoxicity towards the exposure of BMs. In order to better characterize cav1 expression in this context, 3T3 mouse fibroblasts were exposed to either ferrous and manganese ions at a cytostatic concentrations for 24 or 48 hours. Cav1 gene expression was not influenced by exposition to ferrous ions. On the other hand, manganese exposure for 24 hours reduced cav1 gene expression by about 30% and > 65% at 48 hours compared to control 3T3 cells. Cav1 cellular protein content was also reduced to the same extent. The same pattern of expression for cav3 (the muscle specific caveolin subtype) was also observed in the study. This strong and reproducible pattern of regulation of caveolins thus exhibits a potential as a biomarker for the toxicity of BMs.

Les spirales sont des appareils de séparation gravimétrique principalement utilisés dans l’industrie du traitement du minerai de fer. La classification des particules dans la pulpe s’effectue lors de la descente dans les spires en fonction de leur taille et leur densité, des conditions d’opération et de la géométrie de la spirale. L’effet des conditions d’opération (pourcentage solide, débit d’alimentation et débit d’eau de lavage) est évalué sur la performance des spirales en utilisant une spirale WW6E installée à COREM pour traiter un minerai de fer de ArcelorMittal, Québec. Les résultats montrent l’effet dominant du débit de l’eau de lavage et son impact majeur sur les particules grossières. Un circuit fermé de trois spirales parallèles avec 3, 5 et 7 tours est utilisé afin d’évaluer l’influence du nombre de tours. Les résultats préliminaires indiquent que la spirale trois tours fonctionne bien pour le nettoyage tandis que la 7 tour est robuste pour l’ébauchage et l’épuisage. / Spiral concentrators are gravity separation devices widely used in the iron ore industry. Suspended particles in the slurry, descending a spiral trough, are classified according to their size and specific gravity. Operating conditions and spiral geometry influence the classification. The effect of operating conditions, e.g. wash water flow rate, slurry solids concentration and feed rate, is studied on spirals performance. The tests are conducted using a pilot spiral (WW6E) at COREM and an iron ore from ArcelorMittal, Quebec. Results clearly demonstrate the dominant effect of the wash water addition with its major impact on coarse particles. A closed circuit of 3 parallel spirals with 3, 5 and 7 turns at COREM is used to assess spirals performance as a function of the number of turns. Initial results from twelve tests indicate that the 3-turn-spiral is well suited for cleaning, while the 7-turn-spiral is robust for roughing and scavenging duty.

L'utilisation de la torche à plasma comme technologie de fragmentation thermique du roc fait actuellement partie des projets de recherche axés sur les technologies émergentes de la rupture du roc sans explosif menés par un consortium composé d'entreprises minières et de Ressources naturelles Canada. Afin de vérifier l'applicabilité de cette technologie pour l'exploitation des gisements métallifères filoniens de l'Abitibi, la méthodologie proposée permet d'estimer la productivité et le coût de production en fonction des différentes technologies, activités et tâches nécessaires à l'extraction du minerai d'un chantier type. Pour l'activité extraction du minerai, les données d'entrée sont estimées à partir d'un modèle statistique issu de l'analyse des essais planifiés pour la torche à plasma alors que pour les autres activités, les modèles sont alimentés par des données issues de la littérature ou de l'utilisateur. Les activités et tâches listées pour l'exploitation du chantier type sont organisées suivant une séquence de minage adaptée à ce projet et permettant l'exploitation en continu d'un gisement filonien. La méthodologie s'appuie sur des données limitées sur la fragmentation thermique par torche à plasma et nécessite des hypothèses cohérentes avec l'environnement de travail. Cependant, en travaillant sur des modèles flexibles et ajustables, et en augmentant le nombre de données, la productivité de cette technologie innovante peut être affinée et son influence sur le coût de production peut être déterminée, ce qui permet à terme, de vérifier son applicabilité et ce, au fur et à mesure de l'avancement de la recherche expérimentale sur la torche à plasma.

Le besoin de trouver de nouveaux pansements pour les personnes touchées par des plaies de la peau (brûlures, ulcères), et la nécessité de développer des modèles de peau adéquats pour tester de nouvelles formulations médicamenteuses développées in vitro, ont motivé la recherche dans le domaine des substituts de peau produits par génie tissulaire. Il est possible de produire des substituts de peau normale humaine (SPNH), constitués d’un derme et d’un épiderme stratifié (épiderme vivant, EV, et couche cornée, CC), en utilisant la méthode d’auto-assemblage développée par le Laboratoire d’Organogénèse Expérimentale (LOEX). Dans cette étude, des analyses par microspectroscopie vibrationnelle (infrarouge, IR, et Raman) ont été effectuées afin d’obtenir une caractérisation morpho-spectrale des trois couches caractéristiques des SPNH, qui ont été comparés à la peau normale humaine (PNH). Concernant la distribution et l’organisation des lipides, les résultats de microspectroscopie IR ont montré que les lipides de la CC étaient plus ordonnés que ceux de l’EV. En microspectroscopie Raman, les résultats confirment que la CC est une couche riche en lipides qui sont ordonnés dans la PNH et les SPNH. La quantité de lipides diminue et davantage de désordre apparait dans l’EV pour la PNH et les SPNH. Cependant les résultats montrent également qu’il y a moins de lipides dans les SPNH et que les lipides sont plus ordonnés dans la PNH. Concernant la structure secondaire des protéines et le contenu en protéines, les données montrent qu’ils sont similaires dans les SPNH et la PNH (kératine dans l’épiderme et collagène dans le derme). Finalement, l’organisation des lipides ainsi que le contenu en protéines des différentes couches sont similaires pour les SPNH et la PNH, confirmant que les SPNH reproduisent les propriétés essentielles de la peau native. Cette étude caractérise également la peau psoriasique humaine (PPH) et fournit une compréhension détaillée de son organisation et de sa composition moléculaire. Les microspectroscopies IR et Raman montrent une distribution similaire des lipides et du collagène pour la PNH et la PPH. Cependant, la PPH présente plusieurs caractéristiques montrant une perte globale d’organisation structurale qui pourrait expliquer la réduction de ses propriétés barrières. Il s’agit de la première caractérisation de la structure moléculaire de ces SPNH qui ont d’ores-et-déjà une application prometteuse dans le domaine clinique. La caractérisation de la PPH pourrait être le point de départ de la caractérisation des substituts pathologiques. / Research in the field of bioengineered skin substitutes is motivated by the need to find new dressings for people affected by skin injuries (burns, diabetic ulcers), and to develop adequate skin models to test new drug formulations developed in vitro. It is possible to produce human skin substitutes (HSS) consisting in a dermis and a stratified epidermis (living epidermis, LE, and stratum corneum, SC), using the self-assembly method developed by the Laboratoire d’Organogénèse Expérimentale (LOEX). In the present work, vibrational microspectroscopy analyses (infrared, IR, and Raman) were performed to obtain in-depth morpho-spectral characterization of the three characteristic layers of HSS as compared with normal human skin (NHS). Concerning the lipid distribution and organization, IR microspectroscopy results suggest that lipids in the SC are more ordered than those in the LE. Raman microspectroscopy results confirm that the SC is a layer rich in lipids which are well-ordered in both NHS and HSS. The amount of lipids decreases and more disorder appears in the LE for both NHS and HSS. However, the results also show that there are fewer lipids in the HSS and that the lipids are more organized in the NHS. Concerning the secondary structure of proteins and protein content, the data show that they are similar in the HSS and in NHS (keratin in the epidermis and collagen in the dermis). Finally, the lipid organization as well as the protein composition in the different layers are similar for HSS and NHS, confirming that the HSS reproduce essential features of real skin. This study also investigates psoriatic human skin (PHS) and provides a deep understanding of its molecular organization and composition. IR and Raman microspectroscopies reveal a similar distribution of lipids and collagen for NHS and PHS. However, PHS exhibits various characteristics showing a global decrease of the structural organization that is compatible with a reduction in its barrier properties. It is the first characterization of the molecular structure of these HSS, which are already considered as a promising biological wound dressing for clinical applications. The characterization of PHS could be the starting point of the characterization of the pathological substitutes.

Les nanoparticules de silice mésoporeuses (MSNs) sont utilisées de plus en plus pour des applications d’imagerie médicale et d’élution de médicament. Bien qu’elles ne soient pas encore approuvées pour la clinique, ces produits font actuellement l’objet de plusieurs études précliniques. En particulier, notre groupe de recherche a démontré que les nanoparticules de silice poreuses marquées d’éléments paramagnétiques sont des agents de contraste efficaces en imagerie par résonance magnétique (IRM). La porosité ouverte de ces produits offre des pistes intéressantes pour des applications de livraison de médicament sous imagerie médicale. Ce projet de maîtrise porte plus particulièrement sur la préparation des particules de silice mésoporeuses marquées d’éléments paramagnétiques, en vue d’applications en imagerie cellulaire, et en imagerie vasculaire. Dans un premier temps, la possibilité de marquer des particules de silice au moyen d’un élément paramagnétique (Mn) a été démontrée. Ces produits ont fait l’objet d’une étude de caractérisation physico-chimique, et d’une étude de marquage cellulaire. Il a été démontré que les nanoparticules Mn-MSNs internalisées dans des cellules leucémiques de souris sont visibles en IRM. Or, avant traitement des cellules, tout comme pour la préparation d’une suspension de MSNs pour une injection intravasculaire, il est nécessaire de purifier les nanoparticules de la présence d’ions métalliques potentiellement toxiques (Gd3+, Mn2+, utilisés pour le marquage des nanoparticules et la visibilité en IRM). Afin de faciliter la purification des nanoparticules par une technique rapide, une méthode de chromatographie par exclusion stérique a été développée, optimisée et appliquée à une procédure de marquage de MSNs au moyen d’ions paramagnétiques (Gd3+) et radioactifs (64Cu2+). Le développement de cette technique a été essentiel pour purifier les MSNs, qui ont ensuite été injectées dans des souris, et visualisées en IRM et en tomographie par émission de positons (TEP). Ces études ont permis de mesurer la biodistribution des particules de MSNs sur 48 h. Ce projet a également permis de démontrer que les biodistribution dynamiques sous TEP permettront de mieux comprendre la biodistribution, la rétention aux organes, et l’excrétion des nanoparticules de MSNs développées comme potentiel agent de vectorisation de médicaments. / Mesoporous silica nanoparticles (MSNs) are increasingly used in medical imaging and drug delivery applications. They are still not approved for the clinic; however, these products have been used in several preclinical studies, and are being evaluated for clinical trials. Our group demonstrated that MSNs labeled with paramagnetic elements are efficient as contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI). The open porosity of these products leads to interesting applications for drug delivery under medical imaging. This master’s degree project has focused on the preparation of MSNs labeled with paramagnetic elements, for applications in cellular imaging, and vascular imaging. First, MSNs labeled with paramagnetic element (Mn) were used to label and to visualize cells in MRI. These products were subjected to a physico-chemical characterization study, and a cellular labelling study. It was demonstrated that Mn-MSNs nanoparticles internalized in leukaemia mouse cells are visible using MRI. However, before cells treatment, just like for the preparation of MSNs suspension for intravascular injection, it is necessary to purify nanoparticles from the potentially toxic paramagnetic metal ions (Gd3+, Mn2+). To facilitate and accelerate the purification time, a size exclusion chromatography method was developed, optimized and applied to MSNs labelled with paramagnetic (Gd3+) and radioactive (64Cu2+) ions. The development of this technique was essential to purify MSNs from both Gd3+ and 64Cu2+, which were then injected in mice, and visualized with MRI and positron emission tomography (PET). These studies have made it possible to measure the biodistribution of MSN over 48 h in the mouse model. PET dynamic biodistributions studies allow a better understanding of biodistribution, organ retention, and excretion of MSNs nanoparticles developed as potential drug vectors.

Ce projet de travail est divisé en deux études principales: (a) l'influence des certains additifs organiques sur la consommation d'énergie et la pureté du métal de zinc déposé dans le processus d'extraction électrolytique, et (b) l’électrodéposition des alliages binaires et ternaires de Fe-Mo et Fe-Mo-P sur des substrats d’acier doux afin d’agir comme cathodes pour la production de chlorate. (a) Parmi les sept différents additifs organiques examinés, les sels des liquides ioniques ont réussi à augmenter le rendement du courant jusqu'à 95,1% comparé à 88,7% qui a obtenu à partir de l'électrolyte standard en présence des ions de Sb3+. La réduction maximale de la consommation d'énergie de ~173 kWh tonne-1 a été obtenue en ajoutant de 3 mg dm-3 du chlorure de 1-butyl-3-méthylimidazolium dans le même électrolyte. La teneur en plomb dans le dépôt de zinc est réduite de 26,5 ppm à 5,1-5,6 ppm en utilisant les sels des liquides ioniques. (b) Des différents binaires Fe-Mo et ternaires Fe-Mo-P alliages ont été électrodéposés sur des substrats d’acier doux. Les alliages préparés ont une tenure en Mo entre 21-47 at.% et une tenure en P de 0 à 16 at.%. L'activité électrocatalytique de ces alliages vers la réaction de dégagement d'hydrogène (RDH) a été étudiée dans des solutions de chlorure de sodium. La réduction maximale de la surtension de RDH de ~313 mV a été obtenue par l’alliage ternaire préparé Fe54Mo30P16 par rapport à celle obtenue pour l'acier doux. La rugosité de surface et l'activité intrinsèque des revêtements de Fe-Mo-P peuvent être l'origine du comportement prometteur de ces électrocatalyseurs vers la RDH. / This work project is divided into two main studies: (a) the influence of certain organic additives on the power consumption and the purity of deposited zinc during electrowinning process, and (b) the electrodeposition of binary and ternary alloys of Fe-Mo and Fe-Mo-P on mild steel substrates to act as cathodes for chlorate production. (a) Among seven different examined organic additives, the ionic liquid salts succeeded to increase the current efficiency up to 95.1% compared to 88.7% obtained from standard electrolyte in presence of Sb3+ ions. Maximum reduction of power consumption of ~173 kWh ton-1 was observed by addition of 3 mg dm-3 of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride to the same electrolyte. Lead content in the zinc deposit is reduced from 26.5 ppm to 5.1-5.6 ppm by using the ionic liquid salts. (b) Different binary Fe-Mo and ternary Fe-Mo-P alloys have been electrodeposited on mild steel substrates. The prepared alloys have Mo content between 21-47 at.% and P content from 0 to 16 at.%. The electrocatalytic activity of these alloys towards the hydrogen evolution reaction (HER) was investigated in sodium chloride solutions. The maximum reduction of HER overpotential of ~313 mV was achieved from the prepared ternary alloy Fe54Mo30P16 compared to that obtained from mild steel. The surface roughness and intrinsic activity of Fe-Mo-P coatings could be the origin of the promising behavior of these electrocatalysts towards the HER.

Recréer des tissus en laboratoire pour remplacer ou améliorer la fonctionnalité d’un organe défaillant, ou créer un tissu modèle pour tester de nouveaux médicaments comme alternative aux expérimentations animales, n’est plus aujourd’hui du domaine de la science fiction. L’ingénierie tissulaire vasculaire s’appuie sur la capacité des cellules à régénérer un néo-tissu lorsque placées dans des conditions de culture appropriées. Face au manque de vaisseaux sanguins autologues lors de pontages coronariens ou périphériques, elle apporte un nouvel espoir de plus en plus concret quant à la création de substituts en laboratoire pour le remplacement de vaisseaux sanguins de petit diamètre (< 6 mm). L’approche adoptée dans le cadre de cette thèse consiste à utiliser une protéine naturelle, le collagène, comme support de la croissance des cellules vasculaires, acteurs majeurs de la régénération tissulaire. Cependant, en dépit des grandes performances biologiques du collagène (reconstitué en laboratoire), son utilisation est limitée par un manque de propriétés mécaniques. L’objectif de cette thèse est de renforcer les structures de collagène supportant les cellules, afin de pouvoir soumettre ces dernières à des stimulations mécaniques et biochimiques requises pour la maturation du tissu en croissance et appliquées dans un bioréacteur "dynamique". Dans un contexte où aucune norme de caractérisation mécanique des hydrogels n’existe, cette thèse a permis de définir les conditions les plus appropriées pour évaluer les comportement mécanique et viscoélastique des échafaudages de collagène seuls : ils doivent être testés dans un environnement pseudo-physiologique (bain de PBS à 37°C) sans préconditionnement mécanique, et mesurés en relaxation de contrainte, qui permet notamment d’accéder au module élastique, paramètre important lorsqu’un matériau subit des sollicitations mécaniques cycliques. Par la suite, et après avoir montré les effets modérés d’un agent de réticulation physique (exposition aux UVs), le développement d’un bioréacteur dit « statique » a permis de mettre en évidence le fort potentiel des cellules musculaires lisses à renforcer les structures tubulaires de collagène lors d’une période de culture statique. Les résultats des techniques de caractérisation mécanique spécifiquement développées et des techniques d’imagerie microscopique montrent qu’à l’issue de cette culture la réorganisation des cellules ainsi que des fibrilles de collagène s’accompagnent d’un remarquable renforcement mécanique et viscoélastique de la construction artérielle, prête à être placée dans un bioréacteur dynamique. Dans la perspective de la régénération tissulaire, outre l’importance de la relation structure-propriété et des interactions cellulesmatrice extracellulaire, ce projet souligne le rôle primordial de la culture en conditions statiques avant la culture dans un bioréacteur dynamique. / Designing biological tissues in laboratory in order to replace or improve the functionality of a failing organ, or create a tissue which could be a model to test new medicinal formulations as alternative to animal experiments, is no longer a dream and is worth being considered. Tissue engineering is based on the ability of cells to regenerate a neo-tissue when cultured in adequate culture conditions. To address the lack of autologous blood vessels for peripheral or coronary bypass, vascular tissue engineering brings new hopes in creating substitutes in vitro in order to replace small diameter blood vessels (< 6 mm). The scientific approach of this thesis work consists in using a natural protein, collagen, as a scaffold to make the vascular cells proliferate. The main objective of this thesis is to reinforce the collagen structures supporting cells, in order to be able to mechanically and biochemically stimulate them during the maturation of the growing tissue in a "dynamic" bioreactor. It is noteworthy to point out that there is no standard method to mechanically characterize hydrogels. This thesis work managed to define the most adequate conditions to estimate the mechanical and the viscoelastic properties of collagen scaffolds: they must be tested in a pseudo-physiological environment (PBS bath at 37°C) without mechanical preconditioning and measured in stress relaxation, which gives the elastic modulus, an important parameter to consider when a material is subjected to cyclic mechanical stimulation. Then, after having shown relative effects of a physical reticulation agent (UVs exposure), the development of a "static" bioreactor showed the high potential of smooth muscle cells to reinforce the tubular collagen structure during a static culture period. The results of the mechanical characterization techniques specifically developed for this project, and microscopic imaging techniques, show that at the end of this culture period, the reorganization of the cells and of the collagen fibrils leads to a noteworthy mechanical and viscoelastic reinforcement of the vascular construct, mature enough to be put in place in a dynamic bioreactor. In the perspective of tissue regeneration, and considering the importance of the structure-properties relations and cells-extracellular matrix interactions, this thesis project establishes the important role of the static culture period preceding the culture period in the dynamic bioreactor.

Au cours de la dernière décennie, les alliages de fonderie Al-Si ont été utilisés de plus en plus comme une alternative appropriée à la fonte dans la fabrication de composants de moteurs (par exemple les culasses). Les objectifs du projet étaient d'étudier l'effet des éléments tels que le cuivre, le magnésium et le fer sur les défauts de solidification, et sur l'évolution des phases poste-eutectiques les alliages de fonderie Al-Si. Tout d’abord, les travaux antérieurs sont soigneusement examinés afin de mieux comprendre les charges de fatigue thermomécanique, les caractéristiques, les exigences et les matériaux applicables dans les composantes du moteur. Par la suite, les défauts de solidification (tendance de fissuration à chaud (HTS) et microporosité) des alliages à base d’Al-Si ont été évalués. En augmentant la teneur en Cu et en Fe des alliages, la valeur de HTS et de microporosité ont été augmentées. Les indices théoriques de fissuration à chaud ont été simulés avec un modèle de microségrégation multiphasique avec rétrodiffusion dans la phase primaire «multiphase back diffusion model». La corrélation obtenue entre les résultats expérimentaux (HTS) et les résultats simulés est excellente. L’effet de la composition chimique (Cu, Mg et Fe contenu) dans les alliages Al-Si sur l'évolution de la microstructure ont donc été étudiées. Les microstructures à l'état de coulée et à l'état de traitement thermique de mise en solution (SHT) ont été évaluées par les microscopies optique/électronique. Deux intermétalliques contenant du Mg (Q-Al5Cu2Mg8Si6, π-Al8FeMg3Si6) qui apparaissent avec une couleur grise sous le microscope optique ont été discriminés par des attaques chimiques que nous avons développées. L’analyse calorimétrique différentielle à balayage (DSC) a été utilisée pour examiner les transformations de phase survenant au cours du processus de chauffage et de refroidissement. Les calculs thermodynamiques ont été effectués pour évaluer la formation de la phase à l'état d'équilibre et hors-équilibre. Les résultats ont démontré que la séquence de solidification et la stabilité des intermétalliques contenant du Cu/Mg ont été fortement influencée par la composition chimique des alliages. La phase Q-Al5Cu2Mg8Si6 a été solidifiée soit à la même température ou plus tôt que la phase θ-Al2Cu en fonction de la teneur en Cu de l'alliage. Par ailleurs, les phases Q-Al5Cu2Mg8Si6 et π-Al8FeMg3Si6 qui étaient solubles à 505℃ dans l'alliage Al-7Si-1.5Cu-0.4mg, sont restées presque intactes dans l'alliage Al-7Si-1.5Cu-0.8mg wt.-%. Bien que l’intermétallique-AlCuFe a été à peine observé dans la microstructure de coulée, la réaction entre la phase primiare α-Al avec la phase β-Al5FeSi a causé la formation de la phase N-Al7Cu2Fe au cours de la mise en solution. La transformation de phase à l'état solide de la phase β-Al5FeSi à la phase N-Al7Cu2Fe a également été étudiée. / Over the past decade, Al-Si based foundry alloys have increasingly been used as a suitable alternative for cast iron in the fabrication of engine components. This project was aimed to study the effect of Cu, Mg and Fe elements on solidification defects (hot rearing tendency and microporosity), and on evolution of post eutectic phases in the Al-7Si (wt.-%) based alloys. Initially, the previous works and the most pertinent literatures were thoroughly reviewed to elaborate the thermo-mechanical fatigue loads, characteristics, requirements and materials applicable in engine components (mainly cylinder-head). Subsequently, the solidification defects of the Al-Si based alloys were evaluated. By increasing Cu and Fe content of the alloys, the hot tearing sensitivity and the microporosity content of the alloys were both enhanced. Multiphase back diffusion model was utilized to simulate the theoretical hot tearing indices. A very good correlation was obtained between the experimental and the theoretical hot tearing indices. Effect of the chemistry (Cu, Mg and Fe content) on microstructure evolution of the Al-Si foundry alloys was consequently studied. As-cast and solution heat treated (SHT) microstructures of the alloys were evaluated by optical- and electron-microscopy. Two etchants were developed to discriminate the Mg-bearing intermetallics (Q-Al5Cu2Mg8Si6, π- Al8FeMg3Si6) under optical microscope. Differential scanning calorimetry (DSC) was utilized to examine the phase transformations occurring during heating/cooling process. Thermodynamic computations were carried out to assess the phase formation in the equilibrium/non-equilibrium conditions. According to the predicted/experimental results, the solidification sequence and the stability of Cu/Mg bearing intermetallics are strongly influenced by the chemistry of the alloys. Q-Al5Cu2Mg8Si6 phase was solidified either at the same temperature or earlier than θ-Al2Cu phase depending the Cu content of the alloy. Moreover, Q-Al5Cu2Mg8Si6 and π- Al8FeMg3Si6 which were soluble at 505℃ in the alloy Al-7Si-1.5Cu-0.4Mg, remained almost intact in the alloy Al-7Si-1.5Cu-0.8Mg wt.-%. Tough the AlCuFe- intermetallic was barely observed in the as-cast microstructure, the reaction of α-Al with the β-Al5FeSi phase caused the formation of the N-Al7Cu2Fe phase during SHT. The solid state phase transformation (precipitation temperature and mechanism) of β-Al5FeSi to the N-Al7Cu2Fe phase was also investigated.