Une nouvelle technique de dépôt de phases stationnaires solides pour la fabrication de micro colonnes de chromatographie en phase gazeuse a été proposée : pour dépasser les limites des phases stationnaires liquides conventionnelles (ou occasionnellement solides) en termes de rétention des composés très volatiles et/ou de fabrication par lots en salle blanche, une approche consistant en le dépôt direct de l'adsorbant sur le substrat par pulvérisation cathodique a été mise en œuvre. La méthode est par nature compatible avec le procédé de fabrication en salle blanche et industrialisable, et a montré de bons résultats en termes de précision. La séparation d'hydrocarbures volatiles a été rendue possible sur silice, alumine, graphite et magnésie. Différents types de colonnes (structure, phase stationnaire) ont été fabriquées sous la forme de puces en silicium de 2x2 cm², et leurs caractérisations thermodynamique et cinétique ont été réalisées. Des efficacités très satisfaisantes ont été obtenues (plus de 5700 plateaux, des hauteurs de plateau de 250 µm). La possibilité d'utiliser des colonnes à phase stationnaire déposée par pulvérisation cathodique pour l'analyse automatisée en temps réel d'hydrocarbures légers sur site pétrolier a été démontrée par l'implémentation d'un système de programmation en température de la puce et divers tests d'adaptabilité (haute température, gaz vecteur, humidité) : une séparation complète des alcanes linéaires C1-C9 en moins de 15 secondes a été obtenue, ainsi que des séparations de mélanges plus complexes (isomères, insaturés). Une application industrielle confidentielle a été brevetée et développée. / A totally new solid stationary phase deposition technique for micro machined gas chromatography (GC) columns fabrication was proposed: to overcome the limitations of conventional liquid (or occasionally solid) stationary phases in terms of very volatile compounds retention and/or clean room batch production, an approach consisting of the collective direct deposition of the adsorbent in micro columns channels by sputtering was performed. The process was fully compatible with clean room fabrication flow and industry-ready, with very good precision results. Silica, alumina, graphite and magnesia were proven able to separate volatile hydrocarbons. Various types of columns (structure, stationary phase) were fabricated in the form of 2x2 cm² silicon-Pyrex chips, and their thermodynamic and kinetic evaluations were reported. Retentions were observed to increase from magnesia to graphite through alumina and silica and with phase ratio decrease, as expected; very satisfying efficiencies were obtained: more than 5700 plates, and 250 µm-high plates. The possibility to use such columns for fast in-situ and autonomous monitoring of light hydrocarbons in oilfield environments was demonstrated by the implementation of a chip temperature-programming system and various versatility tests (high temperatures, carrier gas, humidity): a complete C1-C9 linear alkanes separation was performed in less than 15 seconds, as well as complex mixtures fast separations (isomers, unsaturated), and an industrial confidential application was developed and patented. Therefore, sputter-deposited stationary phase micro columns opened numerous perspectives for the developments of miniaturized GC apparatuses.

En milieu marin le carbone organique particulaire (POC) représente 25 % du carbone organique total. Sa dégradation est réalisée par des microorganismes hétérotrophes ayant mis en place diverses stratégies pour parvenir à le dissoudre et l’assimiler. Peu d’études se sont intéressées à la dégradation des composés polymériques et/ou hydrophobes, quasiment insolubles dans l’eau constituant le POC. Parmi ces composés, on retrouve les lipides et les hydrocarbures regroupés sous le terme de COH (composés organiques hydrophobes). La dégradation des COH est réalisée par des bactéries dîtes oléolytiques ayant entre autre pour stratégie la formation de biofilms également qualifiés d’oléolytique. Nos connaissances sur la diversité et la fonctionnalité des biofilms oléolytiques se limitent actuellement aux bactéries spécifiquement étudiées pour leur capacité à dégrader les HC. Ainsi la dégradation des lipides est souvent négligée alors que cette famille de molécules représente une part significative du POC.La diversité taxonomique des bactéries formant des biofilms oléolytiques a été déterminée par un criblage de 199 souches marines sur 4 substrats : un alcane (paraffine), un triglycéride (tristéarine), un acide gras (acide palmitique) et une cire (l’hexadécyl palmitate). Cette étude a révélé que les bactéries oléolytiques (formant un biofilm sur au moins 1 des substrats) sont relativement répandues parmi les bactéries marines puisque qu’elles représentent 18.7 % des souches testée. Cette étude montre également que les bactéries capables d’assimiler les alcanes sont également capables d’assimiler au moins un lipide. Les bactéries hydrocarbonoclastes, jusqu’alors décrites comme spécialisées, voir restreintes à l’assimilation des hydrocarbures, présentent donc une gamme de substrats s’étendant aux lipides. La corrélation positive entre la capacité d’assimilation des alcanes et l’assimilation des lipides suggère un lien physiologique entre l’assimilation de ces deux familles de COH. L’activité lipase qui est essentielle à l’assimilation des triglycérides mais pas à l’assimilation des alcanes, a été mesurée dans des cultures de souches oléolytiques poussant sur acétate, triglycéride ou hexadécane. Comme attendu, les cultures sur triglycérides montrent toutes une surexpression de l’activité lipases par rapport aux cultures sur acétate. Les cultures sur hexadécane montraient aussi une surexpression de l’activité lipase renforçant l’idée d’un lien physiologique entre dégradation des alcanes et dégradation des lipides. De plus les souches oléolytiques n’ont pas montré de capacité à former un biofilm sur une surface inerte hydrophobe telle que le polystyrène ou sur une surface hydrophile telle que le verre à la hauteur de celles constaté sur COH. Une étude quantitative de l’adhésion sur COH et substrats inertes réalisée par microscopie montre que l’adhésion (dans les conditions testées) n’est pas un facteur déterminant de la formation de biofilm sur ces mêmes substrats. Cela suggère que la spécificité de formation de biofilm sur les substrats COH, ne réside pas dans l’adhésion mais vraisemblablement dans les étapes de développement du biofilm plus tardives.Enfin, les biofilms oléolytiques mettant en jeux des produits extracellulaires (enzymes et facteurs de solubilisation) qui constituent des biens communs, sont propices à l’établissement de comportements sociaux. Nous avons mis en évidence des comportements synergiques (5/8 des comportements observés) ou compétitifs au sein de biofilm oléolytiques (3/8 des comportements observés). / Particulate organic carbon (POC), in marine environment, accounts for 25% of total organic carbon. POC degradation is carried out by heterotrophic microorganisms which have developed strategies to dissolve and assimilate it. Few studies have investigated the degradation of the polymeric and / or hydrophobic components of POC, which are almost insoluble in the water. Among these compounds, there are lipids and hydrocarbons (HC) grouped under the term of HOCs (hydrophobic organic compounds). The degradation of the HOCs is carried out by oleolytic bacteria which form biofilms at the HOC– water interface. Our knowledge of the diversity and functionality of oleolytic biofilms is mostly limited to HC degrading bacteria, while the degradation of lipids is often neglected although this family of molecules represents a significant part of the POC. A screening of 199 marine strains on 4 substrates: an alkane (paraffin), a triglyceride (tristearin), a fatty acid (palmitic acid) and a wax ester (hexadecyl palmitate) was performed to determine the taxonomic diversity of bacteria able to form oleolytic biofilms. This study revealed that oleolytic bacteria (forming a biofilm on at least 1 substrate) were relatively widespread among marine bacteria since they represented 18.7% of tested strains. This study also showed that bacteria able to assimilate alkanes were also able to assimilate at least one lipid. Hydrocarbonoclastic bacteria, previously described as specialized, or restricted to the assimilation of hydrocarbons, have actually a substrate range spanning from HC to lipids. The positive correlation between the ability to form a biofilm on alkanes and on lipids suggested a physiological link between the assimilation of these two HOC families. The lipase activity, which is essential for triglycerdides assimilation but not for the alkanes assimilation, was measured in oleolytic strains cultures growing on acetate, triglyceride or hexadecane. As expected, overexpression of lipase activity was observed in cultures on triglycerides compared to cultures on acetate. Moreover, overexpression of lipase activity was also observed in cultures on hexadecane reinforcing the idea of a physiological link between alkanes and lipids degradation.Oleolytic strains exhibited a very weak ability to form a biofilm on the inert surfaces (non-nutritive) polystyrene or glass compared to the HOC nutritive surface indicating that oleolytic strains have a specificity for HOC to form a biofilm. A quantitative study of adhesion on HOC and inert substratums carried out by microscopy shows that adhesion (in the tested conditions) is not a determining factor of the biofilm formation on these same substrates. This suggests that the specificity of biofilm formation on HOC substrates does not reside in adhesion but presumably in later biofilm development stages.Lastly, oleolytic biofilms, involving extracellular products (enzymes and solubilization factors) that constitute public goods, are favorable to the establishment of social behaviors. We have demonstrated synergistic behaviors (5/8 of observed behaviors) or competitive behaviors (3/8 of observed behaviors) in oleolytic biofilms.

Alors que les phénomènes de mouillage aux petites échelles connaissent un regain d'intérêt soit théorique soit expérimental en vue de nouvelles applications, leur compréhension reste encore limitée. Dans ce contexte, ce travail a porté sur l'étude du mouillage de gouttes d'alcanes de taille nanométrique sur de surfaces "modèles" réalisées par auto-assemblage de monocouches organiques. Cela a demandé la mise au point d'une nouvelle technique de Microscopie à Force Atomique (AFM) en mode "non-contact" permettant d'imager, avec peu d'artefacts, des gouttes de taille variable condensées directement sur des surfaces solides. Nous avons montré ainsi que l'angle de mouillage des alcanes sur des surfaces silanisées, faiblement hétérogènes, diminue sensiblement à partir de sa valeur macroscopique lorsque la taille des gouttes devient submicronique. Dans ce système, régi par des interactions à longue portée purement dispersives, la tension de ligne est théoriquement trop faible pour être responsable de l'effet observé. Nous avons donc supposé que les hétérogénéités chimiques mésoscopiques du substrat affectent l'angle de mouillage lorsque la taille des gouttes devient suffisamment petite. Ce scénario a été validé par des simulations numériques basées sur un modèle simplié de la distribution de défauts du substrat. Des expériences similaires, réalisées sur des substrats différents (monocouches d'alcanethiols auto-assemblés sur or et de chaînes alkyles greffées sur silicium), ont aussi mis en évidence l'effet dominant des hétérogénéités physico-chimiques faibles du solide sur le mouillage aux petites échelles. Finalement, pour illustrer ultérieurement les potentialités de la technique AFM ici développée, nous avons étudié le mouillage de surfaces nano-structurées et la mouillabilité locale de la surface du cheveu.

Les réactions de déshydrogénation oxydante du propane et de l'éthane ont été étudiées respectivement sur des catalyseurs à base d'oxydes alcalino-terreux (OAT) dopés néodyme et des catalyseurs à base d'oxyde de nickel dopés par différents métaux. Deux méthodes de préparation des solides OAT dopés au néodyme ont été comparées. La caractérisation par analyses DRX montre la formation de solutions solides avec des défauts (lacunes, dislocations). La formation d'agglomérats de néodyme a été également observée. Les tests catalytiques réalisés montrent que le dopage au néodyme augmente la conversion du propane avec simultanément une augmentation de la sélectivité. Les catalyseurs à base d'oxyde de nickel sont eux très actifs dans la réaction de déshydrogénation oxydante de l'éthane. L'étude réalisée montre l'absence de formation de solutions solides étendues avec les dopants. L'addition de niobium et des ions oxalates permet l'isolation des sites actifs qui sont des ions O- et entraine une baisse d'activité mais conjointement une forte amélioration de la sélectivité en éthylène. De plus, elle modifie la texture de NiO en augmentant sa surface spécifique ce qui permet d'obtenir de meilleures conversions. La mise au point de ces catalyseurs est compromise par une désactivation: la caractérisation des solides avant et après désactivation par DRX, Raman, XPS, TEM, EDX et TPD de O2 montre que cette désactivation est due à la réduction lente et irréversible des ions Ni3+ entrainant la diminution du nombre des espèces O-. La formation de la phase NiNb2O6 lors de la désactivation a été également observée.

Ce travail concerne la modélisation de propriétés interfaciales d'alcanes linéaires confinés dans des pores plan/plan, telles que la quantité adsorbée ou la tension interfaciale par la simulation moléculaire de type Monte Carlo. Les calculs ont été réalisés dans les conditions thermodynamiques variées allant de pressions et températures très faibles jusqu'à des valeurs élevées rencontrées typiquement dans les réservoirs. Nous avons mené une étude de sensibilité concernant trois potentiels d'interaction classiquement utilisés, regardé l'influence du confinement géométrique et des conditions thermodynamiques sur le méthane confiné, calculé la chaleur isostérique d'adsorption et mis en évidence le phénomène de condensation capillaire. Les résultats d'isotherme d'adsorption obtenus par simulation ont été confrontés avec succès à des résultats expérimentaux. Cette comparaison a également permis de mettre en évidence l'importance de la caractérisation du milieu poreux lors de l'estimation de l'isotherme d'adsorption. Le comportement d'alcanes linéaires de plus longue chaine a également été étudié.

Une nouvelle technique de dépôt de phases stationnaires solides pour la fabrication de micro colonnes de chromatographie en phase gazeuse a été proposée : pour dépasser les limites des phases stationnaires liquides conventionnelles (ou occasionnellement solides) en termes de rétention des composés très volatiles et/ou de fabrication par lots en salle blanche, une approche consistant en le dépôt direct de l'adsorbant sur le substrat par pulvérisation cathodique a été mise en œuvre. La méthode est par nature compatible avec le procédé de fabrication en salle blanche et industrialisable, et a montré de bons résultats en termes de précision. La séparation d'hydrocarbures volatiles a été rendue possible sur silice, alumine, graphite et magnésie. Différents types de colonnes (structure, phase stationnaire) ont été fabriquées sous la forme de puces en silicium de 2x2 cm², et leurs caractérisations thermodynamique et cinétique ont été réalisées. Des efficacités très satisfaisantes ont été obtenues (plus de 5700 plateaux, des hauteurs de plateau de 250 µm). La possibilité d'utiliser des colonnes à phase stationnaire déposée par pulvérisation cathodique pour l'analyse automatisée en temps réel d'hydrocarbures légers sur site pétrolier a été démontrée par l'implémentation d'un système de programmation en température de la puce et divers tests d'adaptabilité (haute température, gaz vecteur, humidité) : une séparation complète des alcanes linéaires C1-C9 en moins de 15 secondes a été obtenue, ainsi que des séparations de mélanges plus complexes (isomères, insaturés). Une application industrielle confidentielle a été brevetée et développée.

Les motifs hétéroaromatiques sont présents dans de nombreuses molécules naturelles. Depuis plusieurs années, notre groupe s'est particulièrement intéressé à la réactivité des pyrroles et des indoles vis-à-vis des nitrones pour donner des bis(pyrrolyl)alcanes, et des bis(indolyl)alcanes, dont des composés naturels comme le vibrindole A ou des composés synthétiques. Ces motifs présentent un grand intérêt car ils peuvent présenter aussi bien des activités anticancéreuses que des activités antibactériennes. C'est dans ce contexte que s'inscrit la première partie du présent travail de recherche. La méthode développée au laboratoire a été étendue à de nouveaux motifs mixtes de type "indole-pyrrole", "indole-furane" et "pyrrole-furane", afin de tester leurs activités en tant qu’antibactériens. Un second volet de ce manuscrit porte sur le développement d'une synthèse "verte" de 2,2'-bis(pyrrolyl)alcanes et de 3,3' bis(indolyl)alcanes symétriques. Finalement, l’addition catalysée énantiosélective de pyrroles à divers électrophiles azotés menant à des pyrrolyl méthanamines a été mise au point en présence d'un catalyseur organique de type acide phosphorique présentant une chiralité axiale. Cette méthode est appliquée à la synthèse d'une molécule naturelle, la (+) absouline. / Heteroaromatics are present in many natural products. Since several years, our group is particularly interested in the reactivity of pyrroles and indoles towards nitrones to give bis(pyrrolyl)alkanes and bis (indolyl)alkanes that could be present in natural compounds such as vibrindole A or in synthetic compounds. These structural patterns are interesting because they could display either anticancer or antibacterial activities. The first part of the present research starts from these previous results. The method developed in the laboratory was extended to new mixed molecules containing either "indole-pyrrole", "indole-furan" or "pyrrole-furan" moieties, in order to test their activities as antibacterial agents. A second part of this manuscript focuses on the development of a "green" preparation of symmetrical 2,2' bis(pyrrolyl)alkanes and 3,3' bis(indolyl) alkanes respectively. Finally, the catalytic enantioselective addition of pyrroles onto several nitrogen-containing electrophiles yielding pyrrolyl methanamines has been developed in the presence of an organic catalyst such as a phosphoric acid with an axial chirality. This method is currently applied to the synthesis of a natural molecule, the (+)-absouline.

Ce mémoire porte sur la synthèse et l’analyse des propriétés de nouveaux ligands ambiphiles phoshines-alanes et sur leur coordination à un centre métallique de rhodium. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre d’un projet d’activation catalytique des liaisons C-H d’alcanes saturés. Après une revue de la littérature portant sur l’activation C-H catalytique et sur les ligands ambiphiles, la synthèse de deux nouvelles molécules de ce type est décrite. Les propriétés structurelles et chimiques de ces composés sont également étudiées. Les différents ligands synthétisés ont par la suite été placés dans des conditions pouvant mener à leur coordination à divers précurseurs de rhodium. Les résultats de ces réactions sont analysés et des structures sont proposées dans les cas où c’est possible. / This document presents the synthesis and the analysis of the properties of new ambiphilic phosphine-alane ligands and their coordination on a metallic rhodium center. This work is the continuation of a project which ultimately aims for the catalytic C-H bond activation in saturated alcanes. After a short review on the catalytic C-H activation and the ambiphilic ligands, the synthesis of two new ambiphilic molecules is described. The chemical and structural properties of these ligands are also studied. The synthesised ligands have also been placed in conditions that could allow their coordination to a variety of rhodium precursors. The results of these reactions have been analysed and structures have been proposed for the products whenever possible.

Lors de leur exploitation et de leur transport, les fluides pétroliers subissent de fortes variations de température et de pression susceptibles d'entraîner la formation de dépôts solides. Pour bien comprendre leur comportement, il est indispensable de disposer de données expérimentales fiables permettant de décrire correctement leur diagramme de phase afin d'élaborer des modèles thermodynamiques prédictifs. Au cours de ce travail, un microscope haute pression a été développé pour combler les insuffisances des techniques existantes dans le domaine des équilibres de phase liquide – solide ; il permet de mesurer la température de fusion finissante de divers types de systèmes dans la gamme 0,1 – 100 MPa pour des températures comprises entre 243 et 373 K. Dans un premier temps, ce dispositif a été mis à contribution pour étudier la variation de la température de fusion de corps purs rencontrés au sein des fluides pétroliers (alcanes linéaires, alkylcyclohexanes et alkylbenzènes) en fonction de la pression et du nombre d'atomes de carbone. Cette étude a révélé une dépendance entre la pente des courbes de liquidus dans un diagramme (T, P) et la structure cristalline du solide considéré. Dans un deuxième temps, les températures de fusion finissante de plusieurs mélanges synthétiques ont été étudiées en fonction de la pression. Une modélisation des résultats a été proposée pour chaque système en tenant compte de l'influence de la structure cristalline sur la pente des courbes de liquidus. Enfin, le dispositif de microscopie sous haute pression a permis l'étude de fluides de gisement et une discussion sur la taille des cristaux qui apparaissent dans de tels systèmes est proposée.

Les intégrales bi-électroniques jouent un rôle essentiel pour déterminer les propriétés électroniques des atomes et des molécules. Les oxydes de cuivre couvrent des domaines très divers et ont des applications extrêmement variés. Nous avons porté notre attention sur une étude de la contribution des intégrales bi-électroniques à la catalyse hétérogène, par une étude théorique de la réactivité sur la surface de cuivre, et en particulier l'oxydation ménagée des alcanes et alcènes sur la surface CuO(001). Ce travail de thèse a porté sur une étude théorique en deux parties principales : La première partie concernant l'étude des intégrales de Coulomb et d'échange effectuée par le logiciel STOP sur une base d'orbitales atomiques de Slater. L'équation de Poisson est résolue dans ce travail pour le potentiel de Coulomb moléculaire. La deuxième partie, est une étude des réactivités chimiques concernant l'oxydation ménagée des alcanes et alcènes sur les surfaces de métal de cuivre Cu(001) ou CuO(001). Cette étude est effectuée à l'aide du logiciel ABINIT DFT sur une base d'onde plane. Les résultats de ce travail ont validé une nouvelle approche des intégrales de Coulomb et d'échange. Ils ont abouti à la mise en évidence des mécanismes réactionnels de la réactivité d'oxydation ménagée sur la surface de cuivre CuO(001), ainsi que des produits sélectifs.