Le stress oxydant se définit comme un déséquilibre entre la production d’espèces oxygénées et azotés réactives et les défenses antioxydants. Ce phénomène est associé à de nombreuses pathologies telles que des maladies neurodégénératives et cardiovasculaires ou des cancers. Pour contrecarrer les dégâts causés par le stress oxydant, l’utilisation d’antioxydants synthétiques s’est avérée intéressante car il devient alors possible de modifier les propriétés physico-chimiques des antioxydants et de leur assurer un meilleur ciblage cellulaire et tissulaire. Nos travaux de recherche se positionnent dans la recherche de nouveaux agents antioxydants synthétiques. Au cours de cette thèse nous nous sommes focalisés sur l’utilisation de l’alpha-phényl-N-tert-butylnitrone (PBN), qui présente une bonne activité pharmacologique contre les dégâts liés aux radicaux libres, et qui est également largement utilisée en tant que sonde analytique pour l’identification d’espèces radicalaires par la technique de piégeage de spin couplée à la résonance paramagnétique électronique (RPE). Dans la première partie de ces travaux de thèse, nous avons tenté d’améliorer les propriétés intrinsèques de la PBN en greffant divers substituants soit sur le cycle aromatique, soit sur le groupement N-tert-butyl de la fonction nitrone. L’analyse des propriétés physico-chimiques et biologiques de ces composés nous a permis de mesurer l’impact de la nature et de la position des substituants sur les propriétés antioxydantes de la PBN. La seconde partie de ces travaux a consisté à greffer le motif PBN sur des structures moléculaires amphiphiles dérivées d’un acide-aminé. Cette deuxième partie a pour but d’améliorer l’activité biologique et la biodisponibilité des dérivés PBN. / Oxidative stress is defined as an unbalance between the production of free radicals and the antioxidant defenses. The oxidative stress state has been associated with several pathologies such as neurodegenerative and cardiovascular diseases or cancers. To prevent oxidative stress-mediated damage, the use of synthetic antioxidants is attractive as it allows to tune their physico-chemical properties as well as their cellular targeting specificity. Of particular interest is the linear alpha-phenyl-N-tert-butylnitrone (PBN) which exhibits pharmacological activity against radical-mediated pathophysiological conditions and has been widely used as analytical reagent for the identification of radical species by the spin-trapping method coupled to electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. In this thesis report, we first tried to improve the intrinsic antioxidant properties of PBN by grafting various substituents either onto the aromatic ring or the N-tert-butyl-group of the nitronyl function. The physico-chemical and biological properties of the compounds were then determined. With optimized nitrone derivatives in hand, the second part of this project consisted in improving the bioactivity and bioavailability of our nitrone agents using amphiphilic carriers or specific targeting ligands.