Pour mieux comprendre les éléments du métabolisme impliqués dans la détectionélectrochimique de bactéries et dans les biopiles bactériennes, le comportementélectrochimique de différentes souches de bactéries de type E. coli a été analysé. Lesbactéries ont été incubées dans un milieu de culture en présence de différents substrats,dans une cellule électrochimique à 3 électrodes où l’électrode de travail (ITO) agit en tantqu’accepteur d’électrons. En utilisant la voltampérométrie cyclique et lachronoampérométrie, l’accès aux caractéristiques électrochimiques des médiateurs redoxissus du métabolisme bactérien a ainsi pu être réalisé. Dans le cas des bactéries de typeE.coli XL1-Blue incubées en présence de sources différentes de carbone, telles que leglucose, le succinate ou l’acétate, il a été montré que les bactéries produisent un médiateurredox naturel, quelle que soit la source de carbone. Un courant électrique plus importantest obtenu dans le cas où un médiateur redox (PQQ or riboflavine) est ajouté dans lemilieu. Dans le cas des bactéries de type E.coli K12 et de ses souches mutantes ΔmenC etΔubiC incubées en présence de glucose ou de succinate, il a été trouvé que la soucheΔubiC produit un courant électrique plus élevé que E.coli K12 et ΔmenC. Il sembleraitainsi que la souche ΔubiC présente une activité électrochimique faisant intervenir un gènede régulation de la voie de synthèse de la ménaquinone. / To further understand the metabolism parameters involved in the electrochemicaldetection of bacteria and microbial fuel cell applications, the electrochemical behavior ofdifferent E. coli strains was analyzed. The bacteria were incubated in anaerobic conditionin a culture medium containing different substrates in a three-electrode electrochemicalcell where ITO working electrode serves as an electron acceptor. Using cyclic voltammetryand chronoamperometry, the electrochemical characteristics of excreted redox compoundsissued from bacterial metabolism have been assessed. In the case of E. coli XL1-Blue inpresence of different carbon sources such as glucose, succinate or acetate, the resultsshowed that a natural redox compound is produced whatever the carbon source. A higherelectrical current is obtained in the case of the addition of artificial mediators (PQQ orriboflavine) in the medium. In the case of E. coli K12 and its mutants ΔmenC and ΔubiCincubated in medium containing glucose or succinate, it is found that ΔubiC produced ahigher current compared to E.coli K12 and its mutants ΔmenC. It has been proposed thatΔubiC exhibits its electrochemical activity through the gene regulation of menaquinonesynthesis pathway.

Ce mémoire traite la conception, la microfabrication et la caractérisation d’une matrice de microélectrodes dans une architecture microfluidique pour l’analyse par imagerie électrochimique des substances biochimique. Un nouveau procédé de microfabrication des moules des canaux microfluidiques a été développé en utilisant un procédé de photolithographie d’une résine photosensible sèche et solide. Le microcanal est fabriqué à partir de 2 substrats collés par plasma avec une matrice de 200 microélectrodes (ME). Les dimensions de chaque électrode sont de 340 μm x 340 μm fabriqués sur un circuit imprimé (PCB : printed circuit bord). La surface des électrodes a été modifiée par électrodéposition du nickel et de l’Au pour améliorer les courbes cyclo voltamétriques. Une caractérisation électro-analytique du micro-dispositif est réalisée par voltamétrie cyclique en écoulement laminaire. Le nouveau dispositif proposé nous a permis d’obtenir des images électrochimiques en pixélisant le microcanal avec la MME. Cette pixellisation du microcanal est une cartographie de l’intensité du courant et donc de la concentration des molécules dans le microcanal. Des simulations numériques 2D de la vitesse, pression ainsi que de la diffusion chimique ont été réalisées en utilisant un logiciel de modélisation par éléments finis (COMSOL). Des images microscopiques ont été aussi analysées afin de localiser la distribution des molécules à l’intérieur du canal microfluidique. Mots Clés : Microélectrodes, microfluidique, laboratoire sur puce, analyse électrochimique, circuit imprimé, oxydoréduction. / In this project we present a complete microfluidic platform with integrated 200 electrodes for in situ screening and imaging of biochemical samples through a lab-on-chip system. We incorporated electrochemical sensor arrays (20x10) connected to a PCB into a 200 μm tall microfluidic channel. The micro-channel contains three inlets, two of which where used to introduce phosphate buffer saline (PBS), which confined a central stream of ferrocynide solution. A custom multiplexer and potentiostat were used to sequentially perform cyclic voltammetry on each electrode. The behaviour of the system was linear in term of variation of current versus concentration. A pseudo real-time interface collected currents from each electrode. It was then analyzed to detect different species and their concentrations at different locations on-chip. An electrochemical image was generated presenting the concentration distribution inside the microfluidic device. A numerical calculation with COMSOL was achieved to solve Navier-Stocks equation to confirm experimental results, finally microscopic image analyzed to show the position of the confined flow. Key words : Microelectrodes, microfluidics, lab-on-a-chip, electrochemical analysis, printed circuit board, redox reaction.

Cette thèse étudie l'amélioration des performances électrochimiques des membranes de polypyrrole (PPy) pour les applications de stockage d'énergie dans les supercondensateurs. Dans la première étude, une membrane souple autonome de PPy a été synthétisée par polymérisation interfaciale, en utilisant l'orange de méthyle (MO) et le chlorure de fer comme nano-template et oxydant. L'incorporation de MO et le traitement ultérieur à l'acide sulfurique ont entraîné une augmentation substantielle de la capacitance spécifique de la membrane, passant de 96 mF/cm² à 880 mF/cm², tandis que la résistivité de transfert de charge diminuait d'environ 17 Ω à 3 Ω. Diverses techniques analytiques, notamment la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) et la voltampérométrie cyclique (CV), ont été utilisées pour évaluer les propriétés des membranes. Il a été révélé que la présence de MO et le traitement acide facilitaient le processus de transfert de charge, améliorant finalement les performances de stockage de charge de la membrane PPy. Dans la deuxième étude, l'efficacité de différents dopants, notamment le sulfonate de polystyrène (PSS), les anions chlore, le docusate de sodium (AOT) et l'acide camphorsulfonique (CSA), pour le dopage d'une membrane PPy sans métal lors de la polymérisation chimique, a été étudiée. Les membranes résultantes présentaient des capacitances spécifiques distinctes de 19179, 13264, 7238 et 4458 mF/cm² pour les membranes dopées à AOT, CSA, Cl- et PSS, respectivement. La rétention de capacité après 1000 cycles variait de 61% à 83%, selon le dopant utilisé. De plus, la membrane PPy-AOT a affiché des densités d'énergie et de puissance exceptionnelles, attribuées à sa structure nanofibreuse unique facilitée par l'AOT en tant qu'agent tensioactif. L'étude suggère que la membrane PPy-AOT est un candidat prometteur pour la construction d'électrodes dans le pseudo supercondensateurs en raison de sa capacitance spécifique élevée et de sa facilité de préparation. Enfin, la recherche étudie la pseudocapacitance de la membrane PPy-AOT et son utilisation en tant qu'électrodes dans un supercondensateur flexible. L'utilisation d'un électrolyte en gel comprenant 3% d'alcool polyvinylique dissous dans de l'acide sulfurique 1M (PVA-H₂SO₄) a encore amélioré les performances du dispositif. Le supercondensateur fabriqué a montré une capacité spécifique importante de 4817.9 mF/cm², une densité d'énergie de 0.4 mWh/cm² ou 76.4 Wh/kg et une densité de puissance de 0.6 mW/cm² ou 914.3 W/kg, ainsi qu'une excellente stabilité de cycle et une rétention de capacité de 96% après 1000 cycles. La caractérisation électrochimique et analytique complète, comprenant la voltampérométrie cyclique (CV), la spectroscopie électrochimique d'impédance (IES) et diverses analyses structurales, a validé la stabilité électrique exceptionnelle et la capacité spécifique fiable de la membrane PPy-AOT dans une zone restreinte de 0.785 cm². Ces résultats soulignent collectivement le potentiel des membranes à base de PPy pour des applications de supercondensateurs flexibles haute performance. / This thesis investigates the enhancement of the electrochemical performance of polypyrrole (PPy) membranes for energy storage applications in supercapacitors. In the first study, a free-standing soft PPy membrane was synthesized through interfacial polymerization, utilizing methyl orange (MO) and ferric chloride as the nano-template and oxidant. The incorporation of MO and the subsequent treatment with sulfuric acid led to a substantial increase in the specific capacitance of the membrane, improving from 96 mF/cm² to 880 mF/cm², while the charge transfer resistivity decreased from approximately 17 Ω to 3 Ω. Various analytical techniques, including scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and cyclic voltammetry (CV), were employed to evaluate the properties of the membranes. It was revealed that the presence of MO and the acid treatment facilitated the charge transfer process, ultimately enhancing the charge storage performance of the PPy membrane. In the second investigation, the efficacy of different dopants, including polystyrene sulfonate (PSS), chlorine anions, docusate sodium (AOT), and camphor sulfonic acid (CSA), in doping a metal-free PPy membrane during chemical polymerization was studied. The resulting membranes exhibited distinct specific capacitances of 19179, 13264, 7238, and 4458 mF/cm² for the AOT, CSA, Cl-, and PSS doped membranes, respectively. The capacity retention after 1000 cycles ranged from 61% to 83%, depending on the dopant used. Moreover, the PPy-AOT membrane displayed exceptional energy and power densities, attributed to its unique nano-fibrous structure facilitated by AOT as a surfactant. The study suggests that the PPy-AOT membrane is a promising candidate for constructing electrodes in pseudosupercapacitors due to its high specific capacitance and ease of preparation. Lastly, the research investigates the pseudocapacitance of the PPy-AOT membrane utilized as electrodes in a flexible supercapacitor. The use of a gel electrolyte comprising 3% polyvinyl alcohol (PVA) dissolved in 1M sulfuric acid (PVA-H₂SO₄) further enhanced the device performance. The fabricated supercapacitor demonstrated a significant areal-specific capacitance of 4817.9 mF/cm², energy density of 0.4 mWh/cm² or 76.4 Wh/Kg, and power density of 0.6 mW/cm² or 914.3 W/Kg along with the excellent cycle stability and capacity retention of 96% after 1000 cycles. The comprehensive electrochemical and analytical characterization, including cyclic voltammetry (CV), impedance electrochemical spectroscopy (IES), and various structural analyses, validated the exceptional electrical stability and reliable specific capacitance of the PPy-AOT membrane. These findings collectively underscore the potential of the PPy-based membranes for high-performance flexible supercapacitor applications.

The present thesis work is dedicated to the implementation of novel electrochemical methods for the assay of drug compounds such as paracetamol and ascorbic acid and biologically relevant biothiols such as cysteine and glutathione. Particular attention has been paid to the development and application of amperometric detectors allowing for a readily surface renewing and for highly selective and sensitive assays.<p>Coupling of a screen printed electrochemical detector with a monolithic chromatographic column was performed for high-throughput analysis along with selectivity, sensitivity and good precision. The modification of a glassy carbon electrode with a perm-selective membrane was investigated in order to provide an electrochemical sensor for on-site analysis. Acetaminophen was investigated as a model drug compound because of its extensive use in drug “pain killer” medication.<p>Along with the aims of this thesis, a silver polycrystalline electrode was investigated as a sensitive and class selective electrode for the assay of small thiol-based molecules. The silver electrode was implemented for the first time as an amperometric detector coupled to liquid chromatography for the assay of thiols. Application to the study of thiol species present in white wines was realized in order to illustrate the potential of the silver working electrode as amperometric detector. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished