L'apport de la spectrométrie neutronique à la compréhension des propriétés physiques des solides est essentiel pour toutes les questions relatives à la structure ou à la dynamique des matériaux. Les problèmes traités ces dernières années au Laboratoire de Chimie du Solide du CNRS et auxquels nous avons collaboré se rattachaient tous à l'aspect structural des solides et nécessitaient par conséquent un large emploi des techniques de diffraction. Ils ont été choisis en fonction des avantages que l'on pouvait tirer de l'utilisation de la diffraction des neutrons par rapport à la diffraction des rayons-X, avantages qui découlent des propriétés des neutrons eux-mêmes et qu'il convient de rappeler brièvement ici...

Les co-produits agricoles, son et paille de blé, sont riches en arabinoxylanes (AX) qui après hydrolyse peuvent fournir des molécules pour des usages variés: xylo-oligosides (prébiotiques), xylose (xylitol), acide férulique (vanilline, antioxydant). L’étude a visé à mettre en place un procédé intégré et éco-compatible, depuis l'hydrolyse enzymatique des AX du son de blé jusqu'à la purification de l'acide férulique. Des cocktails hémicellulasiques produits par culture de la bactérie Thermobacillus xylanilyticus sur paille ou son de blé et mis en œuvre dans des conditions variées ont permis de libérer des glucides (mono- et oligomères) et de l’acide férulique. Afin d’augmenter la monomérisation, deux nouvelles β-xylosidases ont été produites à partir de T. xylanilyticus et caractérisées. Elles ont été testées pour complémenter des cocktails hémicellulasiques complexes issus de T. xylanilyticus et étudiées en mélange avec une xylanase et une arabinosidase pures. Le choix d’une résine anionique faible sous forme base libre pour séparer les fractions glucidique et phénolique et purifier l’acide férulique s’est également inscrit dans une démarche d’éco-conception : la résine Amberlyst A21 a montré une bonne affinité pour l’acide férulique et sa régénération a libéré une fraction très concentrée. La déminéralisation préalable de l’hydrolysat par électrodialyse a permis d’accroître la capacité de la résine pour l’acide et la pureté de la fraction récupérée, potentiellement cristallisable. / Agriculture by-products (wheat bran and straw) are rich in arabinoxylans (AX). These polymers composed of a main chain of β-(1,4) linked xylose ramified by arabinose and ferulic acid, are sources of molecules for various applications: xylooligosaccharides as prebiotics, xylose to synthesize xylitol, a non-cariogenic sweetener, or ferulic acid as a precursor of vanillin or an antioxidant molecule for packaging applications. The aim of this work was to set up an eco-friendly process ranging from wheat bran AX hydrolysis to ferulic acid purification.Hemicellulasic cocktails obtained by growing Thermobacillus xylanilyticus on wheat straw or wheat bran were implemented in various conditions. They released a carbohydrate fraction (mono- and oligosaccharides) and ferulic acid. In order to increase the monomerization, two new β-xylosidases were grown from T. xylanilyticus and characterized. They were tested to supplement the complex hemicellulasic cocktails from T. xylanilyticus and studied in mixture with a pure xylanase and a pure arabinosidase.The choice of a weak anionic resin under free base form to separate the glucidic and the phenolic fractions and to purify ferulic acid was also driven by environnement purposes: Amberlyst A21 resin showed a good affinity for ferulic acid and regeneration allowed a concentrated fraction of ferulate to be obtained. Prior demineralization by electrodialysis increased the capacity of the resin for ferulic acid and the purity of the recovered fraction, potentially allowing crystallization.

L’amélioration des systèmes de stockage d’énergie représente un défi majeur de la transition vers les véhicules électriques et les énergies renouvelables. Les accumulateurs Li-ion, qui ont déjà conquis le marché de l’électronique portatif, constitueront la technologie dominante pour réaliser cet objectif, et sont donc l’objet d’intense recherches afin d’améliorer leurs performances, en particulier en termes de capacité. Parmi les stratégies les plus prometteuse pour augmenter la capacité des matériaux de cathodes, beaucoup d’espoir est placé dans la préparation de matériaux riches en lithium, qui combinent l’activité électrochimique des cations (métaux de transitions) et des anions (oxygène). Cependant, l’activation des propriétés redox de l’oxygène est accompagnée de plusieurs problèmes qui freinent le développement industriel de ces matériaux. Il est donc nécessaire d’obtenir de solides connaissances fondamentales sur le phénomène de redox anionique pour résoudre ces problèmes. En utilisant des matériaux modèles à base d’iridium, ce travail explore comment l’activité de l’oxygène est influencé par son environnement local. Les propriétés électrochimiques des composés Na2IrO3 et Na(Li1/3Ir2/3)O2 sont étudiés afin de comprendre l’impact de la nature de l’ion alcalin. L’influence du ratio Li/M dans les oxydes de structure NaCl est étudié à travers la synthèse d’un nouveau composé de formule Li3IrO4, qui présente la plus haute capacité réversible parmi les matériaux d’insertion utilisés comme cathode. Cette famille de matériau est finalement étendue à des phases contenant des protons par une simple méthode d’échange cationique, et les propriétés électrochimiques d’un nouveau composé H3+xIrO4 sont étudiées, dévoilant de très bonnes propriétés de stockage de puissance en milieu aqueux. / Improving energy storage stands as a key challenge to facilitate the transition to electric vehicles and renewable energy sources in the next years. Li-ion batteries, which have already conquered the portable electronic market, will be the leading technology to achieve this goal and are therefore the focus of intense research activities to improve their performances, especially in terms of capacity. Among the most promising strategies to obtain high capacity cathode materials, the preparation of Li-rich materials combining the redox activity of cations (transition metals) and anions (oxygen) attracts considerable interest. However, activation of anionic redox in these high capacity materials comes with several issues that need to be solved prior their implementation in the energy storage market. Deep fundamental understanding of anionic redox is therefore required to go forward. Using model systems based on iridium, this work explores how the oxygen local environment can play a role on the activation of anionic redox. The electrochemical properties of Na2IrO3 and Na(Li1/3Ir2/3)O2 phases are studied to understand the impact of the alkali nature. The influence of the Li/M ratio in rocksalt oxides is investigated with the synthesis of a new material Li3IrO4, which presents the highest reversible capacity among intercalation cathode materials. The rich electrochemical properties of this family of iridate materials are finally extended by preparing proton-based materials through a simple ion-exchange reaction and the electrochemical properties of a new H3+xIrO4 material are presented, with high rate capability performances.

L'association d'halogénure de tétraoctylammonium et de triisobutylaluminium permet de réaliser la polymérisation anionique de divers époxydes par activation du monomère. Ces systèmes catalytiques ont été appliqués à la (co)polymérisation de l'épichlorhydrine. Cette méthode qui a permis d'obtenir des poly(épichlorhydrine)s de masses molaires contrôlées jusqu'à 100 000 g/mol, a été étendue ensuite à la synthèse de copolymères, statistiques et à blocs, associant l'épichlorhydrine à divers oxiranes substitués : oxyde de propylène, éther tert-butyl glycidique et éther allyl glycidique. Dans le but d'élargir le domaine d'application de ces polyéthers ω-hydroxylés, l'introduction de groupements fonctionnels en tête de chaine a été étudiée. L'influence des substituants du dérivé aluminique et la nature de l'amorceur sur l'efficacité et la spécificité de l'amorçage ont été examinés. / Association of tetraoctylammonium halide and triisobutylaluminium allows anionic polymerization of epoxides by an activated monomer mechanism. This catalytic system was applied to the synthesis of (co)polymers of epichlorohydrin. The synthesis of poly(epichlorohydrin) was achieved in a controlled manner allowing the preparation of polymers with molar masses up to 100 000 g/mol. This approach was extended to the synthesis of statistic and block copolymers of epichlorohydrin with various substituted oxirane : propylene oxide, tert-butyl glycidyl ether and allyl glycidyl ether.In order to extend the application field of this ω-hydroxyl polyether, we have investigated the introduction of functional groups at the beginning of the polymer chain. For this purpose, the influence of the substituted group on the aluminium and the nature of the initiator were examined on the efficiency and the specificity of the initiation step.

Dans les années à venir, la production d’Energie devra passer par l’utilisation de moyens plus respectueux de l’environnement tels que les énergies renouvelables. Leur caractère intermittent nécessite cependant la mise en place d’un stockage à grande échelle. Parmi les différentes technologies à disposition, les batteries Na-ion apparaissent comme une solution de choix grâce aux ressources de sodium illimitées. Dans ce contexte, nous nous sommes donc intéressés à la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux d’électrodes positives pour batteries Na-ion. Les oxydes de métaux de transition et plus particulièrement le système Na-Mn-O a attiré notre attention pour les avantages que procure le manganèse en termes de non toxicité, de faible coût et d’abondance. Les phases Na4Mn2O5, lacunaire en oxygène, et Na2Mn3O7, lacunaire en cation manganèse, montrent des capacités spécifiques intéressantes par l’action de différents phénomènes redox. Na2Mn3O7 peut notamment être réduite, pour former la phase Na4Mn3O7 et oxydée, par l’action de l’activité redox de l’oxygène, donnant des capacités de 160 et 120 mAh/g, respectivement. Dans le but d’élargir l’étude à un métal de transition pouvant être oxydé à un état de valence +V, la phase isoformulaire Na2V3O7 a également été étudiée et un Na+ peut être réversiblement extrait de cette dernière. / N the coming years, the production of Energy will have to go through the use of more environmentally friendly means such as renewable energies. However, their intermittent nature requires the establishment of a large-scale storage. Among the various technologies available, Na-ion batteries appear as a solution of choice thanks to unlimited sodium resources. In this context, we are interested in the synthesis and characterization of new positive electrode materials for Na-ion batteries. The transition metal oxides, and more particularly the Na-Mn-O system, have drawn our attention to the benefits of manganese in terms of non-toxicity, low cost and abundance. The phase Na4Mn2O5 (with oxygen vacancies) and Na2Mn3O7 (with manganese vacancies) show interesting specific capacities by the action of various redox phenomena. Na2Mn3O7 may be reduced, to form the phase Na4Mn3O7 and oxidized, by the action of the oxygen redox activity, giving capacities of 160 and 120 mAh/g, respectively. In order to extend the study to a transition metal that can be oxidized to a +V valence state, Na2V3O7 has also been studied and one Na+ can be reversibly extracted from it.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Cette thèse apporte une nouvelle vision de la structure des réseaux lamellaires gélifiés. Les systèmes étudiés, choisis pour des applications cosmétiques, sont basés sur des mélanges d’alcools cétéaryliques, de tensioactifs esters de phosphate et d’eau. À l’aide de nombreuses méthodes analytiques, nous avons prouvé que la formation d’une structure lamellaire est possible à des forces ioniques allant jusqu’à 2.2 mol∙L-1. Pour la première fois, un comportement de percolation élastiqueest rapporté en fonction de la concentration en alcools gras et tensioactifs. Le seuil au-dessus duquel un réseau percolé apparaît est ici à 3 % et est indépendant de la force ionique et de la présence de longues chaînes d’oxyde de polyéthylène ancrées dans les bicouches. Au-dessus de 3 %, les systèmes passent de structures vésiculaires unilamellaires à des paquets plans de lamelles, qui forment un réseau tridimensionnel pouvant contenir d’importantes quantités de solution aqueuse. L’impact de la force ionique, de la présence d’oxyde de polyéthylène et de la nature des contre-ions sur lespropriétés rhéologiques et sur la stabilité de la formulation est ensuite étudié. Une augmentation inhabituelle du module élastique et de l’énergie de cohésion est observée lorsque la force ionique est accrue. L’addition d’oxyde de polyéthylène, à l’inverse, diminue d’un ordre de magnitude les valeurs du module élastique du réseau. Les systèmes étudiés sont stables à l'échelle macroscopique et on peut distinguer dans le gel, selon sa mobilité : l’eau fixée entre lamelles, l’eau restreinte en troisdimensions et l’eau libre, extractible par ultracentrifugation. / This Ph.D. brings new insights into the structure of lamellar gel networks. The systems studied are relevant for cosmetic applications and based on a mixture of cetearyl alcohols, phosphates esters surfactants and water. Using several analytical methods, we show that the formation of a lamellar gel structure is possible up to the ionic strength of 2.2 mol∙L-1. For the first time for such systems, an elastic percolation behavior as a function of the concentration of fatty alcohols and surfactants isreported. The threshold above which a percolated network is formed is found here at 3 % and appears to be independent of the ionic strength and of the presence of long polyethylene oxide chains between the bilayers. Above 3 %, the systems transform from unilamellar vesicle-like structures towards planar stacks of lamellae, connected together in a three dimensional network,that can hold large amounts of aqueous solution. The impact of the ionic strength, of polyethylene oxide chains and of the nature of the counterions on the rheological properties and on the stability of the formulation is then investigated. When the ionic strength is raised, an unusual increase of the elastic modulus and of the cohesive energy of the network is observed. At the opposite, the addition of polyethylene oxide chains decreases of one order of magnitude the values of the elastic modulus,leading to much softer networks. All systems studied are macroscopically stable and one finds in the gel, according to water mobility: interlamellar fixed water, water restricted in three dimensions and free water, drainable by ultracentrifugation.

L'obtention de copolymères à blocs occupe maintenant une place considérable dans la chimie macromoléculaire depuis l'avènement de nouvelles techniques de polymérisations contrôlées (polymérisation anionique coordinée, polymérisation cationique. polymérisation radicalaire contrôlée, ...) en plus de la polymérisation anionique Ces polymérisations contrôlées sont le seul moyen d'obtenir des polymères bien définis et plus particulièrement des copolymères à blocs en étoile. Pour ces copolymères à blocs, le couplage de deux polymères offre l'avantage de combiner leurs propriétés souvent divergentes (des blocs hydrophiles et des blocs hydrophobes, des blocs ioniques et des blocs non ioniques, des blocs rigides et des blocs mous, des blocs amorphes et des blocs cristallins) dans une seule structure. Un intérêt croissant s'est récemment développé pour les copolymères à blocs comportant des polymères biocompatibles et des polymères fonctionnalisés. L'auto-assemblage de copolymères à blocs dans des solvants sélectifs ainsi que la micellisation des copolymères à blocs et leur efficacité en tant que stabilisants d'émulsions sont particulièrement étudiés dans la littérature. Les PDMS sont des matériaux extrêmement intéressants, car ils possèdent de nombreuses propriétés physico-chimiques comparés aux autres polymères: températures de transition vitreuse faibles (env. -120°C) très grande flexibilité de la chaîne, bonne résistance à l'oxydation, résistance thermique et aux UV hydrophobicité, biocompatibilité, haute perméabilité aux gaz et faible énergie de surface. En dépit de leurs nombreuses propriétés particulières, les homopolymères PDMS sont mécaniquement trop faibles pour être utilisés dans différentes applications pratiques. En raison de leurs grands volumes de leur faible énergie de surface et de leur haute flexibilité de chaîne, les PDMS tendent à être rejetés de la matrice quand ils sont mélangés avec d'autres polymères. Un moyen efficace d'augmenter la compatibilité de ces mélanges est de former des copolymères siloxane-polymère organique. La poly(e-caprolactone) (PCL), un polyester aliphatique linéaire, est un polymère biocompatible et biodégradable et il est bien connu pour être miscible avec une grande variété de polymères. Les copolymères à blocs basés sur le PDMS et la PCL combinent les excellentes propriétés du PDMS avec l'effet de compatibilisation de la PCL. Cela en fait d'excellents candidats comme additifs pour la modification de surface, l'encapsulation de médicaments et dans des applications en tant que biomatériaux. La première partie de ce travail de thèse porte sur la synthèse de différents copolymères diblocs (PCL-b-PDMS), triblocs (PCL-b-PDMS-b-PCL) et en étoile (PCL)2-PDMS de masses molaires variables, par polymérisation anionique coordinée de l'e-caprolactone à partir d'un macroamorceur PDMS mono- ou dihydroxylé. Les copolymères à blocs synthétisés ont été caractérisés pour montrer l'influence de leur structure (linéaire ou étoile) sur leurs propriétés thermiques (température de transition vitreuse, température et enthalpie de fusion) et leur morphologie (taux de cristallinité).Le poly(chlorure de vinyle) non plastifié (PVC) est un polymère amorphe, linéaire, thermoplastique, avec un grand intérêt commercial. Quand il est plastifié, le PVC présente des propriétés intéressantes permettant des applications dans le domaine biomédical (tubes de sang pour l'hémodialyse, tubes endotrachéales, cathéters, lentilles de contact, gants, ainsi que l'emballage pour l'entreposage des médicaments). Parmi les plastifiants polymères qui peuvent être utilisés pour le PVC, les polyesters aliphatiques sont d'un grand intérêt, en particulier la poly(e-caprolaclone). Pour conférer une hémocompatibilité il peut être ajouté à ces mélanges des polysiloxanes, en particulier des poly(dimethylsiloxanes). / Synthesis and characterizationof block copolymers and star block copolymers from new heteromultifuntional initiators Synthesis of block copoymers occupies an important place in macromolecular chemistrv since the advent of new techniques for controlled polymerizations (coordinated anionic polymerization, cationic polymerizatio, controlled radical polvmerization,...) in addition to anionic polymerization.

Les érythrocytes sont un modèle pour l'étude du transport des ions, des nutriments et de divers solutés au travers de la membrane cellulaire. L'identité moléculaire, la régulation et rôle physiologique des canaux ioniques sont pas clairement établis malgré leur implication évidente dans des processus physiologiques comme la sénescence ou pathologiques comme la drépanocytose ou le paludisme. Le présent travail de thèse a fait appel à la technique du 'patch-clamp' et à diverses méthodes biochimiques pour démontrer que: 1/ La diversité des courants anioniques enregistrés au travers de la membrane de l'érythrocyte humain sain, ou infecté par P. falciparum, correspond à différents états d'activité d'un type unique de canal 'maxi-anionique' comportant des niveaux de conductance, des modes d'activation et des propriétés pharmacologiques variables selon les conditions physico-chimiques. 2/ L'identité moléculaire de ce canal anionique est de type 'voltage dependent anion channel (VDAC)'. Il est l'une des trois composantes d'un récepteur 'peripheral-type benzodiazepine receptor (PBR)' présent dans la membrane érythrocytaire. 3/ Le canal VDAC, généralement peu actif correspond, lorsqu'il est activé, à la nouvelle voie de perméation 'new permeability pathway' décrite dans la membrane de l'érythrocyte infecté par P. falciparum. L'activation résulte alors en partie de l'insertion dans la membrane érythrocytaire de protéines plasmodiales de type 'Ring-infected Erythrocyte Surface Antigen (RESA). Ce travail contribue à l'élucidation de la nature exacte des canaux ioniques présents dans la membrane érythrocytaire et avance une hypothèse unificatrice quant au rôle joué par ces canaux.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal