Dès sa découverte, le graphène oxydé (GO), le plus accessible des précurseurs du graphène, a été largement utilisé pour des applications en science et technologie. La motivation de ce travail est d'étudier, d'un point de vue fondamental, le couplage entre des bicouches amphiphiles auto-associées (lesquelles peuvent être vues comme une matrice anisotrope formée d'objets bidimensionnels) et un objet lui-même bidimensionnel, en l'occurrence le feuillet de graphène oxydé, quand ils sont dispersés dans un solvant commun. La compétition entre les élasticités intrinsèques des bicouches et des feuillets de GO, ainsi que les interactions directes bicouche-bicouche, bicouche-GO et GO-GO, permet d'envisager un riche polymorphisme en fonction de la composition du système. Après avoir développé une procédure destinée à contrôler, dans une gamme étendue de teneur en GO, le système binaire GO-eau, le domaine confiné des dispersions aqueuses de GO a été exploré et, par la suite, le diagramme de phases ternaire a été construit. Les systèmes obtenus ont été caractérisés par des techniques comme la microscopie optique et la diffusion du rayonnement (diffusion dynamique de la lumière et diffusion des rayons-X aux petits angles). Les propriétés élastiques et thermodynamiques ont été décrites par l'application de modèles initialement conçus pour les phases lamellaires à deux constituants et adaptés dans le cadre de cette étude. / Since the discovery of graphene oxide (GO), the most accessible of the precursors of graphene, this material has been widely studied for applications in science and technology. The motivation of this work is to study with a fundamental perspective the coupling between amphiphilic bilayers, which can be seen as an anisotropic matrix formed of two-dimensional objects, and another two-dimensional object, namely the graphene oxide sheet when they are dispersed in a common solvent. The competition between the intrinsic elasticities of the bilayers and GO sheets, as well as between direct bilayer-bilayer, bilayer-GO and GO-GO interactions allows us to envisage a rich polymorphism, depending on the composition of the system. Following the development of a dedicated procedure for controlling in an extended range of GO content the binary GO-water system, the confined domain of aqueous GO dispersions was first investigated, and the ternary phase diagram then constructed. The obtained systems have been characterised, using techniques such as optical microscopy, light and x-ray scattering. Elastic and thermodynamic properties have been described by applying, and adapting to the scope of this study, models for two-component lamellar stacks. / Desde sua descoberta, o grafeno oxidado (GO), o mais acessível dos precursores do grafeno,tem sido amplamente utilizado para aplicações na ciéncia e tecnologia. A motivação destetrabalho é de estudar, de um ponto de vista fundamental, o acoplamento entre bicamadas anfifílicas auto-organizadas (que podem ser vistas como uma matriz anisotrópica formada por objetos bidimensionais) e um objeto ele mesmo bidimensional, neste caso a folha de óxido de grafeno, quando estão dispersados em um solvente comum.A competição entre as elasticidades intrínsecas das bicamas e das folhas de GO, assimcomo as interaçãoes diretas bicamada-bicamada, bicamada-GO e GO-GO, permitem esperar um rico polimorfismo em função da composição do sistema. Seguindo o desenvolvimento de um procedimento destinado ao controle, em um intervalo extendido da quantidade de GO, o sistema binário GO-água, o domínio confinado de dispersões aquosas de GO foi explorado e, em seguida, o diagrama de fases ternário contruído.Os sistemas obtidos foram caracterizados por t_ecnicas como microscopia ótica, espalhamento dinâmico de luz e espalhamento de raios-x à baixos ângulos. As propriedadeselásticas e termodinâmicas foram descritas pela aplicação de modelos inicialmente concebidos para fases lamelares à dois constituintes e adaptados ao escopo deste estudo.

Le sujet de cette thèse est l'étude des effets de taille finie sur les propriétés fondamentales de matériaux utilisés dans les dispositifs associés au stockage magnétique de l'information. Nous proposons l'approche multiniveaux comme alternative possible pour augmenter les densités de stockage des media planaires ou perpendiculaires, continus ou discrets. En fonctionnement, une couche doit être manipulée sans modifier l'état magnétique des autres couches. La première partie de ce mémoire est consacrée à l'étude des effets de taille finie sur les couplages magnétostatiques dans des systèmes composés de deux couches ferromagnétiques à base de cobalt/platine à anisotropie perpendiculaire, séparées par un métal non-magnétique. Pour des états désaimantés, nous avons mis en évidence la corrélation des configurations en domaines des couches, attribuée aux couplages inter-couches. Pour différentes impulsions de champs, la réplication des domaines nous a permis d'observer des états rémanents singuliers permettant de mieux comprendre le phénomène. Pour des réseaux de nanostructures, la réplication due aux couplages intra-nanostructure se manifeste par un décalage en champ du cycle d'hystérésis sur la couche de plus faible champ coercitif. Le seconde partie de ce mémoire traite des effets de taille finie sur les propriétés d'anisotropie d'échange pour des bicouches ferromagnétique/antiferromagnétique typiquement utilisées dans les têtes de lecture d'ordinateurs. Pour des systèmes à anisotropie planaire, nous avons montré que les nanostructures et les antiferromagnétiques minces sont plus sujets à l'activation thermique. Il en résulte une augmentation ou une réduction du champ d'échange pour les nanostructures par rapport aux couches continues en fonction des conditions d'épaisseur d'antiferromagnétique et de température. Ces résultats permettent de lever certaines contradictions apparentes de la littérature. Pour des couches continues à anisotropie perpendiculaire, l'orientation relative des spins du ferromagnétique et de l'antiferromagnétique influence de manière significative les propriétés d'anisotropie d'échange. L'impression des domaines du ferromagnétique dans l'antiferromagnétique, par traitements thermiques permet de générer des cycles d'hystérésis « doubles » et d'ajuster leurs propriétés magnétiques. Des premiers résultats prometteurs concernant les effets de taille finie sur les propriétés des systèmes à anisotropie perpendiculaire ont été obtenus.

La nature utilise des liaisons faibles (liaisons hydrogène, liaisons par chélation, etc.) pour assurer la cohésion d'édifices macromoléculaires (structure tertiaire des protéines, double hélice de la molécule d'ADN, etc.) et permettre la formation de structures transitoires qui nécessitent d'être créées et détruites rapidement (complexes récepteur-ligand, complexes ion-acide aminé, etc.). Les énergies de ces liaisons sont relativement peu connues notamment en raison du nombre important d'interactions agissant en parallèle. Une méthode permettant de les évaluer consiste à réaliser une mesure d'adhésion entre deux surfaces portant les groupes fonctionnels appropriés isolés de leur environnement naturel. Nous avons utilisé un lipide dont la tête polaire est constituée du groupement NTA, qui est capable de former des liaisons hydrogène et qui, dans certaines conditions physico-chimiques, peut fixer un ion nickel et former ainsi une liaison par chélation. Diverses mesures de forces ont été réalisées à l'aide de la technique SFA entre des bicouches de lipide NTA ou NTA-Ni. Des expériences réalisées dans l'eau pure ont permis de mesurer l'énergie d'une liaison hydrogène: environ 1 kBT. Des mesures de forces réalisées dans le Tris et confirmées par des mesures d'adhésion entre vésicules fonctionnalisées ont conduit à une estimation de l'énergie d'une liaison par chélation: environ 2 kBT. Le lipide NTA-Ni a également été utilisé comme un outil permettant de fixer des récepteurs his-tagués des rétinoïdes sur les surfaces d'étude du SFA. Nous avons utilisé un lipide dont la tête polaire contenait un rétinoïde synthétique et réalisé une mesure de forces entre une monocouche de ce lipide rétinoïde et une monocouche de lipide NTA-Ni portant les récepteurs. Des mesures de forces ont également été effectuées entre deux monocouches de lipide rétinoïde; elles ont mis en évidence de très grandes énergies d'adhésion dues à l'effet combiné des forces hydrophobes et des liaisons hydrogène.

Nous avons utilisé la méthode de CEMOVIS (Cryo-Electron Microscopy Of Vitreous Sections) pour étudier l'ultrastructure des cellules HT29 (lignée cancéreuse colique humaine) et plus particulièrement l'organisation de la chromatine au sein du noyau. Pour améliorer la méthode, nous avons développé un micromanipulateur qui facilite la collecte des coupes et leur transfert sur la grille. Nous avons également cherché à préparer de nouveaux films métalliques (en remplacement du carbone) permettant une meilleure adhésion des coupes sur le support Au vu des premiers tests réalisés, les films de TiO2 que nous avons fabriqués au laboratoire et caractérisés par microscopie électronique (HR, spectroscopie et cartographie EELS) semblent offrir des perspectives intéressantes que nous attribuons à leur propriétés de conducteur électrique à basse température (ce qui reste à démontrer). Les organites cellulaires (noyaux, réseaux de filaments du cytosquelette, systèmes multilamellaires) ont été identifiés in situ. Les conditions d'imagerie choisies nous ont permis d'obtenir une résolution permettant d'identifier les deux feuillets des bicouches membranaires. Dans le noyau, nous avons observé des motifs striés, distants de 2.7 à 3.5 nm que nous attribuons à la molécule d'ADN enroulée autour du cœur d'histones. Comparées aux images de phases denses de nucléosomes, ces images suggèrent que les nucléosomes (jamais identifiés in situ jusqu'à présent) présentent un ordre très local au sein de la chromatine, que nous discutons à la lumières des modèles polymériques actuels.

Les aquifères quaternaires du Grand Yaéré ont fait l'objet de nouvelles investigations hydrogéologiques dont les résultats portent sur leurs redéfinitions et leurs fonctionnements. L'identification géologique et hydrogéologique du milieu a révélé l'existence d'un aquifère de type monocouche dans le piémont et de type bicouche dans les Yaérés. L'alimentation des aquifères du piémont à partir des précipitations et des eaux de surface est mise en évidence par l'étude piézométrique et confirmée respectivement par la composition isotopique et la chimie des eaux souterraines. A l'exception des nappes perchées, la relation oxygène18/ deutérium des eaux souterraines dans les Yaérés montre que la recharge des nappes ne se fait pas par infiltration directe des précipitations. L'étude piézométrique complétée par la chimie et les isotopes suggère que l'infiltration dans les niveaux aquifères superficiels s'effectue dans les zones de stagnation des eaux de surface. Les teneurs en isotopes lourds des eaux profondes quant à elles témoignent une alimentation à partir des eaux du système aquifère du piémont et du cordon sableux. Le cordon sableux Limani-Yagoua jadis considéré comme stérile, joue donc le rôle de régulateur dans la reconstitution des niveaux d'eau des nappes sous-jacentes. Les études géologique et géochimique permettent clairement de mettre en cause l'existence d'anomalies piézométriques ou "nappes en creux", attribuées à l'effet d'évaporation, dans les Yaérés. Sur la base des données hydrodynamiques et hydroclimatiques, l'ordre de grandeur des ressources et des réserves en eaux souterraines de la région a été défini. L'exploitation des eaux souterraines est surtout pratiquée à partir des nappes alluviales superficielles. Les aquifères profonds constituent une solution envisageable dans des secteurs à nappes superficielles inextistantes ou peu importantes. A la suite d'un bilan des connaissances sur les risques de pollution des eaux souterraines, un plan de prévention et de protection des nappes est proposé.

Les membranes cellulaires sont impliquées dans de nombreux processus cellulaires : la diffusion des médicaments et des ions, la transduction des signaux, la génération d'énergie, le développement cellulaire (fusion et fission). Les bicouches phospholipides sont les principaux composants des membranes cellulaires, elles constituent une barrière dynamique protégeant les réactions biochimiques cellulaires. La détermination des propriétés biochimiques et mécaniques des bicouches lipidiques et leur évolution avec les conditions environnementales est nécessaire pour étudier la nature des processus cellulaires et l'influence des agents externes (résistance mécanique, perméabilité et réponse biologique). Pour mener de telles caractérisations, des modèles simplifiés de membrane biomimétique, tels que des bicouches lipidiques supportées (SLB), ont été développés. Parmi les techniques de caractérisation disponibles, la microscopie à force atomique (AFM) a été largement utilisée pour étudier l'organisation nanométrique des SLB dans des conditions physiologiques. AFM peut produire des images à la haute résolution et peut également être utilisé pour quantifier la résistance mécanique des SLB au moyen d'expériences de perforation. Pendant 30 ans, AFM a traversé de nombreux développements. Très récemment, le Mode circulaire AFM (CM-AFM) a été développé à l'Université de Technologie de Compiègne. CM-AFM est capable de générer un mouvement de glissement de la pointe AFM sur l'échantillon à une vitesse élevée, constante et continue et de mesurer les forces de frottement latéral rapidement et exactement simultanément avec les forces verticales. Pour la première fois, le CM-AFM sert à caractériser les échantillons biologiques dans des conditions physiologiques, ce qui permet de mesurer simultanément les forces de poinçonnage et de frottement en fonction de la vitesse de glissement. Il offre pour la première fois la capacité de décrire le comportement de friction des SLB en complément de la force de perforation. En raison du besoin important de mesure quantitative, l'optimisation du protocole CM-AFM a été effectuée en premier. Le protocole d'étalonnage du scanner a été établi avec succès pour assurer la précision de la vitesse de glissement. En outre, le protocole d'étalonnage des pointes, basé sur la méthode de Wedge et un échantillon rayé, est également conçu pour déterminer la constante d'étalonnage de la force latérale. Nous avons utilisé CM-AFM pour mesurer les propriétés tribologiques des échantillons solides pour améliorer l'équipement sous milieu liquide. Ensuite, les propriétés mécaniques (forces de poinçonnage et de frottement) des SLB ont été mesurées en fonction de la vitesse de glissement. Les SLB purs et mixtes ont été préparés par la méthode de fusion des vésicules. Différents médias ont également été utilisés pour étudier l'effet des cations monovalents sur les propriétés mécaniques des SLB. Dans tous les cas, la force de frottement augmente linéairement avec la vitesse de glissement, ce qui nous permet de déduire le coefficient visqueux de frottement. Comme prévu, la force de poinçonnage et le coefficient visqueux de frottement sont influencés par la composition des mélanges de lipides, par la nature des cations en milieu liquide et par la longueur des chaînes hydrocarbonées mais pas de manière similaire. L'interprétation de l'évolution du coefficient de force de frottement visqueux avec le système étudié est particulièrement délicate car la force de frottement pourrait être influencée par les propriétés d'interface ou de volume. Cette problématique sera le défi pour les prochaines études. Néanmoins, nos résultats illustrent la puissance de la technique CM-AFM et ouvre de nombreuses possibilités pour caractériser d'autres échantillons biologiques (cellules et tissus) afin de mieux comprendre les mécanismes élémentaires de friction. / Cell membranes are involved in many cellular processes: drugs and ions diffusion, signal transduction, energy generation, cell development (fusion and fission). Phospholipid bilayers are the main components of cell membranes, they act as a dynamic barrier protecting cellular biochemical reactions. The determination of biochemical and mechanical properties of lipid bilayers and their evolution with environmental conditions is necessary to study the nature of cellular processes and the influence of external agents (mechanical resistance, permeability, and biological response). To conduct such characterizations, simplified biomimetic membrane models, such as supported lipid bilayers (SLBs), were developed. Among the available characterization techniques, atomic force microscopy (AFM) has been widely used to study the nanoscale organization of SLBs under physiological conditions. AFM can yield high resolution images and it can also be used to quantify the mechanical resistance of SLBs by means of punch through experiments. For 30 years, AFM has been through many developments. Very recently, the Circular Mode AFM (CM-AFM) has been developed at the Université de Technologie de Compiègne. CM-AFM is able to generate a sliding movement of the AFM tip on the sample at high, constant and continuous velocity and to measure the lateral friction forces fast and accurately simultaneously with the vertical forces. For the first time CM-AFM is used to characterize biological samples under physiological conditions, allowing the simultaneous measurement of both the punch-through and the friction forces as a function of the sliding velocity. It offers for the first time the ability to describe the friction behavior of SLBs in complement of the punch-through force. Due to the important need for quantitative measurement, optimization of the CM-AFM protocol has been done first. Protocol of scanner calibration has been successfully established to ensure the accuracy of sliding velocity. Besides, the protocol for tip calibration, based on wedge method and a scratched sample, is also made to determine the lateral force calibration constant. We have employed CM-AFM to measure the tribological properties of solid samples to improve the equipment under liquid medium. Then, the mechanical properties (punchthrough and friction forces) of SLBs were measured as function of the sliding velocity. Pure and mixed SLBs were prepared by the vesicle fusion method. Various media were also used to study the effect of monovalent cations to the mechanical properties of SLBs. In all cases, the friction force increases linearly with the sliding velocity allowing us to deduce the friction viscous coefficient. As expected both the punchthrough force and the friction viscous coefficient are influenced by the composition of lipid mixtures, by the nature of cations in liquid medium, and by the length of hydrocarbon chains but not in a similar fashion. The interpretation of the evolution of the viscous friction force coefficient with the studied system is particularly tricky as the friction force could be influenced by interface or volume properties. This problematic will be the challenge for the next studies. Nevertheless, our results illustrate how powerful the CM-AFM technique is and it opens wide opportunities to characterize other biological samples (cells and tissues) to gain a better understanding of the elementary mechanisms of friction.

Les bicouches lipidiques constituent l’architecture socle des membranes biologiques et l’environnement bidimensionnel de leurs protéines. Ancrées sur une interface hydrophile hydratée, ces systèmes conservent leur fluidité et sont localisés durablement près d’un substrat. Dans ce domaine, nous avons développé une stratégie de fonctionnalisation rapide, peu coûteuse et versatile, permettant la formation d’une membrane biomimétique fluide, ancrée sur des substrats conducteurs spécifiquement conçus pour son étude structurale et dynamique. La chimie de surface proposée forme une liaison covalente forte entre le substrat et des molécules commerciales amphiphiles (Brij, etc), utilisées comme système ancre-harpon. L’extrémité hydrophile (coté ancre) possédant un alcool primaire peu réactif est engagée sur une première couche organique par substitution nucléophile. L’autre extrémité hydrophobe (l’harpon) peut s’insérer dans la membrane et la stabiliser. Un mélange adapté, de ces molécules ancre-harpon avec d’autres purement hydrophiles (PEG, etc), apporte l’hydratation et la densité d’ancres nécessaire à l’interface pour maintenir la membrane éloignée du substrat, permettant ainsi l’intégration de protéines et le transport ionique à travers la membrane. Grâce au support conducteur, la dynamique des ions face aux membranes peut être étudiée par spectroscopie d’impédance électrochimique. Sa faible rugosité et semi-transparence permettent aussi l’utilisation de nombreuses autres techniques dont les microscopies optiques, exaltées ou de fluorescence. Localisées sur une électrode, ces bicouches ancrées s’ouvrent également aux applications biotechnologiques. / Lipid bilayers are the structural backbone of biological membranes and provide a two-dimensional environment for proteins. Tethered on a hydrophilic substrate, these biomimetic models are fluid, long-term stable and localized. In this regard, we propose a direct, cheap and versatile strategy of surface functionalization to tether membranes on a substrate adapted to their structural and dynamics study. The process is based on the functionalization of any flat metal thin film by the covalent binding of commercial surfactant molecules (Brij, …) as “anchor-harpoons”-like systems. Most of these molecules possess unresponsive –OH terminated groups on their hydrophilic moiety (anchor) that can bind a first organic layer by nucleophilic substitution. The opposite hydrophobic tail (harpoon) of the molecule can insert into the membrane and make it stable. An ideal mixing ratio of anchor-harpoons molecules with purely hydrophilic ones (PEG, …), provides the required hydration and density of anchors to the interface for tethering fluid membranes away from the substrate. A few nanometers distance enable ionic flows through the membrane and protein inclusion. The substrate conductivity enables studying ion dynamics facing the membrane by means of electrochemical impedance spectroscopy. Flatness and semi-transparency of the conductor opens the route to many other techniques’ including exalted light microscopy or fluorescence. Localized on electrodes, tethered bilayers further provide a biomimetic model and a support for biotechnology applications.

Les recherches présentées dans ce mémoire ont été rendues possible grâce à la contribution financière du CRSNG, par à leur Programme de subventions à la découverte (SD) et leur Programme de bourses d’études supérieures du Canada au niveau de la maîtrise (BESC M); du FRQNT, par leur Programme de bourse de maîtrise (B1); et du CLS, par leur Graduate and Post-Doctoral Student Travel Support Program. / Le graphène est un nano-matériau très prometteur grâce à ses excellentes propriétés mécaniques, optiques et électriques. Toutefois, la plupart de ses applications les plus novatrices requièrent de l'altérer, mais la compréhension du graphène altéré est encore limitée. Certaines applications envisagées sont en optique infrarouge. Or, notre compréhension actuelle du graphène ne permet pas d’expliquer l’apparition des pics infrarouges qui sont observés dans les bicouches et dans les monocouches fonctionnalisées. Le comportement du graphène fonctionnalisé est particulièrement contre-intuitif, puisque l’ajout de greffons le rend plus transparent, et non pas plus opaque! Un modèle proposé par Bruno Rousseau, un étudiant post-doctorant du professeur Michel Côté à l'Université de Montréal, suggère une explication à ce phénomène: bien que les phonons du graphène ne puissent pas coupler directement avec la lumière, ils coupleraient indirectement avec celle-ci grâce à des collisions sur les électrons, qui eux, peuvent coupler avec les photons. Ce couplage indirect peut produire des interférences parfois constructives, parfois destructives, de telle sorte que ce mécanisme peut autant produire des pics d’absorbance que de transparence. Dans le cadre de ce mémoire, nous avons entrepris de vérifier expérimentalement la validité de ce modèle, et nous concluons qu’il semble prédire adéquatement le comportement de l’activité infrarouge des bicouches de graphène et des monocouches fonctionnalisées. Nous avons aussi étudié les méthodes par lesquelles nous synthétisions ces différents types de graphène afin de les optimiser. Enfin, nous avons déterminé des techniques, basées sur la spectroscopie Raman, permettant de bien caractériser l’intensité de l’altération causée par ces méthodes. / Graphene is a promising nanomaterials thanks to its excellent mechanical, optical and electrical properties. However, its most innovative applications require that it be altered, but the understanding altered graphene is still limited. Some applications are considered in infrared optics. However, our current understanding of graphene does not explain the appearance of the infrared peaks that are observed in bilayers and grafted monolayers. The behaviour of grafted graphene is especially baffling, since the addition of grafts makes it more transparent, not less! A model proposed by Bruno Rousseau, a postdoctoral student of Professor Michel Côté at Université de Montréal, suggests an explanation for this phenomenon: although the phonons of graphene cannot couple directly with light, they could couple indirectly through collisions with the electrons, which can couple with photons. This indirect coupling may produce constructive and destructive interference, depending on the conditions, so this mechanism can produce absorbance peaks as much as transparency peaks. In this master’s thesis, we have undertaken to experimentally verify the validity of this model, and we conclude that it seems to adequately predict the behaviour of the infrared activity of graphene bilayers and grafted monolayers. We also studied the methods by which we synthesized these different types of graphene to optimize them. Finally, we determined techniques based on Raman spectroscopy to characterize the intensity of the alteration induced by these methods.

Les parasporines sont des toxines Cry du bacille de Thuringe actives contre des cellules tumorales. Ce travail montre que la parasporine PS1Aa2 (Cry31Aa2) forme des pores dans des membranes artificielles, comme de nombreuses toxines Cry. Ceux-ci ont plusieurs niveaux de conductance dont les plus fréquents étaient de 11, 16 et 21 pS dans une solution de 150 mM KCl. Nos résultats de microspectrofluorométrie avec la sonde Fura-2 montrent que la présence de la PS1Aa2 peut produire des augmentations du calcium intracellulaire, la plupart du temps sous la forme d’oscillations calciques et parfois des augmentations soutenues. Ces réponses ont été observées en présence et en absence de calcium extracellulaire, dans les lignées tumorales HeLa et HepG2 et dans la lignée non tumorale HEK 293. Bien que quelques études aient montré que le calcium semble intervenir dans leur mode d’action, de telles oscillations calciques n’ont jamais été décrites auparavant pour des toxines Cry. Les expériences ont dû être faites à des concentrations beaucoup plus élevées de toxine que prévues sur la base des résultats publiés de cytotoxicité. Malgré la présence des fragments identifiés auparavant comme actifs, sa faible efficacité semble liée à la présence d’ADN dans les préparations qui entraîne la précipitation de la protéine. Les travaux futurs sur cette toxine seraient donc grandement facilités par une amélioration de sa méthode de préparation. / Parasporins are Cry toxins from Bacillus thuringiensis that are active against tumor cells. This work shows that parasporin PS1Aa2 (Cry31Aa2) forms pores in artificial membranes like many Cry toxins. These pores have several levels of conductance; the most frequently seen in 150 mM KCl solutions were of 11, 16 and 21 pS. Our microspectrofluorometric results with the Fura-2 probe showed that the presence of PS1Aa2 can induce changes in intracellular calcium levels, most often in the form of calcium oscillations and sometimes as sustained increases. Such responses were observed in the presence and absence of extracellular calcium, with the tumor cell lines HeLa and HepG2, and with the non-tumorous cell line HEK 293. Calcium oscillations have not been described previously for Cry toxins even though some studies have shown that calcium appears to be involved in their mode of action. Our experiments required the use of much higher concentrations of toxin than suggested from the published cytotoxicity results. Despite the presence of fragments previously identified as active, its low efficacy appears to be related to the presence of DNA in the preparations causing the protein to precipitate. Future work on this toxin would therefore be greatly facilitated by an improvement in its method of preparation.

Le graphène est une nanostructure de carbone hybridé sp2 dont les propriétés électroniques et optiques en font un matériau novateur avec un très large potentiel d’application. Cependant, la production à large échelle de ce matériau reste encore un défi et de nombreuses propriétés physiques et chimiques doivent être étudiées plus en profondeur pour mieux les exploiter. La fonctionnalisation covalente est une réaction chimique qui a un impact important dans l’étude de ces propriétés, car celle-ci a pour conséquence une perte de la structure cristalline des carbones sp2. Néanmoins, la réaction a été très peu explorée pour ce qui est du graphène déposé sur des surfaces, car la réactivité chimique de ce dernier est grandement dépendante de l’environnement chimique. Il est donc important d’étudier la fonctionnalisation de ce type de graphène pour bien comprendre à la fois la réactivité chimique et la modification des propriétés électroniques et optiques pour pouvoir exploiter les retombées. D’un autre côté, les bicouches de graphène sont connues pour avoir des propriétés très différentes comparées à la monocouche à cause d’un empilement des structures électroniques, mais la croissance contrôlée de ceux-ci est encore très difficile, car la cinétique de croissance n’est pas encore maîtrisée. Ainsi, ce mémoire de maîtrise va porter sur l’étude de la réactivité chimique du graphène à la fonctionnalisation covalente et de l’étude des propriétés optiques du graphène. Dans un premier temps, nous avons effectué des croissances de graphène en utilisant la technique de dépôt chimique en phase vapeur. Après avoir réussi à obtenir du graphène monocouche, nous faisons varier les paramètres de croissance et nous nous rendons compte que les bicouches apparaissent lorsque le gaz carboné nécessaire à la croissance reste présent durant l’étape de refroidissement. À partir de cette observation, nous proposons un modèle cinétique de croissance des bicouches. Ensuite, nous effectuons une étude approfondie de la fonctionnalisation du graphène monocouche et bicouche. Tout d’abord, nous démontrons qu’il y a une interaction avec le substrat qui inhibe grandement le greffage covalent sur la surface du graphène. Cet effet peut cependant être contré de plusieurs façons différentes : 1) en dopant chimiquement le graphène avec des molécules réductrices, il est possible de modifier le potentiel électrochimique afin de favoriser la réaction; 2) en utilisant un substrat affectant peu les propriétés électroniques du graphène; 3) en utilisant la méthode d’électrogreffage avec une cellule électrochimique, car elle permet une modulation contrôlée du potentiel électrochimique du graphène. De plus, nous nous rendons compte que la réactivité chimique des bicouches est moindre dû à la rigidité de structure due à l’interaction entre les couches. En dernier lieu, nous démontrons la pertinence de la spectroscopie infrarouge pour étudier l’effet de la fonctionnalisation et l’effet des bicouches sur les propriétés optiques du graphène. Nous réussissons à observer des bandes du graphène bicouche dans la région du moyen infrarouge qui dépendent du dopage. Normalement interdites selon les règles de sélection pour la monocouche, ces bandes apparaissent néanmoins lorsque fonctionnalisée et changent grandement en amplitude dépendamment des niveaux de dopage et de fonctionnalisation. / Graphene is a sp2 hybridized carbon nanostructure with incredible electronical and optical properties that make it interesting for various applications. Its large scale production is still a challenge and there is still some physical and chemical properties that need further studies to better exploit them. Covalent functionalization is a chemical reaction that can be used as a tool to study those properties because it breaks the sp2 crystalline structure, so it modulates the properties of graphene. There are not many studies of that reaction on graphene deposited on a surface because the chemical reactivity depends greatly on the chemical environment. That is why it is important to study the functionalization of graphene on surfaces to understand chemical reactivity and the modification of electronical and optical properties in order to potentially exploit the benefits. This master thesis is focusing on the chemical reactivity of graphene to covalent functionalization and the study of its optical properties. First, we grow graphene using the chemical vapour deposition method. After the growth of monolayer, we change the parameters and we observe the formation of bilayers if the carbonated gas is present during the cooling step of the growth. From that observation, we propose a kinetic model of bilayer growth. Then we proceed to a detailed study of monolayer and bilayer graphene functionalization. First, we demonstrate that there is a substrate effect that inhibits greatly the grafting of organic molecules on the graphene surface. However it is possible to overcome this substrate effect by different ways: 1) chemical doping of the graphene with reducing molecules can modify the electrochemical potential to enhance the reaction; 2) transferring graphene on a substrate that doesn’t affect the electronical properties of graphene; 3) the use of an electrografting method with an electrochemical cell can also modulate the potential so the efficiency of the reaction is enhanced. Also, we observe that the chemical reactivity of bilayer graphene is lower compared to the monolayer because of structural rigidity caused by interlayer interaction. Finally, we demonstrate that the infrared spectroscopy is a powerful tool to study the effect of functionalization and the effect of bilayers on the optical properties of graphene. We observe some bands in the region of the mid-IR, while the infrared selection rules don’t predict any. Also, the shape of those bands change greatly depending on the doping level when there is bilayers or when the graphene is functionalized.