Le dioxyde de titane, composé minéral très utilisé dans les produits cosmétiques de protection solaire, est depuis peu incorporé sous forme de nanoparticules, ce qui suscite des interrogations sur les risques sanitaires induits. Nous avons élaboré un protocole d’émulsions huile-dans-eau permettant l’incorporation de nanoparticules de TiO2 à différents pourcentages (2,5-10%) et présentant deux traitements de surface hydrophobes distincts : un coating hybride isopropyl titanium triisostearate / triethoxycaprylylsilane et un coating triethoxycaprylylsilane. L’incorporation des nanoparticules permet de conserver la structure microscopique de l’émulsion et dans le même de temps de renforcer les propriétés rhéologiques. Les analyses physico-chimiques ont montré que l'état de floculation initial des émulsions est coating-dépendant. A 50°C, les émulsions se déstabilisent au cours du temps jusqu’à une agrégation très marquée des nanoparticules, et ce moins rapidement pour le coating hybride. Les formulations avec et sans nanoparticules sont légèrement cytotoxiques, avec un effet plus marqué pour les fortes concentrations en TiO2 et après vieillissement de 40 jours à hautes températures. Nous avons démontré que l’état de surface des nanoparticules extraites des formulations est modifié au cours du vieillissement par une adsorption de certains constituants de l’émulsion à la surface des nanoparticules. Ces nanoparticules modifiées sont plus cytotoxiques que les nanoparticules brutes. Les mécanismes de vieillissement induisent donc la libération de résidus de nanomatériaux plus toxiques que leur état initial, et pourraient conduire à un risque sanitaire pour l'homme l'environnement. / Titanium dioxide, the most commonly used mineral compound in cosmetic sunscreen products, has recently been incorporated in the form of nanoparticles, which raises health issues. We have developed a protocol of oil-in-water emulsions that enables the incorporation of different amount (2.5-10%) of TiO2 nanoparticles coated with two distinct hydrophobic surface treatments: an isopropyl titanium triisostearate / triethoxycaprylylsilane hybrid coating and a triethoxycaprylylsilane coating. The incorporation of nanoparticles preserves the microscopic structure of the emulsion while enhancing the rheological properties. Physico-chemical analyses showed that the initial state of flocculation of the emulsions is coating-dependant. At 50°C, emulsions destabilize over time until a strong aggregation of nanoparticles, in a delayed way for the hybrid coating. Formulations with and without nanoparticles appear slightly cytotoxic, with an enhanced effect for high amount of TiO2 and for a 40 days aging at high temperatures. We have shown that the surface of nanoparticles extracted from the formulations has been modified during aging, due to an adsorption of chemicals of the emulsion to the nanoparticle surface. Such modified nanoparticles become more cytotoxic if compared to raw nanoparticles. Aging mechanisms can therefore release nanomaterials residues with an increased toxic activity compared to their initial state, and thus could lead to health hazard for humans and for the environment.

L'impact environnemental est un paramètre prépondérant dans l'élaboration de nouveaux matériaux. Dans le secteur du transport, l'introduction de silice précipitée comme charge renforçante en remplacement d'une partie du noir de carbone a permis de mettre au point des pneus plus respectueux de l'environnement.L'objectif de notre projet consiste à déterminer l'effet des conditions d'élaboration et de traitement de la silice sur l'aptitude des granules de silice à se disperser dans l'élastomère, sans compromettre leur résistance à la fragmentation en milieu sec lors des opérations du procédé. Pour ce faire, différentes caractérisations ont été effectuées. Tout d'abord, une analyse de la texture des agglomérats de silice est réalisée dans le but d'obtenir une description morphologique de ces granules (surface spécifique, granulométrie, structure 3D). Une étude du comportement des granules sous contraintes mécaniques (ultra-sons, transport pneumatique) a permis de quantifier la cinétique de désagglomération des micro-granules de silice. Ces différentes mesures expérimentales nous permettent de mettre en évidence l'impact des étapes du procédé sur les propriétés des granules de silice. Ceci nous a permis de mettre en avant différents mécanismes de fragmentation des granules. Enfin, nous proposons une modélisation de la fragmentation au moyen d'un modèle matriciel. Ce modèle a permis, à partir de données expérimentales, de remonter aux mécanismes de fragmentation.

Les dispositifs avancés pour la microélectronique intègrent divers matériaux et sont de dimensions nanométriques. Une connaissance précise de leur composition est requise pour améliorer leurs procédés de fabrication et comprendre leur comportement électrique. Le ToF-SIMS est un candidat intéressant, qui souffre cependant des effets de matrice et ne possède pas toujours une résolution spatiale suffisante. Le but de ce travail est de permettre une analyse quantitative et résolue en profondeur de matériaux et structures pour la microélectronique avancée à l'aide d'un ToF-SIMS standard. Cette étude porte sur SiGe, sur des matériaux à haute permittivité, des implants basse énergie et des matériaux organiques. Elle se concentre sur la préparation d'échantillons, l'optimisation des conditions expérimentales et le traitement de données pour mettre au point des protocoles d'analyse originaux dont la précision est évaluée grâce à d'autres techniques de caractérisation de pointe. Ces protocoles permettent d'améliorer la qualité des analyses en termes de résolution en profondeur, de précision et de reproductibilité

Cette thèse porte sur le traitement de la farine de bois et son utilisation comme renforts de composites à matrice polymère. En effet, l'incompatibilité entre le bois, hydrophile, et les polymères, généralement hydrophobes, est la principale difficulté de mise en oeuvre des composites bois-polymère. Un traitement des renforts bois est alors nécessaire pour améliorer les propriétés mécaniques et hygroscopiques des composites. Un traitement par fluoration directe est ici proposé pour diminuer le caractère hydrophile du bois et augmenter son adhésion avec la matrice polymère. Après une phase de développement et de réglage du traitement, une caractérisation physico-chimique de la farine de bois non-traitée ou fluorée a été réalisée afin d'observer l'effet de la fluoration. Le greffage de fluor sur les constituants du bois a été validé, et une diminution du nombre des sites de sorption de l'eau dans le bois a été constatée. Cette réduction a conduit à une diminution de la teneur en eau du bois après fluoration. En outre, la structure physique des particules et le comportement thermique du bois n'ont pas été modifiés par le traitement. Des composites bois-polyester ont été fabriqués par moulage par compression à chaud, avec des renforts non-traités et fluorés. Ceux-ci ont été testés en traction, en flexion, et en fluage afin d'observer l'influence du traitement sur les propriétés mécaniques des composites. Par ailleurs, une caractérisation hygroscopique a également été conduite. Les résultats montrent que la fluoration directe des renforts permet d'améliorer les propriétés mécaniques et hygroscopiques des composites bois-polyester.

L’impact environnemental est un paramètre prépondérant dans l’élaboration de nouveaux matériaux. Dans le secteur du transport, l’introduction de silice précipitée comme charge renforçante en remplacement d’une partie du noir de carbone a permis de mettre au point des pneus plus respectueux de l’environnement.L’objectif de notre projet consiste à déterminer l’effet des conditions d’élaboration et de traitement de la silice sur l’aptitude des granules de silice à se disperser dans l’élastomère, sans compromettre leur résistance à la fragmentation en milieu sec lors des opérations du procédé. Pour ce faire, différentes caractérisations ont été effectuées. Tout d’abord, une analyse de la texture des agglomérats de silice est réalisée dans le but d’obtenir une description morphologique de ces granules (surface spécifique, granulométrie, structure 3D). Une étude du comportement des granules sous contraintes mécaniques (ultra-sons, transport pneumatique) a permis de quantifier la cinétique de désagglomération des micro-granules de silice. Ces différentes mesures expérimentales nous permettent de mettre en évidence l’impact des étapes du procédé sur les propriétés des granules de silice. Ceci nous a permis de mettre en avant différents mécanismes de fragmentation des granules. Enfin, nous proposons une modélisation de la fragmentation au moyen d’un modèle matriciel. Ce modèle a permis, à partir de données expérimentales, de remonter aux mécanismes de fragmentation. / Silica is constantly gaining importance as a reinforcing filler for rubber compounds. It offers several advantages compared to carbon black. In tyres treads, silica can yield a lower rolling resistance at equal wear resistance and wet grip than carbon black. This work consists in the determination of the effects of processes and treatments of precipitated silica granules on their capacity to nicely disperse the silica in the elastomer, without impairing their breakage resistance during dry steps of the process.In this work, physico-chemical characterizations like laser granulometry, specific surface area, SEM, X-ray tomography have been given morphological and structural information on the granule properties. In a second step, the behaviour of silica granules under mechanical stress in various media (air, liquid) by ultrasound solicitation, fluidized bed, impact breakage, is investigated. Mechanisms are observed for the fragmentation of the granules (erosion, attrition, breakage, splitting) and a quantification of the breakage kinetics of granule is proposed. In the last step, a model of the fragmentation process in water is presented. All these experiments give us information about the impact of the process on the granule structures and mechanicals properties.

De part leur grande consommation, les pièces en élastomère vulcanisé sont une source importante de déchets. Une des voies de revalorisation de ces matériaux est leur réutilisation sous forme de particules dans des composites à matrice polymère, afin de diminuer leur rigidité et d'augmenter leur résistance aux chocs de faible énergie. Cette étude est ainsi née d'une collaboration entre le LIMATB et la Technische Universität Chemnitz, qui développe ce concept de matériaux.<br /><br />L'objectif de cette étude est la caractérisation expérimentale et la modélisation du comportement mécanique de composites thermoplastiques élastomères (TPE). Ces matériaux sont composés d'une matrice en homopolymère polypropylène isotactique (PP) et de particules d'élastomère recyclées à base d'éthylène propylène diène monomère (EPDM). La nature complexe du PP nous a incité à développer un modèle micromécanique, en distinguant dans ce polymère une phase amorphe et une phase cristalline. A partir d'un motif représentatif permettant d'estimer les propriétés élastiques du PP en fonction du taux de cristallinité, un modèle micromécanique de type autocohérent généralisé est comparé à un modèle macroscopique plus simple pour décrire son comportement élastoviscoplastique. La loi de comportement des TPE est construite, via une démarche d'homogénéisation, à partir du comportement mécanique des particules d'EPDM et de la loi macroscopique déterminée pour le PP. Les prévisions des modèles sont analysées et comparées aux résultats d'essais de flexion, de traction et d'indentation. Les modèles développés ont été implantés dans le code « éléments finis » Abaqus afin de permettre le calcul de pièces industrielles.

L'holographie électronique "off-axis" est une technique de MET sensible à la densité locale de porteurs, elle permet facilement une cartographie 2D du potentiel électrostatique et, par son large champ de vue, une analyse des profils de dopants actifs, directement utilisables pour le calibrage des outils de simulation des procédés. Les travaux de cette thèse (convention CIFRE entre le CEA-LETI et STMicroelectronics) ont pour objet, d'une part l'établissement de protocoles de préparation des échantillons, d'acquisition des données en holographie électronique, et d'autre part la comparaison entre les résultats de la mesure et ceux de la simulation à l'aide des outils TCAD. Pour mener cette étude, nous avons, dans un premier temps, étudié l'influence des paramètres du MET sur la résolution spatiale et le niveau de bruit de l'holographie. Puis, sur des échantillons élémentaires, nous avons prouvé la présence d'une couche inactive et mis en évidence les effets de charges induits par le faisceau de mesure. Ces artefacts ont été observés aussi bien dans les échantillons préparés par polissage mécano-chimique que lors de l'usinage des échantillons par FIB. Notre étude montre d'une part que la couche inactive cristalline induite par les défauts ponctuels générés par cette technique est contrôlée par l'énergie du faisceau FIB, et d'autre part, que les charges électriques de l'échantillon créent une sous-estimation du potentiel mesuré, inversement proportionnelle à la concentration de dopants. Enfin, la maitrise des artefacts de la technique nous ont permis de caractériser des transistors nMOS sur film mince de silicium, avec comme objectif le calibrage de l'implantation et la diffusion de l'arsenic. Les limitations d'une utilisation pratique de l'holographie électronique ont été étudiées par la comparaison de cartographies de potentiel électrostatique mesurées par cette technique et simulées par TCAD.

Les dispositifs avancés pour la microélectronique intègrent divers matériaux et sont de dimensions nanométriques. Une connaissance précise de leur composition est requise pour améliorer leurs procédés de fabrication et comprendre leur comportement électrique. Le ToF-SIMS est un candidat intéressant, qui souffre cependant des effets de matrice et ne possède pas toujours une résolution spatiale suffisante. Le but de ce travail est de permettre une analyse quantitative et résolue en profondeur de matériaux et structures pour la microélectronique avancée à l'aide d'un ToF-SIMS standard. Cette étude porte sur SiGe, sur des matériaux à haute permittivité, des implants basse énergie et des matériaux organiques. Elle se concentre sur la préparation d'échantillons, l'optimisation des conditions expérimentales et le traitement de données pour mettre au point des protocoles d'analyse originaux dont la précision est évaluée grâce à d'autres techniques de caractérisation de pointe. Ces protocoles permettent d'améliorer la qualité des analyses en termes de résolution en profondeur, de précision et de reproductibilité / Next generation devices for microelectronics feature nanometric dimensions and incorporate heterogeneous materials. Accurate knowledge is needed on their chemical composition to address elaboration processes and understand electrical properties. ToF-SIMS is an interesting candidate, but it suffers from matrix effects and insufficient depth resolution. The aim of this work is to enable quantitative, depth resolved analysis of materials and structures for advanced devices with a standard ToF-SIMS. Studies focus in SiGe and high-k based materials, ultra shallow implants and materials for organic electronics. We investigate sample preparation, experimental condition optimization and data treatment to setup original analysis protocols. Accuracy of the new protocols is tested with leading edge external characterization techniques in each of the materials of interest. These developments allowed enhanced analysis quality in terms of depth resolution, accuracy and reproducibility.

Sur le plan moléculaire, le transport de petites molécules à travers les bicouches lipidiques est un processus fondamental. L'objectif de ce travail consiste a étudier les différents mécanismes de transfert de molécules hydrophiles à travers la bicouche liposomale. La calcéine a été choisie comme molécule hydrophile modèle pour simuler la vectorisation de principes actifs. Dans une première étape, la formulation des liposomes a été optimisé en considérant ses propriétés physico-chimiques (taille, efficacité d'encapsulation, fluidité et etc.) par différentes méthodes (DSC, TEM, SAXS et etc). Les résultats montrent que la taille moyenne, le potentiel zêta, Tc, l'efficacité d'encapsulation et la fluidité, sont influencés par la composition lipidique des liposomes. Les interactions entre les molécules hydrophiles encapsulées et le vecteur ont été étudiés par spectroscopie Raman, balance de Langmuir et analyse thermique différentielle. Les résultats obtenus montrent que la calcéine est capable d'interagir avec le groupement polaire de la phosphatidylcholine, en s'intercalant entre les chaînes acyles et modifiant de ce fait l'organisation de la membrane. La perméabilité des membranes à la calcéine a d'abord été évaluée sur la base d'une cinétique du premier ordre par spectrofluorimètrie. L'effet de la composition en lipides sur la fluidité membranaire a été étudié en fonction des conditions environnementales. Un modèle simulant les conditions de la digestion a été élaboré pour estimer la vitesse de libération du calcéine à travers la bicouche liposomale, son coefficient de partage, en utilisant l'AFM et la méthode STED. Les résultats obtenus ont confirmé que la calcéine diffuse lentement à travers la membrane liposomale sans pour autant déstructurer le liposome / From a molecular point of view, transport of small molecules across lipid bilayers is a fundamental and functional process. The release of efficacious dose of bioactive-entrapped in liposome depends on different parameters such as liposome permeability, bioactive structural properties and strength of liposome / bioactive interaction. The aim of this study was investigation the possible mechanisms of hydrophilic molecules transfer through liposomal bilayer. Calcein was chosen as model of hydrophilic drugs. In the first step, we optimized liposome formulation by considering its physicochemical properties (size, encapsulation efficiency, fluidity and etc.) by different methods such as DSC, TEM, SAXS, DLS, NMR and Spectroufluremtere. The reported results show that mean size, zeta potential, Tc, entrapment efficiency and fluidity were influenced by liposome lipid composition. Then, we tried to investigate hydrophilic bioactive agents? interaction with liposome by Raman Spectroscopy, Langmuir Balance and Differential Scanning Calorimetry. The obtained results indicated that calcein is being able to interact with the choline polar-head group of the lipids but probability it could intercalate into the acyl chains and disturb the chain order. Finally, the permeability of calcein across some liposome membranes was first evaluated on the basis of the first-order kinetics by spectrofluorometer. Second, the composition/fluidity effect of liposome as well as the incubation temperature/pH effect was investigated. Furthermore, a model simulating the conditions of digestion was developed to estimate the partition coefficient and to determine the mechanism transfer through liposomal bilayer by using AFM and STED methods. The results confirmed that calcein permeates slowly through liposomal membrane by diffusion without liposome disruption

Afin de contribuer à la préservation du patrimoine laitier libanais, l'objectif principal de cette étude a été de caractériser le fromage Darfiyeh, une variété traditionnelle fabriquée à partir de lait de chèvre cru et affinée dans une outre en peau de chèvre. Parallèlement à cet objectif, et pour mieux comprendre l'affinage du Darfiyeh, le transfert de composés d’arôme à travers la peau de chèvre a été étudié au moyen d’un dispositif expérimental original. Trois lots indépendants de production de Darfiyeh ont été analysés après 20, 40 et 60 jours d'affinage. Les résultats des analyses physico-chimiques ont montré que le Darfiyeh est un fromage à pâte mi-dure, caractérisé par une protéolyse et une lipolyse modérées. Le 3-méthyl butanal, le 1-phényl éthanol et le 1-octanol contribuent à la fraction aromatique particulière du Darfiyeh. Les analyses microbiologiques ont mis en évidence (Log cfu.g-1 fromage) des lactobacilles mésophiles (7,1-10,4), des bactéries lactiques (BL) thermophiles cocciformes (6,6-8,4) et des lactobacilles thermophiles (5,5-7,2). Afin d'explorer l'écosystème naturel du Darfiyeh, une combinaison d'approches classiques et moléculaires a été appliquée. L'identification classique a révélé des espèces appartenant aux genres Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus et Lactobacillus. Les profils de Temporal Temperature Gel Electrophoresis (TTGE) ont révélé des bandes communes avec l'identification classique. Des analyses menées par PCR spécifiques de l'espèce bactérienne ont confirmé la présence of S. thermophilus, E. faecium, E. durans, Lc. lactis subsp. lactis et Lc. lactis subsp. cremoris. La PCR en temps réel a permis la quantification de S. thermophilus et d' E. faecium, avec un seuil de détection respectif de 104 ufc.g-1 de Darfiyeh et une gamme de 107-109 ufc.g-1 de Darfiyeh, respectivement. Pour le transfert d'arômes à travers la peau de chèvre, l'absorption et la perméabilité de trois molécules aromatiques modèles (2-butanone, 2,3-butanedione, 2-butanol) dans un système solution aqueuse/peau de chèvre a été suivi, après 20, 40 et 60 jours d'exposition. Jusqu'à 40 j d'exposition, le transfert des molécules aromatiques était régi par leurs propriétés physico-chimiques et par le temps d'exposition. Après 60 j, le système solution aqueuse/peau s’est traduit par une tendance à la migration des molécules modèles depuis la peau vers la solution simulée de Darfiyeh. Autrement dit, le transfert de ces molécules modèles dans le système simulé paraît s’établir de façon cyclique. Ce travail est une première contribution scientifique et technique au secteur de la valorisation durable de la tradition fromagère libanaise / In order to contribute for the preservation of the Lebanese dairy heritage, the aim of this study was to characterize Darfiyeh cheese, a traditional variety made from raw goats' milk and ripened in goat's skin. Parallel to this objective, and for a better understanding of Darfiyeh ripening, aroma transfer towards goat skin was conducted through an experimental device. Three independent batches of Darfiyeh production were analyzed after 20, 40 and 60 days of ripening. Physico-chemical results showed that Darfiyeh is a semi-hard goat's milk cheese which undergoes a moderate proteolysis and lipolysis. 3-methyl butanal, 1-phenyl ethanol and 1-octanol contribute to the distinctive aromatic fraction of Darfiyeh. As for microbiological results, bacterial counts (Log cfu.g-1 cheese) for mesophilic lactobacilli (7.1-10.4), thermophilic coccal-shaped lactic acid bacteria (LAB) (6.6-8.4) and thermophilic lactobacilli (5.5-7.2) were found. In order to explore Darfiyeh natural ecosystem, a combination of classical and molecular approaches was applied. Classical identification revealed members of the genera Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus and Lactobacillus. Temporal Temperature Gel Electrophoresis (TTGE) profiles revealed common bands between the classical identification. Species-specific polymerase chain reactions (PCR) confirmed the presence of S. thermophilus, E. faecium, E. durans, Lc. lactis subsp. lactis and Lc. lactis subsp. cremoris. Real time PCR enabled quantification of S. thermophilus and E. faecium, with a detection threshold of 104 ufc.g-1 of Darfiyeh and a range of 107-109 ufc.g-1 of Darfiyeh, respectively. As for aroma transfer towards goat skin, absorption and permeability of three model aroma molecules (2-butanone, 2,3-butanedione, 2-butanol) in aqueous solution/goat skin system were followed, after 20, 40 and 60 days of exposure. Until 40 days, the transfer of aroma molecules was dependent on their physico-chemical properties and exposure time. After 60 days, the molecules migrate from the skin to the aqueous solution. Therefore, in such a simulated system, aromatic molecules seem to move under a cyclic way. This work is a first scientific and technical contribution to the preservation of traditional Lebanese cheesemaking