La cristallisation en solution est largement utilisée comme technique de séparation et de purification dans l'industrie pharmaceutique. Les propriétés d'usage et intermédiaires des cristaux sont liées à la taille et au faciès des cristaux.<br />Dans cette étude, nous avons considéré la cristallisation des cristaux à faciès aciculaires en combinant l'approche expérimentale et de la modélisation moléculaire. La structure, la nucléation et la croissance des cristaux d'Irbesartan phase A obtenus dans le Propan-2-ol ont été étudiées.<br />L'Irbesartan présente en solution un équilibre tautomérique dont les différents tautomères peuvent être isolés à l'état solide. La modélisation des interactions intermoléculaires de la phase A montre une forte anisotropie de la structure, conduisant à la prédiction de cristaux à faciès aciculaire. C'est un exemple de cristal pour lequel la croissance est régie par les propriétés internes plutôt que les propriétés externes.<br />Des observations in-situ et ex-situ ont permis d'étudier l'influence des conditions de cristallisation sur les mécanismes de croissance. Les observations AFM montrent que les agglomérats présentent des orientations cristallographiques communes. Nous avons utilisé le concept de "regular over et intergrowths" comme dans le cas des macles afin de proposer un mécanisme de croissance. Les résultats expérimentaux et de modélisation moléculaire ont conduit à la sélection de différents additifs. Leur influence sur la nucléation et la croissance des cristaux a été étudiée.<br />Les observations AFM à l'échelle microscopique fournissent des informations intéressantes concernant l'influence des conditions de croissance sur la topographie de surface.

Les folates sont des vitamines hydrosolubles, impliqués dans la limitation d'apparition de pathologiestelles que les anomalies de fermeture du tube neural. L'homme est dépendant de son alimentation pourcouvrir ses besoins en folates. Les légumes sont une des sources importantes de folates. Dans un mêmetemps, les légumes verts sont principalement consommés à partir de produits transformés, cuits,surgelés ou appertisés. Il est donc important de maitriser les paramètres de la transformation afin depréserver au mieux les teneurs finales en folates. L'objectif de ce travail a donc été d'identifier l'impactdu procédé de transformation (industriel et domestique) sur la perte en folates. Deux procédésindustriels ont été étudiés : la surgélation des épinards et l'appertisation des haricots verts, lestraitements domestiques ont consisté en la cuisson de légume dans de l'eau à ébullition ou à la vapeur.Les traitements thermiques (blanchiment et cuisson vapeur) n'induisent pas de diminutionssignificatives de la concentration en folates. En revanche, des pertes sont observées lorsque les légumessont en contact étroit avec l'eau. Cette étude a permis de mettre à jour deux mécanismes de perte, ladiffusion et la dégradation thermique. La diffusion des folates a été étudiée à l'échelle du laboratoire, lesconstantes de diffusion des folates ont été déterminées. La diffusion est largement influencée par lamatrice elle-même, plus que par la température ou le pH. La part de la dégradation thermique, etnotamment l'oxydation, ne peut être exclue au cours de la diffusion. C'est pourquoi des cinétiques dedégradation ont été réalisées à différentes température et différentes teneurs en oxygène, à partir depurées d'épinards et de haricots verts ainsi que sur des solutions modèles. L'oxygène joue un rôleimportant dans la dégradation chimique, notamment dans les solutions modèle. Les matrices végétalesconstituraient donc une barrière à l'oxydation des folates. Les folates sont globalement assez bienconservés au cours du procédé de transformation. Une des pistes de recherche qui prendrait un sens dansla continuité de ce travail serait l'étude de l'impact des procédés de transformation sur labioaccessibilité des folates

De nos jours, des fibres et films photochromiques sont tournés vers le développement des matériaux intelligent qui sont appliqués pour évaluer, signaliser et réagir à un changement de couleur et de spectre d’absorbance. Dans ce travail, l’activité photochromique de six différents types commerciaux de polyuréthane contenant de petites quantités de spiropyrane [1-hexyle-3,3-diméthyle-6'-nitrospiro (indoline-2',2'-benzopyrane)] a été étudiée. Les effets d'épaisseur du film, du temps d'irradiation, et de la concentration en SP sur la réponse photochromique des films de PU/SP ont été étudiés et également leurs interactions. En outre, le comportement photochromique de ces films sous étirement et leurs cinétiques de décoloration ont été abordés. La cinétique et la caractérisation des systèmes photochromiques de spiropyrane incorporé dans le polyuréthane et irradié avec la lumière monochromatique ont été modélisées. Les modèles obtenus peuvent être correctement appliqués dans tous les cas (avec et sans irradiation, avec et sans étirement), en particulier pour tous les rapports massique de SP et pour toute l’épaisseur de film. Le comportement mécanique des polyuréthanes et sa relation avec leurs propriétés photochromiques ont été étudiés et modélisées. Ce modèle est capable de déterminer le taux d’étirement qui peut être traduit en compression locale à partir de quatre mesures photochromiques, et ceci ouvre la porte à des applications potentielles. Un intérêt particulier dans ce contexte, peut être porté aux textiles utilisés pour des applications biomédicales, y compris les bas de contention destinés à empêcher ou traiter la thrombose profonde des veines. Une autre application possible est le développement récent de l'habillement sportif pour améliorer la récupération après des efforts violents / Nowadays, photochromic fibers and films are turned towards the development of intelligent “smart” materials which are applied to evaluate, signalize and react to a change in color and absorbance spectra. In this work, the photochromic activity of six commercial grades of polyurethane that contains small quantities of spiropyran [1-hexyle-3,3-diméthyle-6'-nitrospiro (indoline-2',2'-benzopyran)] has been studied. The effects of film thickness, irradiation time, and SP concentration on the photochromic response of PU/SP films have been studied and also their couplings. Furthermore, the photochromic behaviors of these films under stretching and their decoloration kinetics have been investigated. The kinetics and characterization of the photochromic system of spiropyran incorporated into polyurethane and irradiated with monochromatic light was modeled. The obtained models can be correctly applied in all cases (with and without irradiation, with and without stretching), in particular for all SP mass ratios and for all film thickness. The mechanical behavior of polyurethanes and its relation with the photochromic properties is studied and modeled. This model has the capability to determine the stretching ratio which can be translate to the local compression by employing only four photochromic measurements and this open the way for a wide range of potential applications. Of particular interest in this context are the textiles used for biomedical applications, including graduated compression stockings for preventing or treating deep vein thrombosis. Another related application is the recent development of special sport clothing for improving recovery after strong efforts

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail porte sur l’élaboration de céramiques transparentes composites à base de grenats d’yttrium et d’aluminium (Nd:YAG) avec différents ratios stœchiométriques (Nd+Y)/Al compris entre 0,40 et 0,70, autour du ratio correspondant à la composition stœchiométrique du Nd:YAG ((Nd+Y)/Al = 0,6000) par frittage-réaction sous vide. La mise en forme a été effectué par coulage sous pression de suspensions stables et homogènes de mélanges Al2O3-Y2O3-Nd2O3. L’étude des propriétés microstructurales, thermiques et optiques de ces céramiques a permis de mettre en évidence l’influence du ratio (Nd+Y)/Al sur les cinétiques de formation de la phase grenat et de densification du matériau ainsi que sur leurs propriétés optiques. Ainsi, il apparaît que pour des céramiques avec un ratio supérieur à 0,6000, correspondant à un matériau enrichi en yttrium, les cinétiques précédemment évoquées sont diminuées mais les propriétés de transparence et lasers apparaissent moins dégradées, contrairement au cas de céramiques enrichies en aluminium ((Nd+Y)/Al < 0,6000). De plus, l’étude de mélanges pulvérulents Nd:YAP-Al2O3 a permis de mettre en évidence un mécanisme de formation de la phase Nd:YAG suggérant l’existence d’une réaction solide-gaz avec évaporation-condensation de la phase réactive aluminée. Enfin, la faisabilité de céramiques de Nd:YAG à haut taux de dopage (4 % at.) a permis de montrer l’intérêt de ces matériaux dans la génération de propriétés optiques non linéaires du troisième ordre, particulièrement le phénomène d’autofocalisation de faisceaux lumineux par effet Kerr. / This work is devoted to the elaboration of yttrium and aluminum garnets-based transparent composite ceramics with different (Nd+Y)/Al stoichiometric ratios ranged from 0.40 to 0.70, around the ratio corresponding to the Nd:YAG stoichiometric composition ((Nd+Y)/Al = 0.6000) by under-vacuum reactive-sintering. Pressure-casting of stable and homogeneous suspensions of mixing Al2O3-Y2O3-Nd2O3 was achieved. Study of microstructural, thermal and optical properties of these ceramics has made it possible to highlight the influence of (Nd+Y)/Al ratio on garnet phase formation and densification kinetics, and on optical properties. Thus, it appears that for ceramic with a ratio higher than 0.6000, corresponding to an yttrium-rich sample, the previously mentioned kinetics are decreased but transparence and lasers properties are less degraded, contrary to aluminum-rich ceramics ((Nd+Y)/Al < 0.6000). Moreover, study of Nd:YAP-Al2O3 powders mixing brings out Nd:YAG phase formation mechanism, suggesting the existence of solid-gas reaction with evaporation-condensation of aluminum-rich reactive phase. Finally, feasibility of Nd:YAG ceramics with high dopant content (4 at. %) has shown the interest of these materials in order to generate third-order nonlinear optical properties, especially self-focusing phenomenon of light beams by Kerr effect.

L'objet de cette thèse est la construction de schémas numériques pour les équations cinétiques dans différents régimes de diffusion anormale. Comme le modèle devient raide en s'approchant du modèle asymptotique, les méthodes numériques standard deviennent coûteuses dans ce régime. Les schémas Asymptotic Preserving ont été introduits pour pallier à cette difficulté. Ils sont en effet stables le long de la transition du régime mésoscopique au régime microscopique. Dans le premier chapitre, nous considérons le cas d'une distribution d'équilibre qui est une fonction à queue lourde et dont le moment d'ordre 2 est infini. Le poids important des grandes vitesses de l'équilibre fait tomber la limite de diffusion usuelle en défaut, et on montre que le modèle asymptotique est une équation de diffusion fractionnaire. En nous basant sur une analyse asymptotique formelle de la convergence vers le modèle limite, nous construisons trois schémas AP pour le problème. La discrétisation en vitesse est discutée afin de prendre en compte correctement les grandes vitesses, et nous montrons que le troisième schéma est en outre uniformément précis au cours de la transition vers le régime microscopique. Dans le chapitre 2, nous étendons ces résultats au cas d'une fréquence de collision dégénérée en 0 qui mène aussi à une équation de diffusion fractionnaire. Nous adaptons ensuite ces méthodes numériques au cas d'une limite de diffusion normale avec scaling en temps anormal dans l'équation cinétique dans le chapitre 3. Dans ce cadre, la lenteur de la convergence vers le modèle asymptotique rend nécessaire une adaptation de l'approche AP des chapitres précédents. Enfin, le chapitre 4 présente un schéma AP pour l'équation cinétique dans le cas heavy-tail du chapitre 1 lorsque l'opérateur de collision est non-local. / In this thesis, we construct numerical schemes for kinetic equations in some anomalous diffusion regimes. As the model becomes stiff when reaching the asymptotic model, the standard numerical methods become costly in this regime. Asymptotic Preserving (AP) schemes have been designed to overcome this difficulty. Indeed, they are uniformly stable along the transition from the mesoscopic regime to the microscopic one. In the first chapter, we study the case of a heavy-tailed equilibrium distribution, with infinite second order moment. The importance of the high velocities in the equilibrium makes the classical diffusion limit fail, and one can prove that the asymptotic model is a fractional diffusion equation. We construct three AP schemes for this problem, based on a formal asymptotic analysis of the convergence towards the limit model. The discretization of the velocities is then discussed to take into account the high velocities. Moreover, we prove that the third scheme enjoys the stronger property of being uniformly accurate along the convergence towards the microscopic regime. In chapter 2, we extend these results to the case of a degenerated collision frequency, also leading to a fractional diffusion limit. In chapter 3, these methods are then adapted to the case of a classical diffusion limit with anomalous time scale in the kinetic equation. In this case, an adaptation of the AP approach of the previous chapter is needed, because of the slow convergence rate of the kinetic equation towards the limit model. Eventually, a AP scheme for kinetic equation with heavy-tailed equilibria and non local collision operator is presented in chapter 4.

Ce travail présente une nouvelle application des alcoxyamines en chimie thérapeutique et notamment pour lutter contre le parasite plasmodium falciparum, responsable du paludisme.Cette idée repose sur l'utilisation de la chimie radicalaire. A ce jour un traitement de choix met en œuvre l'artémisinine. Le mode d'action est la destruction du parasite par la formation de radicaux libres. L'artémisinine est activée par le Fe(II) de l'hème libéré lors de la digestion de hémoglobine par le parasite. L'activation conduit à la production de radicaux alkyles qui déclenchent l'apparition d'un stress oxydatif entrainant la mort du parasite.Dans ce travail, nous avons synthétisé des alcoxyamines inédites possédant des structures chimiques particulières. Ces alcoxyamines sont activables par protonation ou par complexation par des ions métalliques tels que le Fe(II) afin de produire de façon rapide et ciblée des radicaux capable d'induire un stress oxydatif. Des études cinétiques des molécules préparées dans ce manuscrit ont aussi été effectuées. Celles-ci ont montré une réduction drastique des énergies d'activation et des temps de demi-vie des alcoxyamines activées permettant de produire des radicaux rapidement et de manière sélective. Ce travail a permis d'obtenir des alcoxyamines modèles pour valider le concept d'alcoxyamines anti-paludéens. / This work presents a new application of alkoxyamines in therapeutics chemistry, in order to fight the parasite plasmodium falciparum, a parasite responsible for malaria.This idea is based on a mechanism similar to that of artemisinin, a standard drug used for malaria. Artemisinin is activated by iron(II) of heme, released during hemoglobin digestion by the parasite. Activation leads to the formation of radicals which trigger oxidative stress leading to the death of the parasite.In this work, we have synthesized new alkoxyamines with particular chemical structures. These alkoxyamines, upon protonation or metal-complexation, produce radicals able to afford oxydative stress. Moreover kinetic studies showed a drastic reduction of the activation energies and half-lives of activated alkoxyamines in oder to produce quickly radicals, which makes it possible to obtain model alkoxyamines with anti-malarial activities.

La biodisponibilité d'un composé minéral dépend de sa solubilité in vivo contrôlée par ses propriétés physicochimiques. Cependant, les caractéristiques physicochimiques qui influencent la solubilité et la biodisponibilité des produits utilisés en nutrition animale ne sont pas clairement connues. L'oxyde de zinc (ZnO) est un additif alimentaire couramment utilisé pour satisfaire le besoin en zinc (Zn) des animaux monogastriques. L'objectif de ce projet était de caractériser plusieurs types de ZnO utilisés en nutrition animale pour mieux appréhender leur devenir dans le tractus digestif et leur biodisponibilité. Les différentes sources de ZnO ont des propriétés physicochimiques variables qui influencent leurs cinétiques de dissolution. Une quarantaine d'échantillons de ZnO collectés à travers le monde auprès d'industries de la nutrition animale ont été caractérisés en termes de densité, densité tassée, taille de particules, forme, aire spécifique et cinétiques de dissolution. Une analyse en composantes principales (ACP) a été réalisée pour identifier les caractéristiques les plus pertinentes et classer les échantillons par familles. La nature des paramètres les plus pertinents suggère un mécanisme en deux étapes : dissolution de ZnO en ions Zn2+ à la surface des particules, suivie d'une diffusion vers la solution. La vitesse de dissolution détermine probablement le devenir de ZnO dans le tractus gastro-intestinal et pourrait donc expliquer les différences de performances. Une étude in vivo de produits représentatifs de chaque famille a permis de déterminer les effets des caractéristiques physicochimiques sur la biodisponibilité. Une étude dose-réponse a été réalisée sur des poulets Cobb en croissance (8 à 23 jours d'âge) soumis à un régime de base contenant 23 ppm de zinc ou à 14 régimes supplémentés à raison de 6 ou 12 ppm de ZnO (6 sources différentes) ou de sulfate de Zn. La teneur en zinc du tibia a été utilisée pour estimer la biodisponibilité relative des différentes sources de ZnO par rapport au sulfate de Zn utilisé comme référence (100%). La biodisponibilité des différentes sources variait entre 49% à 160%. La taille des agrégats et la surface spécifique expliquent une large part de la variabilité sur la biodisponibilité. En conclusion, les propriétés physicochimiques de ZnO permettent d'expliquer partiellement la variabilité observée des biodisponibilités du zinc car la complexité des phénomènes physiologiques rend difficile une telle prédiction / The bioavailability of a trace mineral source is related to its in vivo solubility, which in turn is determined by its physicochemical properties. It is still not clear which characteristics are more relevant in affecting solubility and bioavailability of feed compounds. Zinc Oxide (ZnO) is a common feed additive used to supplement zinc in the diet of monogastrics animals. However, different sources have shown different responses in animal bioavailability. This project aims to characterize different feed grade ZnO to better clarify their fate in the digestive tract and explain differences in bioavailability. It was hypothesized that the different sources of feed grade ZnO have various physicochemical properties that lead to distinct dissolution kinetics. Over 40 samples of ZnO have been collected from the feed industry worldwide. Samples were analyzed for density, tapped density, particle size, shape, specific area and dissolution kinetics. A principal component analysis (PCA) was performed to define the most relevant characteristics and categorize the samples into groups. The results showed that there is not only one variable influencing the kinetics of dissolution. It suggests a dissolution mechanism in 2 steps, in which there is the dissolution of ZnO into Zn ions in the surface of the particle, followed by a diffusion to the bulk solution. The speed of dissolution can determine the fate of zinc oxide products in the gastrointestinal tract and therefore may explain the different results in animal performance. Representative products from each family were selected for an in vivo trial to measure the effect of their characteristics on the zinc bioavailability. Male Cobb broilers were used in a dose-response experiment from 8 to 23 days of age. Treatments consisted of a basal diet with 23 ppm of zinc and 14 diets supplemented with 6 or 12 ppm of Zn in the form of different oxides or sulfate. Bone zinc was used to determine zinc bioavailability. The bioavailability of the different sources varied from 49 to 160% considering zinc sulfate as the reference. Aggregate size and specific surface area explain a large part of the variability observed on values of bioavailability. In conclusion, physicochemical properties of ZnO can partly explain the variability observed in terms of Zn biological value. However, the complexity of physiological processes makes difficult the prediction of Zn bioavailability based only on these characteristics

La modélisation de la cinétique d'oxydation des métaux est complexe car elle conjugue des phénomènes tant macroscopiques que microscopiques. Ce travail a donc pour but d'incorporer dans des modèles macroscopiques, l'influence des phénomènes locaux (microscopiques) et plus particulièrement d'appliquer cette approche à la modélisation des cinétiques d'oxydation. Cette étude se divise en deux grandes parties, l'une macroscopique basée sur la thermodynamique irréversible permettant d'obtenir les lois d'évolution du système métal oxyde afin de les résoudre numériquement pour modéliser les cinétiques d'oxydations. La seconde, microscopique consiste en l'étude par dynamique moléculaire du comportement thermomécanique de différentes surfaces d'aluminium et du calcul de leur densité d'énergie de surface. Ceci est complété par la réalisation d'un modèle empirique permettant d'obtenir la valeur de la densité d'énergie de surface en fonction de la déformation et de la température.

Un nouveau système catalytique d'oxydation aérobie sélective de composés benzyliques a été développé. Ce système efficace fonctionne en présence d'oxygène moléculaire dans des conditions douces et utilise le N-hydroxy-3,4,5,6-tétraphénylphtalimide (NHTPPI) comme catalyseur, associé au chlorure cuivreux. Lors de cette étude, l'optimisation des conditions réactionnelles a permis de réduire la quantité de catalyseur de 10 à 1%. Ces résultats, ainsi que la miniaturisation des essais ont permis d'aborder la version asymétrique de ces oxydations.<br />Pour mettre en œuvre l'oxydation énantiosélective de substrats organiques, une synthèse modulable d'organocatalyseurs à symétrie C2, analogues du NHPI, a été réalisée. Certains de ces organocatalyseurs portant des fonctions carbamates ont montré de bonnes activités catalytiques lors de l'oxydation de nombreux substrats et surtout une très bonne sélectivité dans le dédoublement cinétique d'oxazolidines où des facteurs de stéréosélectivté de l'ordre de 40 ont pu être obtenus. Ces résultats, très intéressants, ouvrent la voie au développement d'une nouvelle méthodologie d'oxydation énantiosélective de substrats organiques.