Les recherches actuellement menées dans le domaine de l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) s’orientent vers l’imagerie dite moléculaire, où l’agent de contraste interagit de manière non covalente avec une biomolécule exprimée dans des conditions pathologiques, modulant ainsi spécifiquement le contraste de la zone concernée. Dans ce but, l’évaluation de l’affinité du contrastophore pour sa cible potentielle est primordiale. Dans ce travail, la technique de « diffusométrie RMN » a été mise en œuvre pour évaluer les interactions non covalentes entre l’albumine sérique humaine (HSA) et différents agents de contraste potentiels pour l’IRM. La HSA présente en effet le double avantage de conférer aux agents de contraste une meilleure efficacité, qui se traduit par une augmentation plus marquée de la vitesse de relaxation des protons de l’eau, ainsi qu’un temps de rémanence vasculaire plus élevé, ce qui les rend propices à une utilisation en angiographie. Cette étude a été réalisée sur trois agents de contraste déjà largement décrits dans la littérature (Gd-DTPA, Gd-EOB-DTPA et MP2269) ainsi que sur trois nouveaux agents de contraste synthétisés dans le cadre de ce travail (Gd-C4-sulfadiméthoxin-DTPA, Gd-C4-sulfaphénazol-DTPA, Gd-C4-thyroxin-DTPA). Ces trois nouveaux contrastophores ont été caractérisés indépendamment en solution aqueuse et en présence d’albumine par deux autres techniques précédemment étudiés au sein de notre laboratoire : la relaxométrie protonique et la spectrométrie de masse electrospray. Les résultats obtenus ont révélé une bonne efficacité de deux des agents de contraste en solution aqueuse, ainsi qu’une affinité élevée pour la HSA dans le cas de ces deux mêmes contrastophores. La technique de diffusométrie RMN pour l’évaluation des interactions non covalentes repose sur la différence entre le coefficient de diffusion du ligand seul en solution (l’agent de contraste IRM dans notre cas) et du ligand lié à la macromolécule étudiée (la HSA). En effet, si le contrastophore se lie à l’albumine et que l’échange entre les deux partenaires est rapide sur les échelles de temps RMN, le coefficient de diffusion observé est une moyenne pondérée entre le coefficient de diffusion du ligand libre et le coefficient de diffusion du ligand lié à l’albumine. Les résultats obtenus ont confirmé les tendances observées lors de précédentes études réalisées avec d’autres techniques et nous ont apporté une information supplémentaire sur la cinétique d’échange entre les deux partenaires de l’interaction. Le travail a permis d’explorer les limites de validité de la méthode.

Les polyélectrolytes sont des polymères avec des unités de répétition ionisables qui dans un solvant polaire, comme l’eau, se dissocient en libérant des contre-ions. Les polyélectrolytes, du fait leur présence dans de nombreuses formulations, de leur rôle dans les processus industriels, les milieux biologiques et environnementaux ont fait l’objet d’un grand nombre d’études. Pour mieux comprendre et exploiter les polyélectrolytes, leurs propriétés en présence d’autres composés doivent cependant être étudiées plus en détail. Dans cette optique, ce travail se concentre sur la modification des propriétés dynamiques de polyélectrolytes courts en présence de nanoparticules de silice. Dans ce but, nous avons conçu un système expérimental de diffuseurs dispersés au sein de suspensions d’obstacles chargés. Les diffuseurs sont des molécules de carboxylate de différentes tailles : des carboxylates simples jusqu’aux polyélectrolytes (polyacrylate de sodium, PAANa) courts. Les obstacles sont des nanoparticules de silice de différentes tailles et charges de surface. L’étude des carboxylates simples a été suggérée par la nécessité de réduire la complexité des diffuseurs. L’autodiffusion des molécules est étudiée principalement par diffusométrie RMN, technique qui permet d’étudier les mouvements browniens de molécules sur une échelle de temps de 10-1000 ms (10-100 μm en échelle spatiale). Ce travail examine également comment la présence de polyélectrolytes modifie les interactions entre particules de silice en utilisant la diffusion de neutrons aux petits angles. / Polyelectrolytes are a particular class of polymers with ionizable repetition units that dissociate in polar solvents (such as water) leading to macro-ions and counterions. Solutions and materials made of polyelectrolytes are extensively used in several formulations and in industrial, biological and environmental processes. For a better insight into these systems, the properties of polyelectrolytes in presence of other particles have to be studied in more detail. This work deals with the modification of the dynamics properties of short polyelectrolytes in presence of charged silica nanoparticles.To study this problem, we design an experimental system made of carboxylate molecules of various sizes, from simple carboxylate (propionate) up to short polyelectrolytes (sodium polyacrylate, PAANa), diffusing in aqueous dispersions of silica nanoparticles of different size and surface charge. Both polyelectrolytes and nanoparticles are negatively charged at high pH. Thanks to the use of simple carboxylates, it is possible to reduce the complexity of the diffusers. The self-diffusion of the molecules is investigated using NMR diffusion experiments, which monitors the Brownian motions of individual molecules on 10-1000 ms timescale (10-100 μm spatial scale). This work also investigates how the presence of polyelectrolytes modifies the phase behaviour of silica particles by using small angle neutron scattering.

L'objectif essentiel de ce travail a été d'étudier les phénomènes physiques associés au transport hydrique dans les matériaux cimentaires ayant achevé leur période de grande réactivité à l'eau. La compréhension des mécanismes de ce transport hydrique est critique pour améliorer la durabilité de ces matériaux de grande diffusion. Nous nous sommes particulièrement intéressés à des pâtes de ciment CEM I gris et blanc vieillies en atmosphère contrôlée sur de longues périodes pouvant aller jusqu'à deux ans. Afin de découpler les phénomènes de transport hydrique dans les pâtes cimentaires et associés aux différentes échelles imbriquées, nous avons également étudié des matériaux poreux calibrés dans des gammes d'échelles isolées des micro-, méso- et macropores. Nous avons utilisé une plateforme RMN multi-échelles présentant à la fois des techniques de spectroscopie, de relaxométrie à haut et bas-champ et de diffusométrie. D'autres techniques de caractérisation comme la conductivité et la tomographie RX ont été également utilisées. Une attention particulière a été portée sur l'intégration du contrôle de l'humidité dans les différentes sondes RMN et sur l'analyse des données expérimentales afin d'extraire des indicateurs pertinents pour l'étude du transport hydrique. Grâce à ces techniques et à des modèles originaux, nous avons montré que non seulement la géométrie intervient sur la connectivité par son aspect topologique mais de plus elle contrôle directement la dynamique et le transport hydrique micro-mésoscopique par le confinement. Nous avons aussi expliqué la difficulté à générer une modification de la distribution hydrique aux échelles des micro- et mésopores dans ces pâtes de ciments. Ceci est d'autant plus pertinent pour la durabilité de ces matériaux que plus de 80% de la porosité d'une pâte de ciment se trouve dans cette gamme de tailles de pores. Nous avons également répondu à la question concernant l'impact de l'état de surface et de la géométrie sur la dynamique hydrique dans la classe micro et mésopores de ces matériaux. Enfin, nous avons montré la facilité à modifier l'état hydrique de la macroporosité accessible par opposition à la difficulté de modifier cet état hydrique aux échelles micro et mésoscopique.