Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la synthèse et l’étude des propriétés spectroscopiques de systèmes multichromophoriques à base de Bodipy, fluorophore choisi pour ses propriétés émissives remarquables (&#61541-&#61472-et élevés, ) et pour son aptitude à donner et accepter les électrons. Notre objectif est de contrôler sa luminescence par association à un ou plusieurs chromophores de nature variée et répondant à des stimuli déterminés. L’exposé est divisé en quatre chapitres, dont le premier rappelle les méthodes de synthèse et de fonctionnalisation du noyau et détaille leur influence sur les propriétés de fluorescence. Le second chapitre présente le contrôle des propriétés d’émission intrinsèques par extension de conjugaison, au moyen d’une nouvelle réaction de type Knœvenagel. Les résultats spectroscopiques y sont notamment étudiés par modélisation quantique (DFT). Ensuite, nous démontrons qu’il est possible de contrôler la fluorescence par désagrégation de fluorophores greffés, en milieu aqueux par ajout de surfactant et par chélation d’anions. Le troisième chapitre est consacré à la modulation de la fluorescence par changement de l’état « rédox » du partenaire (électrofluorochromisme). A cet effet, deux chromophores ont été employés : la s-tétrazine et le ferrocène. Enfin, nous terminons notre étude par un quatrième chapitre qui aborde la photomodulation des propriétés émissives du Bodipy par couplage à diverses entités photochromes : les azobenzènes, les aniles et les photochromes à cyclisation péricyclique. Nous y détaillons les difficultés synthétiques rencontrées au cours de notre étude. / This work deals with the synthesis and the study of multichromophoric systems, based on Bodipy which is known for its oustanding emission properties (high &#61541- and values, ) and for both, its donating and withdrawing electronic characteristics. Our goal is to couple the fluorophore to other(s) chromophore(s) sensitive to a specific stimulus, to modulate the Bodipy’s emission. The first part, a bibliographic report, focuses on the various ways to functionalize the Bodipy core and discusses their influence on its spectroscopic properties. The second section aims at describing, first, the emission shift by extension of the core conjugation via a new Knœvenagel type reaction. DFT calculations will support experimental facts. It also focuses on external modulation factors such as disaggregation of Bodipy in aqueous media and anion chelation. The third chapter is fully devoted to the possibility of controlling the fluorescence properties by modification of the counter-chromophore “redox” state (so called electrofluorochromism). To that, two chromophores are used: the s-tetrazine and the ferrocene. Final section gathers the preliminary results of coupling reaction of photochromic species with Bodipy, in order to photocommutate its photophysics properties. Synthetic issues are largely discussed so as to highlight some general synthetic pathways that one needs to follow to succeed.

Ce travail porte sur l’étude électrochimique et par microscopie de fluorescence in situ de l’auto-assemblage, sur électrode d’or, de monocouches d’aptamères peptidiques de la protéine p53 en vue de la détection de la protéine MDM2. L’utilisation de nouvelles sondes de reconnaissance moléculaire telles que les aptamères peptidiques a été considérée en tant qu’alternative à l’utilisation d’anticorps. Les aptamères peptidiques sont des séquences synthétiques de peptide se liant à la protéine cible avec une affinité et une spécificité élevées. La première partie de ce travail porte sur l’étude électrochimique de l’interface modifiée résultant de diverses procédures d’immobilisation. Des mesures en présence du marqueur rédox [Ru(NH3)6]3+ ont démontré l’immobilisation de la sonde peptidique à la surface d’or et ont permis l’évaluation relative de la densité de sondes adsorbées à la surface respectivement à la méthode d’immobilisation considérée. Par ailleurs, des mesures en présence du couple rédox [Fe(CN)6]3-/4- ont mis en évidence une inhibition drastique du transfert d’électron dans le cas de monocouches composées exclusivement du peptide. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la détection de la protéine MDM2. Trois interfaces modifiées ont été envisagées soit deux monocouches mixtes de peptide et de 4-mercaptobutan-1-ol, ce dernier jouant le rôle de diluant, adsorbés en une ou en deux étape(s), et une monocouche uniquement composée de peptide. L’utilisation de la spectroscopie d’impédance électrochimique en présence du couple rédox [Fe(CN)6]3-/4- comme méthode de détection a mis en exergue la pertinence de cette dernière interface pour la détection. En effet, l’inhibition du transfert d’électron préalablement identifiée est fortement amoindrie suite à l’interaction avec la protéine cible. Une gamme de détection s’étendant de ~1 à 60 ng mL-1 et une limite de détection de 0,69 ng mL-1 ont été obtenues. Cette performance est comparable à celle des kits ELISA commerciaux. La fiabilité et la spécificité de la réponse ont été vérifiées par le biais de contrôles négatifs sur trois protéines, en l’occurrence le fibrinogène, le cytochrome c et l’albumine de sérum bovin, et validées par des mesures complémentaires de microbalance à cristal de quartz.La troisième partie de ce travail est consacrée à l’étude, par microscopie de fluorescence in situ, de l’organisation de la monocouche résultant des trois procédures d’auto-assemblage précitées. Ces mesures ont permis la mise en évidence d’une distribution hétérogène de la densité en sondes, et plus particulièrement la présence d’agrégats. Ceux-ci ne peuvent être désorbés de la surface par l’application de potentiels même très négatifs (-1,450 V vs Ag / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail de thèse concerne l'étude des propriétés électrochimiques des fibres de nanotubes de carbone (NTC). D'une part, nous nous sommes intéressés à leurs caractéristiques en tant que nouveau capteur analytique. Pour cela, une procédure de fabrication de microélectrodes au comportement stable et reproductible a été mise en place. Puis leur comportement analytique intrinsèque fut caractérisé avant de procéder à des modifications de surface pour les rendre plus sélectives. D'autres part, nous nous sommes intéressés aux propriétés électromécaniques des fibres de NTC, soit leur comportement en tant qu'actionneur électrochimique capable de générer une déformation mécanique en réponse à une injection de charge électrique. Nous avons caractérisé leurs performances en terme de contrainte et déformation mécanique générée. Des voies d'optimisation ont été investies. Enfin, nous montrons l'influence que peut avoir l'alignement des NTC au sein de la fibre sur leur propriétés. Ces premières investigations électrochimiques concernant les fibres de NTC, ouvrent de nombreuses voies d'applications prometteuses vers des systèmes analytiques (capteurs, biocapteurs) mais aussi mécaniques (robots, outils chirurgicaux, muscle artificiel) performants et fiables.

Depuis l'apparition du terme "biosensor" à travers un article de Lyons et Clark en 1962, les biocapteurs ont connu un véritable essor tant au niveau académique qu'industriel. Le principal objectif de ce travail de thèse était de créer une surface permettant l'immobilisation spécifique par liaison covalente de simple ou double brin d'ADN puis d'étudier les interactions pouvant exister entre une protéine donnée et l'ADN. Pour préparer la surface à cette immobilisation, nous avons opéré une réduction électrochimique de sel d'aryldiazoniums. Ce type de modification nous a permis de fixer de manière covalente sur la surface conductrice des fonctions de type Ar-SO2Cl. Par l'utilisation de la QCM et de l'AFM, nous avons pu par la suite détailler les mécanismes de fonctionnement de protéines (HsRad51 et Transposase) en interaction avec l'ADN simple ou double brin fixé, que ce soit d'un point de vue cinétique ou bien structural. / Since the emergence of the term "biosensor" through an article of Clark and Lyons in 1962, such devices have experienced a tremendous activity both in the academic and industries. The main objective of this thesis work was to create a surface allowing the specific immobilization of single or double DNA strand by covalent bonding and then study the interactions that may exist between a given protein and DNA. To functionalize the surface, we firstly investigated the electrochemical reduction of aryldiazoniums salt. This kind of methodology has allowed us to covalently graft Ar-SO2Cl functions over the conductive surface which can further react with DNA to immobilize it. By using the QCM and AFM methodologies, we are able to kinetically or structurally detail the intimate mechanisms of interactions between two proteins (HsRad51 and Transposase) and single or double strand DNAs.

L’élaboration de nouveaux complexes métalliques possédant des propriétés physiquesintéressantes et multiples est un cadre de recherche très actif ces dernières années.Parallèlement, les molécules dérivées d’énaminones fluoroalkylées sont modifiables à souhaitet sont reconnues pour leur utilisation en tant que ligand. Ces synthons se révèlent alorsparticulièrement adaptés pour élaborer des complexes variés via des techniques de chimie decoordination.Dans ce contexte, un programme de recherche a été récemment initié et consiste en lasynthèse de ligands de type énaminone trifluorométhylée bi, tri et tétradentes pouvant êtremodifiés en fonction des propriétés ciblées. Ainsi, la substitution du motif par des unités detype azobenzène, anthracène, tétrathiafulvalène, 1,2,3-triazole… a permis de révéler pourceux-ci une photosensibilité, une activité redox ou encore une bioactivité.De plus, au travers de leur différence de denticité, ces ligands conduisent à descomplexes métalliques de nucléarité contrôlée. Ainsi ce sont des composés mononucléairesd’une part et polynucléaires d’autre part qui sont obtenus pour lesquels une propriété redox etmagnétique est observée respectivement.Ainsi, le projet est dédié à l’élaboration d’objets moléculaires innovants etpolyfonctionnels au sein desquels cohabitent une propriété portée par le ligand organiquestructurant et une propriété issue du coeur métallique central. / The synthesis of new metal hybrid inorganic-organic metallic complexes with severalinteresting physical properties is an area of intense research. On another hand, fluoroalkylatedenaminone derivatives have been scarcely employed as useful ligands although these organicmolecules can offer very rich coordination chemistry with broad applications in materialsscience.In this context, a research program was recently initiated, dedicated to thedevelopment of bi, tri, and tetradentate trifluoromethylated enaminone ligands that can bemodified according to the targeted properties. Indeed, a photosensitivity, a redox property or abioactivity was found for these ligands with the introduction of units such as azobenzene,anthracene, tetrathiafulvalene, 1,2,3-triazole …In addition, according to their different denticity, these ligands can afford somemetallic complexes with a controlled nuclearity. In one hand, mononuclear complexes areobtained with a redox property and in antoher hand some polynuclear complexes withinteresting magnetic behaviours.The research program is thus dedicated to the elaboration of innovating andpolyfunctionnal molecular objects in which a property arising from the organic structuringligand coexists with the property of the metallic center.

Le marché de l’électronique flexible devrait atteindre un chiffre d’affaire de plus de 10 milliards de dollars à l’horizon 2020. La réalisation de circuits dotés de flexibilité mécanique accompagnera l’essor de nouvelles applications liées à l’internet des objets ou à l’électronique grande surface. Après la logique, la mémoire est un organe fondamental de tout système électronique. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au développement de mémoires non-volatiles de type CBRAM (Conductive Bridge Random Acces Memory) pour les applications électroniques flexibles. Ces mémoires possèdent une structure MEM (Métal-Électrolyte-Métal) et font partie des mémoires non volatiles émergentes de type ReRAM (Resistive RAM). L’effet mémoire est basé sur une commutation de résistance due à des phénomènes d’oxydo-réduction et de migration ionique aboutissant à la formation/dissolution d’un filament conducteur dans l’électrolyte solide. La possibilité d’utiliser des verres de chalcogénures ou encore des polymères comme électrolytes solide offre à ces mémoires un avenir prometteur pour les applications flexibles. Après avoir passé en revue les différents matériaux exploités pour la réalisation de CBRAM, nous exposerons des travaux concernant la fabrication et la caractérisation de mémoires basées sur des électrolytes de GeS$_x$ et de Ge$_X$Sb$_Y$Te$_Z$ sur substrats de silicium. Les caractéristiques I-V obtenues (phénomènes de set et reset) sont ensuite confrontées à des simulations réalisées à l’aide d’un modèle électro-thermique qui considère le courant ionique comme facteur limitant. La dernière partie de ce travail est quant à elle dédiée au développement de mémoires flexibles. / Flexible electronics market revenue is expected to exceed $10B by 2020. Duento their mechanical flexibility, flexible circuits will enable numerous developmentsnin various fields from internet-of-things applications to large area electronics. Besides logic devices, memory is the second fundamental component of any electronic system. During this thesis, we aimed at developing nonvolatile memories referred as CBRAM (Conductive-Bridge Random Access Memories) for flexible electronics applications. These devices consist in a simple Metal-Electrolyte-Metal structure. The memory effect relies on resistance switching due to the formation/dissolution of a metallic conductive filament within a solid electrolyte. The use of chalcogenide glasses or polymers layers as solid-electrolytes offers many opportunities for future for flexible applications. In a first part, memory devices based on of GeS$_x$ and de Ge$_X$Sb$_Y$Te$_Z$ solid electrolytes on silicon substrates we fabricated and electrically tested. Experimental results were then confronted to an electro-thermal model, based on ionic current, developed during this thesis. The final chapter of this manuscript is devoted to the development of flexible memories.

Les liquides ioniques (LIs) sont des sels composés d’un cation organique et d’un anion, dont la température de fusion est inférieure à 100°C. Ce sont de bons candidats pour le développement de procédés de séparation électrolytique des lanthanides mais pour ce faire, des données expérimentales sont nécessaires. Une étude bibliographique a permis de mettre en exergue quelques propriétés physico-chimiques importantes de ces milieux afin de sélectionner des LIs appropriés et d’anticiper leur comportement électrochimique. Il a été choisi de travailler avec des liquides ioniques composés de cations ammonium et de l’anion bis(trifluoromethanesulfonyl)imidure (NTf2) qui présentent l’avantage d’être peu visqueux, conducteurs et d’avoir une large fenêtre électrochimique.Dans un premier temps, le comportement électrochimique du liquide ionique bis(trifluoromethanesulfonyl)imidure de N,N-trimethylbutylammonium ([N4111][NTf2]) seul a été étudié sur or, platine et carbone vitreux. Sur or et platine, on voit apparaître avant l’oxydation du solvant (à partir de 2,3 V vs Fc+/Fc) des phénomènes surfaciques similaires à ceux couramment observés en solutions aqueuses de H2SO4. Le rôle de la concentration d’eau et celui de l’acidité sur ces réactions ont été étudiés. La formation d’une couche d’oxyde de platine et l’oxydation de l’eau résiduelle générent des protons. La réduction de l’oxyde de platine forme une couche de métal activé sur laquelle les protons sont capables de s’adsorber pour être réduits en dihydrogène.Les couples redox Eu(III)/Eu(II) et Ce(IV)/Ce(III) ont ensuite été étudiés dans le liquide ionique bis(trifluoromethanesulfonyl)imidure de 1-ethyl-3-methylimidazolium ([EMIm][NTf2]), choisi pour sa plus grande conductivité. Des données thermodynamiques et cinétiques ont été obtenues. L’europium s’est montré relativement stable au degré d’oxydation +II. Le couplage de techniques électrochimiques et spectroscopiques (UV-Visible, SLRT, absorption des rayons X…) a permis l’acquisition de données structurales sur les complexes formés en solution aux différents degrés d’oxydation. Une attention particulière a été portée à l’influence de la teneur en eau dans le liquide ionique. Pour le cérium, l’influence de l’ajout d’ions chlorure ou acétate sur la stabilité du degré d’oxydation IV a été étudiée. Il s’agit d’une première étape vers la compréhension du mécanisme d’électrolyse de ces élements. / Ionic liquids (ILs) are salts composed of an anion and an organic cation with a melting point below 100°C. They are promising solvents for the electrolytic separation of lanthanide elements. However, in order to develop such processes, experimental data is still needed. A bibliographic study highlighted important physico-chemical properties of these media which allowed to chose appropriate ILs and anticipate their electrochemical behavior. Ionic liquids composed of quartenary ammonium cations and the bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (NTf2) anion were chosen for their low viscosity, high conductivity and wide electrochemical window.First of all, the electrochemical behavior of the neat ionic liquid N,N-trimethylbutylammonium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ([N4111][NTf2]) at platinum, gold and glassy carbon electrodes was studied. Surface phenomena similar to those observed in aqueous H2SO4 solutions are observed at gold and platinum electrodes before the solvent oxidation potential (from 2.3 V vs Fc+/Fc onwards). The respective roles of water concentration and acidity on these reactions were studied. The formation of an oxide layer and the oxidation of water both generate protons. The reduction of the oxide layer on reversal scan forms an activated metallic surface on which protons can adsorb and be reduced to H2.Eu(III)/Eu(II) and Ce(IV)/Ce(III) redox couples were the studied in the more conductive 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ionic liquid ([EMIm][NTf2]). Thermodynamic and kinetic data were obtained. Europium was shown to be quite stable in its divalent state. Coupling electrochemical and spectroscopic techniques (UV-Visible, Time Resolved Fluorescence Spectroscopy, X-Ray Absorption Spectroscopy…) enabled the acquisition of structural data concerning the complexes formed in solution at different oxidation states. Once again, the effect of water concentration in the ionic liquid was closely monitored. In the case of cerium, the influence of chloride and acetate ions addition on the stability of the +IV oxidation state was studied. The experiments conducted are a first step towards the understanding of the electrolysis mechanism for these elements.

Il existe dans la Nature des métalloenzymes, les hydrogénases, capables de produire et consommer du dihydrogène de façon catalytique. La résolution des structures de ces hydrogénases a révélé la présence de sites actifs de nature organométallique, pouvant-être décrits comme des entités bimétalliques à base de fer et de nickel. Dès lors, de nombreux complexes dinucléaires du fer ont été synthétisés en vue de comprendre et de reproduire les processus de conversion H+/H2 réalisés par les hydrogénases [FeFe]. En particulier, des composés dithiolato-pontés dinucléaires du fer, possédant des ligands bidentates ont été élaborés suite aux résultats d'études théoriques ayant proposé qu'une disubstitution dissymétrique sur un des atomes de fer de ces molécules pouvait permettre de reproduire certaines caractéristiques structurales clés du site actif. Une partie des travaux décrits dans ce mémoire s'inscrit dans la suite des études entreprises dans le laboratoire concernant l'utilisation de ligands bidentates chélatants dans des complexes dinucléaires du fer inspirés par le site actif des hydrogénases [FeFe], comme la 1,10-phénanthroline ou encore les diphosphines. L'autre partie concerne le développement d'une voie de synthèse systématique pour l'obtention de complexes trinucléaires originaux du fer présentant un agencement quasi-linéaire des trois atomes de fer. Le comportement électrochimique des espèces synthétisées ainsi que leur réactivité en milieu acide ont été étudiés. / Hydrogenases are metalloenzymes found in Nature which are able to catalyse the production and the uptake of dihydrogen. Reports orr the structures of these hydrogénases have revealed the organometallic nature of their active sites, which are based on bimetallic assemblies containing nickel and iron atoms. Therefore, many diiron complexes have been synthesized in order to understand and to reproduce the high efficiency of [FeFe]- hydrogenases towards the reversible conversion of protons into dihydrogen. In particular, dithiolato-bridged diiron compounds, with bidentate ligands, have been developed in reason of results of theoretical studies which have suggested that an asymmetrical disubstitution at one iron atom of such bioinspired molecules may allow to reproduce some structural key features of the active site. One part of the works reported in this thesis concems pursuing studies previously undertaken in the laboratory on the use of bidentate chelating ligands with diiron bioinspired models of [FeFe] hydrogenases, such as 1,10- phenanthroline or diphosphines. Another part reports the development of a systematîc way for the synthesis of original trinuclear iron clusters having a quasi-linear arrangement of the three iron atoms. Electrochemical behaviours of the synthesized species as well as their reactivity in acidic medium have been studied.

Les hydrogénases FeFe sont des métalloenzymes qui catalysent l'oxydation et la production de H$_2$. Le cycle catalytique et de nombreux aspects de la réactivité de ces enzymes, y compris l'inactivation aérobie et anaérobie, ne sont toujours pas complètement compris. J'ai développé une nouvelle technique appelée photo-électrochimie directe et je l'ai utilisée pour étudier l'effet de l'irradiation sur la cinétique d'inhibition par le CO de trois hydrogénases FeFe distinctes. J'ai déterminé le spectre d'action de la photo-dissociation de l'inhibiteur CO et j'ai décrit le processus au niveau QM pour la première fois, en obtenant un bon accord entre les expériences et la théorie.J'ai également étudié la photoinhibition de l'enzyme. J'ai effectué des expériences de photoélectrochimiques en irradiant la protéine avec des diodes laser monochromatiques dans le domaine de la lumière visible, une lampe halogène ou une lampe au xénon et j'ai observé que les hydrogénases FeFe de C. reinhardtii et C. acetobutylicum sont irréversiblement inactivées par la lumière UVB. En utilisant la DFT et la TDDFT, j'ai conclu que les étapes initiales de la photoinhibition consistent en la photodissociation d'un ligand carbonyle intrinsèque du site actif, suivie de la formation d'une espèce inactive stable.J'ai aussi effectué des expériences préliminaires pour examiner l'effet de la lumière sur l'activité de deux autres métalloenzymes: la CO déshydrogénase et la hydrogénase NiFe.Mes résultats illustrent la force de l'approche méthodologique qui combine électrochimie directe et TDDFT, et apportent de nouvelles connaissances sur les propriétés chimiques et photochimiques de plusieurs métalloenzymes. / FeFe hydrogenases are metalloenzymes that catalyze the oxidation and production of H$_2$. The catalytic cycle and many aspects of the reactivity of these enzymes, including their aerobic and anaerobic inactivation, are still the subjects of intense investigations. I developed a new technique called direct photo-electrochemistry and I used it to study the effect of monochromatic irradiation in the visible range on the kinetics of inhibition by CO of three distinct FeFe hydrogenases. I determined the action spectrum of the photo-dissociation of the inhibitor CO and I described the process at the QM level for the first time, obtaining good agreement between experiments and theory.I also studied the photoinhibition of the enzyme. I carried out photoelectrochemistry experiments irradiating the protein with monochromatic visible light laser diodes, a halogen lamp or a xenon lamp, and I observed that the FeFe hydrogenases from C. reinhardtii and C. acetobutylicum are irreversibly inactivated by UVB light. Using DFT and TDDFT, I concluded that the initial steps of photoinhibition consist in the photodissociation of one carbonyl intrinsic ligand of the active site, followed by the formation of a stable inactive species.I also performed preliminary experiments to examine the effect of light on the activity of two other metalloenzymes: Carbon monoxide dehydrogenase (CODH) and NiFe-hydrogenase.My results illustrate the strength of the methodological approach that combines direct electrochemistry and TDDFT, and reveal new insights in the chemical and photochemical properties of several metalloenzymes.

Ce mémoire est consacré à l'élaboration et l'étude de polymères de coordination en solution reposant sur des ligands associant deux bras terpyridines avec un espaceur complexant tétraazamacrocycle. Un espaceur dioxocyclame permet l'édification de polymères par formation de complexes de bis-terpyridine. En milieu basique CuII conduit au mono-complexe de dioxocyclame. Ce complexe présentant des terpyridines libres forme des polymères de coordination homo- et hétérométalliques en présence de CoII, CuII, FeII, ou NiII. L'étude viscosimétrique de ces solutions atteste de l'influence de la rigidité de l'espaceur sur la longueur moyenne des espèces en solution. Sous contrôle acido-basique la migration de CuII induit la transition d'un état polymérique à un état isolé des systèmes à un et deux équivalents de CuII. Un espaceur cyclame ou diméthylcyclame affiche une compétition dynamique avec les terpyridines. D'après les études spectrales et électrochimiques NiII, FeII et CoII sont complexés préférentiellement par les terpyridines, CuII et ZnII par le cyclame. Ce jeu d'affinité permet l'obtention de polymères hétérométalliques. Les polymères homométalliques de FeII et CoII ont été appliqués à la conception de dispositifs électrochromes. La viscosimétrie révèle l'effet de la configuration de l'espaceur et un comportement original si l'espaceur cyclame est complexé en second lieu. Les polymères de coordination à espaceur cyclame présentent des propriétés de gélification dépendantes de l'affinité contre-ion/solvant. La rhéologie de ces matériaux est décrite et des modèles sont proposés d'après les résultats de SANS. Une transition gel-sol réversible des gels de CoII est induite par électrolyse.