Lors de la production d’hydrocarbures, les conditions de pression et température dans les conduites peuvent être favorables à la formation d’hydrates de gaz (composés cristallins formés par l’association de molécules d’eau et de gaz). Leur formation peut entraîner le bouchage des conduites et mener à l’arrêt de la production, entraînant d’importantes pertes économiques. Pour remédier au risque « hydrate », les pétroliers disposent de diverses méthodes dont l’utilisation d’additifs antiagglomérants. Les antiagglomérants sont des tensioactifs capables de s’adsorber à la surface des cristaux d’hydrate et de les maintenir dispersés dans la phase hydrocarbonée, qui est généralement majoritaire. L’objectif de cette thèse est de progresser dans la compréhension des mécanismes d’action de tensioactifs ioniques pour la prévention de l’agglomération d’hydrates de gaz. Plusieurs tensioactifs cationiques ont été étudiés sur un hydrate de cyclopentane (CP) (qui se forme à pression atmosphérique) et sur un hydrate de méthane/propane (qui se forme sous pression).Pour les deux hydrates, l’effet des tensioactifs sur la morphologie des cristaux et sur leur mouillabilité a été étudié, et leur performance antiagglomérante (AA) a été évaluée en réacteur agité pour différentes conditions et compositions des systèmes. Les tensioactifs conduisant à la formation de cristaux individuels présentent les meilleures performances AA. Les observations montrent qu’il n’est pas indispensable que les tensioactifs rendent les cristaux mouillables à l’huile pour qu’ils procurent une bonne protection contre l’agglomération dans un système agité où l’huile est la phase majoritaire. Nous avons vu que la modification (par ajout de sel par exemple) de l’environnement physicochimique des molécules tensioactives peut jouer un rôle déterminant sur leurs propriétés AA. De même, la modification de la structure des molécules (nature du contre-ion, longueur des chaînes hydrocarbonées) impacte leur adsorption sur l’hydrate, la morphologie et la mouillabilité des cristaux, et par suite leur performance AA. Les principaux facteurs identifiés pour la bonne performance d’une molécule tensioactive sont sa capacité à se fixer efficacement et en quantité suffisante à la surface de l’hydrate, et à rendre les cristaux d’hydrate hydrophobes, ou dans le cas où il les rend hydrophiles d’abaisser fortement la tension interfaciale entre les phases aqueuse et huileuse de manière à réduire l’intensité des forces capillaires entre les particules. Enfin, nous avons pu établir une corrélation entre les observations faites à l’échelle microscopique et la performance AA des tensioactifs évaluée à l’échelle macroscopique. Ce travail confirme que l’hydrate de CP est globalement un bon modèle pour des évaluations simples de la performance de molécules tensioactives. L’utilisation de l’hydrate de CP présente néanmoins des limitations pour mener des études à forts sous-refroidissements et avec de grandes fractions volumiques d’eau. / Pressure and temperature conditions encountered in the pipelines of hydrocarbons production may be favorable to the formation of gas hydrates (crystalline compounds formed by the association of molecules of gas and water). Their agglomeration in pipelines may form plugs and lead to production shutdowns and cause significant economic losses. To prevent it, oil and gas companies use various methods and more particularly anti-agglomerant additives. Anti-agglomerants are surfactants that can adsorb at the hydrate crystals surface and keep them dispersed in a hydrocarbon phase. The objective of this thesis is to progress in the understanding of mechanisms of action of ionic surfactant to prevent the gas hydrates agglomeration. Several cationic surfactants were studied on a cyclopentane (CP) hydrate (formed at atmospheric pressure) and on a methane/propane hydrate (formed under pressure). For both hydrates, the effect of surfactants on the crystals morphology and on their wettability was investigated, and their anti-agglomerant (AA) performance was evaluated in an agitated reactor for systems at different conditions and compositions. The surfactants leading to the formation of individual crystals had the best AA performances. In order to have a good protection against the agglomeration, it is not necessary that the surfactants make the crystals oil wettable in a system where the oil phase is in excess. We showed that the modification (by the addition of salt for example) of the physicochemical environment of surfactant molecules plays an important role on their AA properties. Similarly, the modification of the structure of molecules (counter-ion nature, length of the hydrocarbon chains) affects their adsorption on the hydrate, the morphology and wettability of crystals and consequently their AA performance. The main factors identified for a good performance of a surfactant molecule are its capacity to be efficiently fixed and in a sufficient amount on the hydrate surface in order to make the hydrate crystals hydrophobic. In the case where it makes the hydrate hydrophilic, the surfactant has to strongly reduce the interfacial tension between the aqueous and oil phases and then reduce the intensity of capillary forces between hydrate particles. Lastly, we set a correlation between the observations done at the microscopic scale and the AA performance of surfactants evaluated at the macroscopic scale. This work confirms that the CP-hydrate is overall a good model for a simple evaluation of the surfactant molecules performance. However, the use of the CP-hydrate has some limitations to conduct studies at high subcooling and watercut.

Pour être utilisé en réfrigération secondaire comme matériau à changement de phase dans un fluide frigoporteur, un hydrate doit posséder une enthalpie de dissociation élevée, à une température adaptée à l’application (positive pour de la climatisation) et à une pression acceptable pour une installation industrielle. De plus, le mélange diphasique doit présenter de bonnes conditions d’écoulement et d’échanges thermiques. Un dispositif dynamique constitué d'un réacteur agité et d'une boucle de circulation, placé dans une chambre climatique, a été développé pour l’étude de coulis d’hydrates de dioxyde de carbone. Pour ce dispositif, un protocole a été mis en œuvre pour le refroidissement d’une solution chargée en CO2, générant des coulis d'hydrate à taux d’hydrate allant jusqu'à 25°% véhiculant une chaleur latente importante (374 kJ.kg-1). Une étude cinétique sur la formation des hydrates de CO2 dans le réacteur agité à été réalisé et montre que la cinétique de formation de ces hydrates est de 2 %.h-1 dans le réacteur pour une pression, une température, et une vitesse d'agitation de départ de 3 MPa, 12 °C et 1042 tr/min et pour une température de consigne du groupe froid de -1 °C. L’étude rhéologique du coulis a permis de mettre en place une corrélation empirique de type Herschel-Bulkley en fonction du taux d’hydrates qui permet une caractérisation satisfaisante du comportement rhéologique du fluide. Les résultats de l’étude thermique ont permis d’établir des corrélations entre les nombres de Nusselt et de Reynolds qui caractérisent les régimes de fonctionnement thermique du système. / To be used as phase change material in a secondary refrigerant, a hydrate must enclose a high dissociation enthalpy, at a temperature adapted to the application (positive for air-conditioning) and a pressure suitable for an industrial facility. Moreover, the two-phase mixture must present good conditions of flowing and heat exchange. A dynamical set-up with a stirred tank reactor with a loop of circulation, placed in a thermostated room, was developed for the study of carbon-dioxide-hydrate slurries. In this set-up, one protocol was carried out: by cooling of a water-CO2 solution, generating slurries hydrate rates 25 %, conveying a high latent heat (374 kJ.kg-1). A study of CO2 hydrate formation kinetics was lead in the tank reactor and the results showed the CO2 hydrate formation kinetics is 2 %.h-1 for a pressure, temperature and a stirring rate at the begin of 3 MPa, 12°C and 1042°rpm and a temperature of the chiller about -1°C. A study rheological allows the development of an empirical Herschel-Bulkley-type correlation as a function of the hydrate rate was achieved for rheological characterization of the fluid behavior. The thermal results obtained allow establishing correlation as a function of Nusselt and Reynolds number which characterize operational regimes of the system thermal.

This work deals with the design and synthesis of building blocks, usable for creating dynamic polymers based on the reversible formation of hemiacetals bond. Next part is focused on the study of the formation of hemiacetal between polyfunctional alcohols and trifluoromethylketones via NMR spectroscopy. Key words: constitutional dynamic chemistry, hemiacetals, trifluoromethylketones, diols and polyols

Dans de nombreuses activités physiques et sportives, la performance dépend de l’efficacité des processus physiologiques et cognitifs sollicités dans l’action. Plus précisément, il semblerait que celle-ci soit fréquemment influencée par l’efficacité des processus décisionnels qui s’effectuent sous pression temporelle. A ce titre, ce travail de thèse s’intéresse à l’effet de l’administration de trois supplémentations nutritionnelles classiquement consommées par les athlètes (hydrates de carbone, caféine et guarana) sur le fonctionnement cognitif au cours d’un exercice. Nos résultats indiquent que l’ingestion isolée de ces trois composés améliore la vitesse du traitement de l’information lors d'une tâche décisionnelle dès la fin d’un exercice. Par ailleurs, l’utilisation de la caféine en rinçage de bouche semble aussi pertinente, puisque nos résultats suggèrent une amélioration probable de l’efficacité des processus relatifs à la gestion d’un conflit au cours de l’exercice. Enfin, une diminution de la perception de l’effort est aussi rapportée lors de l’ingestion de caféine et de guarana, ou de l’utilisation d’hydrates de carbone en rinçage de bouche. L’ensemble de ces résultats indique une potentialisation de l’effet de l’exercice sur la performance cognitive. Il suggère aussi que la mise en place de supplémentations nutritionnelles lors d’un exercice améliore l’efficacité de processus cognitifs qui s’avèrent être essentiels à la performance sportive. / In sport and exercise activities, successful performances strongly depend on the ability to simultaneously carry out cognitive and physical demands. More precisely, it would seem that performance is frequently influenced by the efficacy of decision-making realized under strong temporal pressure. The aim of this thesis work is to assess the effect of nutritional supplements that is carbohydrate, caffeine and guarana on cognitive functions during an acute exercise. Overall, our results suggest that ingestion of these three supplements enhance speed of information processing during a decision-making task at the end of exercise. Additionally, caffeine mouth rinsing seems worthwhile since a likely enhancement of inhibition processes has been reported after use during exercise. Finally, a decrease of perceived exertion has been reported with caffeine and guarana ingestion along with carbohydrate mouth rinsing. In conclusion, our results indicate the potentiation of exercise effects on cognitive function. Furthermore, they suggest nutritional supplements could enhance cognitive processes during exercise in what may be a predictive factor of performance enhancement.

Methane hydrate nucleation and growth in porous model carbon materials illuminates the way towards the design of an optimized solid-based methane storage technology. High-pressure methane adsorption studies on pre-humidified carbons with well-defined and uniform porosity show that methane hydrate formation in confined nanospace can take place at relatively low pressures, even below 3 MPa CH4, depending on the pore size and the adsorption temperature. The methane hydrate nucleation and growth is highly promoted at temperatures below the water freezing point, due to the lower activation energy in ice vs. liquid water. The methane storage capacity via hydrate formation increases with an increase in the pore size up to an optimum value for the 25 nm pore size model-carbon, with a 173% improvement in the adsorption capacity as compared to the dry sample. Synchrotron X-ray powder diffraction measurements (SXRPD) confirm the formation of methane hydrates with a sI structure, in close agreement with natural hydrates. Furthermore, SXRPD data anticipate a certain contraction of the unit cell parameter for methane hydrates grown in small pores.

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Le bassin profond du Bas-Congo est une marge passive affectée par une forte déformation salifère. Elle présente des sorties naturelles d'hydrocarbures lourds qui ont des impacts majeurs sociétaux, biologique, écologique et économique. L'objectif de ce travail est de comprendre les modes de fonctionnement de ces systèmes, depuis la mobilisation des hydrocarbures dans les sédiments, jusqu'à l'exutoire en fond de mer, puis en surface mer. Cette étude combine des analyses de données issues de l’imagerie spatiale, de l’océanographie, de la géochimie et de la géophysique marine afin d'obtenir à une vision intégrée multi-échelle des zones d’expulsion naturelles d'hydrocarbures dans le bassin profond du Bas-Congo. L'analyse de données issues de l'imagerie spatiale montre qu'une centaine de sites sont actifs dans la zone d'étude. Un volume de 4400 m3 d’hydrocarbures est naturellement émis par an. L'intégration des données de courantométrie permet de relier les nappes d'hydrocarbures visibles à la surface de la mer avec les structures fond de mer. Celles-ci correspondent à des chapelets de dépressions localisés sur le pourtour des diapirs de sel et à des regroupements de monticules composés d'asphaltes en périphérie. Dans les sédiments, les anomalies géophysiques caractéristiques correspondent à des cheminées verticales, délimitées par le bas par le réflecteur sismique associé à la base de stabilité des hydrates de gaz. La correspondance spatiale de ces différents critères a permis d'inventorier les sites potentiellement actifs sur les données géophysiques. Seulement 40% de ces sites sont associés à des nappes d'hydrocarbures récurrentes à la surface de la mer. / The Lower Congo Basin is a passive margin, affected by strong salt tectonics. Natural escapes of heavy hydrocarbons observed in the area have major impacts on the society, ecology, biology, and the economy. The aim of this work is to understand the mechanisms of these systems, from the mobilisation in the sediments towards the seafloor outlets and subsequently towards the sea surface. This study combines data analysis from spatial imagery, oceanography, geochemistry and marine geophysics in order to get a multi-scale integrated vision of the natural seepage situation in the Lower Congo Basin. The analysis of spatial imagery data shows that in the study area, the hundred active seeps sites expel a hydrocarbons volume of 4400 m3 per year, following an intermittent mechanism with miscellaneous frequencies from one site to another. We connected visible hydrocarbon slicks at the sea surface with seabed structures by integrating current measurements across the water column. Seafloor structures correspond to clustered pockmarks of high seismic amplitude located at the rim of salt diapirs and to clusters of mounds composed of highly degraded oil outwards. In sediments, geophysical anomalies form vertical chimneys, delimited by the seismic reflector associated with the base of gas hydrates stability downwards. The spatial correspondence of geophysical criteria enabled to inventory the potentially active sites on the geophysical data. Only 40% of these sites are associated with recurring oil slicks at the sea surface.

Die Frage nach der Möglichkeit von Leben auf anderen Planeten, vor allem auf dem Mars, steht in einem engen Zusammenhang mit der Verfügbarkeit von flüssigem Wasser. Dies ist bei den vorherrschenden klimatischen Bedingungen, vor allem der tiefen Temperatur, nur mittels einer Gefrierpunktserniedrigung durch Salze erklärbar. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich daher mit Phasengleichgewichten verschiedener Salz-Wasser-Systeme bei tiefen Temperaturen. Dabei wurden nach einer Sammlung von Literaturdaten und einer Ermittlung der Lücken innerhalb dieser verschiedene Systeme nach Mars-Relevanz, sowie chemischer Systematik ausgewählt und experimentell untersucht. Insgesamt wurden dabei 22 binäre Phasendiagramme von Salz-Wasser-Systemen betrachtet und 29 festen Phasen mittels Röntgen-Einkristallstrukturanalyse aufgeklärt. Aus diesen Strukturen wurde ein Modell zur Beschreibung einer zweiten Hydratationssphäre über eine Wechselwirkungsbilanz abgeleitet und an den verfügbaren Strukturen geprüft.

L’accumulation excessive de leucocytes conduisant à un dysfonctionnement de la réponse immunitaire est caractéristique de plusieurs maladies inflammatoires. La première étape du recrutement des leucocytes aux sites d’inflammation est tributaire de l’interaction entre le tétrasaccharide sialyl LewisX (sLeX) et les protéines d’adhésion sélectines P et E, qui sont exprimés sur les cellules endothéliales des parois vasculaires. Par conséquent, les sélectines sont des cibles thérapeutiques importantes. Ainsi, la conception d’antagonistes des sélectines est une stratégie prometteuse pour traiter l'inflammation aiguë. Par exemple, l’administration d’analogues du sLeX chez les patients hospitalisés souffrant de crises vaso-occlusives ou de syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) peut atténuer les enjeux d'accumulation de cellules immunitaires. Tout en se basant sur la première génération d'antagonistes des sélectines développées par notre laboratoire, l’objectif de ce travail était de synthétiser et d'évaluer l’activité biologique d’une nouvelle série d’analogues du sLeX ciblant l'inflammation aiguë. Ce travail établit deux nouvelles stratégies qui permettent d'accéder à des analogues du sLeX incorporant un motif galactopyranoside bicyclique avec une fonctionnalité carboxylate ayant une conformation restreinte. Dans la première approche, l’intermédiaire bicyclique clé est formé en 13 étapes à partir du D-galactose pentaacétate avec un rendement global de 19 %. Indépendamment de la stéréochimie des précurseurs, une réaction de cyclisation intramoléculaire a permis de générer l’intermédiaire clé avec le carboxylate en position axiale. Un contrôle cinétique Curtin-Hammett serait à l'origine de la stéréosélectivité, une hypothèse supportée par une étude expérimentale et par calculs théoriques DFT. La série des carboxylates équatoriales a également été préparée par une stratégie de désilylation basée sur la migration d'un ester β,γ-insaturé. La deuxième approche implique une stratégie de double glycosidation orthogonale qui est influencée par la conformation restreinte du bicycle. L'intermédiaire bicyclique, portant un groupement nitrile en C9 (alpha), a été préparé en 12 étapes avec un rendement global de 53 %. Cette approche a mené à une série d'antagonistes des sélectines incorporant des modifications d'amide, d'amine et de tétrazole, ainsi qu'un analogue incorporant un C6-benzamide. Cette approche modulaire peut être exploitée pour préparer d’autres isostères d'acide carboxylique. Un analogue hybride a été préparé en combinant le galactopyranoside bicyclique avec la fonctionnalisation de la chaîne latérale qui se retrouve sur l’espaceur à base de tartrate. Cette voie de synthèse a également été conçue afin d'accéder aux analogues du sLeX portant une sonde de photoaffinité. Cet analogue servira comme outil dans le marquage par photoaffinité des sélectines pour élucider les résidus clés du site actif. Les analogues de la deuxième génération ont été évalués pour leur capacité à se lier aux sélectines et d’empêcher les cellules immunitaires d’adhérer. Une méthode qualitative permettant de classer l’affinité de nos composés aux sélectines à l'aide de la spectroscopie SPR ainsi qu'une expérience préliminaire d'inhibition compétitive en solution ont été développées. Les principaux composés ont également été évalués à l'aide de tests in vitro d'adhésion de cellules HL-60 et de roulement par imagerie des cellules vivantes. Un essai de migration cellulaire par lavage péritonéal in vivo a été utilisé pour valider l’activité de nos composés principaux et leur capacité à inhiber le recrutement des neutrophiles dans un modèle d'inflammation aiguë. Nos résultats démontrent l’augmentation de la puissance et de l’activité de nos analogues de deuxième génération comparativement à la première. La série de galactopyranosides a démontré une spécificité pour l'inhibition de la P-sélectine, alors que la série des arabinopyranosides, incorporant un motif tétrazole, a démontré une activité remarquable vers la E-sélectine. La combinaison des deux modifications ont produit une activité pan-sélectines exceptionnelle qui justifie une enquête plus approfondie. / The first step for leukocyte adhesion and rolling along the vascular endothelium during the immune system inflammatory response involves the recognition of the tetrasaccharide sialyl LewisX (sLeX) by selectin glycoproteins. Dysfunction of the immune response, a consequence of several pathologies of inflammatory disease, leads to an excessive influx of leukocytes that necessitates therapeutic intervention. The development of glycomimetics, small molecule therapeutics that imitate complex glycans, is a promising strategy for treating inflammation. Specifically, a targeted approach amenable to severe acute inflammation, such as in hospitalized patients suffering from vaso-occlusive crises (VOC) or acute respiratory distress syndrome (ARDS). Building off the first generation of selectin antagonists developed by our laboratory, the aim of this work was to synthesize and evaluate the potency of a new class of sLeX glycomimetics for use as selectin antagonists targeting acute inflammation. This work describes the development of two novel strategies for sLeX glycomimetics incorporating a challenging trans-bicyclo[4.4.0] 3-O,4-C-fused galactopyranoside scaffold with a conformationally restricted carboxylate moiety. In the first approach, the key bicyclic galactopyranoside intermediate was accessed through a 13-step sequence with 19% overall yield from D-galactose pentaacetate. An unprecedented intramolecular cyclization reaction provided the desired axially configured bicyclic intermediate independent of the precursor stereochemistry. The origin of stereoselectivity was proposed to be under Curtin-Hammett kinetic control; a hypothesis supported by an experimental study and theoretical DFT calculations. The equatorial carboxylate series was also prepared using a desilylation strategy capitalizing on the migration of an β,γ-unsaturated ester. The second approach is highlighted by an orthogonal dual-glycosidation strategy that takes advantage of the conformationally restricted scaffold. The key bicyclic intermediate, bearing an α-configured C9 nitrile moiety, was prepared in 12 steps with a 53% overall yield. This approach led to a series of selectin antagonists incorporating axially-locked amide, amine, and tetrazole modifications at the C9 position, as well as an analogue incorporating a C6-benzamide. The modular galactopyranoside framework achieved using this approach can be exploited to prepare additional carboxylic acid bioisosteres for future SAR studies. A hybrid analogue was prepared, that combines the bicyclic galactopyranoside scaffold and a synthetic approach to selectin antagonists incorporating sidechain modifications to the first-generation tartrate diester. This synthetic route was also elaborated to access sLeX glycomimetics bearing a benzophenone-based photoaffinity probe. This analogue will serve as a valuable tool in the photoaffinity labeling of selectin proteins to elucidate key active site residues. The second-generation analogues were evaluated for their ability to inhibit selectin adhesion. A qualitative method to rank the binding strength towards recombinant P- and E-selectin proteins using SPR biosensor technology was developed, as well as a preliminary competitive inhibition in solution experiment with immobilized PSGL-1. Several compounds were also evaluated using an in vitro HL-60 cell adhesion assay, and a live-cell imaging experiment. An in vivo peritoneal lavage cellular migration assay was used to validate the potency of our lead compounds at inhibiting neutrophil recruitment in an acute inflammation model. Key results from the biological evaluations include an improvement in activity by restricting the conformation of the carboxylate moiety to the axial configuration, as well as an enhancement in potency over the lead compound from the first-generation series. Remarkably, specificity for P-selectin inhibition was observed with the galactopyranoside series, while the arabinopyranoside series, incorporating a tetrazole bioisostere, displayed significant activity towards E-selectin. The combination of the two modifications yielded remarkable pan-selectin activity that warrants further investigation.

Carbon dioxide hydrates were synthesized in a 0.10m I.D. and 1.22m tall bubble column equipped with a cooling jacket for heat removal. Visual observations at different driving forces (pressures between 2.75 and 3.60 MPa and temperatures between 0 and 8ºC) were recorded with a digital camera through a sight glass of 118.8 by 15.6 mm. The superficial gas velocity was varied from 20 to 50 mm/s to attain different levels of turbulence in the liquid. The growth rate was found to be dependent on the sequence/method used to reach the operating temperature and pressure. A greater supersaturation was obtained when the system temperature and pressure were reached with very low or no bubble-induced mixing. As a result, hydrates nucleated and grew immediately when starting the gas flow with the reactor volume being quickly filled with hydrates. Moreover, the hydrate growth rate and solution final density were higher when operating conditions partially condensed CO2 resulting in greater interphase mass transfer rates. In parallel, since hydrate formation is an exothermic process and the reaction is often limited by the rate of heat removal, heat transfer measurements were achieved in a simulated hydrate environment. The instantaneous heat transfer coefficient and related statistics gave insight on the role of bubbles on heat transfer and hydrodynamics.