Ce travail de thèse concerne l'auto-structuration de particules magnétiques dans une matrice cristal liquide nématique (CLN). Par l'élaboration de matériaux nouveaux combinant propriétés magnétiques et structurations des particules, cette étude s'inscrit dans le domaine, en plein essor, de la recherche de matériaux adaptatifs. P. Poulin, le premier, a mis en évidence de nouvelles interactions colloïdales induites par l'élasticité d'un fluide nématique suspendant. L'obtention d'une structuration contrôlée des particules microniques via la matrice nématique passe par un contrôle précis de l'ancrage des molécules de CLN sur la surface des particules de fer. Ainsi, après une caractérisation approfondie de l'état de surface du fer, de nombreux traitements capable d'engendrer un ancrage homéotrope des nématogènes en contact avec la surface ont été réalisés sur des plaques servant de système modèle. Deux approches ont été explorées, l'une consiste en une modification de l'état de surface du fer, l'autre, beaucoup plus prometteuse, consiste en une modification de la surface par dépôt de molécules amphiphiles. Ces traitements transposées aux particules de fer avec succès, ont permis d'obtenir l'ancrage homéotrope fort indispensable à l'obtention des défauts topologiques induisant l'auto-alignement des particules. La réponse magnétique des particules de fer soumises à un champ, observée en microscopie optique, a permis de calculer précisément, grâce à un logiciel de calcul de force magnétique par éléments finis, les contributions attractives et répulsives de la force induite par les distorsions du CLN entre les particules et ainsi, de construire le profil complet de cette force.

L'objectif de ce travail de recherche est l'étude du transport des ions et des molécules d'eau à travers de membranes bicouche lipidique et des membranes polymériques. Dans une première partie, ce transport a été réalisé à travers des systèmes synthétiques auto-organisés, dont la sélectivité est en étroite relation avec le type d'architecture supramoléculaire formée grâce à des liaisons faibles. Le but est d'obtenir des systèmes qui peuvent imiter les fonctions de transport des protéines membranaires. Ce mimétisme fonctionnel est obtenu par l'auto-assemblage de molécules organiques contenant le cycle imidazole et la fonction urée, qui peuvent s'auto-assembler et créer des voies sélectives de transport des ions. Pour créer l'équivalent de la membrane cellulaire, nous avons utilisé des vésicules lipidiques unilamellaires. Ensuite, nous avons déterminé une relation entre l'activité des composés et leur structure. Pour ce faire, le transport des ions est étudié à l'aide d'une méthode de spectroscopie de fluorescence, et le transport d'eau par diffusion dynamique de la lumière utilisant la technique de « stopped flow ». Le but de la deuxième partie est la fabrication et la caractérisation des nouvelles membranes composites sous forme de couches minces, qui permettraient un bon compromis entre le flux d'eau et le rejet de sel. Dans ce cadre, la synthèse d'une série d'hydrazides en tant que précurseurs moléculaires a été réalisée, pour remplacer la métaphenylène diamine (MPD) classiquement utilisée. Ici aussi les liaisons hydrogène jouent un rôle important, car le principe de la séparation repose sur la création d'une organisation interne hautement réticulée. Les polymères synthétisés par polymérisation interfaciale ont été caractérisés par des méthodes de spectroscopie infrarouge, analyses thermogravimétriques et diffraction des rayons X. Les membranes composites ont été caractérisées par microscopie électronique à balayage, microscopie à force atomique et mesures d'angle de contact. Les performances membranaires ont été testées en filtration frontale d'eau et de solutions salines. / The aim of this work is the study of ion and water transport either across bilayer membranes or polymeric membranes used for reverse osmosis. In the first part, this transport through self-assembled synthetic systems was studied; the transport selectivity is in strong relation with the supramolecular structure, formed by weak intra and intermolecular bonds. Ion transport is studied by fluorescence spectroscopy and water transport is studied by light scattering using “stopped flow” technique. The objective is to obtain systems that could imitate transport functions of biomolecules as transmembrane proteins. This functional mimicry is achieved through self-assembly of organic molecules containing imidazole cycle and urea function that can self-assembly and form selective pathways for ion transport. To create the equivalent of the cell membrane, we used unilamellar lipid vesicles. Then, we determined a structure - transport activity relationship for a series of synthesized compounds. For the second part of this work we described the fabrication and the characterization of new thin film composite membranes for water desalination that can present a good balance between permeability and salt rejection. A series of hydrazides as molecular precursors was synthesized in order to replace the metaphenylene diamine (MPD), classically used. Again, hydrogen bonds play an important role, because the rejection is due to a high cross-linking. The polymers synthesized by interfacial polymerization were characterized by infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, and X-Ray diffraction. The membrane films were characterized by scanning electron microscopy, atomic force microscopy and contact angle measurements. Membrane performances were then tested in cross-flow filtration of water and saline solutions.

Les multicouches de polyélectrolytes, systèmes auto-assemblés par adsorptions successives de polycations et polyanions, peinent à trouver des applications concrètes en raison de leur fragilité mécanique et du temps nécessaire à leur assemblage. Pour améliorer leur tenue mécanique, nous avons développé une méthode d'assemblage couche-par-couche par liaisons covalentes de films polymères. Des films formés de polymères portant des groupements alcynes et azides ont ainsi été réticulés par une réaction click catalysée par les ions Cu+ obtenus par voie électrochimique. Pour améliorer le mode d'assemblage, l'auto-construction en une seule étape de films par approche morphogénique, a été développée. Cette approche, confinée à la surface et caractérisée par la présence en solution de l'ensemble des constituants, marque une rupture. Elle permet ainsi un contrôle spatial de l'assemblage des films et la combinaison de plusieurs modes d'interactions pendant leur assemblage. Des films dont la cohésion repose sur des interactions covalentes, hôtes-invités et supramoléculaires, ont ainsi été assemblés. L'introduction de nanoparticules métalliques dans les films (multicouches et auto-construits) a également été effectuée dans le but de développer des électrodes de grande surface spécifique.

Les multicouches de polyélectrolytes, systèmes auto-assemblés par adsorptions successives de polycations et polyanions, peinent à trouver des applications concrètes en raison de leur fragilité mécanique et du temps nécessaire à leur assemblage. Pour améliorer leur tenue mécanique, nous avons développé une méthode d'assemblage couche-par-couche par liaisons covalentes de films polymères. Des films formés de polymères portant des groupements alcynes et azides ont ainsi été réticulés par une réaction click catalysée par les ions Cu+ obtenus par voie électrochimique. Pour améliorer le mode d'assemblage, l'auto-construction en une seule étape de films par approche morphogénique, a été développée. Cette approche, confinée à la surface et caractérisée par la présence en solution de l'ensemble des constituants, marque une rupture. Elle permet ainsi un contrôle spatial de l'assemblage des films et la combinaison de plusieurs modes d'interactions pendant leur assemblage. Des films dont la cohésion repose sur des interactions covalentes, hôtes-invités et supramoléculaires, ont ainsi été assemblés. L'introduction de nanoparticules métalliques dans les films (multicouches et auto-construits) a également été effectuée dans le but de développer des électrodes de grande surface spécifique. / Polyelectrolyte multilayer films, built by alternated adsorption of polycations and polyanions, face two main challenges: their construction process is tedious and their mechanical stability is poor. We developped a layer-by-layer strategy to improve the film stability by covalent reticulation of the polymers chains by click chemistry. Polymers bearing alkyne and azide functions were reticulated by triggering electrochemically the production of Cu+ catalyst ions. A one pot morphogen driven self-construction strategy was also developped to improve the buildup process of the films.In this case, all the constituants are simultaneously present in solution while the film grows up only at the electrode. Films based on covalent, host-guest and supramolecular interactions were obtained and the possibility of combining different interactions was also demonstrated. Nanoparticles were also included in layer-by-layer and self-constructed films in order to improve the electrode specific area.