Les fluides de forage à base d'huile sont utilisés lors d'opérations de forage off-shore. Ils permettent de lubrifier l'outil de forage, d'évacuer les déblais ainsi que de maintenir une pression hydrostatique dans le puits. Avec des forages off-shore de plus en plus profonds, les conditions thermodynamiques sont réunies (haute pression et basse température) pour la formation d'hydrates de gaz dans les fluides de forage. L'analyse calorimétrique différentielle sous haute pression est une technique qui a fait ses preuves pour l'étude de l'équilibre thermodynamique du système triphasique gaz - eau - hydrate. Elle a été retenue pour étudier la cinétique de formation d'hydrates car elle est particulièrement bien adaptée aux milieux dispersés complexes. Une étude a été menée en faisant varier la pression de 11 à 40 MPa, le degré de sous-refroidissement de 14 à 30 K et en étudiant la formation d'hydrates dans trois fluides de composition différente. L'étude expérimentale a mis en évidence l'effet des paramètres cinétiques étudiés. L'utilisation de modèles classiques a permis de représenter les résultats expérimentaux pour des faibles et des fortes forces motrices. On a ensuite développé un modèle cinétique qui combine la théorie de la cristallisation, l'aspect statistique de la nucléation et les bilans de matière sur les espèces présentes dans le système.

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 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. 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. 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. Les observations AFM à l'échelle microscopique fournissent des informations intéressantes concernant l'influence des conditions de croissance sur la topographie de surface.

Le contrôle de la fabrication des structures cristallines des médicaments est un enjeu crucial pour l'industrie pharmaceutique. Plusieurs exemples ont montré qu'une mauvaise maîtrise du polymorphisme conduisait à des situations dramatiques. Récemment, une méthode permettant la maîtrise du polymorphisme de molécule organique dissoute en solution à l'aide de la polarisation d'un faisceau laser a été découverte aux Etats-Unis. Cette thèse étudie l’effet du laser sur des solutions aqueuses de molécules de glycine, L – (+) – histidine, D – (-) – et L – (+) – acide glutamique. Afin de réaliser l’étude, un montage expérimental a été construit permettant le contrôle de nombreux paramètres et une méthode spécifique de travail a été développée afin de limiter fortement l’aléa expérimental. Une étude multi-paramètres incluant l’effet comparé des polarisations linéaire et circulaire dans du H2O et du D2O de la nucléation induite par laser non-photochimique (NPLIN) de la glycine a été menée. Une étude préliminaire de l’effet du laser sur les solutions d'histidine et de l' acide glutamique a également été réalisée. Il est montré que le solvant est un facteur déterminant du contrôle du polymorphisme. Toutefois, la conjonction de la polarisation et de la concentration a une influence sur les polymorphes de glycine obtenus dans le H2O. Les résultats obtenus permettent de contribuer à la compréhension du mécanisme en améliorant l'hypothèse initiale de l'effet Kerr. / Polymorphism control of drug molecules is one the main challenges facing drug companies. Several examples have shown than an uncontrolled polymorphism crystallization could lead to dramatic situation. One the most recent progress in the polymorphism control is the unwanted discovery of polymorphic selective crystallization of organic molecule dissolved in solution based on the laser beam polarization. This thesis deals with the implantation of this method in France for the first time based on a methodology limiting experimental hazard and a special design experimental device dedicated to this study. This work is based on an important review of known results of the field and published for the first time. An important multifactor study was done on glycine, histidine and glutamic acid, which allows to improve knowledges on the putative initial mechanism based on the Kerr effect. It has been established that the solvent is the dominant factor, letting laser polarization as the third factor for polymorphism control after concentration.

L’étude du polymorphisme de composés pharmaceutiques est un domaine en plein essor. Cela est dû d’une part aux pressions économiques exercées par l’industrie pharmaceutique et d’autre part pour une meilleure compréhension des conséquences du polymorphisme sur les propriétés des médicaments (stabilité physique et chimique, solubilité, vitesse de dissolution,biodisponibilité, propriétés mécaniques, etc.). Cette thèse étudie la cristallisation par la technique de nucléation non-photochimique induite par laser (NPLIN) des molécules pharmaceutiques organiques. Dans ce contexte, un nouveau montage expérimental semi-automatisé adapté aux exigences des études NPLIN a été conçu et réalisé, permettant le contrôle de nombreux paramètres et le traitement simultané d’un grand nombre d'échantillons et ainsi réalisé un gain de temps considérable. Une méthode de travail a été également établie afin de limiter l’aléa expérimental. L’étude de l’impact des paramètres du laser sur la cristallisation de la carbamazepine et du sulfathiazole dans différents solvants(méthanol, éthanol, acétonitrile) a été menée. Les résultats obtenus ont permis de démontrer pour la première fois dans la littérature que la NPLIN permet d’obtenir des cristaux de CBZ et de sulfathiazole dont les formes polymorphiques dépendent de la polarisation du laser et du type de solvant. Une approche permettant la prédiction de la forme polymorphique des molécules organiques de la base CSD, dans le cas de l’utilisation de la NPLIN, a été proposée et appliquée pour les molécules CBZ et la sulfathiazole étudiées expérimentalement. A partir de nos résultats expérimentaux, des calculs d’énergie d’interactions ab initio de dimères des molécules de carbamazépine et de sulfathiazole et sur les résultats observés dans la littérature nous avons pu émettre des hypothèses quant au mécanismes impliqués dans la nucléation NPLIN. / Polymorphism study of pharmaceutical compounds is a growing field. This is due, on one hand, to the economic pressure of the pharmaceutical industry and on the other hand, to the more awareness of the polymorphism consequences on the drug properties (chemical and physical stability, solubility, dissolution rate, bioavailibality, mechanical properties,manufacturing process, etc).This thesis studies the crystallisation of organic pharmaceutical molecules by using the Non Photochemical Light Induced technique. Within this context, a new semi-automatic experimental setup suitable to the requirements of NPLIN studies was devised and realised,allowing the control of many parameters and a simultaneous processing of a great number of samples and thus saving a considerable amount of time. A strict working methodology is also established to limit experimental errors. The study of the impact of laser parameters on the crystallisation of carbamazepine and sulfathiazole within different solvents (methanol,ethanol, acetonitrile) was carried-out. The obtained results allowed demonstrating, for the first time in literature, that NPLIN allows to obtain CBZ and sulfathiazole crystals for which the polymorphic forms depend upon the laser polarisation and solvent type. An approach for predicting the polymorphic form of organic molecules in the CSD database, for the case of NPLIN, was proposed and applied for the case of CBZ and sulfathiazole that were studied experimentally. We have also provided hypotheses to explain the mechanisms involved in NPLIN nucleation.

Les microtubules sont des composants hautement dynamiques du cytosquelette. La tubuline gamma est localisée au centrosome. Elle y forme le complexe de nucléation des microtubules, le gamma-TuRC, en association avec les protéines GCPs 2-6. Les GCPs 2-6 forment une famille de protéines caractérisée par deux domaines conservés appelés GRIP1 et 2. De par sa structure, le gamma-TuRC sert de moule pour la nucléation des microtubules. Le gamma-TuRC est constitué de plusieurs sous-complexes : les gamma-TuSCs qui sont composés d'une GCP2 et d'une GCP3 qui interagissent entre elle par leur domaine amino-terminal, chacune liant une tubuline gamma via leur domaine carboxy-terminal. Les gamma-TuSCs s'assemblent latéralement pour former une structure à un tour d'hélice, les deux extrémités de l'hélice se recouvrant. La structure atomique de GCP4 s'intègre particulièrement bien dans structure du gamma-TuSC de levure, obtenue en microscopie électronique, à la place de GCP2 et 3 suggérant une forte conservation structurale entre les GCPs. GCP4, 5 et 6 pourraient donc être partie intégrante de l'hélice. Durant ma thèse j'ai étudié la position relative des GCP4, 5 et 6 au sein du gamma-TuRC. Pour cela j'ai développé des approches d'échange de domaines et de mutagénèse. J'ai également mis en place des stratégies de FLIM-FRET et d'immunoprécipitation. J'ai ainsi montré que c'est le domaine N-terminal des GCPs qui définit leur identité, les domaines C-terminaux étant échangeables. J'ai également mis en évidence, au sein du gamma-TuRC, des interactions latérales entre GCP4 et GCP5 semblables à celles établies par GCP2 et GCP3 dans les gamma-TuSC. J'ai également pu isoler un complexe contenant GCP4, 5, 6 et la tubuline gamma indépendamment du gamma-TuRC. J'apporte ainsi les premières preuves expérimentales soutenant l'idée que GCP4, 5 et 6 sont partie intégrante de l'hélice du gamma-TuRC et qu'elles y forment un sous complexe qui occupe une position bien définie. / Microtubules are highly dynamic components of the cytoskeleton. gammatubulin is found at the centrosome where it forms a microtubule nucleation complex together with GCPs 2-6, the gamma-TuRC. GCPs 2-6 form a conserved family of proteins characterised by two conserved domains called GRIP1 and 2. The gamma-TuRC functions as a structural template for microtubule nucleation. The gamma-TuRC is composed of smaller subcomplexes called gamma-TuSC. Each gamma-TuSC is composed by one GCP2, one GCP3 and two gamma?tubulins. GCP2 and GCP3 interact via their N-terminal domain and bind gamma tubulin through their C-terminal domain. Several gamma-TuSCs can assemble laterally to form a one-turn helix with the two ends overlapping. The atomic structure of GCP4 fits almost perfectly in the place of GCP2 and GCP3 within the gamma-TuSC envelope obtained by electron microscopy suggesting a strong structural conservation among GCPs. Hence, GCP4, 5 and 6 may be part of the helix. During the course of my thesis, I studied the relative position of GCPs 4, 5, 6 within the gamma-TuRC. To this aim, I developed a domain swapping and mutagenesis approaches. I also combined FLIM-FRET and immunoprecipitation strategies. I have been able to show that the N-terminal domains of GCPs define their identity while the C-terminal domains can be swapped. My results also indicate that GCP4 and GCP5 establish gamma-TuSC like interactions within the gamma-TuRC. I also isolated a complex containing GCP4, 5, 6 and gamma tubulin independently of the gamma-TuRC. My thesis provides the first experimental evidence supporting the model where GCP4, 5 and 6 are part of the gamma-TuRC helix where they form a sub-complex localised at a defined position.

Le contrôle des caractéristiques des cristaux de glace, gouvernées par l'étape de nucléation, demeure un enjeu majeur dans les procédés de congélation et de lyophilisation industriels. Cependant la nucléation est par nature un phénomène aléatoire. L'application d'ultrasons de puissance, capable de générer de la cavitation acoustique, compte très certainement parmi les plus prometteuses méthodes permettant de contrôler le déclenchement de la nucléation, mais le matériel et les conditions opératoires à mettre en oeuvre afin d'industrialiser le procédé restent encore à définir.Le premier objectif de ce travail a été de corréler empiriquement les caractéristiques géométriques des cristaux de glace et les conditions opératoires dans le cas de la congélation d'une solution aqueuse de mannitol en vials. Il a été montré, grâce à une analyse de surface de réponses basée sur un plan d'expérience de deuxième ordre, que l'augmentation du sous refroidissement et de la puissance acoustique provoquent une diminution de la taille moyenne des cristaux et une augmentation de leur circularité.Le deuxième objectif était la modélisation de la cinétique de nucléation de glace dans de l'eau pure déclenchée par cavitation acoustique. D'après les simulations réalisées, la nucléation peut être initiée à de faibles sous-refroidissements (quelques degrés) au moyen de pressions acoustiques modérées (de l'ordre de un bar). Le nombre de nuclei créés est d'autant plus important que le sous-refroidissement et la pression acoustique sont élevés.Ces résultats sont cohérents si l'on considère que la taille des cristaux est inversement proportionnelle au nombre de nuclei générés. / Ice crystal characteristics control, which are governed by the nucleation step, remains a key issue in industrial freezing and freeze-drying processes. However nucleation is by nature arandom phenomenon. Power ultrasounds, able to generate acoustic cavitation, are one of the most promising methods of triggering nucleation, but operating conditions pertaining to an industrial freezing process have not yet been defined.This work aims first at empirically correlating the ice crystals' geometry to the operating conditions, in the case of mannitol aqueous solution in vials freezing. A response surface analysis based on a second order experimental design proved that increasing both supercooling and acoustic power resulted in decreasing ice crystals' mean size and increasing their circularity.The second goal was the modelling of ice nucleation triggered by acoustic cavitation in pure water. According to simulations, the nucleation could be initiated with moderate acoustic pressure amplitude (around one bar) even at low supercooling levels (around few degrees). The number of generated nuclei appeared to increase with the super cooling and with the acoustic power which should lead to a decrease of ice crystals' size as observed experimentally.These results are consistent if the ice crystals' size is considered to be inversely proportional to the number of generated nuclei.

L’Acide (Poly Lactique) PLA, est un bio-polymère biocompatibles et biodégradables couramment très recherché. Il peut être produit à partir des ressources renouvelables. Ce matériau a attiré beaucoup d’attention afin de substituer des polymères d’origine fossile et pétrolière, dans des applications à haut tonnage tel que les emballages thermoformés et les bouteilles. Le PLA est un polyester rigide, ayant un module et une résistance à la traction élevée et une bonne transparence. En effet, le PLA ne peut être utilisé, même momentanément, pour des liquides chauds (e.g. verre de café, plat pour micro-onde) ou des produits devant être emballé à chaud (e.g. jus de fruit pasteurisé). Une solution pour pallier à ce problème est de cristalliser le PLA ce qui permettrait d’augmenter la température d’utilisation. Le contrôle de la cristallinité permet aussi de moduler la biodégradabilité en fonction des applications puisque celle-ci diminue en fonction du degré de cristallisation. Malheureusement, le PLA présente une cinétique de cristallisation intrinsèquement très faible limitant ainsi ses champs d’applications. La littérature fusionne des études qui traitent de la cristallisation du PLA. La plupart de ces études consiste à ajouter des additifs (i.e. agents de nucléation), conventionnels non-issus de ressources renouvelables, et à étudier leurs effets sur la cinétique de cristallisation. Toutefois, sur le plan fondamental, la cinétique de cristallisation du PLA reste encore mal comprise limitant ainsi l’optimisation et l’utilisation de nouveaux additifs bio-sourcés. Dans ce travail on étudie l'effet de la densité d'enchevêtrement des chaines sur la cinétique de la cristallisation du PLA. Les essais de cristallisation ont été réalisés pour différents échantillons (PLA/solvant) traités aux conditions isothermes dans la plage des températures entre 80 °C et 130 ° C. La vitesse de cristallisation dépend de la température du traitement, et aussi de la proportion du teneur en solvant. L'étude de la cristallisation du PLA faite dans ce travail est basée sur l'analyse des courbes de flux de chaleur DSC et les résultats des essais microscopiques. Nous avons préparé de nombreuses concentrations des échantillons allant de 12.5% PLA à 100% PLA), afin d’étudier l'effet de l’enchevêtrement des chaines moléculaires sur le taux de la cristallisation. Les expériences faites par la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) ont montré une variation importante en comparant les tracés du flux de chaleur. Ainsi que les expériences microscopiques, ont montré aussi la variation des vitesses de croissance des cristaux pour chaque échantillon. Dans une seconde partie, des anisothemes de 2 °C/min, ont été reproduit pour les échantillons cristallisés afin d’étudier le comportement thermique du matériau. L'objectif principal de cette enquête est d'identifier les proportions des phases cristallines α' et α qui ont été observés à l’anisotherme. Les quantités cristallines de α et α' ont été évaluées en combinant les résultats de calorimétrie à balayage différentiel (DSC) et la diffraction des rayons X. On a constaté qu’en modifiant la température de fusion partielle dans la plage de 173 ° C à 173,8 ° C, des changements des proportions des pic sont observé. A cet effet, on a essayé de développer une méthode de quantification des phases cristallines par les calculs de déconvolution à partir des courbes thermiques de la DSC et les diffractogrammes des rayons X.

Les fiouls lourds, les huiles usagées ou les graisses animales constituent des combustibles denses et visqueux qu'il est possible de valoriser. Brûler ces combustibles en émulsion avec l'eau diminue la longueur de flamme et surtout la formation de résidus carbonés solides (particules) par rapport au combustible pur. Car le phénomène de micro explosion, qui consiste en la vaporisation rapide (<0.1 ms.) des gouttelettes d'eau internes, disloque la gouttelette d'émulsion en plusieurs gouttelettes plus petites. Dans un premier temps, un modèle instationnaire de la gouttelette d'émulsion permet, grâce à un critère approprié (vaporisation des gouttelettes d'eau internes en état liquide métastable) d'établir une prédiction numérique de son délai de micro explosion. Cette prédiction est confrontée à des mesures expérimentales issues de la littérature, avec différents paramètres de combustion et différentes formulations de l'émulsion (soit 27 situations différentes). Puis ce modèle de gouttelette individuelle est incorporé à un modèle de combustion en spray, prenant en compte le phénomène de micro explosion : les résultats permettent de comparer la flamme obtenue (~150 kW) avec et sans émulsification du combustible. Cette comparaison des champs de température et des longueurs de flamme confirme qualitativement les tendances observées dans des études expérimentales de la littérature. Enfin, une campagne expérimentale sur une chaudière industrielle de puissance modeste (~200 kW) permet de mesurer une baisse reproductible (entre 30 et 35%) des émissions de particules en utilisant une émulsion de l'eau dans le fioul lourd, par rapport au fioul lourd pur. La mesure de la granulométrie des particules émises permet de fournir un indicateur de micro explosion.

Cette thèse est consacrée à l'étude de processus de concentration de solutions colloïdales par voie microfluidique, pour former des matériaux denses et structurés. A partir d'un outil basé sur la perméation de l'eau à travers le PDMS : le microévaporateur, nous proposons de contrôler le séchage de solution pour maîtriser la concentration de solutés afin de former des états denses organisés au choix, alternant cristaux et états amorphes de colloïdes. En adaptant les outils de microévaporation à différentes techniques d'observations, la nucléation et la croissance d'états denses ont été finement étudiées et correlées à un modèle simple de la microévaporation. Ces études expérimentales ont montré le contrôle précis qu'apporte le microévaporateur sur les cinétiques de concentration d'espèces chimiques pour la formation d'états denses de particules. Des études complémentaires ont aussi mis en évidence l'existence d'une dynamique de construction de cristaux colloïdaux avec des réorganisations au niveau du front ainsi qu'un effet de compaction présents lors de la croissance de l'état dense.

Elément essentiel de la composition atmosphérique, les particules jouent un rôle important tant sur la qualité de l'air que sur le bilan radiatif de la Terre. Ce travail de thèse est une contribution à une meilleure compréhension des mécanismes de formation par nucléation de nouvelles particules dans l'atmosphère naturelle. Il est orienté vers l'observation des premiers instants de la formation des particules, associée à la connaissance des conditions environnementales ayant favorisé ou limité son développement. Cette étude expérimentale est basée sur un ensemble de mesures longue durée sur deux sites d'altitude : le puy de Dôme (1465m, France) et l'observatoire ABC-Pyr, situé au pied de l'Everest (5079m, Népal). Nous avons dans un premier temps caractérisé l'aérosol présent sur le site du puy Dôme, et observé une forte variabilité saisonnière des concentrations, avec un maximum en été. Nous proposons des spectres dimensionnels représentatifs de chaque type de masse d'air (marine, continentale, régionale) en conditions de fond. La variabilité de la composition de l'atmosphère sur le site de ABC-Pyr apporte également des informations nouvelles sur le bruit de fond dans la Troposphère et l'influence des transports local/régional et longue distance. Sur les deux sites, on observe pour la première fois en haute altitude une fréquence élevée d'événements de nucléation. Une étude statistique montre que les processus photochimiques favorisent la nucléation et la croissance et que l'effet des nuages est également important, mais plus complexe. Le transport en altitude semble être, dans nos études, un processus favorisant les évènements de nucléation. Nous constatons que ce phénomène a une extension spatiale importante et que son influence sur le bilan radiatif et le climat ne peut pas être anodine.