Une brosse de polyélectrolytes est constituée par des chaînes de polymères chargées greffées sur une surface. Le but de cette thèse est d'étudier par simulation mésoscopique (dynamique des particules dissipatives, DPD) les facteurs qui influencent les propriétés rhéologiques du système. Les interactions électrostatiques ont été incorporées dans la version initiale de la méthode DPD selon deux techniques (Ewald et PPPM). Les dépendances de la hauteur de brosse en fonction de la fraction de charge, de la densité de greffage et de la concentration en sels, calculées par la méthode DPD, suivent le régime de brosse osmotique non linéaire. L'interaction entre deux brosses en interaction a également été modélisée dans l'ensemble Grand Canonique. Les simulations ont démontré que l'interpénétration entre les deux brosses en interaction diminuent avec la fraction de charge. L'étude de ce système sous cisaillement a permis de démontrer que les forces de friction de brosses polyélectrolytes étaient inférieures à celles de brosses neutres à partir d'une certaine distance de séparation entre les deux surfaces greffées.

L’exploitation de pétrole s’accompagne de la modification des conditions thermodynamiques internes du puits et favorise, entre autres, la formation de dépôts minéraux pouvant obstruer les pores micrométriques de la formation rocheuse, rendant difficile l’extraction d’huile. L’efficacité du traitement anti-dépôts dépend de la concentration minimale d’inhibiteur et de la vitesse de relargage du produit. Dans ce contexte, nous avons étudié deux techniques d’encapsulation permettant d’obtenir un système préventif à libération prolongée contenant un polyélectrolyte anionique comme additif modèle. La première consiste en la formation de nanoparticules de polyélectrolytes complexés. La libération de l’actif encapsulé y a été stimulée par la modulation de la salinité du milieu. À pH basique, la libération de l’actif a lieu via le mécanisme de gonflement /dissociation des particules, à pH acide aucune libération ne parait avoir lieu car les objets précipitent. Le second système est une émulsion inverse (E/H) diluée contenant un actif modèle en phase dispersée. Ces systèmes sont stables et un faible pourcentage d’actif est libéré sous contrainte mécanique. / Many thermodynamic changes occur in reservoir rock when oil is produced. These changes enable scale formation on micrometric rock pores that can block them and impede/block oil extraction. Antiscale treatment efficiency depends on minimal inhibitor concentration and product release rate in fluids downhole. In this context, we have studied two encapsulation techniques allowing us to have a sustainable release system composed of an anionic polyelectrolyte as a model additive. The first formulation consists in formation of polyelectrolyte complexes nanoparticles. In this system, active ingredient release was stimulated through medium ionic strength modulation. Under basic conditions, release takes place in particles swelling/dissociation process; whereas, under acidic condition, particles precipitate and no release can be expected. The second system we have worked on is a diluted reverse (W/O) emulsion, in which dispersed aqueous droplets contain a model additive. These systems are stable and small additive percentage is released under mechanic strain.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Cette thèse concerne la fonctionnalisation des biomatériaux, le titane et l'alliage de titane Ti6Al4V ainsi que le PEEK (Poly-Éther-Éther-Ketone) pour l'application de ces biomatériaux dans les domaines de l'implantologie dentaire et de la reconstruction maxillo-faciale. Au cours de la première partie de ce travail nous avons synthétisé quatre peptides bi-fonctionnels avec une grande affinité pour la surface implantaire de Ti et de Ti6Al4V et également pour les kératinocytes oraux. La spectroscopie de force de la cellule unique (Single Cell Force Spectroscopy - AFM) a été utilisée pour étudier l'adhésion d'une cellule sur les surfaces fonctionnalisées par les quatre peptides bi-fonctionnels. A l'aide du test colorimétrique de para-nitrophenyl phosphate (pNPP) on a démontré l'adhésion des kératynocytes après 4 heures d'incubation sur les surfaces fonctionnalisées avec les peptides bi-fonctionnels. Les résultats de ces études ont démontré la présence d'un peptide bi-fonctionnel qui augmente l'adhésion cellulaire instantanée et l'adhésion 4h après incubation des kératinocytes oraux sur les métaux. Ce peptide résiste à l'influence de facteurs externes tels que l'adsorption d'albumine et représente une proposition prometteuse pour la fonctionnalisation de l'implant de Ti et de Ti6Al4V. La deuxième partie de notre mémoire de thèse décrit une méthode de dépôt par spray des films des multicouches de PLL/PGA (poly-l-lysine/acide polyglutamique), des protéines et des cellules souches pulpaires. Les outils de spray d'usage unique ont été adaptés aux exigences de la bonne pratique de fabrication (GMP - good manufacturing practice). Les premiers tests de prolifération cellulaire ont démontré qu'elle n'a pas été affectée par le spray. L'étude en AFM a démontré que la rugosité et l'épaisseur du film augmentaient exponentiellement avec l'augmentation du nombre des couches déposées. Le traitement physique par UV rayonnement ainsi que le traitement par la déshydratation et la réhydratation des films ont provoqué des changements dans l'épaisseur, l'élasticité et la dureté des films. Le dépôt des protéines sur les MPEs a aussi augmenté l'épaisseur et a influencé la dureté de la surface. Les changements chimiques de la structure des MPEs après le traitement physique et après le dépôt des protéines naturelles ont été étudiés par la spectroscopie Raman. La prolifération cellulaire au 1er, 3e et 8e jours après leur spray sur des films de MPEs et des protéines a été ensuite évaluée. Les MPEs traitées par UV combiné avec déshydratation/réhydratation ainsi que les PEMs couvertes par protéine - CaP ont entrainé une meilleure adhésion et prolifération cellulaires que les MPEs non-traitées. Finalement la méthode de dépôt par spray des MPEs, protéines et aussi des cellules souches pulpaires a été appliquée sur la surface de PEEK. La meilleure prolifération cellulaire au 8e jour après le spray était sur la surface couverte par le film de (PLL-PGA)5-protéine/CaP. Une étude in vitro sur le degré de minéralisation au 21e jour après l'incubation des cellules pulpaire dans un milieu ostéconductuer sur des différentes (MPEs couvertes-PEEK) surfaces a été effectuée. Les résultats de la microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie électronique à transmission (MET), combiné avec des études histologiques ont confirmé la formation d'une matrice extracellulaire minéralisée des autour des cellules pulpaires sur la surface de PEEK. Conclusions: Dans ce travail nous avons décrit une nouvelle approche de fonctionnalisation des surfaces de Ti and Ti6Al4V par des peptides bi-fonctionnels en proposant une séquence prometteuse qui augmente l'adhésion des kératinocytes oraux. Ensuite nous avons développé une méthode de fonctionnalisation de la surface de PEEK par des multicouches de polyeléctrolytes, des protéines naturelles et des cellules souches de la pulpe dentaire. La différentiation ostéoblastique in vitro a été finalement évaluée. / The objective of this thesis was to develop new techniques of surface functionalization of titanium; titanium alloy (Ti6Al4V) and PEEK (poly-ether-ether ketone) surfaces for their application on dental implantology and maxillofacial surgery. During the first part of the thesis we have synthesized four metal binding-cell specific peptides (MCSPs) with high affinity to titanium surface and to oral keratinocytes cells. Single Cell Force Spectroscopy (AFM) was used to study the instantaneous cell adhesion force of keratinicyte cell on MCSPs functionalized surfaces. The colorimetric para-nitrophenyl phosphate (pNPP) essay demonstrates the surface cell adhesion four hours after incubation. The results demonstrate the presence of one bi-functional peptide (MCSP-2) who increases both: the instantaneous and the 4 h cell adhesions. MCSP-2 resist to the influence of external factors like BSA adsorption and could be an interesting candidate for implant surface functionalisation. In the second part of the thesis we have developed a spray deposition method of polyelectrolyte multilayer (PEM) films build. PLL/PGA (poly-l-lysine/poly-glutamic acid) and proteins were used for surface coating. Consequently dental pulp stem cells (DPSC) are sprayed on the PEM films. The aims were to improve a spray -method for cells and the polyelectrolytes deposition on the PEEK implant. The entire spray device was designed for single use, which correspond to good manufacturing practice (GMP) conditions. Cell proliferation in 24 hours after spraying was not disturbed by the spray. Physicochemical properties of PEMs deposited by spray on glass surfaces were performed by Atomic Force Microscopy (AFM) and by contact angle measurements. The results have demonstrated the changes in films thickness and films roughness with increasing numbers of layers corresponding to exponential growth of the films. Physical treatment by UV irradiation and drying-wetting process affects the film thickness and the film elasticity and increases the stiffness of the film. The deposition of protein-CaP and collagen coatings on PEM films increased the layer thickness and influenced the hardness of the surface. Chemical changes in the polyelectrolyte structure during the physical treatment and after proteins deposition were studied by Raman spectroscopy. Cell proliferation of the pulp cells at 1st, 3th and 8th days after pulp cells deposition on PEMs coated glass surfaces, was then evaluated. The results demonstrated that 10 UV/ dray/wetted films and the natural proteins coated films enhanced cell adhesion and cell proliferation. The protein-CaP PEMs covered surface creates the best microenvironment to ensure the cell behavior. Finally PEM films coatings are applied on PEEK implant surface. The AFM study shows the changes of homogeneity and roughness of this surface after PEM film deposition. Contact angle measurement demonstrates decreases of surface hydrophobicity. Cell proliferation of dental pulp stem cells (DPSC) on (PLL-PGA)5-protein/CaP coated PEEK surface was highest compared to other functionalized surfaces. In vitro study of DPSCs osteogenic differentiation was evaluated by the degree of mineralization of the extracellular matrix on the PEEK surface at 21st day after cell incubation. Scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) combined with histological studies improved the formation of mineralized extracellular matrix and confirmed the osteogenic differentiation of DPSCs on the PEMs coated PEEK surface. Conclusions: In this work we validated the method of Ti and Ti6Al4V functionalization with bi-functional peptides. One peptide that could increase the epithelial cell adhesion to the surface was proposed. Spray deposition technics of PEMs, protein and pulp stem cells were applied for PEEK implant functionalization. Finally we evaluated the differentiation of dental pulp stem cells on the PEEK surface in vitro.

Notre thèse vise la conception d'un biocapteur ultra-sensible à base d'Arthrospira platensis pour la détection des substances toxiques (métaux lourds et pesticides) pour un contrôle environnemental. Cette étude concerne, dans un premier lieu, le développement de systèmes impédimétriques et à ondes acoustiques de Love, associés à des puces en Polydimethylsiloxane (PDMS) et fonctionnalisés par des cellules d'Arthrospira platensis immobilisées sur une multicouche de polyélectrolytes déposés par la méthode « Layer by Layer ». L'étude fondamentale des interactions physiques-chimiques-biologiques mises en jeu lors des étapes de fonctionnalisation du capteur, et son application à la détection de cadmium et de mercure, est également abordée, à travers une étude acoustique (suivi en temps réel), électrochimique et microscopique (microscopie à force atomique (AFM) en milieu sec ou liquide et microscopique électronique à balayage (MEB)). Dans un deuxième lieu, cette étude présente les systèmes conductimétriques basés sur l'inhibition des activités enzymatiques de la cyanobactérie par les polluants. Différents modes d'immobilisation sur des microcapteurs interdigités (IDF) en or, ont été étudiés : immobilisation via les monocouches auto-assemblées « Self Assembled Monolayers », immobilisation via les nanoparticules d'or revêtues par du PAH et co-réticulées à l'albumine à l'albumine de sérum bovin sous vapeur saturée de glutaraldéhyde. Ce principe de détection consiste à inhiber l'Activité Phophatase Alcaline (APA) par les métaux lourds et l'Activité Estérase (AChE) par les pesticides. Des limites de détection excellente (10-20 M) ont été obtenues. Un biocapteur bi-enzymatique a été élaboré avec le même biorécepteur (Arthrospira platensis) pour une multi-détection des polluants. Ce capteur a été testé sur des échantillons d'eaux prélevés sur des effluents hospitaliers et urbains (eaux brutes et traitées) / This thesis focuses on the design of an ultra-sensitive biosensor based on Arthrospira platensis for the detection of toxic substances (heavy metals and pesticides) for environmental monitoring. This study deals with, first, the development of impedimetric and Love acoustic wave systems, associated with Polydimethylsiloxane (PDMS) chips and functionalized with Arthrospira platensis cells immobilized on polyelectrolyte multilayers deposited by the “Layer and Layer” method. Electrochemical, acoustic and microscopic interactions with cadmium and mercury (atomic force microscopy (AFM) in dry or liquid medium and studies of scanning electron microscopy (SEM)) have been performed. This work focuses also on conductometric system based on the inhibition of enzymatic activities of cyanobacteria by pollutants. Different modes of immobilization on gold interdigitated microsensors (IDTs) were studied: immobilization via self-assembled monolayers, immobilization with gold nanoparticles coated with PAH and co-reticulated with bovine serum albumin under saturated vapor of glutaraldehyde. They were based on the inhibition of Alkaline Phosphatase activity (APA) by heavy metals Esterase Activity (AChE) by pesticides. Excellent detection limits (10-20 M) were obtained. A bi-enzymatic biosensor was developed with the same bioreceptor (Arthrospira platensis) for polluants multi-detection. This sensor has been tested on water samples of urban and hospitals effluents (before and after treatment)

Les récents progrès en matière de nanotechnologies ont permis d'élaborer de nouveaux matériaux aux propriétés physico-chimiques uniques tels que les nanoparticules de fer zéro valent (NPFe0). Ces nanoparticules ont prouvé leur efficacité pour dégrader les composés organiques chlorés comme le trichloroéthylène (TCE), cependant leur transport dans les milieux poreux est souvent limité. Une solution pour pallier à ce problème est de modifier leur surface par adsorption de molécules organiques. Toutefois, cet enrobage modifie la réactivité des NPFe0 vis-à-vis du TCE, ce qui peut potentiellement affecter l'efficacité du traitement. Ainsi, le premier volet de cette thèse concerne l'étude de la réactivité de NPFe0 brutes ou modifiées par des polyélectrolytes anioniques vis-à-vis du TCE. Cette réactivité a été évaluée au travers des cinétiques de dégradation du TCE et de ses produits de transformation.D'autre part, les eaux souterraines contiennent souvent des espèces dissoutes réductibles pouvant réagir avec Fe0. Ces dernières peuvent affecter la réactivité des NPFe0 vis-à-vis du polluant ciblé et donc l'efficacité du traitement de dépollution. Le deuxième volet de cette thèse porte sur l'effet de deux accepteurs d'électrons (CrVI et NO3-) sur la réactivité des NPFe0 brutes et modifiées. Enfin, le troisième volet de cette thèse concerne l'évaluation de la réactivité des NPFe0 vis-à-vis du TCE dans un cas « réel », afin de valider la technique de dépollution. Une étude pilote et une application in situ ont ainsi été menées sur un site industriel dont l'eau souterraine est contaminée par le TCE (polluant ciblé) avec de fortes teneurs en CrVI et NO3-. / Recent advances in nanotechnology have led to the development of new materials with unique physicochemical properties such as nanoscale zero valent iron particles (nZVI). These nanoparticles proved their efficiency to degrade chlorinated organic compounds such as trichlorethylene (TCE), but their migration in porous media is often limited. To overcome this problem, a solution is to modify their surface by adsorption of organic molecules. However, this coating modifies the reactivity towards TCE, which can potentially affect the treatment efficiency.Thus, the first part of this PhD focuses on the reactivity of nZVI (bare or modified by anionic polyelectrolytes) towards TCE. This reactivity was evaluated through the TCE degradation kinetics rates and its transformation products.In addition, groundwaters often contain reducible species that can react with dissolved Fe0. These last species may affect the reactivity of nZVI towards the target pollutant and therefore the remediation efficiency. The second part of this PhD focuses on the effect of two electron acceptors (CrVI and NO3-) on the reactivity of bare and modified nZVI.Finally, the third part of this PhD presents the assessment of the reactivity of nZVI towards TCE in a "real" case, in order to validate the remediation process. A pilot study and in situ application have been carried out on an industrial site which groundwater is contaminated with TCE (targeted pollutant) with high levels of CrVI and NO3-.

L'incidence des maladies cardiovasculaires d'origine athéromateuse constitue un problème majeur en santé publique et malgré le développement de techniques curatives endovasculaires, la chirurgie demeure nécessaire chez de nombreux patients. La faible disponibilité des vaisseaux naturels, autologues ou non, et les limites mécaniques et biologiques des substituts artificiels pour le remplacement des vaisseaux de petit calibre, imposent le recours à une nouvelle science : l'ingénierie vasculaire. Ce concept a émergé et évolué depuis quelques années. Il pourrait permettre de proposer de nouveaux types de substituts vasculaires synthétiques et/ou biologiques, en particulier grâce à l'utilisation de cellules souches, ouvrant d'intéressantes perspectives dans le domaine de l'ingénierie vasculaire. Le but de ce travail a été d'obtenir de manière fiable et reproductible des cellules à phénotype endothélial mature à partir de cellules souches mésenchymateuses (CSMs) issus de la gelée de Wharton (GW) du cordon ombilical et de la moelle osseuse (MO). Cependant, la différenciation de ces cellules nécessite une fonctionnalisation de la surface de culture, et notre groupe a démontré l'avantage des films multicouches de polyélectrolytes, constitués de PAH (hydrochlorure de poly(allylamine)) et de PSS (poly(styrène sulfonate)), sur l'adhésion, la prolifération et la différenciation cellulaire. Les cellules ont été cultivées sur films (PAH-PSS)4 ou sur collagène de type I (témoin), en présence de facteurs de croissance angiogéniques. La différenciation en cellules endothéliales (CEs) a été suivie par l'expression des marqueurs endothéliaux (PCR et western blot), et la fonctionnalité par leur capacité à incorporer les lipoprotéines acétylées (Ac-LDLs) ainsi que la capacité à produire du monoxyde d'azote et à exprimé le facteur von Willebrand (vWF). Après 14 jours de stimulation, seules les CSM-GWs étaient différenciées en CEs fonctionnelles démontrant l'intérêt de combiner l'utilisation des CSM-GWs et des films (PAH-PSS)4 dans le domaine de l'ingénierie vasculaire / The incidence of cardiovascular disease remains a major public health problem. Despite the development of endovascular therapies, surgical treatment is necessary for many patients. The low availability of natural vessels, autologous or not, and the mechanical and biological limits of artificial substitutes, led to the use of a new domain: vascular engineering. In recent years, the concept has emerged and evolved. He could afford to offer new types of synthetic vascular substitutes and / or biological, in particular through the use of stem cells, offering interesting perspectives in the field of vascular engineering. The purpose of this study was to obtain a reliable and reproducible protocol to generate functional endothelial cells (ECs) from mesenchymal stem cells (MSCs) derived from the umbilical cord Wharton's jelly (WJ) and bone marrow (BM). Nevertheless, their differentiation into vascular cells needs a culture surface functionalization; our group demonstrated the potential use of polyelectrolyte multilayer made of poly(allylamine hydrochloride): PAH, and poly(styrene sulfonate): PSS, in promoting cells adhesion, proliferation and differentiation. Cells were cultured on (PAH-PSS)4 films or collagen type I (used as control), in the presence of angiogenic growth factors. Cells differentiation into EC was followed through the expression of endothelial markers (PCR and western blot); cell functionality was checked through their ability to incorporate acetylated LDL (Low Density Lipoprotein), to produce NO (Nitric oxide) and to express the von Willebrand factor (vWF). After 14 days of stimulation, only WJ-MSCs were able to generate functional ECs demonstrating the potential of combining WJ-MSCs and (PAH-PSS)4 films in vascular tissue engineering field

Nous avons étudié la formation de micelles PIC de copolymères à blocs double-hydrophiles (DHBC) destinées à servir d’agents structurants pour l’élaboration de matériaux siliciques mésoporeux et fonctionnalisés. L’intérêt du mode d’assemblage par complexation de polyions (PIC) est qu’il est réversible. Les micelles se forment spontanément dans une gamme restreinte de pH et sont dissociées à l’issue de la condensation de la silice par simple changement du pH. La porosité du matériau est ainsi révélée par simple élution et non plus par calcination. Si une fraction contrôlée de l’agent structurant pouvait être préservée au sein du matériau final, il deviendrait possible de fonctionnaliser le matériau sans ajouter d’étapes supplémentaires à son procédé d’élaboration. Relever ce défi repose sur une maîtrise de la réversibilité de la formation des micelles PIC, de leur comportement lyotrope et sur la possibilité de former des micelles à couronne mixte à partir de DHBC qui diffèrent par la nature de leur séquence neutre.Au cours de ce travail, nous avons synthétisé plusieurs familles de DHBC par polymérisation radicalaire contrôlée RAFT et MADIX en phase aqueuse. La séquence polyélectrolytique des DHBC est constituée d’acide polyacrylique, tandis que la séquence neutre est constituée soit de polyacrylamide (PAM) soit de poly(oxyde d’éthylène) (POE). Les masses molaires visées ont été obtenues et sont associées une dispersité faible (RAFT) à modérée (MADIX), gage d’un bon contrôle des processus de polymérisation. Plusieurs homopolyélectrolytes cationiques, faibles et forts, ont été utilisés comme agents de micellisation (AM). Les constantes d’acidité, les taux de condensation des contre-ions et les mobilités électrophorétiques ont été déterminés, dans un premier temps, pour les polyélectrolytes dissouts séparément, puis dans les mélanges de polyélectrolytes de charge opposée, en condition de complexation. Les différences de constantes d’acidité reflètent la constante de complexation électrostatique, tandis que l’excès de conductivité des mélanges renseigne sur le nombre de sites ioniques qui participent à l’assemblage des macromolécules.Les micelles PIC sont constituées d’une dizaine à une centaine de DHBC et présentent une structure cœur-couronne de quelques nanomètres (5-15 nm). Une corrélation inverse entre la cohésion du complexe électrostatique et la taille des micelles est mise en évidence pour la première fois. Elle pourrait s’expliquer par une quantité d’eau au sein du coacervat complexe d’autant plus importante que les points d’ancrage entre macromolécules sont moins nombreux. Par ailleurs, le comportement lyotrope observé jusqu’à des fractions massiques de 60% ne présente aucune mésophase organisée. Enfin, si la formation de micelles mixtes dans les mélanges associant des DHBC de natures différentes semble avérée, la structuration interne de leur couronne, riche en POE vers le cœur et riche en PAM en périphérie, présenterait une ségrégation radiale qui n’est pas propice à une interaction forte du POE avec la silice et remet sans doute en cause l’utilisation de telles micelles mixtes comme agents structurants pour la synthèse de matériaux mésoporeux fonctionnalisés. Cependant, des alternatives sont envisageables. / Double-Hydrophilic Block Copolymer (DHBC) based PIC micelles were studied for their suitability as structuring agents for the synthesis of functionalized mesoporous silica materials. Assembling micelles through polyions complexation (PIC) is interesting because it is reversible and restricted to a limited range of pH when weak polyelectrolytes are used. Once silica condensation has proceeded, micelles can be disassembled by changing the pH. In this way, the porosity of the material is revealed by elution rather than calcination. If a controlled fraction of the structuring agent could be maintained within the final material, this would open the road to one pot synthesis of functionalized mesoporous materials. Addressing this challenge relies on a good control over the reversibility of the assembling process of the micelles, over their lyotropic behavior and on the possibility to form corona-mixed micelles from two DHBC carrying different neutral blocks.Several series of DHBC were synthetized by controlled radical polymerization in aqueous phase, either by RAFT for poly(ethylene oxide)-based DHBC, or by MADIX for polyacrylamide-based DHBC. The polyelectrolyte block is polyacrylic acid. The targeted molar masses were achieved and low (RAFT) to medium (MADIX) dispersity were obtained testifying a good control over the polymerization process. Various cationic homopolyelectrolytes, either weak or strong, were used as micellization agents (MA). Acidity constants, condensation ratios and electrophoretic mobilities were determined, first for each polyelectrolyte by its own, and then mixed with its MA in suitable conditions for micellization. Change of the apparent acidity constant reflects equilibrium constant of electrostatic complexation, while excess of conductivity reveals the number of ionic sites that are involved in the complexation of both macromolecules.PIC micelles are few nanometers large (4-15 nm) and gather from ten to one hundred DHBC molecules. They show the typical core-corona structure of polymer self-assemblies. An inverse correlation between the size and the cohesion of the complex is evidenced for the first time. It could be explained by the amount of water inside the micelle coacervate core that should increase when the number of anchoring sites between the oppositely charged macromolecules decreases. Up to a weight fraction of 60 wt% , the PIC micelles do not show any lyotropic mesophases. Finally, mixed PIC micelles certainly form when different DHBC are mixed with an MA, however, the corona looks richer in PEO the closer to the core and richer in PAM at the external rim. Such radial segregation of the corona block is not suitable to ensure enough interaction of PEO with silica and could preclude the use of such mixed micelles as structuring agent for the one pot synthesis of functionalized mesoporous materials. Alternatives are proposed.

Les complexes de polyélectrolytes (PECs) sont typiquement formés par interaction électrostatique entre deux polyélectrolytes de charge opposée. Alors que de nombreuses études ont été consacrées aux propriétés de ces complexes, l'objectif de la thèse est de mieux comprendre le rôle de l’intensité de l’interaction entre deux polyélectrolytes sur la morphologie des complexes ainsi que la cinétique et la thermodynamique de la complexation. Différents systèmes complexants, faibles et forts, donnant lieu à la formation de coacervats ou de précipités ont été choisis et étudiés sur une large gamme de rapport de charges (Z[+]/[-]) afin d'obtenir différents états physiques (soluble, colloïdal, phase dense). La morphologie des complexes a été déterminée par microscopie (optique, fluorescence, force atomique) et diffusion de rayonnement (lumière, neutrons). La cinétique et la thermodynamique de complexation ont été étudiées par utilisation respective d'un mélangeur à flux stoppé et de la calorimétrie de titration isotherme. Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence un certain nombre de caractéristiques permettant de distinguer les systèmes complexants forts et faibles. En particulier, les complexes forts sont hors équilibre d'un point de vue thermodynamique et en conséquence ils présentent une forte dépendance aux conditions initiales de complexation. Un autre aspect important et qui pourrait être à l'origine de la distinction entre les complexes forts et faibles est l'énergie d'hydratation des polyélectrolytes qui a été déterminée pour de nombreux polyélectrolytes et corrélée aux propriétés des complexes. / Complexes of polyelectrolytes (PECs) are oppositely charged polymers assemblies held together by electrostatic interaction. As the non-covalent assembly of macromolecules/colloids in solution has been thoroughly investigated over the last decade with a particular emphasis put on the morphology of the final aggregates as a function of the building blocks-chemistry, the objective of this thesis is to come to a better understanding of the influence of interaction strength between polyelectrolytes on complexes morphologies, as well as kinetics and thermodynamics of the complexation. For this study, weakly and strongly interacting systems given rise to coacervate and precipitate phases has been elected. Those systems have been studied on a wide charge ratio scale (Z[+]/[-]) to span several physical states of the PECs (soluble and colloidal PECs, dense phases). Morphologies of assemblies are assessed by microscopy (optical, fluorescence, atomic force) and scattering techniques (neutron, light). Kinetics and thermodynamics of the complexation process are studied by use of a stopped-flow mixing device and an isothermal titration calorimeter. Results gave us keys to discriminate strongly interacting systems from weakly interacting ones. In particular, the ‘strong systems’ are showed to be non-equilibrium assemblies, ie. the formulation pathway or the way these different macromolecules are coming into contact is then a key step. Another important aspect that could explain the complexation process behavior is the hydration energy of the polyelectrolytes. Calorimetry measurements have been performed for numerous polyelectrolytes and then correlated to complexes properties.

Cette thèse s'inscrit dans une démarche d'exploration de méthodes de synthèse innovantes conduisant à des matériaux hydrides structurés à l'échelle nanométrique par les voies de la chimie douce. Cette exploration s'est appuyée sur le développement d'un matériau hybride constitué d'une matrice de zircone yttriée au sein de laquelle est incorporé un cristal liquide minéral d'oxyde de vanadium V2O5. L'oxyde de vanadium en solution aqueuse forme des espèces colloïdales anisotropes ayant la forme de rubans de dimensions typiques 1 nm x 25 nm x 500 nm. Ces colloïdes sont stabilisés par une charge de surface négative, et s'organisent, à partir d'une certaine concentration, en une phase cristal liquide nématique, dont les domaines peuvent être orientés le long d'une direction commune à l'échelle macroscopique par l'application d'un champ magnétique faible. L'objectif est donc d'utiliser ces colloïdes anisotropes comme « template », en tirant parti de leurs propriétés d'organisation collective pour amener un ordre supplémentaire au sein du matériau hybride. Les expériences préliminaires ayant révélé une réactivité particulière de l'oxyde de vanadium vis-à-vis des composés moléculaires du zirconium, les études se sont tournées vers la préparation d'une suspension colloïdale mixte composée de nanoparticules de zircone et de rubans de V2O5, et constituant un sol précurseur du solide hybride envisagé. Les nanoparticules de zircone sont préparées par une synthèse hydrothermale remarquable conduisant à des nanoparticules monocristallines de l'ordre de 5 nm stables en suspension dans l'eau pure. Cependant, la préparation d'un sol mixte d'oxyde de vanadium et de zircone yttriée est très délicate, puisqu'il s'agit de stabiliser ensemble deux types de colloïdes, non seulement de forme et de taille différentes, mais aussi et surtout de charge de surface opposées. De plus, les conditions d'existence des rubans de V2O5 imposent un milieu de pH acide et de force ionique faible. Une première partie de cette thèse est donc dédiée à l'étude de la stabilisation électrostérique de suspensions de zircone par l'ajout de polyélectrolytes acides. L'effet de l'ajout de différents polymères présentant des fonctions acide carboxylique et acide sulfonique a ainsi été étudié. En particulier, l'influence de la masse moléculaire ou de la charge du polymère est discutée à travers les mesures de potentiel zêta et la détermination d'isothermes d'adsorption. Parmi les polymères étudiés, l'acide poly (vinyl sulfonique) (PVS) a permis d'obtenir des suspensions de zircone présentant des propriétés intéressantes en vue de la mise en contact avec les sols aqueux de V2O5. Ainsi, des sols mixtes zircone yttriée / PVS / V2O5 stables ont pu être préparés. Les limites de stabilité de tels sols mixtes sont discutées. Notamment, une compétition entre un effet de déplétion dû au mélange de colloïdes de forme et de taille différentes, et la formation d'un gel tridimensionnel stabilisé par les interactions répulsives entre les rubans de V2O5, semble avoir lieu. L'évaporation de tels sols mixtes a permis de préparer des solides hybrides, dont la biréfringence atteste d'une anisotropie générée par l'insertion de rubans de V2O5 au sein du solide. Ces solides ont été caractérisés par différentes techniques telles que la spectroscopie infrarouge, la diffraction des rayons X et la microscopie électronique en transmission.