Après le génome, le nouveau défi est celui du protéome. Nous avons progressé vers la mise au point de la séparation électrophorétique des protéines membranaires dans un milieu qui leur conviendrait, type bicouche lipidique supportée. La grandeur principale, mesurée par FRAPP, a été le coefficient de diffusion des objets d'un système biomimétique modèle (lipides, protéines). L'étude du comportement de la bicouche supportée a permis de mettre en évidence, pour certains supports et dans certaines conditions de température, la formation d'une phase ondulée (ou ripple) malgré la proximité du support. La diminution de la portée des interactions coulombiennes par adjonction de sel se traduit par une augmentation de plusieurs ordres de grandeur du coefficient de diffusion, approchant au final le comportement d'une bicouche libre, tout en conservant les étapes caractéristiques de la transition gel/fluide. L'ordre de grandeur de ces énergies d'interactions a été estimé à partir des courbes D= f(T) et validé par une étude préliminaire originale de DSC sur des bicouches lipidiques supportées. L'α-Hémolysine s'insère spontanément sous forme d'un pore heptamérique dans nos bicouches supportées et diffuse librement. En l'incubant en phase mixte (zones gel+ zones fluide), nous observons la formation de complexes de protéines. La dépendance du coefficient de diffusion avec la taille de l'objet est en 1/R2, R étant le rayon équivalent de la partie insérée de l'objet. L'application d'un champ électrique montre un transport électrophorétique dont la direction et l'importance sont modulées par la charge de l'objet. La mobilité électrophorétique varie également en 1/R2. La dépendance en taille, les valeurs obtenues et le mode opératoire simple permettent d'espérer la réalisation prochaine d'une véritable séparation électrophorétique pour un mélange de protéines.

L'imprégnation, étape cruciale de la préparation de catalyseurs supportés pour l'hydrotraitement de coupes pétrolières (CoMo / -Al2O3) , a été étudiée dans ce travail. L'objectif principal a été de déterminer les phénomènes physico-chimiques et les interactions entre la surface du support et les espèces en solution se produisant pendant cette étape puis faire le lien avec l'activité du catalyseur final.La formation directe et la stabilité de la solution (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) ont été étudiées de manière poussée en fonction du pH, de la concentration, du rapport Co/Mo. Cela a nécessité le développement de méthodes analytiques quantitatives (spectrométries Raman et UV-visible), réalisées via SIMPLISMA, un algorithme de traitement des données par analyses factorielles. L'étude de l'imprégnation de la solution (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) sur -Al2O3 a mené à une meilleure compréhension de cette étape. Il a été montré que la conservation de cette espèce sur le support dépend principalement de la densité en atomes de Mo / nm², mais également du rapport Co/Mo et du pH initial de la solution d'imprégnation, tous ces paramètres étant liés entre eux. Cette étude a mis en évidence le rôle majeur du support, via ses propriétés surfaciques.L'intérêt d'utiliser (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) pour préparer de tels catalyseurs réside dans la proximité du cobalt et du molybdène. La phase active résultante est très bien dispersée et hautement promue, et ce même si le précurseur est décomposé sur le support lors de l'imprégnation. Enfin, la méthodologie développée au cours de ce travail est transposable à la préparation de tout type de catalyseur supporté.

La mise au point de nouveaux matériaux possédant des propriétés antibactériennes est un sujet intéressant le monde médical et environnemental. Pour cela, les polymères commerciaux de Merrifield et de Wang-benzaldéhyde ont été modifiés par greffage de motifs calixarèniques polycationiques antibactériens inspirés des travaux du laboratoire et désignés pour interagir avec la surface bactérienne chargée négativement. Ces calixarènes ont été modifiés sur la partie basse, de façon contrôlée, par incorporation d'un groupe espaceur fonctionnel permettant d'accéder à un greffage ciblé du polymère. Nous avons en premier lieu évalué plusieurs types de fonctionnalités introduites sur le calixarène, permettant la fixation de ces motifs sur le support polymérique. Ainsi une amination réductrice a été choisie pour l’ancrage sur la résine de Wang-benzaldéhyde, tandis qu’un point d’ancrage de type pyridinium, pour la résine de Merrifield, a retenu notre attention et s'est avéré être un excellent candidat pour le greffage des calixarènes. La validité de ce point d’ancrage pyridinium a pu être vérifiée par l’incorporation d’une sonde fluorescente (pyrène) et caractérisée par fluorescence à l’état solide, par spectroscopie infrarouge et analyse élémentaire, ces deux dernières étant appliquées à l'ensemble des polymères préparés par la suite. Au travers d'une étude de capture–relargage en milieu aqueux de deux antibiotiques carboxyliques (type quinolone et ß-lactame) le polymère pyridinium modèle, sans calixarène, a montré tout son intérêt, face à la cholestyramine (Questran®) ou à l'Amberlite IRA-400, en tant que résine échangeuse d'anions et pouvant mener à une utilisation en tant que dépolluant/décontaminant. En amont des études antibactériennes de ces nouveaux matériaux nous avons cherché à quantifier la capacité du matériau à retenir/séquestrer des bactéries. L’électrophorèse capillaire, méthode analytique rapide et sensible, s’est présentée comme une solution adéquate. Sur le modèle E. coli., les résines polycationiques synthétisées ont été évaluées en tant que séquestrants en milieu aqueux. Les résultats obtenus prouvent l’efficacité de certaines d’entre elles; la capture a finalement été confirmée par microscopie de fluorescence confocale. Le nombre de bactéries fixées à la surface du matériau a pu être visuellement évalué / Development of new materials with antibacterial properties is a major concern in medical and environmental world. It’s for that reason that, Merrifield and Wang commercial polymers were modified by grafting polycationic calixarenic sub-units inspired by laboratory work and designed to interact with negatively charged bacterial surface. Those calixarenes were modified on the lower part, in a controlled manner, by the incorporation of a functional spacer group leading to a targeted grafting of the polymer. We have, at first, evaluated several kinds of functionalities introduced on the calixarene, giving us the opportunity to graft them on the polymeric support. Like this, a reductive amination was chosen to anchor the Wang-benzaldehyde resin, whereas a pyridinium anchoring point was pointed out as a very good candidate for the grafting of calixarenes. The validation of this pyridinium anchoring point was checked by incorporation of a fluorescent probe (pyrene) and characterized by solid state fluorescence, by infrared spectroscopy, those two lasts analysis were applied for all the other grafted polymers grafted after that. Through a capture-release study in aqueous media of two carboxylic antibiotics (quinolone and ß–lactame kind), the pyridinium polymer model, without calixarène, showed his interest faced to Cholestyramine (Questran®) or Amberlite IRA-400, as an anion exchange resin and leading to depoluting/decontamination applications. Before antibacterial studies of thoses new materials, we wanted to find a way to quantify the material capacity to catch/hold bacteria. Capillary electrophoresis, rapid and sensitive analytical method, appeared as a perfect solution. Using E. coli model, synthesized polycationic resins were evaluated as sequestering agent in aqueous media. Results obtained prove the efficiency of some of them; capture was finally confirmed by confocal fluorescent microscopy. The number of bacteria fixed by material surface could be visually evaluated

Les nanoparticules métalliques et bimétalliques supportées par des oxydes sont de plus en plus utilisées comme catalyseur modèle. Cependant, leur potentiel en vue des applications en catalyse n’est pas complètement exploité à cause d’un manque de connaissance de leurs propriétés fondamentales. Ainsi, pour comprendre les mécanismes de la catalyse hétérogène, il est important d’élaborer ces catalyseurs en contrôlant différents paramètres comme la taille, la distribution spatiale et la composition chimique des agrégats supportés. Nous avons montré qu’en utilisant un film ultramince d’alumine nanostructurée comme gabarit, il était possible d’élaborer des réseaux réguliers d’agrégats mono ou bimétalliques en contrôlant indépendamment leur taille et leur composition chimique. Ces réseaux de particules sont obtenus, sous ultravide, par condensation successive des deux métaux (Au, Pd) sur un film ultramince d’alumine nanostructurée. / Metallic and bimetallic nanoparticles supported on oxides become increasingly used as model catalysts. However, their potential toward applications is not fully achieved because of a lack of knowledge of the nanoparticles properties. In order to understand the mechanisms of heterogeneous catalysis it is important to elaborate these model catalysts in controlling simultaneously the size, spatial distribution and chemical composition of these particles. Recently, we have shown that by using nanostructured ultrathin alumina film as a template, it was possible to obtain regular arrays of metallic and bimetallic nanoparticles with independent control of size and chemical composition. These arrays of clusters are prepared by successive atomic deposition of two metals (Au, Pd), under UHV, on a nanostructured ultrathin alumina film

La préparation par voie Chimie Organométallique de Surface de nouveaux catalyseurs à base de hafnium supportés sur l’γ-alumine déshydroxylée à 500°C, γ-Al2O3-(500°C), a été réalisée dans ce travail de thèse. La combinaison de résultats chimiques (bilan matière, analyses élémentaires, marquage isotopique, thermolyse, réactions d’hydrogénolyse, d’oxydation, et réactions en réacteur continu), spectroscopiques (IR, RMN 1D, 2D), et des modélisation DFT ont abouti à la caractérisation et à la quantification des cinq produits majoritaires lors de la réaction de [Hf(CH2tBu)4] avec γ-Al2O3-(500°C) : un complexe monopodale (2), [(≡AlIVO) Hf(CH2tBu)3] (40%), un complexe bipodale dans deux environnements différents (4a and 4b), [(AlsO)(≡AlIVO)Hf(CH2tBu)2], (26%) et deux complexes cationiques (5 and 6) [(≡AlIVO)(AlsO)(Al-O-Al)]Hf(CH2tBu)] + [tBuCH2Als]- (Als correspond à un aluminium de surface Al III ou un AlV ) ( 34%). L’hydrogénolyse de ces complexes conduit à la formation majoritaire à 150°C de complexes monohydrures de hafnium du type :[(AlsO)3Hf-H], (70-80%) et [(≡AlIVO)(AlsO)Hf-H]+[(CH2tBu)Als]- (20-30%) caractérisés et quantifiés par la même approche expérience-théorie. Tous ces complexes sont actifs en polymérisation des α-oléfines (éthylène, propylène, isobutylène) et en copolymérisation éthylène-isobutylène. L’étude de ces réactions catalytiques a nécessité l’adaptation et la mise au point d’un réacteur en phase gaz spécifique appelé « Gas stopped flow polymérization » / New well-defined hafnium alkyl and hydrid complexes supported on γ-alumina dehydroxylatedt at 500°C, γ-Al2O3-(500°C), have been prepared. The structure of the surface complexes obtained by grafting Hf(CH2tBu)4, 1, on γ-alumina has been resolved by a combined experimental (mass balance analysis, labeling, in situ IR, NMR) and theoretical (DFT calculations) study. Thermolysis, oxidation and hydrogenolysis reactions have unambiguously proved the presence of two kinds of neopentyl-metal bonds: Hf-CH2tBu and Al-CH2tBu. Three coexisting surface complexes have been fully characterized and quantified: a monoaluminoxy- [(≡AlIVO)Hf(CH2tBu)3], a neutral bisaluminoxy [(≡AlIVO)(AlsO)Hf(CH2tBu)2], and a zwitterionic bisaluminoxy complex [(≡AlIVO) (AlsO)Hf(CH2tBu)2]+[(CH2tBu)Als]- in 40 %, 26 %, and 34 %, respectively. Hydrogenolysis reaction of these complexes leads to the formation at 150°C of [(AlsO)3HfH], (70-80%) and [(≡AlIVO)(AlsO)Hf(H)]+[(CH2tBu)Als]- (20-30%). All these hafnium alkyl and hydrides are active in α-olefin polymerization in absence of a co-catalyst

L'objectif de ce travail est d'évaluer l'effet de la nature du support et l'effet de promotion sur les propriétés catalytiques des catalyseurs d'HDS à base de Mo. Pour obtenir les systèmes catalytiques adéquats, nous avons appliqué la préparation par " voie acac ", qui consiste à faire réagir le promoteur sous forme de complexe acétylacétonate (de Co, Ni ou Fe) sur le sulfure de molybdène supporté (sur γ-Al2O3, SiO2, TiO2 ou ZrO2). Les différents solides obtenus ont été caractérisés par MET, IR(CO) et SPX notamment pour tenter de quantifier les phases actives, puis ils ont été testés dans les réactions d'HDS du thiophène et du 4,6-DMDBT. L'activité catalytique a pu être corrélée aux résultats de caractérisation par une nouvelle approche qui consiste à calculer l'activité apparente par site NiMoS ou CoMoS. Cette approche montre que la qualité des sites actifs CoMoS et NiMoS est la meilleure sur SiO2 et comparable sur les supports γ-Al2O3, TiO2 et ZrO2. Par la même méthode nous avons préparé de nouveaux catalyseurs de type CoNiMoS supportés, en ajoutant les promoteurs Co et Ni soit simultanément soit successivement au MoS2. Cette étude permet un fort apport expérimental aux études théoriques qui avancent l'hypothèse de différentes affinités du Co et du Ni pour les deux type de bords S-edge et Mo-edge sur γ-Al2O3 et TiO2.

Les travaux réalisés aux cours de cette thèse ont pour but de proposer une alternative verte à la synthèse de nouveaux systèmes conjugués linéaires pour des applications en électronique plastique. La première partie sera consacrée à l’élaboration de systèmes conjugués de type D-A par une combinaison de réactions vertes : substitution nucléophile aromatique et condensation de Knoevenagel réalisées,respectivement, dans l’eau et l’éthanol. De plus, une nouvelle méthodologie sera explorée pour rendre le couplage de Stille plus éco-compatible : l’utilisation de réactifs stannylés supportés sur liquide ionique ou billes de polymère. Par cette nouvelle approche, de nouvelles structures moléculaires ont été synthétisées et ont aussi montré leur efficacité comme matériau donneur pour cellules solaires organiques.La deuxième partie s’intéressera aux relations entre structure, organisation à l’état solide et luminescence des distyrylfuranes, lorsque les substituants aromatiques latéraux varient. Le coeur furane est produit à partir de la biomasse, et les substituants sont insérés par condensation de Knoevenagel. Une étude similaire sera mise en place pour deux dérivés de benzodifurane,qui seront en plus testés en tant que matériau donneur. / This work stands for an alternative and green synthesis of new linear conjugated systems that will serve for applications in organic electronics.The first part is devoted to the design and synthesis of D-A-type conjugated systems by a combination of green reactions: nucleophilic aromatic substitution and Knoevenagel condensation, which are performed in water and ethanol, respectively. Also, a green methodology will be applied to the Stille cross-coupling by using ionic liquid, or polymer,-supported reagents. By this new approach, efficient donor materials for solar cells have been produced.The second part will focus on the relationships between the structure, the solid state organization and the luminescence of distyrylfurans with the variation of thearomatic substituants. The center of the molecule, a furan, is produced from biomass, and the aromatic substituants are incorporated by Knoevenagel condensation. A similar study will be performed on two benzodifuran derivatives, which will be also tested for solar cell applications.

L’objectif était de développer et d’utiliser des nanoparticules hybrides de type«coeur-écorce» composées d’un coeur de silice dense entouré par des chaînes polymères fonctionnalisées par des ligands d’ATRP comme support catalytique pour la polymérisation du MMA par ATRP. Deux stratégies de synthèse de nanoparticules hybrides ont été élaborées. La première a consisté à immobiliser sur un support de silice, d’une manière covalente, des chaînes fonctionnelles synthétisées par NMP comportant des ligands capables de complexer le bromure de cuivre. Des nanoparticules de SiO2@polymère fonctionnel ayant de faibles densités de greffage en polymère ont été ciblées afin d’éviter leur recouvrement sur la surface. Cependant, les polymérisations n’étaient pas contrôlées probablement à cause d’un manque d’accessibilité de l’amorceur et des radicaux propageants aux complexes decuivre. Afin de rendre les catalyseurs supportés plus accessibles en solution, nous avons élaboré une seconde stratégie basée sur un système catalytique hybride réversible. Il consiste à immobiliser des chaînes α-fonctionnalisées par un motif donneur-accepteur de proton(DAD) via des liaisons hydrogène sur des particules de silice modifiées par un motif complémentaire (ADA). Des PMMA de masses molaires contrôlées ont été synthétisés avec des dispersités plus faibles que celles obtenues en ATRP homogène (en présence des chaînes libres). Après séparation du catalyseur du milieu réactionnel par centrifugation, nous avons montré qu’avec un excès du motif ADA, 96% du cuivre initialement introduit ont été récupérés. / The aim of this project is to develop hybrid nanoparticles bearing well definedpolymer arms as supported catalyst for the atom transfer radical polymerization of methylmethacrylate. This new generation of “semi heterogeneous" catalysts was prepared by twostrategies. The first consisted of immobilizing the polymer arms bearing the ligands enablingcoordination of copper bromide onto silica particles by covalent bonds. Hybrid nanoparticleswith low polymer grafting density were targeted to prevent the overlapping of chains on thesurface. Unfortunately, the polymerizations were not controlled probably due to a lack ofaccessibility of the initiator and propagating radicals to the copper complexes. To improve theaccessibility, a reversibly supported catalyst was developed via self-assembly using hydrogenbonding between chains α-functionalized by a proton donor-acceptor unit (DAD) and acomplementary unit (ADA) anchored on silica particles. These new hybrid materials wereefficient in the controlled radical polymerization of MMA, yielding polymers with controlledmolecular weights and dispersities narrower than those obtained for homogeneous ATRP.Moreover, after catalyst separation from the reaction medium by centrifugation, more than96% of the originally used copper was recovered.

Les (sub)nanoclusters sont des agrégats d’atomes ou de molécules composés de quelques unités à quelques centaines d’unités. En raison de leur petite taille, ils peuvent avoir des propriétés électroniques, optiques, magnétiques et catalytiques très différentes par rapport au solide correspondant . D'un point de vue expérimental, il est encore très difficile de synthétiser des agrégats de taille calibrée. D'un point de vue théorique, le développement des puissances de calcul, des méthodes de calcul de structure électronique et des algorithmes de recherches globales de structures stables, permettent un calcul toujours plus précis de leurs propriétés physico-chimiques. L’étude théorique permet alors de déterminer de façon fiable les structures stables de ces systèmes qui président aux calculs de leurs propriétés . L’exemple qui illustre ce travail s’inspire du processus observé au sein des piles à combustible dans lequel le Platine (Pt) est couramment utilisé pour produire de l’énergie par oxydation du dihydrogène en favorisant notamment sa dissociation . L’objet de ce travail consiste à comparer la capacité des clusters de Platine de différentes tailles à adsorber la molécule de dihydrogène sous leur forme libre et adsorbée sur substrat. Le graphène , matériaux bidimensionnel cristallin formé de carbone est choisi dans ce travail en tant que substrat en raison de sa grande résistance mécanique et chimique. La première partie de ce travail est consacrée à la recherche d’éléments dopants qui vont permettent à la fois d’améliorer la capacité d’adsorption des clusters de Platine sur la surface et éviter leur migration. L’objectif est ici de proposer un substrat sur lequel peuvent être empêchés les phénomènes d’agglomération, de dissolution et de détachement du cluster qui ainsi limiteraient son efficacité catalytique . Des dopages de la surface, tel qu’ils sont réalisables expérimentalement , par l’Azote, le Bore et le Nitrure de Bore, par substitution atomique et avec ou sans considération préalable de lacunes, ont été étudiés. La seconde partie correspond à l’implémentation dans le code GSAM (Global Search Algorithm of Minima - algorithme de recherche globale de minima) développé au laboratoire , , des éléments qui permettent la recherche de structures de plus basse énergie de clusters moléculaires adsorbés sur substrat, tels que les systèmes [H2-Ptn-Graphène dopé] de cet exemple. La troisième partie concerne l’illustration de la fiabilité de la méthode de recherche globale employée et de la qualité de quelques méthodes de calcul de l’énergie moléculaire (DFT et GUPTA) vis-à-vis de résultats mentionnés dans la littérature sur les clusters de Platine. La dernière partie comporte l’investigation structurale des systèmes [H2-Ptn] et [H2-Ptn-Graphène dopé] pour différentes tailles de clusters allant de n=6 à n=20. La variation de l’énergie d’adsorption de H2 sur les clusters libres et supportés ainsi que celle du cluster moléculaire sur le substrat en fonction de la taille est reportée. / A sub-nanometer sized metal cluster consists of only several to tens of atoms. Due to its small size and quantum effects, it can have very specific electronic, optical, magnetic and catalytic properties as compared with their bulk behaviors . From an experimental point of view, it is still a big challenge to realize size-controlled synthesis for (sub) nanoclusters. From a theoretical point of view, benefiting from the development of faster high-performance computational sources, more efficient electronic structure modelling software and more reliable global search methods for the determination of the most stable structures, the chemical and physical properties of clusters can be determinate more accurately. As it is experimentally a big challenge to realize size-controlled synthesis for (sub) nanoclusters, theoretical studies can provide detailed information on their geometric structure, electronic structure, as well as adsorption and reaction properties . The example chosen to be treated in this study is inspired by the fuel cell, in which the Platinum (Pt) is a typical and most commonly used precious metal catalyst for the production of energy by the oxidation of dihydrogene . Graphene is a recently discovered 2D carbon net structure, has several special properties, such as: low weight, high strength, high surface area, high electrical conductivity, etc. With these properties and their novel combinations, graphene might prove a promising candidate to be used as catalyst supports. The first part of this study is devoted to the search of the doping elements which permit both enhance the adsorption capacity of Pt clusters on the surface and prevent their migration. The aim here is propose one substrate which can avoid the problems of cluster agglomeration, dissolution and detachment, which reduce the performance of the catalysts . The ways of doping of the surface, which have already been experimentally realized , such as Nitrogen, Boron, and N-B patches substitution of Carbon atoms with or without introducing the vacancy on the pristine graphene, are studied. The second part corresponds to the implementation of some new features into the code GSAM (Global Search Algorithm of Minima) developed in our laboratory , , , which permit the search of the most stable structures of the molecular clusters adsorbed on substrate, such as the complex systems of [H2-Ptn-doped Graphene]. The third part is to evaluate the reliabilities of the global search method used, as well as the DFT and the empirical (GUPTA) potential energy surface. Thus, the main discussion appears as a comparison with the results of the literature concerning the Pt clusters. The fourth part consists of the structural investigation of [H2-Ptn] and [H2-Ptn-doped Graphene] systems for different sizes of Pt clusters with n=6 to n=20. The variation of the adsorption energy of H2 on the free and supported Ptn clusters, and the adsorption energy of (H2+Ptn) system on the surface with respect to the size of the cluster is discussed.

Afin de réduire la teneur en soufre des essences, l’hydrodésulfuration transforme les molécules soufrées en hydrocarbures en présence d’un catalyseur supporté (métaux de transition sulfurés : MoS2) et dopé (Co, Ni). Cette phase active, déposée sur des nanoparticules, présente un nombre plus important de défauts, sites actifs essentiels à la catalyse. Les nanoparticules ont un ratio S/V élevé, une grande réactivité de surface avec une juste utilisation des quantités de métaux. L’objectif de ce projet de thèse est de synthétiser des catalyseurs nanométriques de type coeur@coquille possédant une meilleure activité catalytique qu’un simple mélange mécanique de deux métaux sulfurés. Le coeur est composé de Fe3O4 ou de nanodiamants et la coquille de MoS2, NiMoS, CoMoS ou NiCoMoS, supporté sur du TiO2 ou de la γ-Al2O3. Une réaction modèle (HDS du thiophène) a été utilisée afin d’évaluer l’activité catalytique et d’optimiser la structure du catalyseur. L’étude portera sur les paramètres de synthèse et l’effet de la taille du coeur, la synthèse utilisée, les interactions entre le coeur et la coquille, le support, la (co)– promotion (Ni/Co) et l’activation par la température. / In hydrodesulfurization of fossil fuels, the sulfur levels are reduced by sulfur extraction from hydrocarbons by using supported catalysts (MoS2), doped (Co, Ni). Ultra-deep hydrodesulfurization will be achieved by improving new catalysts. Nanoparticles are a promising candidate with their high S/V ratio and permit to use the precise amount of metallic sulphide. The aim of this thesis is the synthesis of core@shell nanometric catalyst with improved activities. Core composed of Fe3O4 or nanodiamonds will be surrounded by a shell formed of MoS2, NiMoS, CoMoS or NiCoMoS, supported on TiO2, γ-Al2O3. Model reaction (thiophene) has allowed to compare conversion rates between each catalyst. Additionally, characterizations have provided a better understanding of the HDS catalyst structure and performances. Some factors have been investigated such as the size of the core, theinteractions between the core and the shell, the type of synthesis, the support chosen, the synergetic effect with doping ions and also the activation of the catalyst at low temperature.