Une exposition aux nanoparticules (NP) de dioxyde de titane (TiO2) peut entraîner un remodelage matriciel, dans lequel la Matrix Metalloprotéase-1 (MMP-1) notamment pourrait jouer un rôle important. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons 1/ mesuré l' expression de la MMP-1 sur des fibroblastes pulmonaires humains après exposition à des particules de TiO2 de différentes tailles, formes et variétés cristallines, ainsi qu' une NP de noir de carbone (NC), et 2/ administré des NP de TiO2 et de NC sur un modèle d‟emphysème pulmonaire induit par l' élastase chez le rat. Sur les fibroblastes pulmonaires humains, certaines NP de TiO2 induisent l' expression de la MMP-1 via l' interleukine-1β (IL-1β) et augmentent son activité. Les particules de TiO2 micrométriques induisent l' expression de la MMP-1 sans lien avec l' IL-1β et les NP de NC ne modulent pas l' expression de la MMP-1. L' exposition des rats aux NP de TiO2 n' entraîne pas d' effet ; l' exposition aux NP de NC entraîne une inflammation et une induction de l' expression de la MMP-12. Cette exposition aggrave, de plus, l' inflammation provoquée par l' élastase, ce qui n' est pas observé avec les NP de TiO2. Au total, notre travail montre bien un rôle pour les NP de TiO2 dans le remodelage matriciel, via l' induction et l' activation de la MMP-1 in vitro. In vivo, les NP de NCpeuvent aggraver ceertaines réponses à l' élastse. La composition chimique et la taille des particules semblent être des déterminants importants de leurs effets.

Cette étude nous a permis d'apporter une contribution à la recherche sur l'oxydation des alliages. On a pu voir, au cours de ces quelques chapitres, combien les moyens d'investigation mis è la disposition du chercheur sont variés, et aussi combien leur limite est vite atteinte. Nous avons, dans un premier temps, étudié la solution solide de substitution du titane dans le nickel, pour avoir plus de précisions sur sa structure, afin de pouvoir éliminer des facteurs très perturbants comme l'écrouissage. Les problèmes posés, à ce stade, sont d'ordre technologique et nous avons pu, à notre avis, les résoudre de manière satisfaisante. En ce qui concerne l'oxydation elle-même, nous avons pu nous rendre compte à la fois de difficultés soulevées par les problèmes expérimentaux comme la reproductibilité des thermogrammes et de difficultés liées à l'interprétation de nos résultats. Nous avons essayé, à partir de données théoriques générales, de dégager des prévisions relatives à la thermodynamique du système O-Ni-Ti, illustrant les conditions de formation des divers oxydes simples et doubles, NiO, TiO₂ et NiTiO₃. La cinétique régie par la diffusion de lacunes de nickel vers l'interface gaz-oxyde, apporte de nombreux renseignements, notamment par l'influence de la pression en P^1/2 qui laisse penser que de nombreuses lacunes ne sont pas ionisées. Il est alors possible d'avancer une série de mécanismes prédominants étant bien entendu que ceci ne résulte que du phénomène global apparent, et en tenant compte de la possibilité de coexistence de diverses autres réactions. De par la diversité des problèmes posés, il semble nécessaire, à ce stade, d'utiliser de front, de nombreuses méthodes d'étude comme la thermogravimétrie, la diffractométrie, la conductimétrie, les techniques micrographiques et la microsonde. D'une manière plus générale, cette étude nous montre que, contrairement aux prévisions du modèle de HAUFFE, qui laisse supposer une augmentation très forte de l'oxydation du nickel lorsqu'il est allié avec du titane, nous n'avons pas, en fait, de variation sensible pour cette cinétique. Il semble, à l'heure actuelle, très difficile de trouver un modèle capable de rendre compte, d'une manière satisfaisante, du comportement des alliages lors de l'oxydation, tant le nombre de paramètres à maîtriser est important. La physique des défauts, de par l'importance qu'elle a acquise ces dernières années, permettra certainement, dans un proche avenir, de justifier de nombreux mécanismes proposés pour de nouveaux alliages que la technologie ne manquera pas de mettre au point grâce à l'inépuisable diversité qu'ils offrent.

Le but de ce travail de thèse est de mieux comprendre les mécanismes de déformation à température ambiante dans les alliages de titane bêta-métastable Ti17 et Ti5553. Les microstructures étudiées sont composées de grains bêta transformé, dans lesquels la phase alpha peut précipiter, selon les relations de Burgers, sous la forme de douze variants différents. Une approche multi-échelles est donc préconisée avec trois niveaux représentatifs: macroscopique, mésoscopique (ex-grains bêta), et microscopique (variants alpha et matrice bêta de chaque grain). Différents modèles à champs moyens sont adaptés pour reproduire le comportement mécanique du Ti17 et du Ti5553. Ces modèles impliquent deux transitions d'échelle, et sont basés sur l'homogénéisation des comportements locaux, avec plusieurs manières de représenter les interactions intergranulaires. Les relations entre microstructures et propriétés mécaniques sont également considérées. Les modèles les plus complexes développés dans cette étude vont permettre de simuler l'anisotropie élastique et l'écoulement visqueux de chaque variant alpha (hcp) et de chaque matrice bêta (bcc), en employant la plasticité cristalline avec des écrouissages de type cinématique et isotrope. L'identification des paramètres matériaux est faite à partir d'une vaste base de données expérimentale provenant du projet PROMITI. Pour comprendre le rôle de chaque phase dans le processus de déformation, un calcul EF a également été fait afin de reproduire l'essai de traction sur une très fine éprouvette plate. Dans cette étude, le niveau mésoscopique est explicitement représenté en reprenant fidèlement la géométrie et l'orientation cristallographique de chaque grain bêta transformé. Des comparaisons entre expérience et simulation sont faites à l'échelle macroscopique pour les courbes contrainte - déformation, ainsi qu'au niveau mésoscopique, en considérant les champs de déplacement hors-plan et les champs de déformation.

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

La réaction de Kulinkovich, découverte en 1989, permet la transformation d'esters encyclopropanols par réaction avec un complexe oléfinique de titane. Cette réaction a étéappliquée en 2001 à la conversion des nitriles en cyclopropylamines primaires.Nous avons tout d'abord effectué une étude de la cyclopropanation asymétrique d'uncyanoester par un complexe chiral de titane. Une méthode d'évaluation rapide de l'inductionasymétrique de ligands chiraux a été mise au point, et a permis de réaliser un screening dediols chiraux. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le TADDOL, qui a fourni des excèsénantiomériques moyens, mais notre méthode d'évaluation reste un atout pour l'évaluationd'autres types de ligands chiraux.Une méthode originale de formation de 1,4-dicétones via un complexe oléfinique detitane a été découverte puis optimisée, et ses limites ont été explorées. La préparation des 1,4-dicétones s'effectue en deux étapes à partir d'acides carboxyliques avec des rendementsmodestes à satisfaisants. L'utilisation de réactifs peu coûteux et peu toxiques ainsi que lagrande diversité structurale accessible rendent notre méthode de synthèse compétitive vis-àvisde celles décrites dans la littérature.Plusieurs études réalisées précédemment par notre équipe ont permis de synthétiser defaçon exclusive les isomères (Z) de divers 2,3-méthanoaminoacides. Nous avons développé aucours de cette thèse une voie de synthèse des isomères (E) et (Z) de la 2,3-méthanolysineprotégés de façon orthogonale, via la cyclopropanation diastéréosélective d'une cyanhydrinebenzylée. La flexibilité de cette stratégie permet d'envisager la préparation des isomères (E)et (Z) de nombreux autres analogues contraints d'acides aminés.

Pour combiner les bonnes propriétés mécaniques des matériaux métalliques et obtenir des surfaces bioactives, des revêtements de phosphate de calcium (Ca-P) ont été développés. Le but est d'améliorer la biocompatibilité et la bioactivité du système et créer une barrière contre l'éventuelle libération d'ions toxiques du substrat métallique. Notre démarche a été de développer une nouvelle voie de synthèse. Après un polissage mécanique et décapage chimique du substrat de Titane ou Ti-6Al-4V une couche intermédiaire en titanate de sodium a été obtenue par un prétraitement alcalin sur les substrats. Elle a été ensuite soumise à un traitement thermique afin de créer une couche alvéolaire nanométrique. Celle-ci facilite la croissance une couche de phosphate de calcium par voie autocatalytique d'une manière similaire au procédé de formation de l'os naturel. La caractérisation et l'étude des revêtements des Ca-P obtenus par les trois bains (acides, alcalins et oxydant) sur les substrats métalliques ont été réalisés. Les dépôts ont été étudiés d'un point de vue structural et morphologique. La stabilité des couches de Ca-P a été mesurée dans le fluide corporel (SBF) pour des périodes différentes utilisant des analyses biochimiques. En conclusion, cette méthode est une solution peu coûteuse, fiable, et utilisable à l'échelle industrielle. La couche de Ca-P aussi bien que le titanate de sodium obtenus peuvent permettre d'être imprégnés par des agents actifs comme un ou plusieurs agents antibactériens.

Thèse (M.Sc.T.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2006. / La p. de t. porte en outre: Mémoire présenté à l'Université du Québec à Chicoutimi comme exigence partielle de la maîtrise en sciences de la terre. CaQCU Bibliogr.: f. 274-294. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Ce travail de thèse porte sur le développement d’une technologie Pb-acide de type AGM, avec une conception innovante reposant sur des collecteurs de courant constitués de feuille/grille de titane (électrode positive) et de carbone flexible (électrode négative) couverts d’une couche mince de matériaux actifs. Cette nouvelle approche permet d’augmenter la densité d’énergie et la puissance spécifique de la batterie sans pénaliser sa cyclabilité et sa durée de vie. Des paramètres tels que la résistance électrique et l’utilisation de la matière active ont été évalués avec succès en laboratoire (cyclage profond, cyclage partiel, voltampérométrie cyclique et spectroscopie d’impédance). Ceci en utilisant des cellules plomb-acide et plomb-carbone-acide de petites tailles compressées avec des séparateurs poreux en fibre de verre (AGM). L’épaisseur, la porosité et la quantité d’expandeur sont les paramètres clefs influençant l’évolution de l’utilisation de la matière active négative. Le processus réversible de stockage d’hydrogène à l’intérieur du carbone activé, utilisé comme additif principal dans la plaque négative, est en compétition avec le système Pb/PbSO4 et inhibe son fonctionnement pour une fraction massique supérieure à 9,3 %m. L’utilisation de titane recouvert de SnO2 comme collecteur de courant élimine l’apparition de la corrosion responsable de la défaillance de la cellule. Des modèles multiphysiques basés sur ces données permettront de déterminer la géométrie optimale correspondante à chaque type d’application (énergie, puissance). / The aim of this work is to present and proof new concept of high performance lead-acid cells using new thin-plate electrodes. The new approach allows increasing the energy density and the specific power of the battery without a penalty for its cycle and calendar lifetime. Flexible carbon support electroplated with lead and thin surface-modified titanium mesh/foil are used as current collectors. Parameters like electric resistance and active materials utilization have been evaluated successfully in long-term laboratory tests (deep-cycling, micro-cycling, cyclic voltammetry, impedance spectroscopy) using small-scale compressed lead-acid and lead-carbon cells with absorptive glass mat (AGM) separators. The thickness, the porosity and the expander loading are the key parameters which influence the evolution of the negative active material utilization. It has been found that the process of reversible hydrogen storage within the activated carbon used as main dopant of the negative plate competes with the Pb/PbSO4 electrode inhibiting its operation at carbon loading higher than 9.3 %m. The use of SnO2 coated titanium as positive current collector eliminates completely the appearance of corrosion-related battery failure. Multiphysics modeling based on these data will allow fitting to all the battery applications (power, energy).

La biocompatibilité d'un implant est principalement contrôlée par l'interface entre le biomatériau et le tissu environnant. Afin de contrôler cette interaction et de favoriser l'adhésion des cellules sur l'implant, nous avons créé à la surface d'alliages de titane des domaines nanométriques concentrés en séquence Arginine-Glycine-Acide Aspartique (RGD) reconnue pour ses propriétés adhésives. Après avoir modifié la chimie de surface par un agent de liaison aminosilane, nous avons utilisé les méthodes de synthèse de dendrimères ou liés des nanoparticules à l'aminosilane afin de démultiplier le nombre de amines primaires par site. Ces amines primaires étant ensuite utilisées pour attacher la séquence RGD à la surface du matériau. L'adhésion d'ostéoblastes sur les matériaux préparés a été étudié par acoustique picoseconde. / Abstract

L’incorporation croissante des (nanomatériaux) NMx dans les aliments et les emballages a contribué à une demande sociétale majeure au regard de l’évaluation des risques des NMx sur la santé. Toutefois, en raison des nombreux paramètres des NMx (taille, forme, structure cristalline, solubilité…), ainsi que des processus physiologiques (comme la digestion) pouvant impacter sur l’absorption et la réponse toxique des NMx, l’évaluation des risques des NMx est compliquée. De plus, leur évaluation in vitro est délicate en raison d’interférences (optiques, catalytiques…) lors de la réalisation des tests. Notre projet de recherche visait à déterminer, l’impact des paramètres d’hydrophobicité des NMx de TiO2 de structure cristalline rutile et l’impact de la solubilité des NMx d’Al0 et Al2O3 sur leur toxicité/génotoxicité au niveau intestinal (organe primo-exposé) et hépatique (organe d’accumulation). Les effets de ces NMx ont été étudiés par une combinaison de méthodes complémentaires in vivo par gavage sur rat, et in vitro sur les lignées humaines Caco-2 et HepaRG différenciées, tout en tenant compte des interférences in vitro. Aucune réponse toxique et génotoxique n’a été observée in vitro malgré la différence de revêtement hydrophobe/hydrophile des NMx de TiO2. Seuls les NMx d’Al2O3 ont induit des lésions oxydatives de l’ADN mais uniquement dans les cellules Caco-2, tandis que de fortes interférences ont empêché de conclure avec les NMx d’Al0. Aucun dommage chromosomique n’a été observé pour ces NMx. In vivo aucun effet génotoxique n’a été observé dans l’intestin, le colon et le foie mais des dommages à l’ADN ont été décelés avec les NMx d’Al2O3 dans la moelle osseuse. La comparaison des résultats avec ceux de la forme ionique AlCl3 suppose un mécanisme de génotoxcité indépendant de la solubilité des NMx d’Al0 et d’Al2O3 dans les milieux biologiques. Malgré les nombreux progrès en nanotoxicologie, l’ensemble de nos résultats a souligné la difficulté d’obtenir des conclusions fiables avec des tests classiques utilisés pour les produits chimiques in vitro, la difficulté d’extrapolation in vitro/in vivo des effets des NMx et le besoin de poursuivre les recherches pour disposer de méthodes et d’outils permettant d’évaluer les effets des NMx de manière fiable. / The growing incorporation of nanomaterials (NMs) into food and packaging has contributed to the increasing demand for the assessment of the health hazards of these particles. However, this task is rendered difficult since the numerous intrinsic parameters (size, shape, crystalline structure, solubility ...), as well as physiological processes (such as digestion) can have an impact on the absorption and toxicological responses of NMs. Moreover, their evaluation in vitro is complicated by various sources of interference (optical, catalytic …) with toxicity tests. Our research project aimed to evaluate, the impact of hydrophobicity of rutile TiO2 NMs and solubility of AlO and Al2O3 NMs on their intestinal (first-exposed organ) and hepatic (accumulation organ) toxicity/genotoxicity. The effects of these NMs were investigated by a combination of complementary methods, in the rat in vivo by gavage, and in vitro using differentiated human Caco-2 and HepaRG cell lines, while taking into account potential interference with in vitro tests. No toxic/genotoxic response was observed in vitro despite the difference of hydrophobic/hydrophilic surface coating for TiO2 NMs. Only Al2O3 induced oxidative DNA damage solely in Caco-2 cells, while significant interference led to inconclusive results for AlO NMx. No chromosomal damage was observed for Al0 or Al2O3 NMx. In vivo no genotoxic effect was observed in the intestine, colon and liver but DNA damage was detected with Al2O3NMx in the bone marrow. Comparison of results with those for the ionic form AlCl3 demonstrated that effects observed were not related to the solubility of Al0 and d’ Al2O3 NMs in the biological environment. Despite considerable progress in nanotoxicology, our results have highlighted the difficulty to obtain reliable re sults with the traditional toxicity tests used for chemical compounds in vitro, the difficulty associated with the in vitro/in vivo extrapolation of the effects of NMs, as well as the need to continue research aimed at developing robust and reliable methods and tools for the evaluation of the effects of NMs.