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This work is ascribed within the framework of the development of osteoinductive biomaterials for the repair large bone defects. It is a contribution to the understanding of the physical and chemical interactions between phosphocalcic ceramics and two proteins of interest: fibronectin (Fn), a cell adhesion protein, and Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) which is involved in vascularisation and improvement of bone formation.Fibronectin/bioceramic physical interactions were studied by force spectroscopy to evaluate the influence of the topography and the chemical composition of phosphocalcic ceramics made of hydroxyapatite (HA), silicated hydroxyapatite (SiHA) and carbonated hydroxyapatite (CHA) on fibronectin adhesion. The results obtained in terms of force cartography do not indicate any impact of the polished ceramics chemistry on the surface distribution and intensity of adhesion forces. However, these forces are more intense at the level of the grain boundaries of unpolished ceramics, highlighting an influence of the topography modulated by the chemical composition.The protocol for functionalisation by VEGF consists of three steps: silanisation, addition of SM(PEG)6 and immobilisation of VEGF. VEGF/bioceramic chemical interactions were studied mainly by Raman imaging in order to follow the successive steps of the functionalisation by VEGF of the polished surface of ceramics made of hydroxyapatite (HA) and carbonated hydroxyapatite (CHA). This approach allowed to map the surface chemical changes and to point out the spatial distribution as well as the preferential reactions between the intermediate molecules and VEGF depending of the substrate.; Ce travail s’inscrit dans le cadre général du développement de biomatériaux ostéoinducteurs pour la réparation de grands défauts osseux. L’étude est une contribution à la compréhension des interactions physiques et chimiques entre des céramiques phosphocalciques et deux protéines d’intérêt : la fibronectine, protéine d’adhésion cellulaire, et le VEGF (pour Vascular Endothelial Growth factor) qui est impliqué dans la vascularisation et l’amélioration de la formation osseuse.Les interactions physiques fibronectine/biocéramique ont été étudiées par spectroscopie de force afin d’évaluer l’influence de la topographie et de la composition chimique de céramiques phosphocalciques en hydroxyapatite (HA), hydroxyapatite silicatée (SiHA) et hydroxyapatite carbonatée (CHA) sur l’adhésion de la fibronectine. Les résultats obtenus par cartographie de forces mettent en évidence une absence d’incidence de la chimie des céramiques polies sur la répartition en surface et l’intensité des forces d’adhésion. En revanche ces dernières sont plus fortes au niveau des joints de grains des céramiques non polies mettant en avant une influence de la topographie de surface des matériaux modulée par la chimie.Le protocole de fonctionnalisation par le VEGF consiste en trois étapes : silanisation, addition du SM(PEG)6 et immobilisation du VEGF. Les interactions chimiques VEGF/biocéramique ont été étudiées principalement par imagerie Raman pour suivre ces étapes successives de la fonctionnalisation par le VEGF de céramiques polies en hydroxyapatite (HA) et hydroxyapatite carbonatée (CHA). Cette approche a permis de cartographier l’évolution chimique de la surface des matériaux et de mettre en évidence la distribution spatiale ainsi que les réactions préférentielles entre les molécules intermédiaires et le VEGF en fonction de la nature du substrat.

This work is part of the project"MOMEQA" whose main purpose is to supportinnovation in watchmaking industry in Franche-Comté. For high-end pieces, the first visualimpression is crucial and that is why a neatfinishing is required. This is achieved byelectropolishing, which consists in anelectrochemical dissolution process that enablessurface roughness reduction. Although it ispresent in several applications, fundamentalmechanisms of electrochemical polishingremain poorly understood and tailoring theprocess to additive manufacturing parts is in itsearly stages. The first part of the study isdedicated to brass and 316L stainless steel.Basic electrolytic baths (H3PO4 for brasses anda H3PO4/ H2SO4 mixture for 316L stainlesssteel) are used as references. A preliminaryelectrochemical study allows the determinationof optimal electropolishing conditions for eachmaterial and medium. A special attention hasbeen paid to characterization methods, such asmicro-roughness, brightness, microstructure,texture and corrosion resistance. Subsequently,the study was restricted to both cast and additivemanufacturing 316L stainless steels, in order toidentify the influence of manufacturing processon the electropolishing ability. To meet theproject requirements, a pilot cell dedicated tolarge area parts was designed and built. The aimwas to study the scale-up as well as the effectsof workpieces shape. The outcome of this studywas the realization of a mirror finish on a watchdial, allowing validation of the pilot-cell design.The last part of our study consists in replicatingthe process in a less harmful electrolyte, a greensolvent (Deep Eutectic Solvent), made by amixture of choline chloride and ethylene glycol.This allows successful electropolishing,compatible with an industrial application.Moreover, it makes possible in-situ AFMmeasurements, impossible in highly corrosiveelectrolytes. Finally, a model forelectropolishing mechanism in the case of 316Lstainless steel was proposed for both media,allowing a good simulation of electrochemicalimpedance spectroscopy behaviour.; Ce travail de thèse s’inscrit dans lecadre du projet « MOMEQA » dont l’objectif est le soutien à l’innovation dans l’industrie horlogère en Franche-Comté. La première impression visuelle conditionne notre relation à l’objet, c’est pourquoi une finition soignée est primordiale. L’électropolissage est un procédéde dissolution électrochimique permettant der éduire la rugosité de surface d’un objet. La pièce traitée constitue l’anode dans une cellule d’électrolyse. La première partie de l’étude est consacrée aux laitons et à l’acier inoxydable 316 L. Une étude électrochimique préliminaire a permis de définir les conditions optimales d’électropolissage pour chaque matériau et milieu. La suite de l’étude a été dédiée à l’étude des comportements des aciers inoxydables 316L de fonderie comme de fabrication additive, afin de mettre en évidence l’influence du procédé de fabrication sur l’aptitude à l’électropolissage. Un dispositif spécialement conçu a également permis de faire varier les conditions hydrodynamiques et d’appliquer des ultrasons,en vue d’optimiser l’agitation. L’obtention d’une finition poli miroir sur des carrures de montres a validé la conception du pilote. Enfin, l’usage d’un électrolyte moins nocif que les mélanges d’acides, le Deep Eutectic Solvent constitué d’un mélange de chlorure de choline et d’éthylène glycol se montre prometteur. L’utilisation de ces olvant non-conventionnel permet d’utiliser des techniques d’analyses de surface impraticables in-situ en milieu très corrosif, tel que l’AFM. Finalement, un modèle décrivant les mécanismes d’électropolissage de l’acier inoxydable 316 L dans les deux milieux a été proposé, qui permet une bonne simulation des résultats de spectroscopie d’impédance électrochimique

This work is part of the project"MOMEQA" whose main purpose is to supportinnovation in watchmaking industry in Franche-Comté. For high-end pieces, the first visualimpression is crucial and that is why a neatfinishing is required. This is achieved byelectropolishing, which consists in anelectrochemical dissolution process that enablessurface roughness reduction. Although it ispresent in several applications, fundamentalmechanisms of electrochemical polishingremain poorly understood and tailoring theprocess to additive manufacturing parts is in itsearly stages. The first part of the study isdedicated to brass and 316L stainless steel.Basic electrolytic baths (H3PO4 for brasses anda H3PO4/ H2SO4 mixture for 316L stainlesssteel) are used as references. A preliminaryelectrochemical study allows the determinationof optimal electropolishing conditions for eachmaterial and medium. A special attention hasbeen paid to characterization methods, such asmicro-roughness, brightness, microstructure,texture and corrosion resistance. Subsequently,the study was restricted to both cast and additivemanufacturing 316L stainless steels, in order toidentify the influence of manufacturing processon the electropolishing ability. To meet theproject requirements, a pilot cell dedicated tolarge area parts was designed and built. The aimwas to study the scale-up as well as the effectsof workpieces shape. The outcome of this studywas the realization of a mirror finish on a watchdial, allowing validation of the pilot-cell design.The last part of our study consists in replicatingthe process in a less harmful electrolyte, a greensolvent (Deep Eutectic Solvent), made by amixture of choline chloride and ethylene glycol.This allows successful electropolishing,compatible with an industrial application.Moreover, it makes possible in-situ AFMmeasurements, impossible in highly corrosiveelectrolytes. Finally, a model forelectropolishing mechanism in the case of 316Lstainless steel was proposed for both media,allowing a good simulation of electrochemicalimpedance spectroscopy behaviour.; Ce travail de thèse s’inscrit dans lecadre du projet « MOMEQA » dont l’objectif est le soutien à l’innovation dans l’industrie horlogère en Franche-Comté. La première impression visuelle conditionne notre relation à l’objet, c’est pourquoi une finition soignée est primordiale. L’électropolissage est un procédéde dissolution électrochimique permettant der éduire la rugosité de surface d’un objet. La pièce traitée constitue l’anode dans une cellule d’électrolyse. La première partie de l’étude est consacrée aux laitons et à l’acier inoxydable 316 L. Une étude électrochimique préliminaire a permis de définir les conditions optimales d’électropolissage pour chaque matériau et milieu. La suite de l’étude a été dédiée à l’étude des comportements des aciers inoxydables 316L de fonderie comme de fabrication additive, afin de mettre en évidence l’influence du procédé de fabrication sur l’aptitude à l’électropolissage. Un dispositif spécialement conçu a également permis de faire varier les conditions hydrodynamiques et d’appliquer des ultrasons,en vue d’optimiser l’agitation. L’obtention d’une finition poli miroir sur des carrures de montres a validé la conception du pilote. Enfin, l’usage d’un électrolyte moins nocif que les mélanges d’acides, le Deep Eutectic Solvent constitué d’un mélange de chlorure de choline et d’éthylène glycol se montre prometteur. L’utilisation de ces olvant non-conventionnel permet d’utiliser des techniques d’analyses de surface impraticables in-situ en milieu très corrosif, tel que l’AFM. Finalement, un modèle décrivant les mécanismes d’électropolissage de l’acier inoxydable 316 L dans les deux milieux a été proposé, qui permet une bonne simulation des résultats de spectroscopie d’impédance électrochimique

The control of the surface wettability is a key point for the development of innovative materials in several domains such as nano-, bio- and smart-technologies. The wettability is a function of two main parameters of the materials, such as the surface energy and the surface morphology. The combination of these two parameters allows to observe wetting phenomena as super/parahydrophobicity and superoleophobicity. These extreme abilities to repel liquids with different adhesion behaviors are very interesting properties for several industrial applications. This work presents a series of polypyrrole derivatives elaborated by electrodeposition allowing to influence the parameters driving the surface wettability. Following this approach, it was possible to develop surfaces with several types of morphology and different wetting behaviors from a low to high wettability. The different functionalizations using hydrophobic compounds grafted on various preferential positions on the monomer core yielded to para and superhydrophobic surfaces showing the impact of the surface energy and morphology on the wettability. Thanks to preliminary studies, it was showed the possibility to obtain several morphologies from spherical aggregates to fibers at the micro/nano scale. Finally, this work contributes to an upstream control of the surface wettability and morphologies for many potential applications such as water harvesting, separation membranes and self-cleaning coatings.; Le contrôle de la mouillabilité de surface est un enjeu majeur pour le développement de matériaux innovants liés aux nano, bio et smart technologies. La mouillabilité est fonction de deux paramètres majeurs : l’énergie de surface du matériau et sa morphologie. La combinaison de ces deux paramètres est à la base de phénomènes tels que la super/parahydrophobie ou la superoléophobie. Ces capacités extrêmes à repousser les liquides avec soit une forte ou faible adhésion sont des propriétés de surface très intéressantes pour de multiples applications industrielles. La présente thèse propose l’étude d’une série de dérivés du polypyrrole élaborés par électrodéposition permettant d’influencer les paramètres régissant la mouillabilité de surface. Par cette approche, il a été possible d’élaborer des surfaces aux morphologies diverses avec une gamme de mouillabilité complète. Les différentes fonctionnalisations par des groupements hydrophobes greffés sur différentes positions préférentielles du monomère ont conduit à l’élaboration de surfaces para et superhydrophobes mettant en évidence l’impact de l’énergie de surface et de la morphologie sur la mouillabilité. Des études préliminaires ont mis en évidence la possibilité d’obtenir des morphologies variées allant de sphères jusqu’à des fibres à l’échelle du micro/nanomètre. Finalement, ces travaux contribuent à un contrôle en amont de la mouillabilité et de la morphologie de surface pour de nombreuses applications potentielles comme les matériaux collecteurs d’eau, les membranes séparatrices de liquide ou bien les revêtements auto nettoyant.

The control of the surface wettability is a key point for the development of innovative materials in several domains such as nano-, bio- and smart-technologies. The wettability is a function of two main parameters of the materials, such as the surface energy and the surface morphology. The combination of these two parameters allows to observe wetting phenomena as super/parahydrophobicity and superoleophobicity. These extreme abilities to repel liquids with different adhesion behaviors are very interesting properties for several industrial applications. This work presents a series of polypyrrole derivatives elaborated by electrodeposition allowing to influence the parameters driving the surface wettability. Following this approach, it was possible to develop surfaces with several types of morphology and different wetting behaviors from a low to high wettability. The different functionalizations using hydrophobic compounds grafted on various preferential positions on the monomer core yielded to para and superhydrophobic surfaces showing the impact of the surface energy and morphology on the wettability. Thanks to preliminary studies, it was showed the possibility to obtain several morphologies from spherical aggregates to fibers at the micro/nano scale. Finally, this work contributes to an upstream control of the surface wettability and morphologies for many potential applications such as water harvesting, separation membranes and self-cleaning coatings.; Le contrôle de la mouillabilité de surface est un enjeu majeur pour le développement de matériaux innovants liés aux nano, bio et smart technologies. La mouillabilité est fonction de deux paramètres majeurs : l’énergie de surface du matériau et sa morphologie. La combinaison de ces deux paramètres est à la base de phénomènes tels que la super/parahydrophobie ou la superoléophobie. Ces capacités extrêmes à repousser les liquides avec soit une forte ou faible adhésion sont des propriétés de surface très intéressantes pour de multiples applications industrielles. La présente thèse propose l’étude d’une série de dérivés du polypyrrole élaborés par électrodéposition permettant d’influencer les paramètres régissant la mouillabilité de surface. Par cette approche, il a été possible d’élaborer des surfaces aux morphologies diverses avec une gamme de mouillabilité complète. Les différentes fonctionnalisations par des groupements hydrophobes greffés sur différentes positions préférentielles du monomère ont conduit à l’élaboration de surfaces para et superhydrophobes mettant en évidence l’impact de l’énergie de surface et de la morphologie sur la mouillabilité. Des études préliminaires ont mis en évidence la possibilité d’obtenir des morphologies variées allant de sphères jusqu’à des fibres à l’échelle du micro/nanomètre. Finalement, ces travaux contribuent à un contrôle en amont de la mouillabilité et de la morphologie de surface pour de nombreuses applications potentielles comme les matériaux collecteurs d’eau, les membranes séparatrices de liquide ou bien les revêtements auto nettoyant.

Nanoparticles of titanium dioxide (TiO2) are currently used in cosmetics, especially in sunscreens, because of their interesting optical properties. However, the TiO2 is really reactive and could promote the formation of dangerous species for the cutaneous cells. For that reason, these particles are passivated by the application of inert surface treatments. Other coatings could be added in order to improve the dispersion of nanoparticles in the emulsion. Hence, the cosmetic grades of TiO2-nanoparticles have diverse physicochemical surface properties and their behavior in cosmetic use is uncertain. In this work, nanoparticles/emulsion systems were studied during their accelerated aging, mimicking use conditions. First, the impact of two nanoparticles with different surface treatments were tested on the (de)stabilization mechanisms in emulsions. Then, the nanoparticles were characterized within the emulsions and highlighted quick surface modifications. As these changed the physicochemical surface properties of the nanoparticles, they were taken into account during the evaluation of the NP impact on cutaneous bacteria.; Les nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) sont largement utilisées dans les cosmétiques, notamment dans les lotions solaires, pour leurs propriétés optiques intéressantes. Cependant, le TiO2 étant très réactif et potentiellement nocif pour les cellules cutanées, celui-ci est recouvert d’une couche de passivation composée d’espèces chimiques inertes. D’autres traitements de surface peuvent par la suite être appliqués afin de faciliter leur dispersion dans les cosmétiques. Ainsi, les nanoparticules de TiO2 de grades cosmétiques ont des chimies de surface variées qui leur confèrent des propriétés physicochimiques propres. Cependant, le comportement de ces particules lors de leur utilisation en émulsion cosmétique est peu connu. Lors de ce travail de thèse, plusieurs systèmes nanoparticules/émulsion ont été étudiés au cours de leur vieillissement accéléré et suivant les conditions d’utilisation. Tout d’abord, l’impact de deux nanoparticules de traitements de surface différents a été testé sur les mécanismes de (dé)stabilisation des émulsions solaires. Puis, les nanoparticules en émulsion ont été caractérisées au cours du temps et ont fait apparaitre des modifications chimiques rapides au niveau de leur surface. Celles-ci affectent les propriétés physicochimiques des surfaces et ont été prises en compte lors du suivi de l’impact de ces nanoparticules sur les bactéries à travers des protocoles imitant les conditions réelles d’exposition.

Upcoming fuel economy standards result in the rapid development of electric and hybrid vehicles. Such regulatory demands will affect the transmission design, which drives changes in the type, size and quality levels of gears. Thus, gear manufacturers need to create high quality gear flanks with special topological modifications. The main objectives are to increase the load-carrying capacity of gears, and also to reduce the gear noise behavior. The teeth surface is indeed at the heart of the gear meshing mechanics and one of the elements generating excitations. The most common wear mechanisms in gear are micro-pitting, pitting and spalling, which occur on the teeth surface at the early stage of failure. While the effect of the macro-geometric defects of the gear teeth surface on the acoustics response of spur gear pair has been studied quite thoroughly, the micro and meso scales and their influence are not entirely understood. Moreover, the choice and optimization of the tooth flank finishing process (grinding, powerhoning…) to manage the acoustic comfort of the meshing conditions is still a major issue in gear manufacturing. This study addresses a multiscale manufacturing approach, both experimental and numerical, in order to identify the scale effect of micro/meso defects on gear vibrations. A low-powered instrumented vibratory test bench has been developed and validated by comparing the measurements with the ones done at the industrial scale on a gear box test rig from Renault. The experimental work investigated the relationship between the surface finish of tooth flanks, which was characterized using a multiscale decomposition based on continuous wavelet transform, and the modes of the generated vibrations as a function of roughness and waviness scales. The friction noise measurements on tooth flanks have besides permitted to understand the link between the contact kinematics (speed), the surface scales (space between the asperities) and the vibration frequencies. A 3D finite-element simulation model of a rough contact was hence developed. The results coupled with the statistical analysis of the contributions of the surface and contact parameters have shown the large effect of the micro-scales. A 3D finite-element gear simulation using real measured topographies and transmission error calculation has also been performed and experimentally validated. The prevalence of the gear quality and its topological features on power density and sound issues are hence computed and discussed.; Les standards d’économie de carburant à venir génèrent un développement rapide des véhicules électriques et hybrids. Ces contraintes régulatrices vont affecter le design des boîtes de vitesse qui conduit à des changements au niveau du type, de la taille et de la qualité des engrenages. Ainsi, les fabricants de roues dentées ont besoin de créer des flancs de dentures de haute qualité avec des modifications topologiques spéciales. Les objectifs principaux sont l’accroissement de la capacité de tenue en chargement et la réduction de la bruyance denture. En effet, la surface des flancs est au cœur des mécaniques de l’engrènement et un des éléments générateur d’excitations. Les mécanismes d’usure les plus communs sont les micro-piqûres, les piqûres et l’écaillage, qui apparaissent dans les premières étapes de défaillance. Bien que les effets des défauts macro-géométriques des surfaces des flancs de denture ont été largement étudiés, les échelles micro- et méso-métriques et leur influence n’est pas encore entièrement compris. De plus le choix et l’optimisation de procédé de finition denture (rectification, powerhoning…) pour améliorer le confort acoustique des conditions d’engrènement reste une issue majeure dans la fabrication des engrenages. Ces travaux proposent une approche multiéchelle de la fabrication, à la fois expérimentale et numérique, dans le but d’identifier l’effet d’échelle des défauts micro- et méso-métriques sur les vibrations de l’engrenage. Un banc d’essai vibratoire instrumenté de faible puissance a été développé et validé par la comparaison de mesures sur boîte de vitesse sur un moyen industriel Renault. Les études expérimentales des relations entre la finition des surfaces des flancs, caractérisée par l’utilisation d’une décomposition multiéchelle basée sur la transformée par ondelettes continues, et les modes vibratoires générés mettent en avant un impact non-négligeable de des échelles de rugosité et d’ondulation. Les mesures de bruit de frottement sur les flancs ont par ailleurs permis de comprendre le lien entre la cinématique du contact (vitesse), les échelles de surface (espacement entre aspérités) et les fréquences vibratoires. Une simulation 3D d’un contact rugueux a alors été développée. Les résultats couplés avec une analyse statistique des contributions des paramètres surfaciques et de contact ont montré un large effet des échelles micrométriques. Enfin, un modèle éléments finis d’un engrenage hélicoïdal intégrant des topographies réelles mesurées et calculant l’erreur de transmission a aussi été développé et validé expérimentalement. L’importance de la qualité des engrenages et de leurs caractéristiques topologiques sur la densité de puissance et les problématiques acoustiques a alors été calculée et discutée.

To date, nickel electrodeposition plays a key role in a variety of decorative, engineering and electroforming applications due to its costs that are maintained at an acceptable level, and their excellent functional properties (corrosion resistance…). Environmental constraints lead to increasingly severe regulations. […] This study focuses on the formulation of an acid and sulfate electrolyte. […] In the present study, deposition of Cu-Sn on platinum substrate was studied, and the role of gelatin at the interface was investigated. A phenomenon of gelatin adsorption is determined by different techniques of the characterization. The third part of this study deals with the electrodeposition of CuSn alloys on different substrates moving towards industrial application. The end goal is to identify optimum operating conditions based on gelatin action.; Les normes environnementales, en constante évolution, deviennent de plus en plus strictes pour réduire la présence de métaux et / ou composés organiques volatils dans l’environnement. Cette restriction constitue donc une préoccupation industrielle majeure dans le domaine des traitements de surface où les métaux sont prépondérants. Depuis peu le nickel a été placé en CMR (cancérogène, mutagène et reprotoxique) et appartient donc à la liste de produits à éviter. En conséquence, des alternatives au revêtement de nickel sont très sollicitées par les industriels afin de respecter l’environnement tout en gardant les mêmes performances de dépôts que le nickel (bonne résistance à la corrosion,…). Notre axe de recherche concerne la formulation et la caractérisation de dépôts électrolytiques d’alliages cuivre – étain considérés comme alternative au nickel. Une première partie porte sur les mécanisme d’électrodéposition des alliage cuivre étain en présence de gélatine et en milieu acide et sulfate. Une deuxième partie apporte des compléments d’informations sur les mécanismes mis en œuvre lors de l’électrodéposition des alliages CuSn. La gélatine, présent [Sic] dans l’électrolyte, modifie les revêtements CuSn élaborés identifiant un phénomène d’adsorption de substrat de platine. Un mode d’action de la gélatine suivant le modèle de Norde a été proposé. Cette étude s’oriente vers une application industrielle, c’est pourquoi une troisième partie est dédiée à l’élaboration et la caractérisation des revêtements CuSn sur différents substrats (laiton, acier

The work carried out on this PhD thesis is positioned in the context of the characterization of the food particle surface properties. The shape and surface characteristics are strongly related to the functional properties and reactivity of food powders. However, the number of techniques available, to perfromethe study and characterization of food particles surface is reduced. Thus, the objective of this work was to develop new techniques and protocols in order to characterize the shape and surface of milk powder and semolina particles. The ultimate goal is to relate the particle surface properties and reactivity. A multi-scale approach raised in this work involves different analytical techniques and characterization. At the atomic scale, techniques to characterize the surface and the heart of particles by EDX were developed (exploration of the particle at 1 micron depth). The adaptation of the EDX coupled to the XPS (5 nm depth) permit figure out the values of surface composition (lactose, fat, protein) from atomic percentages. At the molecular level, the composition gradients studied by coupling the EDX and XPS as well as different fractions of fat (fat free, encapsulated and total) were studied. In parallel, a characterization protocol was used to evaluate the shape properties using a granumorpholometer. The surface free energy was determined by IGC and Capillary rise. These innovative techniques in the field of food powders have demonstrated to be of interest. Finally,a at the microstructural scale, the surface modification by external contraintswas studied. Thus, interactions particle / water and surface modification by dry coating,to do it, pure components as coating (carbohydrates or proteins) were used, Les travaux réalisés dans le cadre de la présente thèse se positionnent dans le contexte de la caractérisation des propriétés de surface des particules. La forme ainsi que les propriétés de surface sont fortement reliées aux propriétés fonctionnelles et à la réactivité des poudres alimentaires. Toutefois, le nombre de techniques disponibles pour l'étude et la caractérisation de la surface d'une particule alimentaire sont très réduites. Ainsi, l'objectif de ce travail a été de développer de nouvelles techniques et protocoles de caractérisation de la forme et de la surface des particules de poudre de lait et de semoule. L'objectif ultime est de mettre en relation les propriétés de surface et la réactivité des particules. Le fil conducteur de ce travail est une approche multi-échelle mettant en jeu différentes techniques d'analyse et de caractérisation. A l'échelle atomique, des techniques pour caractériser la surface et le coeur des particules par EDX ont été développées (permettant de sonder la particule à 1 µm de profondeur). L'adaptation de l'EDX couplé à l'XPS (5 nm de profondeur) permet de remonter à des valeurs de composition de surface (lactose, lipides, protéines) à partir des pourcentages atomiques. A l'échelle moléculaire, les gradients de composition par couplage de l'EDX et l'XPS ainsi que les différentes fractions de matière grasse (matière grasse libre, encapsulée et totale) ont été étudiés. En parallèle, un protocole de caractérisation a permis d'évaluer les propriétés de forme à l'aide d'un granumorpholomètre. L'énergie libre de surface a été déterminée par la CGI et la Monté Capillaire. Ces techniques novatrices dans le domaine des poudres alimentaires ont démontré leur intérêt. Finalement, à l'échelle de la microstructure, la modification de la surface par des contraintes externes a été étudié. Ainsi, les interactions particule/eau et la modification de la surface par enrobage à sec ont été étudiés Pour cela, des composants purs comme enrobant (carbohydrates ou protéines) ont été utilisés

Phosphorus is an essential element for all life forms. However, an excessive concentration of phosphates is the most common cause of water bodies eutrophication as phosphorous is usually the limiting nutrient involved in plant growth. In constructed wetlands (CWs) treating domestic wastewaters, good treatment performances are obtained on main pollutants except with phosphates. In order to improve phosphate removal by CWs, different experiments were performed considering a series of reactive substrates. Among those, natural apatitic materials showed a high sorption capacity for phosphates. This paper presents the various analytical techniques that were used to characterize five natural apatitic materials which were tested in experiments performed at different scales (laboratory, pilot plant and full-scale experiments). These apatitic materials have been studied using X-ray powder diffraction, Raman spectroscopy and scanning electron microscopy. In addition, chemical compositions were obtained from X-ray fluorescence and ICP-MS analyses. The results suggest that the studied apatitic materials present a wide spectrum of physical, mineralogical and chemical characteristics. This variety is related to the presence of impurities in the natural materials (5–60% w/w). Therefore, the characterization of the natural apatitic materials available is necessary in order to select the ones that would lead to the best performances in terms of phosphate removal. Moreover, the observation of the surface of the grains before and after the percolation of phosphate containing solutions showed that the primary apatitic peloids were progressively covered with a carbonate hydroxyapatite precipitate layer formed with the phosphates removed from the treated solution., Le phosphore est un élément essentiel pour toutes les formes de vie. Cependant, des concentrations excessives en phosphates constituent la cause la plus commune de l’eutrophisation des masses d’eau dans la mesure où le phosphore est généralement l’élément limitant pour la croissance des végétaux. Dans les filtres plantés de roseaux traitant les eaux usées domestiques, de bonnes performances de traitement sont obtenues sur les principaux éléments polluants sauf en ce qui concerne les phosphates. Afin d’améliorer l’élimination des phosphates, des expérimentations ont été réalisées en considérant différents substrats réactifs. Parmi ceux-ci, les apatites naturelles ont montré une grande capacité de sorption des phosphates. Cet article présente les différentes techniques analytiques qui ont été utilisées pour caractériser cinq apatites naturelles qui ont été testées au cours d’expériences réalisées à différentes échelles (au laboratoire, sur pilotes et sur sites réels de traitement). Ces matériaux ont été caractérisés par diffraction de poudre aux rayons X, par spectroscopie Raman et par microscopie électronique à balayage. De plus, la composition chimique de ces matériaux a été déterminée par analyse en fluorescence X et en ICP-MS. Les résultats obtenus montrent que les apatites naturelles étudiées présentent de grandes différences dans leurs propriétés physiques, minéralogiques et chimiques. Cette variété est liée à la présence d’impuretés dans les matériaux naturels (5–60 % en poids). La caractérisation de ces matériaux est donc nécessaire afin de sélectionner ceux qui permettront d’atteindre les meilleures performances en termes d’élimination des phosphates. Par ailleurs, l’observation de la surface des grains avant et après la percolation de solutions de phosphates a montré que les péloïdes apatitiques primaires étaient progressivement recouverts d’une couche d’un précipité de carbonate hydroxyapatite formé à partir des phosphates éliminés de la solution traitée.

The visual appearance of the painted steel sheets constituting the body of a car contributes significantly to the quality of the entire vehicle. If the industrial processes of paint deposition has a major impact on the visual appearance of the painted steel sheets, the intrinsic quality of the steel sheet used remains a key factor in its obtention. In this thesis, the influence of the topography of rough steel sheets on the appearance after painting is investigated. The deposition of the successive layers of electrophoresis, sealer and lacquer on the metal significantly modify the surface roughness. Hydrodynamic models were developed during this thesis project, which aim at predicting the final topography of the painted sheet. Emphasis is placed on the influence of the paint rheology, Newtonian or non-Newtonian, on the leveling. A major challenge regarding the study of the painting is the measurement of its rheological parameters in the geometric configuration of thin films. A method is presented which, by resolving an inverse problem, allows an in situ characterization of the rheology of the paint. An important experimental work and the development of tools for characterizing surface roughness based on the wavelet transform validated the use of the different models to describe the various stages of the process of painting. The interaction of light with the painted surfaces is finally briefly investigated. A model which takes into account the influence of the roughness and the phenomenon of light scattering in the paint layer is presented. Simulations were made from this model and confronted to experimental results, showing promising results.; L'aspect visuel des pièces peintes d'une automobile contribue significativement à la qualité de l'ensemble du véhicule. Si les procédés industriels de dépôt de peinture mis en oeuvre au cours de la fabrication de l'automobile impactent de manière prépondérante l'aspect visuel des tôles revêtues, la qualité intrinsèque de la tôle utilisée n'en est pas moins un facteur essentiel de l'obtention de cet aspect. Nous nous intéressons dans ce projet de thèse à l'influence de la topographie des tôles rugueuses sur l'aspect des pièces automobiles après mise en peinture. Le dépôt des couches successives de cataphorèse, sealer et laque sur la tôle modifie en profondeur la rugosité des surfaces. Plusieurs modèles hydrodynamiques ont été développés au cours de ce projet de thèse, qui permettent de prédire la topographie finale de la tôle revêtue. L'accent est mis sur l'influence de la rhéologie, newtonienne ou non-newtonienne, de la peinture automobile sur la dynamique de l'écoulement. Une des principales difficultés relative à l'étude menée sur la peinture est la mesure des paramètres de rhéologie dans la configuration géométrique des films minces. Une méthode est présentée qui, via la résolution d'un problème inverse, permet une caractérisation in situ de la rhéologie de la peinture constitutive du film. Un important travail expérimental et le développement d'outils de caractérisation de la rugosité des surfaces, basés notamment sur la transformée en ondelette, ont permis de valider l'utilisation des différents modèles en vue de décrire les différentes étapes du procédé de mise en peinture. La question de l'interaction de la lumière avec les surfaces revêtues est enfin brièvement abordée. Un modèle permettant de prendre en compte l'influence de la rugosité et du phénomène de diffusion de la lumière au sein de la couche de peinture est présenté. Des simulations de rendus ont été réalisées à partir de ce modèle et confrontées à des rendus mesurés expérimentalement, qui donnent des résultats prometteurs.

The visual appearance of the painted steel sheets constituting the body of a car contributes significantly to the quality of the entire vehicle. If the industrial processes of paint deposition has a major impact on the visual appearance of the painted steel sheets, the intrinsic quality of the steel sheet used remains a key factor in its obtention. In this thesis, the influence of the topography of rough steel sheets on the appearance after painting is investigated. The deposition of the successive layers of electrophoresis, sealer and lacquer on the metal significantly modify the surface roughness. Hydrodynamic models were developed during this thesis project, which aim at predicting the final topography of the painted sheet. Emphasis is placed on the influence of the paint rheology, Newtonian or non-Newtonian, on the leveling. A major challenge regarding the study of the painting is the measurement of its rheological parameters in the geometric configuration of thin films. A method is presented which, by resolving an inverse problem, allows an in situ characterization of the rheology of the paint. An important experimental work and the development of tools for characterizing surface roughness based on the wavelet transform validated the use of the different models to describe the various stages of the process of painting. The interaction of light with the painted surfaces is finally briefly investigated. A model which takes into account the influence of the roughness and the phenomenon of light scattering in the paint layer is presented. Simulations were made from this model and confronted to experimental results, showing promising results.; L'aspect visuel des pièces peintes d'une automobile contribue significativement à la qualité de l'ensemble du véhicule. Si les procédés industriels de dépôt de peinture mis en oeuvre au cours de la fabrication de l'automobile impactent de manière prépondérante l'aspect visuel des tôles revêtues, la qualité intrinsèque de la tôle utilisée n'en est pas moins un facteur essentiel de l'obtention de cet aspect. Nous nous intéressons dans ce projet de thèse à l'influence de la topographie des tôles rugueuses sur l'aspect des pièces automobiles après mise en peinture. Le dépôt des couches successives de cataphorèse, sealer et laque sur la tôle modifie en profondeur la rugosité des surfaces. Plusieurs modèles hydrodynamiques ont été développés au cours de ce projet de thèse, qui permettent de prédire la topographie finale de la tôle revêtue. L'accent est mis sur l'influence de la rhéologie, newtonienne ou non-newtonienne, de la peinture automobile sur la dynamique de l'écoulement. Une des principales difficultés relative à l'étude menée sur la peinture est la mesure des paramètres de rhéologie dans la configuration géométrique des films minces. Une méthode est présentée qui, via la résolution d'un problème inverse, permet une caractérisation in situ de la rhéologie de la peinture constitutive du film. Un important travail expérimental et le développement d'outils de caractérisation de la rugosité des surfaces, basés notamment sur la transformée en ondelette, ont permis de valider l'utilisation des différents modèles en vue de décrire les différentes étapes du procédé de mise en peinture. La question de l'interaction de la lumière avec les surfaces revêtues est enfin brièvement abordée. Un modèle permettant de prendre en compte l'influence de la rugosité et du phénomène de diffusion de la lumière au sein de la couche de peinture est présenté. Des simulations de rendus ont été réalisées à partir de ce modèle et confrontées à des rendus mesurés expérimentalement, qui donnent des résultats prometteurs.

Biophotonics enabled numerous scientific and technological advances for understanding the mechanisms ruling the living as well as in the field of medicine. New tools are regularly developped in order to extend further the limits of the understanding of the molecules constituting the living, and to improve the diagnostics and treatment of diseases. Optical biochips are tools participating into a better understanding of biomolecular surface interactions, and permitted high throughput genetic diagnostics or the simultaneous characterization of a large number of protein interactions in parallel. Furthermore, surface plasmon resonance-based biochips enable the dynamical characterization of biomolecular interactions, without the need of using fluorescent markers The main goal of this work was to develop experimentally a biochip system based on surface plasmon resonance able to dynamically characterize anisotropy resulting from the mean orientation of surface-bound biomolecular assemblies. The system's validation was realized through three applications : the observation of biomolecules orientation effected by a change in the fluidic regime ; the characterization of the anisotropy induced by an electric field on a nanometric-thick biomolecular assembly ; and finally the orientation of strings of micronic magnetic beads under a magnetic field. The second goal of this work was to study and develop new laterally-structured metallic substrates. The local perturbation of the evanescent field propagating at the surface of metal was observed through the use of micro- to nano- scale structured samples.; La biophotonique a permis de nombreuses avancées scientifiques, tant dans le domaine de la compréhension des mécanismes du vivant que dans le domaine de la médecine. Les biopuces optiques sont des outils participants à une plus grande compréhension des interactions biomoléculaires de surface et ont rendu possible le diagnostic génétique à haut débit ou la caractérisation simultanée d'un grand nombre d'interactions protéiques en parallèle. Les biopuces à résonance de plasmon de surface permettent de plus la caractérisation dynamique des interactions biomoléculaires, tout en se passant de l'utilisation de marqueurs fluorescents. L'objectif principal de ce travail a reposé sur la mise au point expérimentale d'un système de biopuces à résonance de plasmon de surface capable de caractériser dynamiquement l'anisotropie résultante de l'orientation moyenne d'édifices biomoléculaires de surface. La validation du système ainsi réalisé a été effectuée au travers de trois applications : l'observation de l'orientation de biomolécules sous l'effet d'un changement de régime fluidique ; la détermination de l'anisotropie induite par un champ électrique sur un assemblage biomoléculaire d'épaisseur nanométrique ; et enfin l'orientation de filaments de billes magnétiques microniques sous l'effet d'un champ magnétique. Le second objectif de ce travail reposait sur l'étude et le développement de nouveaux substrats métalliques structurés latéralement. La perturbation locale du champ évanescent se propageant à la surface du métal a ainsi pu être mis en évidence par le biais d'échantillons micro- puis nano- structurés.

Biophotonics enabled numerous scientific and technological advances for understanding the mechanisms ruling the living as well as in the field of medicine. New tools are regularly developped in order to extend further the limits of the understanding of the molecules constituting the living, and to improve the diagnostics and treatment of diseases. Optical biochips are tools participating into a better understanding of biomolecular surface interactions, and permitted high throughput genetic diagnostics or the simultaneous characterization of a large number of protein interactions in parallel. Furthermore, surface plasmon resonance-based biochips enable the dynamical characterization of biomolecular interactions, without the need of using fluorescent markers The main goal of this work was to develop experimentally a biochip system based on surface plasmon resonance able to dynamically characterize anisotropy resulting from the mean orientation of surface-bound biomolecular assemblies. The system's validation was realized through three applications : the observation of biomolecules orientation effected by a change in the fluidic regime ; the characterization of the anisotropy induced by an electric field on a nanometric-thick biomolecular assembly ; and finally the orientation of strings of micronic magnetic beads under a magnetic field. The second goal of this work was to study and develop new laterally-structured metallic substrates. The local perturbation of the evanescent field propagating at the surface of metal was observed through the use of micro- to nano- scale structured samples.; La biophotonique a permis de nombreuses avancées scientifiques, tant dans le domaine de la compréhension des mécanismes du vivant que dans le domaine de la médecine. Les biopuces optiques sont des outils participants à une plus grande compréhension des interactions biomoléculaires de surface et ont rendu possible le diagnostic génétique à haut débit ou la caractérisation simultanée d'un grand nombre d'interactions protéiques en parallèle. Les biopuces à résonance de plasmon de surface permettent de plus la caractérisation dynamique des interactions biomoléculaires, tout en se passant de l'utilisation de marqueurs fluorescents. L'objectif principal de ce travail a reposé sur la mise au point expérimentale d'un système de biopuces à résonance de plasmon de surface capable de caractériser dynamiquement l'anisotropie résultante de l'orientation moyenne d'édifices biomoléculaires de surface. La validation du système ainsi réalisé a été effectuée au travers de trois applications : l'observation de l'orientation de biomolécules sous l'effet d'un changement de régime fluidique ; la détermination de l'anisotropie induite par un champ électrique sur un assemblage biomoléculaire d'épaisseur nanométrique ; et enfin l'orientation de filaments de billes magnétiques microniques sous l'effet d'un champ magnétique. Le second objectif de ce travail reposait sur l'étude et le développement de nouveaux substrats métalliques structurés latéralement. La perturbation locale du champ évanescent se propageant à la surface du métal a ainsi pu être mis en évidence par le biais d'échantillons micro- puis nano- structurés.