Thèse soutenue

Canaux d'eau artificielle supramoléculaires : de la conception moléculaire aux matériaux de membrane

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Auteur / Autrice : Istvan Kocsis
Direction : Mihai Barboiu
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie et physico-chimie des matériaux
Date : Soutenance le 05/10/2017
Etablissement(s) : Montpellier
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Européen des membranes (Montpellier)
Jury : Président / Présidente : André Ayral
Examinateurs / Examinatrices : Mihai Barboiu, André Ayral, Pierre Aimar, Andreea Pasc, Ion Grosu, Françoise Bonnete
Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Aimar, Andreea Pasc

Résumé

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Le travail décrit dans cette thèse couvre une étude fondamentale sur des canaux artificiels d'eau et sur des matériaux membranaires incorporant ces canaux. Structuré en quatre chapitres, la thèse commence par une présentation de l'état de l’art sur les systèmes biomimétiques de transport d'eau et des membranes biomimétiques. Au centre de tous ces travaux de recherche sont les protéines biologiques hautement efficaces et sélectives, les Aquaporines. Le deuxième chapitre présente les canaux artificiels d'eau à base d'imidazole-quartet. Les similitudes structurelles et fonctionnelles avec les Aquaporines sont discutées et caractérisées par plusieurs méthodes expérimentales. Les structures à l'état solide obtenues à partir de monocristaux présentent une organisation très similaire des I-quartets avec leurs homologues biologiques. Le biomimétisme fonctionnel du transport de l'eau a été démontré par des expériences cinétiques de transport à travers des systèmes vésiculaires. Le mécanisme de translocation de l'eau et l'organisation confinée dans des environnements lipidiques a été confirmé par des simulations dynamiques moléculaires, tandis que la preuve physique de l'eau orientée dipolaire dans les canaux intégrés aux lipides a été fournie par des expériences de spectroscopie IR polarisée. Le troisième chapitre présente de nouveaux canaux d'eau artificiels en utilisant une stratégie d'auto-assemblage. De nouveaux composés à base de diol, de tétrazacrown et de tryarilamine capables de transporter l'eau sont décrits. Le dernier chapitre décrits le passage du niveau moléculaire aux matériaux membranaires macroscopiques incorporant des canaux d'eau artificiels. Deux configuration membranaires différentes ont été décrites: des membranes en couche mince par l'incorporation de nanoparticules à base d'imidazole dans des polymères de polyamide et des membranes de la cellulose régénérée chimiquement greffée par des monomères de canaux d'eau artificiels. Les membranes ont été caractérisées par diverses méthodes d'imagerie et d'analyse et leurs performances ont été testées dans des expériences d'osmose inverse et de filtration d'osmose directe. La thèse est conclue avec une partie de conclusion générale, comprenant des perspectives pour les développements futurs.