L'hémodiafiltration (HDF) est une technique de dialyse qui est proposée comme alternative à l'hémodialyse (HD) classique pour les patients souffrant d'insuffisance rénale terminale (IRT). L'HDF est de plus en plus utilisée car elle permet une meilleure élimination des molécules de haut poids moléculaire et une meilleure stabilité cardiovasculaire. Toutefois, l'influence de cette technique sur l'équilibre acide-base des patients en HDF est peu discutée dans la littérature. Dans ce travail, les effets des conditions opératoires (débits, pressions, concentration en bicarbonate (HCO3-) du dialysat) sur l'équilibre acide-base (pH, pO2, pCO2 et concentration plasmatique en HCO3-) ont été étudiés. Cette étude est basée sur la réalisation d'essais in vitro et in vivo qui ont permis de comparer l'équilibre acide-base en modes HD et HDF postdilution. Dans le cas des essais in vitro, une étude paramétrique utilisant du sang bovin a été menée. Elle a permis de valider un modèle représentant les variations de la concentration plasmatique du HCO3- au cours d'une séance de dialyse. Puis une étude clinique préliminaire a été effectuée au CHU d'Amiens : 6 patients ont été suivis pour un total de 23 séances de dialyse. Les mêmes tendances entre les essais in vitro et in vivo ont été observées pour la variation plasmatique de HCO3- et la dialysance du HCO3- qui décroît au cours du temps (de 110 mL/min à 40 mL/min au bout d'une heure). Par contre, dû à l'absence de respiration, les variations de pO2 et pCO2 sont différentes dans les essais in vitro. Quant à la comparaison HD/HDF, d'autres essais in vivo restent encore à réaliser pour obtenir un résultat significatif sur le plan statistique.

Les tissus de verre imprégnés d'une matrice de type époxyde constituent le matériau de base des circuits imprimés. Après imprégnation du tissu par la résine, des défauts (striations, absence locale de résine, dryness, ...), rédhibitoires pour la fiabilité diélectrique et structurale, peuvent être observés. Ces défauts sont attribués en général à un « mauvais mouillage » du tissu, sans que l'on sache précisément le définir.<br />La mouillabilité du tissu, au sens thermodynamique du terme, est-elle réellement en cause? <br />Pour apporter des éléments de réponse à cette question, nous avons cherché à caractériser les propriétés de surfaces des tissus aux échelles microscopique et macroscopique.<br />La caractérisation microscopique a permis d'apprécier l'homogénéité des traitements des tissus et d'identifier les fonctions chimiques présentes.<br />La caractérisation macroscopique, fondée sur le suivi de la progression capillaire dans un tissu, a représenté l'essentiel de ce travail. L'approche suivie repose sur une évolution du modèle de Washburn initialement adapté aux milieux poreux isotropes. Il a été complété pour prendre en compte les spécificités du milieu poreux hiérarchisé anisotrope qu'est le tissu de verre : existence de deux populations de canaux (macro- et micro-canaux correspondant respectivement à l'espace entre les fils et à l'espace entre les filaments), grande surface d'échange (rôle de l'évaporation du liquide imprégnant), couplages dans le mouillage des fils de directions orthogonales (existence d'un double front de progression capillaire).<br />A l'issue de ce travail, un protocole de caractérisation, permettant la mesure des rayons capillaires au sein des structures tissées, mais aussi de la composante dispersive de l'énergie de surface et du caractère acide/base des tissus de verre, a été défini et validé. La connaissance de ces caractéristiques, couplée à l'analyse des résines d'imprégnation, permet de progresser dans l'estimation de la compatibilité renfort/matrice.

Un matériau adaptatif ou " intelligent " est capable de modifier spontanément ses propriétés physico-chimiques en réponse à un stimulus (température, pH, etc.). Les surfaces sensibles à un stimulus mécanique constituent une nouvelle catégorie de matériaux adaptatifs capables de montrer des changements de propriétés de surface sous l'effet d'une contrainte mécanique. Dans ce contexte, ces travaux se concentrent sur l'adsorption d'objets biologiques tels que des protéines sur un support élastique. L'objectif étant de contrôler cette adsorption en fonction du taux d'étirement du substrat. Les élastomères de silicone (PDMS), de par leur élasticité et leur faible toxicité, constituent des supports de choix pour l'élaboration de telles surfaces. Ces matériaux polymère sont largement utilisés dans le domaine médical et en microfluidique.La première étape d'élaboration consiste à rendre la surface du support de PDMS chimiquement réactive. Pour des temps de traitement courts, la polymérisation plasma de l'anhydride maléique permet d'introduire des groupements réactifs à la surface du PDMS, tout en conservant ses propriétés élastiques à l'échelle locale.Les substrats de PDMS traités présentent des propriétés acide-base de surface qui sont caractéristiques des groupements diacide du film polymère plasma. Le degré d'ionisation et les propriétés d'adhésion de ces surfaces sont étudiés en fonction du pH. L'évolution de ces propriétés sous élongation atteste de l'effet de dilution des groupements réactifs de surface.Le support étirable et réactif est ensuite fonctionnalisé avec des systèmes constitués de polymères et de récepteurs spécifiques. D'une part, les chaînes de poly(éthylèneglycol) (Peg) présentent des propriétés de résistance à l'adsorption de protéines. D'autre part, la biotine est un récepteur capable de se lier spécifiquement à une protéine, la streptavidine. En combinant le greffage covalent des Pegs et de la biotine sur le substrat de PDMS, on obtient une surface bi-fonctionnelle. L'objectif est de masquer la biotine avec les Pegs lorsque le substrat est à l'état relaxé, puis de promouvoir l'adsorption spécifique de la streptavidine sous élongation, afin d'obtenir un système de reconnaissance moléculaire sensible à un stimulus mécanique.

Notre travail constitue une analyse objective de l'évolution des connaissances relatives aux acides et aux bases construites par les élèves et les étudiants suite aux enseignements reçus et en particulier lors de la transition lycée-université. Les travaux antérieurs avaient pour objectif de faire ressortir les conceptions alternatives et les difficultés dans la compréhension de ces concepts que sont susceptible de rencontrer les élèves et étudiants concernés par notre étude. Notre cadre théorique s’articule autour de la transposition didactique, de rapport au savoir et des relations entre les phénomènes et leur modélisation dans l'enseignement de la chimie. D’où l’apparition des questions et hypothèses de recherche. Suite aux analyses effectuées, il en résulte un manque de rigueur dans l’utilisation du vocabulaire et/ou du formalisme conduisant parfois à la présentation de modèles hybrides susceptibles d’induire chez les élèves ou les étudiants des conceptions alternatives ou de conduire à des difficultés de compréhension. Plusieurs conceptions alternatives et difficultés résultent aussi de la non mise en relation claire et explicite par les enseignants des trois registres de la chimie, macroscopique, microscopique et symbolique. Enfin, la transition lycée-université ne remplit pas les conditions favorables à un approfondissement conceptuel des savoirs vus en terminale, elle permet tout au plus leur réappropriation par certains. / This work consisted of a complete longitudinal study of the didactic transposition relative to the acids and base conceptual field from the upper-secondary school to the first university year in Tunisia. A literature review led to the formulation of the research questions and hypotheses and to the choice of a analysis theoretical framework, the anthropological theory of didactics of Chevallard and the link between phenomena and their modelling in the chemistry education. Having made a historical analysis of the reference knowledge construction we realized a study of the institutional relationship of the pupils/students with the objects of knowledge for the various levels of education. We found a lack of strictness in the use of the vocabulary and\or formalism sometimes leading to the presentation of hybrid models susceptible to induce pupils/ student’s alternative conceptions or to lead to difficulties of understanding. We put in evidence that the tasks and techniques which repeat during the various levels of education concern the pH calculations and titrations. In the taught knowledge we have identify some inaccuracies and some inadequacy which can be at the origin of certain difficulties or alternative conceptions. Concerning the evolution of the knowledge learnt further to the successive educations, we put in evidence that the education concerning the acid and base concepts from the second year of upper-secondary school (grade 10) to the first university year leads gradually to the passage of a "phenomenological model" to a "symbolic model", then to a " pithy formula model", but little to the integration of the Bronsted scientific model. We also showed that it is in the difficulty to linking the three registers of chemistry, macroscopic, microscopic and symbolic, that lives the main difficulties encountered by pupils/students and their tendency to have recourse to use alternative reasoning’s. Besides, the conceptions and the identified alternative reasoning’s seem due to a lack of strictness in the presentation of the taught knowledge contents. Finally, if we consider the conceptual evolution during the secondary school-university transition, we put in evidence that this transition does not perform the favourable conditions to a conceptual analysis of the knowledge’s seen in grade 12, it allows, at the most, to their another appropriation by some. Propositions for improve this evolution were formulated.

Le rein joue un rôle crucial dans de multiples processus biologiques, tels que le maintien de l’homéostasie acide-base et de la balance sodée. Le transport de chlore dans le néphron distal est un élément majeur de ces deux fonctions physiologiques. Au cours de ma thèse, j’ai travaillé sur deux projets relatifs à la physiologie et la physiopathologie du transport de chlore dans le néphron distal. Le premier travail concerne la caractérisation fonctionnelle et moléculaire d’un modèle murin dont le gène Slc4a1 codant pour l’échangeur d’anion de type 1 (AE1) a été modifié, pour introduire une mutation ponctuelle (R589H) dans la séquence protéique. Cette mutation est la plus fréquente des mutations de cette protéine responsable d’acidose tubulaire rénale distale chez l’Homme. Comme les patients, ces souris présentent une acidose tubulaire distale. Nos résultats ont montré que la diminution de l’activité d’échange Cl-/HCO3-, due à la baisse drastique de l’expression d’AE1 dans les cellules -intercalaires du canal collecteur, affecte l’expression et la distribution apicale de la pompe à protons, ce qui altère de ce fait la fonction d’acidification de l’urine. Le second travail porte sur l’étude de la régulation du transport de chlore par le complexe protéique ClC-Kb/Barttin, par phosphorylation de la Barttin. Ce travail démontre que la phosphorylation de la Barttin stimule le transport de chlore du canal ClC-Kb, en augmentant la distribution et la stabilité du complexe ClC-Kb/Barttin à la membrane. Ainsi, la phosphorylation de la Barttin pourrait représenter un mécanisme d’adaptation du transport de chlore en réponse à des variations des apports alimentaires en NaCl. / Kidney plays a major role in several biological fonctions as sodium balance or acid-base homeostasis. Chloride transport in the distal nephron is a key element of these two processes. During my thesis, i have worked on two projects related to physiology and pathophysiology of chloride transport in distal nephron. The first study is the functionnal and molecular characterization of a mouse model bearing the most common dominant dRTA mutation in human AE1, R589H, which corresponds to R607H in the mouse. R607H knock-in mice display incomplete dRTA. Our results showed that reduced basolateral anion exchange activity in type A intercalated cells inhibits trafficking and regulation of V-type ATPase, compromising luminal H+ secretion. In the second study, we investigated the role of a phosphorylation site in the regulation of chloride transport by the ClC-Kb/Barttin channels complex. Our results indicates that Barttin phosphorylation stimulates chloride transport by ClC-Kb channels by increasing the number of active channels in the membrane and hence are involved in the mechanisms of adaptation of renal chloride absorption in response to changes in dietary NaCl intake.

Les hydroxyapatites (HAps) sont des matériaux basiques qui présentent des propriétés catalytiques atypiques, notamment une sélectivité importante en butanol à partir de l’éthanol. Leur versatilité en termes de composition et de morphologie, facilement contrôlée par la synthèse, s’accompagne d’une grande modularité des propriétés acido-basiques de la surface, ce qui nous a permis d’établir des relations structure-réactivité dans l’objectif de rationaliser son mode de fonctionnement au niveau moléculaire. Certes, la stœchiométrie qui traduit le rapport Ca/P est un paramètre clé pour l’activité de ces matériaux dans ce type de réaction mais il s’avère que c’est plus précisément la concentration massique des OH des colonnes qui gouverne le niveau de la réactivité, ce qui oriente vers l’implication de ces espèces en tant que sites basiques. Au delà de cet aspect macroscopique, une approche visant la discrimination des contributions des OH-, PO43- et PO-H de surface et de cœur a été menée par IR et RMN du solide via des échanges isotopiques H-D, des prétraitements thermiques et des séquences RMN spécifiques. L’implication dans les interactions acides ou basiques des sites présents en surface a été suivie par adsorption de molécules sonde. L’adsorption du CO2 a révélé le caractère basique faible de la surface des HAps en générant des hydrogénocarbonates et des carbonates, respectivement suite à l’implication des OH basiques de terminaison en surface et des oxygènes de groupements phosphates. Seuls les OH qui émergent des colonnes sont impliqués dans l’interaction avec l’acétylène, conjointement avec les acides de BrØnsted PO-H (phosphates de terminaisons protonés). Les ions calcium sont peu accessibles (adsorption de CO et données XPS) et l’augmentation de leur accessibilité relative via la modulation de paramètres post-synthèse ne favorise pas la formation du n-butanol. Le suivi de la réaction de conversion d’éthanol en mode operando appuie la participation de la paire acide-base PO-H/OH dans le processus catalytique. L’étude de l’influence de la morphologie sur le comportement catalytique des HAps nous a incités à proposer qu’au-delà d’une réactivité favorisée sur les faces (001), l’allongement des particules bénéficie aussi au processus catalytique. Plus largement, le rôle joué par la mobilité des protons qui est un processus activé en température, permettrait d’unifier l’ensemble des données expérimentales qui rendent compte d’une sensibilité à la structure. / StructureHydroxyapatites (HAps) are basic materials which exhibit atypical catalytic properties, particularly a high selectivity in n-butanol from ethanol’s conversion. Versatility in terms of composition and morphology, easily tuned by synthesis, is accompanied by a high modularity of acid-base properties of the surface, which allowed us to establish structure-reactivity relationships in order to rationalize how the system works at a molecular level. Certainly stoichiometry, represented by the bulk Ca/P ratio, is a key parameter for the activity of these materials for this type of reaction, but it seems that the concentration of OH in the columns governs the conversion level, highlighting the role of these species as basic sites. Beyond this macroscopic aspect, an approach intended for the discrimination of the bulk and surface spectroscopic contributions of OH, PO43- and PO-H was implemented by IR and solid state NMR via H-D isotopic exchanges, thermal pretreatments and specific NMR sequences. The involvement of the present sites on the surface was investigated by adsorption of probe molecules. The CO2 adsorption revealed the low basicity of the surface generating hydrogenocarbonates and carbonates, respectively as a result of the interaction with the basic surface OH and oxygens of the phosphate groups. Only basic OH sites emerging from the columns are involved in the interaction with the acetylene, in association with Brönsted acids PO-H (protonated terminated phosphates). Calcium ions are inaccessible (CO adsorption and XPS data) and the increase of its relative accessibility via the modulation of the post-synthesis parameters does not promote the formation of n-butanol. Monitoring the reaction conversion of ethanol in operando mode supports the participation of the acid-base pair PO-H/OH in the catalytic process. The study of the influence of the morphology on the catalytic behavior of HAps led us to propose that beyond the enhancement of the reactivity on the (001) surfaces, the elongation of the particles is also beneficial to the catalytic process. The role of the protons mobility, activated by temperature, may unify all the experimental data that reflect a good sensitivity to the structure.

Un matériau adaptatif ou « intelligent » est capable de modifier spontanément ses propriétés physico-chimiques en réponse à un stimulus (température, pH, etc.). Les surfaces sensibles à un stimulus mécanique constituent une nouvelle catégorie de matériaux adaptatifs capables de montrer des changements de propriétés de surface sous l'effet d'une contrainte mécanique. Dans ce contexte, ces travaux se concentrent sur l'adsorption d'objets biologiques tels que des protéines sur un support élastique. L'objectif étant de contrôler cette adsorption en fonction du taux d'étirement du substrat. Les élastomères de silicone (PDMS), de par leur élasticité et leur faible toxicité, constituent des supports de choix pour l'élaboration de telles surfaces. Ces matériaux polymère sont largement utilisés dans le domaine médical et en microfluidique.La première étape d'élaboration consiste à rendre la surface du support de PDMS chimiquement réactive. Pour des temps de traitement courts, la polymérisation plasma de l'anhydride maléique permet d'introduire des groupements réactifs à la surface du PDMS, tout en conservant ses propriétés élastiques à l'échelle locale.Les substrats de PDMS traités présentent des propriétés acide-base de surface qui sont caractéristiques des groupements diacide du film polymère plasma. Le degré d'ionisation et les propriétés d'adhésion de ces surfaces sont étudiés en fonction du pH. L'évolution de ces propriétés sous élongation atteste de l'effet de dilution des groupements réactifs de surface.Le support étirable et réactif est ensuite fonctionnalisé avec des systèmes constitués de polymères et de récepteurs spécifiques. D'une part, les chaînes de poly(éthylèneglycol) (Peg) présentent des propriétés de résistance à l'adsorption de protéines. D'autre part, la biotine est un récepteur capable de se lier spécifiquement à une protéine, la streptavidine. En combinant le greffage covalent des Pegs et de la biotine sur le substrat de PDMS, on obtient une surface bi-fonctionnelle. L'objectif est de masquer la biotine avec les Pegs lorsque le substrat est à l'état relaxé, puis de promouvoir l'adsorption spécifique de la streptavidine sous élongation, afin d'obtenir un système de reconnaissance moléculaire sensible à un stimulus mécanique. / Surface responsive materials have the property to show response mechanisms triggered by external stimuli (temperature, pH, etc.). Mechanically responsive surfaces are a new kind of stimuli-responsive materials, which surface properties change in response to mechanical stress. This work focuses on the controlled adsorption of biological objects such as proteins on an elastic substrate. The goal is to control adsorption as a function of the elongation of the substrate. In elaborating mechanically responsive materials, silicone elastomers (PDMS) constitute interesting substrates because of their high flexibility and low toxicity. These polymers are widely used in biomedical devices and in microfluidics.The first step of elaboration consists in making the PDMS substrate chemically reactive. For low treatment time, plasma polymerization of maleic anhydride leads to the introduction of reactive groups on PDMS surface, while maintaining elastic properties at local scale.Treated PDMS substrates show acide-base properties which are characteristic of the diacid groups from the plasma polymer thin film. The degree of ionization and the adhesion properties of the surface are studied as a function of pH. The evolution of these properties under elongation attests from the dilution effect of surface reactive groups.The stretchable and reactive substrate is then functionalized with systems made of polymers and specific receptors. Poly(ethyleneglycol) (Peg) chains are well known to resist to protein adsorption, whereas biotin receptors bind specifically streptavidinproteins. A bi-functional surface is obtained by combining covalent grafting of Pegs and biotine on the PDMS substrate. The goal is to mask biotin with Peg chains in the relaxed state, while promoting specific binding of streptavidin under elongation of the substrate. This material may constitute a molecular recognition system that responds to a mechanical stimulus.

Le massif de l'Agly (Pyrénées Orientales) comporte deux associations acide-basiques d'âge hercynien mises en place respectivement dans la catazone et dans la mésozone: le massif d'Ansignan et le massif de St-Arnac. Cinq familles basiques et intermédiaires ont été distinguées dans l'association catazonale: le groupe A (Tholéitique), B Calco-Alcalin, C Calco-Alcalin Potassique, C1 Chimiquement analogue à certaines vaugnérites et D qui ne contient que des termes intermédiaires et qui est transitionnel entre le calco-alcalin et le tholéitique. Dans l'association mésozonale les deux groupes chimiques distingués sont de type calco-alcalin avec un caractère plus ou moins potassique. Seul le groupe B montre un équivalent du point de vue des rapports d'incompatibles avec le groupe le moins potassique mésozonal. Les deux faciès acides du massif d'Ansignan (La granodiorite charnockitique et le granite blanc à grenat) sont alumineux et présentent certaines caractéristiques des granites magnesiopotassiques. La charnockite et le granite blanc ne peuvent être obtenus par différenciation des roches basiques A, B, C ou D. Les variations linéaires observées dans le groupe C1 rejoignent le domaine de composition de la charnockite suggérant une certaine relation génétique entre les deux faciès. Dans le massif de St-Arnac les trois faciès acides (la Granodiorite, le Granite porphyroide et le Granite clair de Lansac) présentent les caractéristiques minéralogiques géochimiques des facies calco-alcalins. L'absence de termes intermédiaires entre les facies basiques et acides font que les relations génétiques entre ces deux faciès ne sont pas bien établies.

The current increase in the atmospheric CO2 concentration results in two major consequences in the marine environment: an increase of the sea surface temperature (0.7 °C since pre-industrial times) and a decreased seawater pH. This decrease is being measured continuously in different parts of the world and ranges from -0.0017 to -0.04 units per year according to the location considered. Based on CO2 emissions models provided by the IPCC, it was predicted that the average open ocean pH would decrease further by 0.4 units by 2100 and 0.8 by 2300 (corresponding to about a three-fold and six-fold increase of the proton concentration). Also, saturation states of seawater for the different forms of calcium carbonate, such as calcite, magnesium calcite and aragonite which are produced by calcifying marine organisms, are decreasing and consequently the saturation horizons of these minerals are shoaling. Today, some environments are characterized by pH values lower than the average open ocean pH. These are intertidal rock pools, upwelling zones, the deep-sea and CO2 vents. In these environments, pH is either constantly low or fluctuates. Those changes are either due to biological activity, geological CO2 leakage, or water masses movements. Within these environments, it has been hypothesized that organisms could be adapted or acclimatized to low pH values such as those predicted for the near-future. <p><p>Tolerance to ocean acidification in metazoans is linked to their acid-base regulation capacities when facing environmental hypercapnia (i.e. increased CO2 concentration in the surrounding environment). The latter may result in a hypercapnia of the internal fluids and a concomitant acidosis (i.e. reduced pH of the internal fluids due to the dissociation of CO2 in this case). Organisms have two buffer systems allowing the compensation of this acidosis: the CO2-bicarbonate and the non-bicarbonate buffers. Homeostasis of the internal fluids thanks to these systems is essential for the proper functioning of enzymes and processes. As hypometabolic calcifying osmoconformers, three of the characteristics conferring a relative vulnerability to ocean acidification, echinoderms are considered “at risk” for the near-future conditions. Nonetheless, post-metamorphic (juveniles and adults) echinoderms inhabit all environments showing naturally low pH. Furthermore, sea urchins which are highly calcified (compared to sea stars or sea cucumbers) are also found in these environments. This suggests that echinoderms have strategies to adapt or acclimate to low pH environments. Recent studies indicated that while sea urchins are able to regulate their coelomic (extracellular) fluid by accumulation of bicarbonate, sea stars seem to tolerate the acidosis linked to environmental hypercapnia. However, this information was obtained on a reduced number of species and significant interspecific differences were evidenced. Some taxa have not been investigated at all. Furthermore, several aspects of the acid-base physiology were unexplored, like the buffering capacity of the extracellular fluid and the origin of carbon within these fluids.<p><p>Accordingly, the goal of this study was to characterize the acid-base physiology in post-metamorphic echinoderms of different taxa in order to understand their response to ocean acidification.<p><p>The acid-base regulation capacities within the different echinoderm taxa were compared. A method was designed to measure the total alkalinity in small volumes (500 µl) of the main extracellular fluid (the coelomic fluid). This study showed that regular euechinoids have an increased buffer capacity in their coelomic fluid compared to seawater and the other echinoderm groups. In sea urchins, bicarbonate and non-bicarbonate buffers come into play, the former playing the major role. This buffer capacity was increased in fed individuals compared to fasted ones and increased further when seawater pH was lowered.<p><p>The acid-base regulation capacities of sea urchins from different taxa were investigated. Regular euechinoids possess an increased buffer capacity of the coelomic fluid allowing them to maintain a higher pH compared to cidaroids at current seawater pH. This pattern was found for temperate, tropical and Antarctic sea urchins. Data was also obtained for irregular echinoids which also showed a particularly low extracellular pH and a buffer capacity close to seawater like cidaroids. When exposed to reduced seawater pH (8.0, 7.7, and 7.4) for 4-6 weeks, regular euechinoids showed an increasing buffer capacity of the coelomic fluid accompanied by a homeostasis of the pH. On the contrary, cidaroids showed no changes in their acid-base status whatever the seawater pH (8.0 to 7.4). The origin of coelomic fluid carbon, investigated by stable carbon isotope analysis, also differs according to taxa. The δ13CDIC of regular euechinoids evidenced a mixing between CO2 from metabolic origin and that from the surrounding seawater. This is further supported by the correlation between the seawater signal of reduced pH conditions (modified by the addition of industrial gas, changing the δ13C to more negative values) and that of the coelomic fluid. On the other hand, cidaroids exhibit a signal reflecting principally metabolic CO2 (very negative δ13C), and the δ13C did not change under varying pH conditions (i.e. did not adapt to the seawater δ13CDIC signature). For irregular echinoids, the carbon origin is unclear as some species show signals close to that of regular euechinoids whereas others are similar to cidaroids.<p><p>The impact of acid-base regulation was investigated by testing the effect of ocean acidification on the mechanical properties of the skeleton (test plates) in the sea urchin Paracentrotus lividus. Individuals from intertidal pools, CO2 vents and a one year acidification experiment (pH 8.0, 7.9 and 7.7) were compared. Only the intertidal pool individuals showed a difference of the Young’s modulus and fracture forces of their plates. Sea urchins from the tide pool with the largest pH fluctuations showed a lower stiffness and strengthened test. On the contrary, sea urchins from CO2 vents and experimental acidification did not display any differences in the several mechanical properties tested. We suggest that the different food qualities (calcified vs. uncalcified algae) in the different tide pools significantly contributed to the observed difference.<p><p>The acid-base regulation ability of sea cucumbers was assessed in two species from contrasted habitats (mangrove intertidal vs. coral reef species). These organisms underwent acidosis of the coelomic fluid when exposed to reduced seawater pH for a short time (6 to 12 days). The δ13C signal of the coelomic fluid mirrored that of the surrounding seawater in all conditions, indicating that the CO2 accumulated (cause of the acidosis) comes also from the seawater. This is still unexplained to date. However, metabolic processes such as respiration and ammonium excretion rates were not affected. No difference was evidenced between the two species.<p><p>The results obtained in this study compiled with data from the literature indicate that post-metamorphic echinoderms have contrasted acid-base physiology with most regular euechinoids compensating the coelomic fluid pH by accumulation of bicarbonate ions (and possibly ophiuroids also), cidaroids and at least one regular euechinoid (Arbacia lixula) having a naturally low coelomic fluid pH which is not affected by acidification, and sea stars and sea cucumbers which do not compensate their coelomic fluid pH when submitted to acidified seawater. In regular euechinoids, negative effects are linked to resource allocation with growth usually being reduced in favor of acid-base regulation mechanisms. Starfish and sea cucumbers appear as resilient to acidification, with very few functions being negatively impacted. In conclusion, it seems that post-metamorphic echinoderms studied so far will not be particularly at risk when facing ocean acidification levels expected by 2100. Furthermore, tolerance to ocean acidification does not seem linked to the present day ambient pH regime. Nevertheless, more studies need to be carried out on brittle stars and sea cucumbers to confirm preliminary results, as well as crinoids which have not been investigated to date. Long-term exposure experiments to estimate energy budget changes as well as more assessments of evolutionary potential in echinoderms are crucially needed./L’augmentation actuelle de la concentration en CO2 atmosphérique a deux conséquences majeures dans l’environnement marin :une augmentation de la température des eaux de surface (0.7°C depuis l’époque préindustrielle) et une diminution du pH de l’eau de mer. Cette diminution est mesurée continuellement dans différentes régions du monde et varie de -0.0017 à -0.04 unités de pH par an en fonction du site considéré. Basé sur des modèles d’émissions de CO2 du GIEC, il a été prédit que le pH moyen de l’océan diminuerait encore de 0.4 unités d’ici 2100 et 0.8 d’ici 2300 (correspondant à une augmentation de la concentration en protons d’environ 3 fois et 6 fois). De même, les états de saturation de l’eau de mer vis-à-vis des différentes formes de carbonate de calcium, telles que la calcite, la calcite magnésienne et l’aragonite produites par les organismes calcifiants, sont en train de diminuer et par conséquent, les horizons de saturation remontent vers les eaux de surface. Aujourd’hui, certains environnements sont caractérisés par des valeurs de pH plus basses que celle de l’océan. Ceux-ci sont les mares intertidales, les zones d’upwelling, l’océan profond et les évents volcaniques. Dans ces environnements, le pH est soit constamment bas ou fluctue. Ces changements sont soit dû à une activité biologique, une fuite de CO2 géologique, ou au mouvement des masses d’eau. Dans ces environnements, il a été suggéré que les organismes pourraient être adaptés ou acclimatés à des valeurs basses de pH, telles que celles prédites pour le futur proche.<p> <p>La tolérance à l’acidification des océans chez les métazoaires est liée à leur capacité de régulation acide-base lorsqu’ils sont exposés à une hypercapnie environnementale (c’est-à-dire, une augmentation de la concentration en CO2 dans l’environnement entourant l’organisme). Ce phénomène peut résulter en une hypercapnie des liquides internes et une acidose concomitante (c’est-à-dire, un pH des liquides internes réduit dû à la dissociation du CO2 dans ce cas précis). Les organismes ont deux systèmes tampons leur permettant de compenser l’acidose :les tampons CO2-bicarbonate et non-bicarbonate. L’homéostasie des liquides internes grâce à ces systèmes est essentielle pour le fonctionnement correct des enzymes et processus. En tant qu’osmoconformes calcifiant hypométaboliques, trois caractéristiques menant à une certaine vulnérabilité face à l’acidification des océans, les échinodermes sont considérés « à risque » pour les conditions du futur proche. Cependant, les échinodermes post-métamorphiques (juvéniles et adultes) occupent tous les environnements montrant un pH faible naturellement. De plus, les oursins qui sont hautement calcifiés (par rapport aux étoiles de mer ou aux concombres de mer) sont également retrouvés dans ces environnements. Ceci suggère que les échinodermes ont des stratégies d’adaptation ou d’acclimatation à ces environnements à bas pH. Alors que des études récentes montrent que les oursins sont capables de réguler le pH du liquide cœlomique (extracellulaire) par l’accumulation de bicarbonates, les étoiles semblent tolérer l’acidose liée à l’hypercapnie environnementale. Néanmoins, ces informations ont été obtenues sur un petit nombre d’espèces et des différences interspécifiques significatives ont été mises en évidence. Certains taxa n’ont pas été étudié du tout. Par ailleurs, différents aspects de la physiologie acide-base sont inexplorés, tels que la capacité tampon du liquide extracellulaire et l’origine du carbone dans ces liquides.<p><p>Par conséquent, le but de cette étude était de caractériser la physiologie acide-base chez les échinodermes post-métamorphiques de différents taxa afin de comprendre leur réponse à l’acidification des océans.<p><p>Les capacités de régulation acide-base au sein des différents groupes d’échinodermes ont été comparées. Une méthode a été mise au point afin de mesurer l’alcalinité totale dans de petits volumes (500 µl) de liquide extracellulaire (le liquide cœlomique). Cette étude démontra que la capacité tampon du liquide cœlomique des euéchinoïdes réguliers est accrue comparée à celle de l’eau de mer ainsi que celle des autres groupes d’échinodermes. Dans les oursins, les tampons bicarbonate et non-bicarbonate entrent en jeux, le premier étant majoritaire. Cette capacité tampon est augmentée chez les individus nourris par rapport à ceux à jeuns et est augmentée plus encore lorsque le pH de l’eau de mer est diminué.<p><p>Les capacités de régulation acide-base ont été étudiées plus spécifiquement dans les différents groupes d’oursins. Les euéchinoïdes réguliers possèdent une capacité tampon accrue du liquide cœlomique leur permettant de maintenir un pH élevé comparé aux oursins cidaroïdes, au pH de l’eau de mer actuel. Ce patron se retrouve dans les oursins tempérés, tropicaux et antarctiques. Des données ont également été obtenues pour les oursins irréguliers qui ont également un pH extracellulaire particulièrement bas et une capacité tampon proche de celle de l’eau de mer comme les cidaroïdes. Lorsqu’ils sont exposés à un pH de l’eau de mer réduit (7.7 et 7.4 par rapport à 8.0) pour 4 à 6 semaines, les euéchinoïdes réguliers ont montré une augmentation de la capacité tampon du liquide cœlomique accompagnée d’une homéostasie du pH de ce liquide. A l’inverse, les cidaroïdes n’ont montré aucune modification de leur statut acide-base quel que soit le pH (8.0 à 7.4). L’origine du carbone du liquide cœlomique, étudié par analyse des isotopes stables du carbone, diffère également en fonction du groupe. Le δ13CDIC des euéchinoïdes réguliers met en évidence un mélange entre du CO2 d’origine métabolique et celui de l’eau environnante. Ceci est également démontré par la corrélation entre le signal de l’eau de mer dont le pH est réduit (modifié par l’ajout de CO2 industriel, changent le δ13C vers des valeurs plus négatives) et celui du liquide cœlomique. En revanche, les cidaroïdes montrent un signal reflétant principalement celui du CO2 métabolique (δ13C très négatif), et le δ13C n’est pas influencé par des conditions de pH variées (c’est-à-dire, qu’il ne s’adapte pas à la signature du δ13CDIC de l’eau de mer). Pour les oursins irréguliers, l’origine du carbone est incertaine puisque certaines espèces montrent un signal proche de celui des euéchinoïdes réguliers et d’autres similaire à celui des cidaroïdes.<p><p>L’impact de la régulation acide-base a été étudié en testant l’effet de l’acidification des océans sur les propriétés mécaniques du squelette (plaques squelettiques) de l’oursin Paracentrotus lividus. Des individus de mares intertidales, d’évents volcaniques et d’une expérience d’acidification d’un an (pH 8.0, 7.9 et 7.7) ont été comparés. Seuls les individus des mares intertidales montrèrent une différence pour le module de Young et la force des fractures des plaques. Les oursins venant de la mare intertidale montrant les plus grandes variations de pH avaient une rigidité plus faible et un squelette renforcé. A l’inverse, les oursins des évents volcaniques et de l’expérience d’acidification n’ont montrés aucune différence dans les diverses propriétés mécaniques étudiées. Nous suggérons que les variations en termes de qualité de nourriture (algues calcifiées vs. non-calcifiées) dans les différentes mares intertidales ont contribués de manière significative à la différence observée.<p><p>L’habilité des concombres de mer à réguler leur balance acide-base a été évaluée dans deux espèces d’habitats contrastés (espèce intertidale des mangroves vs. subtidale des récifs coralliens). Ces organismes ont subis une acidose du liquide cœlomique lorsqu’ils ont été exposés à un pH réduit de l’eau de mer pour une courte durée (6 à 12 jours). Le signal δ13C du liquide cœlomique reflétait celui de l’eau environnante dans toutes les conditions, indiquant que le CO2 accumulé (cause de l’acidose) venait de l’eau. Ceci est encore inexpliqué à l’heure actuelle. Cependant, les processus métaboliques tels que la respiration ou l’excrétion d’ammonium n’ont pas été affecté. Aucune différence n’a été observée entre les deux espèces.<p><p>Les résultats obtenus dans cette étude compilés avec ceux de la littérature indiquent que les échinodermes post-métamorphiques ont une physiologie acide-base contrastée avec la plupart des euéchinoïdes réguliers qui compensent le pH du liquide cœlomique par l’accumulation d’ions bicarbonates (et peut-être les ophiures aussi), les cidaroïdes et au moins un euéchinoïde régulier (Arbacia lixula) qui ont naturellement un pH du liquide cœlomique bas et qui ne sont pas affectés par l’acidification, et les étoiles de mer et les concombres de mers qui ne compensent pas le pH du liquide cœlomique lorsqu’ils sont soumis à une eau acidifiée. Chez les euéchinoïdes réguliers, des effets négatifs sont liés à un changement de l’allocation des ressources avec souvent un taux de croissance réduit en faveur des mécanismes de régulation acide-base. Les étoiles de mer et les concombres de mer apparaissent plus tolérants à l’acidification, avec peu de fonctions négativement impactées. En conclusion, il semble que les échinodermes post-métamorphiques étudiés jusqu’à présent ne seront pas particulièrement à risque lorsqu’ils seront exposés au niveau d’acidification attendu pour 2100. De plus, la tolérance à l’acidification des océans ne semble pas liée au régime de pH subit actuellement. Cependant, plus d’études doivent être menées sur les ophiures et les concombres de mer afin de confirmer les résultats préliminaires, ainsi que sur les crinoïdes qui n’ont à l’heure actuelle pas encore été étudiés. Des expériences à long terme afin d’estimer le budget énergétique des organismes ainsi que plus d’évaluations du potentiel d’évolution chez les échinodermes sont absolument nécessaires.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les réactions de transfert de proton se retrouvent abondamment dans la nature et sont des processus cruciaux dans plusieurs réactions chimiques et biologiques, qui se produisent souvent en milieu aqueux. Les mécanismes régissant ces échanges de protons sont complexes et encore mal compris, suscitant un intérêt des chercheurs en vue d’une meilleure compréhension fondamentale du processus de transfert. Le présent manuscrit présente une étude mécanistique portant sur une réaction de transfert de proton entre un acide (phénol fonctionnalisé) et une base (ion carboxylate) en phase aqueuse. Les résultats obtenus sont basés sur un grand nombre de simulations de dynamique moléculaire ab-initio réalisées pour des systèmes de type « donneur-pont-accepteur », où le pont se trouve à être une unique molécule d’eau, permettant ainsi l’élaboration d’un modèle cinétique détaillé pour le système étudié. La voie de transfert principalement observée est un processus ultra-rapide (moins d’une picoseconde) passant par la formation d’une structure de type « Eigen » (H9O4+) pour la molécule d’eau pontante, menant directement à la formation des produits. Une seconde structure de la molécule d’eau pontante est également observée, soit une configuration de type « Zündel » (H5O2+) impliquant l’accepteur de proton (l’ion carboxylate) qui semble agir comme un cul-de-sac pour la réaction de transfert de proton. / Proton transfer reactions are found abundantly in nature and are critical processes in several chemical and biological reactions, which often occur in aqueous medium. The mechanisms governing these proton exchanges are complex and poorly understood, sparking interest of researchers for a better fundamental understanding of the transfer process. This manuscript presents a mechanistic study for a proton transfer reaction between an acid (functionalized phenol) and a base (carboxylate ion) in aqueous phase. The results are based on a large number of Ab-initio molecular dynamics simulations performed for a “donor-bridge-acceptor” type of system, where the bridge is a single molecule of water, allowing the development of a detailed kinetic model for this system. The transfer channel mainly observed is an ultra-fast one (less than a picosecond), through the formation of a Eigen-like (H9O4+) structure for the bridging water molecule, leading directly to the formation of the products. A second structure of the bridging water molecule is also observed, which is a Zündel-like (H5O2+) configuration involving the proton acceptor (carboxylate ion), which seems to act as a dead-end for the proton transfer reaction.