Les revêtements barrières thermiques sont de plus en plus employés dans l'industrie afm d'accroître lesperformances thermiques et de diminuer les émissions de NOx des turbines aéronautiques et de générationd'électricité. Au cours de cette étude, le système constitué d'un substrat en superalliage base nickelmono cristallin AMI, d'une sous-couche NiAlPt et d'une barrière thermique en zircone yttriée élaborée par voieEBPVD (Electron Bearn Phase Vapor Deposition) a été étudié. Le but de cette thèse était de caractériser lesmodes d'endommagements en conditions représentatives de celles rencontrées en service sur le profil des aubesde turbines hautes pressions. Pour pallier au manque de données dans la littérature ouverte, des essais à différentsniveaux de température et de chargement mécanique ont été réalisés avec pour objectif de découpler les diversmodes d'endommagement qui entrent en jeu dans la ruine des barrières thermiques. Ces essais mécaniques detype fluage isotherme, fluage cyclé thermiquement, fatigue oligocyclique et fatigue avec temps de maintien ontété réalisés dans la gamme de température 950°C-1200°C avec des moyens d'essais classiques de laboratoire. Ilsont permis de mettre en évidence l'impact du chargement mécanique sur la cinétique de croissance de la couched'alumine inter faciale à llOO°C(notamment en fluage) mais aussi le délaminage à l'interface sous-coucheinterne/sous-couche externe en conditions de forte vitesse de déformation viscoplastique du substrat et le rôlemajeur de l'interdiffusion entre sous-couche et substrat sur la durée de vie en fatigue oligocyclique à 950°C. Desessais technologiques ont aussi été réalisés sur le banc MAATRE. / Thermal barrier coatings are widely used in the industry to enhance thermal performances and to decrease NOxemissions of aeronautic gas and electricity generating turbines. During this study, the system consisting of asingle crystal nickel based superalloy AMI (substrate), of a NiAIPt bondcoat and an yttria-stabilized zirconiatopcoat made by columnar EBPVD (Electron Bearn Phase Vapor Deposition) was studied. The aim ofthis thesiswas to characterize the damage mechanisms in conditions representative of those encountered in service on theprofile of high pressure turbine blades. To overcome the lack of data in the open literature, tests at differentlevels oftemperature and mechanicalloading has been made with the aim to decouple the various damage modesthat are involved in degradation of thermal barrier coatings. Thermomechanical testings such as isothermal creeptests, thermally cycled creep tests, low cycle fatigue with or without holding time have been made in thetemperature range 950°C-1200°C with conventional laboratory testing methods. They allowed to demonstratethe impact of the mechanical loading on the oxidation kinetics of the thermally grown oxide at IIOO°C(particularly during creep tests) but also a new delamination mode in the bond coat (near process defaults) in caseof high viscoplastic deformation rate of the substrate and the major role of interdiffusion between bondcoat andsubstrate on the low cyclic fatigue lifetime at 950°C. Finally, technological testings have also been realized onthe MAA TRE test bench.

La barrière hémato-encéphalique (BHE), localisée au niveau des capillaires cérébraux, est une composante cruciale de l’unité neuro-glio-vasculaire car elle est responsable du maintien de l’homéostasie cérébrale. En limitant l’accès de nombreuses molécules au parenchyme cérébral, cette structure protège efficacement le système nerveux central (SNC) de composés toxiques, mais empêche ainsi de nombreux médicaments d’atteindre leur cible. La difficulté à étudier les caractéristiques et la perméabilité de la BHE in vivo a mené lesscientifiques à développer différents modèles in vitro de BHE. Notre modèle, qui consiste en une coculture decellules endothéliales de capillaires cérébraux et de cellules gliales, a été largement caractérisé : il exprime les caractéristiques de la BHE in vivo et s’est avéré utile dans l’étude des interactions cellulaires au sein de la BHEen conditions physiologiques et pathologiques. Le modèle de coculture initialement développé a été complété par l’addition de péricytes cérébraux afin de former des tricultures. En effet, les péricytes apparaissent aujourd’hui comme des acteurs importants de la BHE, mais sont souvent absents des modèles in vitro. Réunir les trois principales populations cellulaires formant la BHE (cellules endothéliales, cellules gliales et péricytes cérébraux) semble nécessaire afin de reproduire encore plus finement la configuration retrouvée in vivo, dans le but de comprendre les interactions cellulaires ayant cours au sein de la BHE en conditions physiologiques et pathologiques. Sur la base de notre coculture originelle, deux tricultures ont été mises en place : alors que dans la première les péricytes sont cultivés à distance des cellules endothéliales, ces deux types cellulaires sont étroitement associés dans le second. Les deux modèles ont été caractérisés en terme de morphologie et d’expression de marqueurs endothéliaux, de perméabilité paracellulaire et d’expression de pompes d’efflux, démontrant qu’ils représentent tous deux des modèles pertinents de BHE. Ils permettront d’étudier la contribution des péricytes au phénotype de BHE et à sa réponse en conditions pathologiques, prenant en considération la composante glio-vasculaire. Dans la majorité des cas, l’utilisation des modèles in vitro de BHE au cours des processus de découverte de médicaments vise à prédire si de potentielles molécules thérapeutiques à visée cérébrale peuvent atteindre le SNC, permettant leur effet pharmacologique au niveau de leur cible centrale. Cependant, ces modèles neprésentent généralement pas un débit suffisant pour évaluer rapidement la perméabilité du grand nombre de composés générés par l’industrie pharmaceutique lors des étapes précoces de la découverte de médicaments. / The blood-brain barrier (BBB), located at the level of brain capillaries, is a crucial component of the neurogliovascular unit where it is responsible for brain homeostasis maintenance. By limiting the access of molecules to the brain parenchyma, it effectively protects the central nervous system (CNS) from harmful substances, but at the same time represents a major hurdle for potential neuropharmaceuticals to reach their central target. The difficulty to study BBB features and permeability in vivo led to the development of different in vitro BBB models. Our model, consisting of a coculture of brain capillary endothelial cells and glial cells, has been extensively characterized: it provides a robust model exhibiting in vivo BBB characteristics and hasproved useful in elucidating the cellular interactions at the level of the BBB in physiological and pathological conditions.The initially developed coculture model was completed by the addition of brain pericytes to design threecell culture models. Indeed, pericytes now appear as important actors of BBB formation and maintenance, but are often absent of in vitro BBB models. Gathering the three major cell populations forming the BBB – endothelial cells, glial cells and pericytes – seems important to more accurately reproduce in vivo configuration, with the aim of understanding cellular interactions in physiological and pathological conditions. On the basis of our original coculture model, two different three-cell culture models were designed: while pericytes were cultured distant from endothelial cells in the first model, both were closely associated in the second one. Both models were characterized in terms of endothelial marker expression and morphology, paracellular permeability and expression of efflux pumps, demonstrating that they provide reliable in vitro BBB models. They maybe useful in deciphering the contribution of pericytes to the BBB phenotype and in the response of BBB to injury, taking into account the gliovascular component. In most cases, the intended use of in vitro BBB models in drug discovery is to predict whether investigational drugs are likely to achieve relevant CNS exposure to elicit the desired pharmacological effect. However, in vitro BBB models usually do not allow high enough through put to efficiently evaluate the large number of compounds generated by pharmaceutical companies in early drug discovery stages.

Ce mémoire de maîtrise soutient la thèse originale selon laquelle les déviations lentes du potentiel de courant direct (DC) liées au CO₂ et enregistrées au moyen de l'électroencéphalogramme (EEG) prennent source à travers l'interface ionique de la barrière hémato-encéphalique (BHE). Les circuits corticaux neuronaux ont longtemps été considérés comme étant les générateurs quasi exclusifs de l'ensemble de l'activité électrique constituant le signal électroencéphalographique. Des études ont démontré la contribution des cellules gliales comme source alternative de courant électrique participant, entre autres, aux décharges épileptiques et au sommeil. Or, plusieurs chercheurs suggèrent que les variations lentes du potentiel de l'EEG enregistrées en DC et modulées en fonction de la pression partielle du CO₂ (pCO₂) sont issues de l'interface entre le liquide céphalorachidien (LCR) et le sang que constitue la BHE. Considérant les trois hypothèses mécanistiques susmentionnées, il devient essentiel d'élucider la contribution relative des générateurs électriques neuronaux et gliaux par rapport à l'interface de la BHE en ce qui a trait à la genèse des déviations lentes DC de l'EEG. Nous avons donc procédé à cette étude par l'entremise d'enregistrements épicrâniens, épiduraux, épicorticaux, intraventriculaires et intraparenchymateux (c.-à-d. intraneuronaux, intragliaux et les potentiels de champ) sur des chats anesthésies à la kétamine-xylazine. Les variations du potentiel DC ont été induites via la modulation des paramètres ventilatoires des chats anesthésies, causant ainsi des changements du CO₂ de 11 l'ordre de 2 à 5 % en fin d'expiration. L'hypercapnie était invariablement associée à des déviations négatives du potentiel DC de l'EEG (déviation moyenne de -284.4 uV/C02 %, intervalle allant de -216 à -324 pV/C02%), tandis que l'hypocapnie provoquait des déviations positives (déviation moyenne de l'ordre de 307.8 uV/C02 %, intervalle allant de 234 à 342 ^V/C02%), et ce, dans toutes les électrodes d'enregistrement. L'hypocapnie a provoqué une augmentation significative de la pression intracrânienne, tandis que l'hypercapnie ne l'a diminué que très légèrement. La rupture de la barrière hématoencéphalique a entraîné une déviation positive du potentiel DC et a réduit drastiquement les réponses subséquentes du potentiel DC à l'hypo-hypercapnie. Le thiopental et l'isoflurane ont aussi provoqué une déviation positive du potentiel DC reliée à la dose administrée, tandis qu'à des concentrations plus élevées, les réponses à l'hypo-/hypercapnie présentaient une polarité inversée. Pour ce qui est de la possible implication des neurones dans la production des déviations du potentiel DC, aucune inversion de polarité n'a été enregistrée entre le scalp, les diverses couches intracorticales et les structures profondes du cerveau. De plus, le potentiel de membrane des neurones et des glies n'a pas montré de variation significative ou systématique en association lors des déviations du potentiel DC liées au CO₂. Durant les crises épileptiques de type "pointe-onde", l'activité pathologique des neurones s'est accompagnée de déviations du potentiel DC d'amplitude significativement moins élevée que celles générées par hyper-/hypocapnie. Enfin, des déviations du potentiel DC étaient encore observées lors même de la quiescence des circuits neuronaux associée à l'état de burst-suppression du tracé électroencéphalographique induit par l'anesthésie. Nous soutenons donc la thèse selon laquelle les potentiels générés à travers la BHE sont la source principale des variations épi-corticales/crâniennes du potentiel DC de l'EEG enregistré à l'EEG dans des conditions qui affectent le pH du cerveau et/ou la circulation sanguine cérébrale.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 janvier 2024) / Le trouble dépressif majeur (TDM) représente un défi majeur pour la santé globale, accentué par le manque de thérapies efficaces. Le stress chronique est le principal facteur de risque environnemental du TDM, associé à des niveaux élevés d'activation proinflammatoire et d'hyperactivité de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HHS). Cette activation peut endommager la barrière hémato-encéphalique (BHE), une frontière critique régulant le transport des métabolites et empêchant l'accès des toxines au cerveau. Les dommages à cette barrière sont liés à l'inflammation cérébrale et aux déficits de comportement, suggérant une nouvelle voie pour les drogues antidépresseurs. Chez les humains, des facteurs environnementaux, tels que le statut socioéconomique et un mode de vie sédentaire, peuvent augmenter le risque de TDM, tandis que chez les souris, un environnement enrichi (EE) comprenant un nid, des jouets et un abri, ainsi que l'accès à une roue d'exercice volontaire (physical exercise, PE), peut prévenir les déficits de comportement induits par le stress chronique; cependant, le rôle de la BHE dans cet effet demeure inconnu. Dans cette étude, nous montrons que l'accès à l'EE ou PE lors de l'exposition au stress chronique peut prévenir les déficits de comportement chez les souris, ainsi que les dommages infligés à la BHE de manière spécifique au sexe et à la région cérébrale. De plus, nous identifions l'expression du fibroblast growth factor 2 (FGF2) comme un agent protecteur associé aux effets bénéfiques de l'EE et PE contre le stress chronique. FGF2 a suscité un intérêt croissant ces dernières années en raison de ses propriétés antidépressives et anxiolytiques. Par conséquent, nous avons approfondi son mécanisme d'action in vitro, dans les cellules endothéliales cérébrales de souris et d'humains exposées aux cytokines pro-inflammatoires, en tant que modèle de stress. Nous montrons que FGF2 peut prévenir la perte d'expression de claudin 5 (Cldn5), ainsi que l'intégrité de la barrière, associée à l'inflammation, et que ces effets peuvent être liés aux modifications de la phosphorylation et de la localisation de la protéine d'échafaudage β-catenin. Enfin, nous avons observé que FGF2 peut restaurer les déficits de motilité cellulaire induits par l'inflammation, suggérant en somme que FGF2 intervient dans la préservation de l'architecture cellulaire aux sites de contact entre cellules. Dans l'ensemble, cette thèse contribue à la compréhension de l'influence de l'environnement sur la pathogenèse de la dépression, tout en identifiant de nouvelles voies de recherche encourageant pour les traitements du TDM au niveau de la BHE. / Major depressive disorder (MDD) is a major global health challenge compounded by a lack of effective antidepressant therapies. Chronic stress is the main environmental risk factor for MDD and is associated with elevated levels of circulating pro-inflammatory cytokines and glucocorticoids which promote damage to the blood-brain barrier (BBB), a crucial frontier regulating nutrient transport to the brain while preventing access of toxins. Damage to the BBB is associated with neuroinflammation and depression-like behaviours, thus representing a promising therapeutic target for depression. In humans, environmental factors like low socioeconomic status and sedentary lifestyle can increase MDD risk, while in mice access to nesting, shelter and toys (enriched environment, EE) or a voluntary running wheel (physical exercise, PE), promotes stress resilience, but a role for the BBB in this effect has not yet been investigated. Here, we show that EE in mice prevents both behavioural and BBB deficits following chronic stress in a sex-and brain region-specific manner. Particularly, EE access reverses stress-induced loss of Cldn5, a major tight junction protein regulating BBB integrity, in males and females. We investigated this effect further in males with access to PE, finding a similar protective effect on both behaviour and the neurovasculature, and further identified elevated fibroblast growth factor 2 (FGF2) as a potential molecular response associated with the beneficial effects of both EE and PE against chronic stress. FGF2 has been studied in recent years as an endogenous antidepressant and anxiolytic agent and we thus investigated its therapeutic properties on mouse and human brain endothelial cells in vitro. We demonstrate that FGF2 can attenuate loss of claudin 5 (Cldn5) expression and barrier properties in cultured mouse and human brain endothelial cells exposed to inflammatory damage, and that this is associated with modulation of inflammation related patterns of scaffold protein β-catenin phosphorylation and subcellular localization. Finally, FGF2 rescues inflammatory deficits in cell motility, altogether suggesting that it interferes with inflammatory disruption of endothelial cell architecture at sites of cell adhesion. In sum, this thesis contributes to current understanding of how and why environmental conditions can influence depression pathogenesis, as well as identifying FGF2 signaling in brain endothelial cells as a promising avenue for future research into novel therapeutic targets for MDD.

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est une barrière quasiment imperméable assurant la protection du cerveau. Elle limite très fortement le passage de diverses molécules au cerveau, dont les molécules thérapeutiques. Les cellules endothéliales des capillaires cérébraux (CECC), principal constituant de la BHE, présentent abondamment à leur surface plusieurs transporteurs dont le récepteur de la transferrine (RTf). Le RTf est un récepteur qui pourrait potentiellement permettre l’apport de molécules thérapeutiques au cerveau via le mécanisme de transcytose médiée par récepteur (TMR). L’objectif général de ce projet est de développer, caractériser et valider une approche pharmaceutique non virale et non invasive de ciblage thérapeutique à l’aide de fragment Fab d’anticorps monoclonaux visant la libération de molécules thérapeutiques dans le parenchyme cérébral. Tout d’abord, des essais in vitro et in vivo ont été entrepris afin d’évaluer le transport des fragments Fab au cerveau. Les fragments Fab, obtenus par digestion enzymatique à la papaïne, n’ont malheureusement été détectés ni in vitro ni in vivo. Puis, nous avons étudié l’internalisation in vitro et in vivo de micelles polyioniques (MP) conjugués à des fragments Fab’ et renfermant un analogue d’un pARNi fluorescent. A ce jour, les résultats obtenus in vivo avec les MP ne permettent pas d’envisager l’utilisation de ce vecteur comme usage thérapeutique dans le cas de thérapie ciblant le parenchyme cérébral, mais les MP s’avèrent être très prometteurs dans le cas de thérapie génique ciblant les CECC impliquées dans plusieurs maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer, la sclérose en plaques, les accidents vasculaires cérébraux etc. / The blood-brain barrier (BBB) is an almost impermeable barrier protecting the brain. It greatly limits the passage of blood-borne molecules to the brain, including therapeutic molecules. Brain capillary endothelial cells (BCEC), forming the BBB, express transporters including the transferrin receptor (TfR) on their surface. The TfR is a receptor that could potentially allow the delivery of therapeutic molecules to the brain via receptor-mediated transcytosis (RMT). The main objective of this project is to develop, characterize and validate a non-viral noninvasive therapeutic targeting pharmaceutical approach with Fab fragments of monoclonal antibodies for the delivery of therapeutic molecules in the brain parenchyma. First, in vitro and in vivo experiments were done to assess the transport of Fab fragments into BCEC. Fab fragments, obtained by enzymatic digestion with papain, were detected neither in vitro nor in vivo. Then, we studied the internalization of polyion micelles (MP) conjugated to Fab' fragments and encapsulating an analog of a fluorescent siRNA in vitro and in vivo. The results obtained in vivo with MP conjugated with Fab’ fragments do not suggest penetration into the brain parenchyma, but are promising for gene therapy targeting BCEC to treat Alzheimer disease, multiple sclerosis or stroke.

Le système nerveux central est un organe privilégié et protégé, notamment grâce à l’existence des barrières histologiques entre le sang et les tissus nerveux. La barrière-hémato encéphalique (BHE) et la barrière hémato-rétinienne (BHR) séparent respectivement le parenchyme cérébral et la rétine des composés contenus dans l’espace vasculaire, grâce à l’expression de jonctions serrées et de transporteurs membranaires permettant une régulation spécifique des échanges entre le sang et le parenchyme nerveux. Ce travail a porté sur l’étude d’un nouveau transporteur de cations organiques mis en évidence fonctionnellement à la BHE de la souris. Ce transporteur appartenant très probablement à la superfamille des solute carrier (SLC), fonctionne comme un antiport proton. Actuellement, sa présence ne peut être démontrée que de façon fonctionnelle car son identité moléculaire est encore inconnue. Cet antiport proton constitue un nouvel acteur de la perméabilité cérébrale et ouvre une nouvelle voie d’accès au cerveau. Nous nous sommes tout d’abord attachés à approfondir les connaissances fonctionnelles de ce transporteur en étudiant de nouveaux substrats et tissus d’expression. Le transport cérébral de psychotropes a été étudié in vivo par la technique de perfusion carotidienne in situ chez la souris et in vitro grâce à une lignée de cellules endothéliales cérébrales humaines immortalisées (hCMEC/D3). Nous avons démontré que la haute perméabilité cérébrale de la cocaïne fait intervenir à la fois une diffusion passive et surtout une diffusion médiée par un antiport proton. La vitesse d’entrée des substances d’abus dans le cerveau est associée à un plus fort risque d’addiction et fait de ce transporteur un nouvel acteur critique de la régulation du passage cérébral. En effet, d’autres substances comme la nicotine et certaines amphétamines comme le MDPV et l'ecstasy sont également des substrats de cet antiport. Ce transporteur apparaît comme une cible pharmacologique potentielle dans la prise en charge de toxicomanies. Malgré la diversité chimique et pharmacologique d’interactions des composés avec cet antiport, les concentrations nécessaires pour l’inhiber dépassent celles retrouvées dans le sang. Pour aider l’identification d’inhibiteurs sélectifs et efficaces nous avons développé un modèle pharmacophorique d’inhibiteurs du transporteur à partir de données générées in vitro et de l’approche FLAPpharm. Ce modèle semble prédictif de nouveaux composés pouvant constituer de meilleurs inhibiteurs de ce transporteur. L’étude des échanges in vivo au niveau du tissu nerveux nous a menés à étudier l’impact de transporteurs ABC et de l’antiport-proton au niveau cérébral et rétinien à l’aide de substances spécifiques ou de substrats mixtes comme le vérapamil. L’antiport proton est fonctionnel au niveau de la BHR et transporte notamment la clonidine, le DPH et le vérapamil. Cependant, dans le cas d’un substrat mixte P-gp et SLC (ex : vérapamil), ce transport d’influx n’est visible à la BHE que lorsque la P-gp est neutralisée. Au contraire, à la BHR l’influx lié à cet SLC est visible naturellement. L’impact de la P-gp à la BHR étant 6.3-fois plus faible ce processus est probablement moins masqué. Cette étude illustre la difficulté actuelle de prédire l’impact fonctionnel d’un transporteur pour des substrats multi-spécifiques et l’existence d’une priorisation du transport. Enfin, nous avons essayé d’identifier l’antiport proton au niveau moléculaire par une méthode de photo-activation à l’aide d’un composé adapté. Cette méthode s’est avérée efficace pour fixer une molécule sur le transporteur, permettant par la suite de l’isoler plus facilement. En conclusion, ce travail a permis de mettre en évidence l’importance de l’antiport proton dans la distribution cérébrale de psychotropes et d’ouvrir de nouvelles perspectives dans l’addiction et la compréhension du transport de substrats multi-spécifiques. / The central nervous system is a privilege organ protected by histological barriers between the blood and the nervous tissue. The blood-brain barrier (BBB) and the blood-retinal barrier (BRB) separate cerebral parenchyma and retina from the circulating blood and both express tight junctions and membrane transporters, allowing a precise regulation of the exchanges between the blood and nervous tissues. We studied a new cationic transporter functionally evidenced at the mouse BBB. This molecularly unknown transporter belong to the solute carrier super family (SLC) and is a proton antiporter. It could constitute a new actor in the cerebral permeability and may be a new brain access pathway. First, we worked on the functional identification studying new substrates and new localization. Psychotropic brain transport was studied in vivo by brain in situ perfusion on mouse and in vitro with human immortalized endothelial cells (hCMEC/D3). We showed that cocaine brain entry depends on passive diffusion but also mainly on a proton antiporter. Brain entry rate of drugs of abuse is associated with modulation of addiction liability, making this transporter a new component of brain entry of cocaine, and also nicotine and some amphetamines such as ecstasy and MDPV. This proton antiporter appears to be a new potential target in addiction. Various chemical entities interact with this transporter; however concentrations used to inhibit the transporter are much higher than the one possibly found in the blood. In order to help find or design new selective and potent inhibitors, we developed a pharmacophore model of the proton antiporter inhibitors using in vitro data and the FLAPpharm approach. The model predicts well new possible inhibitors of this transporter. We also studied the impact of the ABC transporters and the proton antiporter at the BBB and the BRB using specific or multi-specific substrates such as verapamil. The proton antiporter is functionally expressed at the BRB and transports clonidine, DPH and verapamil. However, for the multi-specific (P-gp and SLC) compound verapamil, influx transport by the proton antiporter is visible at the BBB only when P-gp efflux is neutralized. On the contrary, at the BRB, the proton antiporter influx is always visible. This is certainly due to the lower impact (by 6.3 fold) of P-gp at the BRB compared to the BBB. These results show the difficulty to predict the functional impact of a transporter for multi-specific compounds and a probable transport prioritization. Finally we worked on the molecular identification of the proton antiporter using a photolabeling method. This work evidenced the importance of the proton antiporter in the brain distribution of psychotropic and drugs of abuse and opened toward new perspectives in addiction and transport comprehension.

Le système nerveux central est un organe privilégié et protégé, notamment grâce à l’existence des barrières histologiques entre le sang et les tissus nerveux. La barrière-hémato encéphalique (BHE) et la barrière hémato-rétinienne (BHR) séparent respectivement le parenchyme cérébral et la rétine des composés contenus dans l’espace vasculaire, grâce à l’expression de jonctions serrées et de transporteurs membranaires permettant une régulation spécifique des échanges entre le sang et le parenchyme nerveux. Ce travail a porté sur l’étude d’un nouveau transporteur de cations organiques mis en évidence fonctionnellement à la BHE de la souris. Ce transporteur appartenant très probablement à la superfamille des solute carrier (SLC), fonctionne comme un antiport proton. Actuellement, sa présence ne peut être démontrée que de façon fonctionnelle car son identité moléculaire est encore inconnue. Cet antiport proton constitue un nouvel acteur de la perméabilité cérébrale et ouvre une nouvelle voie d’accès au cerveau. Nous nous sommes tout d’abord attachés à approfondir les connaissances fonctionnelles de ce transporteur en étudiant de nouveaux substrats et tissus d’expression. Le transport cérébral de psychotropes a été étudié in vivo par la technique de perfusion carotidienne in situ chez la souris et in vitro grâce à une lignée de cellules endothéliales cérébrales humaines immortalisées (hCMEC/D3). Nous avons démontré que la haute perméabilité cérébrale de la cocaïne fait intervenir à la fois une diffusion passive et surtout une diffusion médiée par un antiport proton. La vitesse d’entrée des substances d’abus dans le cerveau est associée à un plus fort risque d’addiction et fait de ce transporteur un nouvel acteur critique de la régulation du passage cérébral. En effet, d’autres substances comme la nicotine et certaines amphétamines comme le MDPV et l'ecstasy sont également des substrats de cet antiport. Ce transporteur apparaît comme une cible pharmacologique potentielle dans la prise en charge de toxicomanies. Malgré la diversité chimique et pharmacologique d’interactions des composés avec cet antiport, les concentrations nécessaires pour l’inhiber dépassent celles retrouvées dans le sang. Pour aider l’identification d’inhibiteurs sélectifs et efficaces nous avons développé un modèle pharmacophorique d’inhibiteurs du transporteur à partir de données générées in vitro et de l’approche FLAPpharm. Ce modèle semble prédictif de nouveaux composés pouvant constituer de meilleurs inhibiteurs de ce transporteur. L’étude des échanges in vivo au niveau du tissu nerveux nous a menés à étudier l’impact de transporteurs ABC et de l’antiport-proton au niveau cérébral et rétinien à l’aide de substances spécifiques ou de substrats mixtes comme le vérapamil. L’antiport proton est fonctionnel au niveau de la BHR et transporte notamment la clonidine, le DPH et le vérapamil. Cependant, dans le cas d’un substrat mixte P-gp et SLC (ex : vérapamil), ce transport d’influx n’est visible à la BHE que lorsque la P-gp est neutralisée. Au contraire, à la BHR l’influx lié à cet SLC est visible naturellement. L’impact de la P-gp à la BHR étant 6.3-fois plus faible ce processus est probablement moins masqué. Cette étude illustre la difficulté actuelle de prédire l’impact fonctionnel d’un transporteur pour des substrats multi-spécifiques et l’existence d’une priorisation du transport. Enfin, nous avons essayé d’identifier l’antiport proton au niveau moléculaire par une méthode de photo-activation à l’aide d’un composé adapté. Cette méthode s’est avérée efficace pour fixer une molécule sur le transporteur, permettant par la suite de l’isoler plus facilement. En conclusion, ce travail a permis de mettre en évidence l’importance de l’antiport proton dans la distribution cérébrale de psychotropes et d’ouvrir de nouvelles perspectives dans l’addiction et la compréhension du transport de substrats multi-spécifiques. / The central nervous system is a privilege organ protected by histological barriers between the blood and the nervous tissue. The blood-brain barrier (BBB) and the blood-retinal barrier (BRB) separate cerebral parenchyma and retina from the circulating blood and both express tight junctions and membrane transporters, allowing a precise regulation of the exchanges between the blood and nervous tissues. We studied a new cationic transporter functionally evidenced at the mouse BBB. This molecularly unknown transporter belong to the solute carrier super family (SLC) and is a proton antiporter. It could constitute a new actor in the cerebral permeability and may be a new brain access pathway. First, we worked on the functional identification studying new substrates and new localization. Psychotropic brain transport was studied in vivo by brain in situ perfusion on mouse and in vitro with human immortalized endothelial cells (hCMEC/D3). We showed that cocaine brain entry depends on passive diffusion but also mainly on a proton antiporter. Brain entry rate of drugs of abuse is associated with modulation of addiction liability, making this transporter a new component of brain entry of cocaine, and also nicotine and some amphetamines such as ecstasy and MDPV. This proton antiporter appears to be a new potential target in addiction. Various chemical entities interact with this transporter; however concentrations used to inhibit the transporter are much higher than the one possibly found in the blood. In order to help find or design new selective and potent inhibitors, we developed a pharmacophore model of the proton antiporter inhibitors using in vitro data and the FLAPpharm approach. The model predicts well new possible inhibitors of this transporter. We also studied the impact of the ABC transporters and the proton antiporter at the BBB and the BRB using specific or multi-specific substrates such as verapamil. The proton antiporter is functionally expressed at the BRB and transports clonidine, DPH and verapamil. However, for the multi-specific (P-gp and SLC) compound verapamil, influx transport by the proton antiporter is visible at the BBB only when P-gp efflux is neutralized. On the contrary, at the BRB, the proton antiporter influx is always visible. This is certainly due to the lower impact (by 6.3 fold) of P-gp at the BRB compared to the BBB. These results show the difficulty to predict the functional impact of a transporter for multi-specific compounds and a probable transport prioritization. Finally we worked on the molecular identification of the proton antiporter using a photolabeling method. This work evidenced the importance of the proton antiporter in the brain distribution of psychotropic and drugs of abuse and opened toward new perspectives in addiction and transport comprehension.

En raison de leur bonne résistance mécanique à haute température, les superalliages base nickel sont employés dans les turbines aéronautiques et de production d’énergie. Ils doivent alors être capables de résister aux phénomènes d’oxydation « sèche » intervenant entre 900 et 1500°C. Ces matériaux sont donc protégés par des revêtements à base d’aluminure de nickel (β-NiAl). De plus, dans les sections les plus chaudes des turbines (T>1050°C), une barrière thermique (BT) est ajoutée afin de diminuer l’impact de la température sur le substrat. Dans le cadre du projet de recherche Européen « PARTICOAT », le travail décrit dans cette thèse a porté sur l’élaboration d’un système complet de revêtements protecteurs (BC+BT) à l’aide d’un procédé en une seule étape, à partir d’une barbotine obtenue par dispersion de microparticules d’Al dans une base aqueuse, milieu susceptible de satisfaire aux directives environnementales européennes. Des caractérisations rhéologique et physico-chimique ont montré la stabilité de la barbotine jusqu’à sept jours. Après dépôt de cette dernière par pulvérisation, un traitement thermique adapté a conduit, via la formation intermédiaire d’Al liquide, à l’obtention d’un revêtement d’aluminure de nickel (β-NiAl) comparable à ceux obtenus par les procédés industriels actuels. L’oxydation des particules d’Al permet la formation simultanée d’une « mousse » d’alumine (concept PARTICOAT) superficielle. Après validation des mécanismes réactionnels mis en jeu sur un substrat modèle de nickel pur, l’extrapolation du procédé à différents superalliages base nickel (René N5 (SX), CM-247 (DS), PWA-1483 (SX) et IN-738LC (EQ)) a donné des revêtements présentant différentes compositions et microstructures. Un intérêt particulier a alors été porté sur l’étude de l’influence des éléments d’alliage (Cr, Ta, Ti) et de leur ségrégation au sein du revêtement. Le comportement à haute température des échantillons revêtus a pu être évalué à l’aide de tests d’oxydation isotherme (1000h sous air entre 900 et 1100°C). Il a ainsi été montré que les phénomènes d’oxydation et d’interdiffusion régissent les mécanismes de dégradation. Par ailleurs, l’électrodéposition de cérine préalablement à l’application du procédé de revêtement PARTICOAT a permis de limiter fortement les phénomènes d’interdiffusion et de stabiliser la couche d’aluminure de nickel. / Because of their good mechanical resistance at high temperature, Ni-based superalloys are used for aero-engine and land-based turbines but undergo “dry” oxidation between 900 and 1500°C. These materials are thus coated with nickel-aluminide coatings (BC). An additional thermal barrier coating (TBC) is generally applied in the hottest sections of the turbines (T>1050°C) to lower the impact of the temperature on the substrate. In the framework of the European research programme “PARTICOAT”, this PhD work was focused on the growth mechanisms of a full protective coating system (BC+TBC) in a single step process, using a water-based slurry containing a dispersion of Al micro-particles to satisfy the European environmental directives. The rheological and physico-chemical characterizations showed the slurry stability up to seven days. After depositing the latter by air spraying, a tailored thermal treatment resulted in a nickel-aluminide coating (β-NiAl) similar to the conventional industrial ones but through an intermediate Al liquid phase stage. Simultaneously, the oxidation of the Al micro-particles brought aboutthe formation of a top alumina “foam” (PARTICOAT concept). After a validation step of the mechanisms involved in pure Ni substrate, the extrapolation of the process to several Ni-based superalloys (René N5 (SX), CM-247 (DS), PWA- 1483 (SX) and IN-738LC (EQ)) revealed different coating compositions and microstructures. A particular attention was therefore paid onto the effect of alloying elements (Cr, Ta, Ti) as well as their segregation in the coating. The high temperature behaviour of the coated samples has been studied through isothermal oxidation (1000h in air between 900 and 1100°C) and showed that the oxidation and interdiffusion phenomena ruled the degradation mechanisms. Besides, the electrodeposition of ceria before the application of the PARTICOAT coating allowed to strongly limit interdiffusion phenomena and stabilized the nickel aluminide coating.

Le travail présent est axé sur la simulation numérique et l'analyse de l'interaction des ondes de surface de Rayleigh avec des barrières sismiques verticales (murs souterrains, écrans, tranchées, etc.) ainsi que des champs de pieux dans des modèles de matériaux mécaniques élastiques et plastiques linéaires. Le but de la recherche est d'estimer le degré de protection que les barrières verticales et les champs de pieux fournissent contre les vibrations transférées par les ondes de surface de Rayleigh et générées par diverses sources. L'idée principale de ce type de protection est d'éviter que les ondes sismiques ne transmettent l'énergie des vagues dans la zone protégée, diminuant les amplitudes de déplacements, les vitesses et les accélérations aux points situés derrière la barrière (champ de pieux). Les principaux complexes sans dimension sont formulés. L'attention est portée sur les ondes de Rayleigh car elles peuvent être générées à la fois par des sources de vibrations externes (situées à la surface de la Terre) et internes (situées sous la surface de la Terre) et ses ondes peuvent transmettre une portion significative de l’énergie de source de la vibration.Premièrement, des simulations numériques de l'interaction des ondes de Rayleigh avec les barrières sismiques verticales et les champs de pieux sont effectuées en supposant que le sol et les matériaux de barrière se comportent conformément à la loi de comportement linéaire élastique. Cela concerne les vibrations qui induisent des contraintes de cisaillement dans le sol n'excédant pas 0.00001 lors de leur propagation. Les principaux complexes sans dimension sont formulés sur cette base. Des paramètres géométriques et mécaniques de la barrière (champ de pieux) déterminant l'effet de réduction de vibration sont identifiés. Les résultats obtenus révèlent la validité de cette onde de protection contre les vibrations. En outre, l’approche de l’optimisation de la barrière sismique verticale (qui peut également être étendue au champ de pieux) est adoptée sous forme de différences finies pour des conditions de sol particulières et une fréquence de vibration de conception.Plusieurs modèles de comportement du sol sont analysés et leur validité, ainsi que l'applicabilité à l'approximation du comportement dynamique réel du sol, ainsi que le mécanisme de dissipation d'énergie des vibrations, sont identifiés. Sur la base de cette analyse, modèle de Mohr-Coulomb a été choisie car elle dispose d’une base de données expérimentale étendue pour divers sols et reflète de manière appropriée la réduction du module de cisaillement avec l’augmentation de la contrainte de cisaillement ainsi que les effets de dissipation d’énergie. Par la suite, ce modèle est utilisé dans l'analyse de l'interaction des ondes de Rayleigh avec les barrières verticales et les champs de pieux, en tenant compte du caractère non linéaire de la déformation du sol à différents niveaux de déformation de cisaillement. En conséquence, l'influence du niveau de contrainte de cisaillement sur l'efficacité des moyens de protection contre les vibrations considérés est démontrée et les conditions appropriées pour utiliser ces méthodes sont identifiées dans le cadre de cette recherche. / The present work is focused on numerical simulation (FEM) and analysis of surface Rayleigh wave interaction with vertical seismic barriers (underground walls, screens, trenches, etc.) as well as pile fields within the framework of linear elastic and plastic mechanical material models. The aim of the research is to estimate the degree of protection that vertical barriers and pile fields provide against vibrations transferred by surface Rayleigh waves and generated by various sources. The main idea behind this type of protection is to prevent seismic waves form transmitting wave energy into the protected zone, decreasing the amplitude of displacements, velocities and accelerations at the points behind the barrier (pile field). The attention is paid to Rayleigh waves as they can be generated by both external (located on the Earth's surface) and internal (located beneath the Earth's surface) vibration sources and this type of waves can transfer a significant portion of vibration source energy.First, numerical simulations of Rayleigh wave interaction with vertical seismic barriers and pile fields are performed assuming the soil and barrier materials to behave according to the linearly-elastic constitutive law. This regards the vibrations that induce shear strains in the soil not exceeding 0.00001 during their propagation. Based on this, the principal dimensionless complexes are formulated. Geometrical along with mechanical parameters of the barrier (pile field), that determine vibration reduction effect, are identified. The obtained results reveal the validity of this way of vibration protection. In addition to that, the approach towards vertical seismic barrier optimization (which can also be extended to the pile field) is adopted in finite difference form to use for particular soil conditions and design vibration frequency.Several models of soil behaviour are analysed and their validity as well the applicability to approximate real dynamic soil behaviour along with the mechanism of vibration energy dissipation are identified. Based on this analysis, Mohr-Coulomb constitutive model is selected as it has a broad experimental database for various soils and appropriately reflects shear modulus reduction with an increase in the shear strain as well as energy dissipation effects. Afterwards, this model is used in the analysis of Rayleigh wave interaction with the vertical barriers and pile fields accounting for non-linear character of soil deformation at different shear strain level. As a results, the influence of shear strain level on the effectiveness of the considered ways of vibration protections is shown and the appropriate conditions to use these methods are identified within the scope of this research.

Le système nerveux central est un organe privilégié et protégé, notamment grâce à l’existence des barrières histologiques entre le sang et les tissus nerveux. La barrière-hémato encéphalique (BHE) et la barrière hémato-rétinienne (BHR) séparent respectivement le parenchyme cérébral et la rétine des composés contenus dans l’espace vasculaire, grâce à l’expression de jonctions serrées et de transporteurs membranaires permettant une régulation spécifique des échanges entre le sang et le parenchyme nerveux. Ce travail a porté sur l’étude d’un nouveau transporteur de cations organiques mis en évidence fonctionnellement à la BHE de la souris. Ce transporteur appartenant très probablement à la superfamille des solute carrier (SLC), fonctionne comme un antiport proton. Actuellement, sa présence ne peut être démontrée que de façon fonctionnelle car son identité moléculaire est encore inconnue. Cet antiport proton constitue un nouvel acteur de la perméabilité cérébrale et ouvre une nouvelle voie d’accès au cerveau. Nous nous sommes tout d’abord attachés à approfondir les connaissances fonctionnelles de ce transporteur en étudiant de nouveaux substrats et tissus d’expression. Le transport cérébral de psychotropes a été étudié in vivo par la technique de perfusion carotidienne in situ chez la souris et in vitro grâce à une lignée de cellules endothéliales cérébrales humaines immortalisées (hCMEC/D3). Nous avons démontré que la haute perméabilité cérébrale de la cocaïne fait intervenir à la fois une diffusion passive et surtout une diffusion médiée par un antiport proton. La vitesse d’entrée des substances d’abus dans le cerveau est associée à un plus fort risque d’addiction et fait de ce transporteur un nouvel acteur critique de la régulation du passage cérébral. En effet, d’autres substances comme la nicotine et certaines amphétamines comme le MDPV et l'ecstasy sont également des substrats de cet antiport. Ce transporteur apparaît comme une cible pharmacologique potentielle dans la prise en charge de toxicomanies. Malgré la diversité chimique et pharmacologique d’interactions des composés avec cet antiport, les concentrations nécessaires pour l’inhiber dépassent celles retrouvées dans le sang. Pour aider l’identification d’inhibiteurs sélectifs et efficaces nous avons développé un modèle pharmacophorique d’inhibiteurs du transporteur à partir de données générées in vitro et de l’approche FLAPpharm. Ce modèle semble prédictif de nouveaux composés pouvant constituer de meilleurs inhibiteurs de ce transporteur. L’étude des échanges in vivo au niveau du tissu nerveux nous a menés à étudier l’impact de transporteurs ABC et de l’antiport-proton au niveau cérébral et rétinien à l’aide de substances spécifiques ou de substrats mixtes comme le vérapamil. L’antiport proton est fonctionnel au niveau de la BHR et transporte notamment la clonidine, le DPH et le vérapamil. Cependant, dans le cas d’un substrat mixte P-gp et SLC (ex : vérapamil), ce transport d’influx n’est visible à la BHE que lorsque la P-gp est neutralisée. Au contraire, à la BHR l’influx lié à cet SLC est visible naturellement. L’impact de la P-gp à la BHR étant 6.3-fois plus faible ce processus est probablement moins masqué. Cette étude illustre la difficulté actuelle de prédire l’impact fonctionnel d’un transporteur pour des substrats multi-spécifiques et l’existence d’une priorisation du transport. Enfin, nous avons essayé d’identifier l’antiport proton au niveau moléculaire par une méthode de photo-activation à l’aide d’un composé adapté. Cette méthode s’est avérée efficace pour fixer une molécule sur le transporteur, permettant par la suite de l’isoler plus facilement. En conclusion, ce travail a permis de mettre en évidence l’importance de l’antiport proton dans la distribution cérébrale de psychotropes et d’ouvrir de nouvelles perspectives dans l’addiction et la compréhension du transport de substrats multi-spécifiques. / The central nervous system is a privilege organ protected by histological barriers between the blood and the nervous tissue. The blood-brain barrier (BBB) and the blood-retinal barrier (BRB) separate cerebral parenchyma and retina from the circulating blood and both express tight junctions and membrane transporters, allowing a precise regulation of the exchanges between the blood and nervous tissues. We studied a new cationic transporter functionally evidenced at the mouse BBB. This molecularly unknown transporter belong to the solute carrier super family (SLC) and is a proton antiporter. It could constitute a new actor in the cerebral permeability and may be a new brain access pathway. First, we worked on the functional identification studying new substrates and new localization. Psychotropic brain transport was studied in vivo by brain in situ perfusion on mouse and in vitro with human immortalized endothelial cells (hCMEC/D3). We showed that cocaine brain entry depends on passive diffusion but also mainly on a proton antiporter. Brain entry rate of drugs of abuse is associated with modulation of addiction liability, making this transporter a new component of brain entry of cocaine, and also nicotine and some amphetamines such as ecstasy and MDPV. This proton antiporter appears to be a new potential target in addiction. Various chemical entities interact with this transporter; however concentrations used to inhibit the transporter are much higher than the one possibly found in the blood. In order to help find or design new selective and potent inhibitors, we developed a pharmacophore model of the proton antiporter inhibitors using in vitro data and the FLAPpharm approach. The model predicts well new possible inhibitors of this transporter. We also studied the impact of the ABC transporters and the proton antiporter at the BBB and the BRB using specific or multi-specific substrates such as verapamil. The proton antiporter is functionally expressed at the BRB and transports clonidine, DPH and verapamil. However, for the multi-specific (P-gp and SLC) compound verapamil, influx transport by the proton antiporter is visible at the BBB only when P-gp efflux is neutralized. On the contrary, at the BRB, the proton antiporter influx is always visible. This is certainly due to the lower impact (by 6.3 fold) of P-gp at the BRB compared to the BBB. These results show the difficulty to predict the functional impact of a transporter for multi-specific compounds and a probable transport prioritization. Finally we worked on the molecular identification of the proton antiporter using a photolabeling method. This work evidenced the importance of the proton antiporter in the brain distribution of psychotropic and drugs of abuse and opened toward new perspectives in addiction and transport comprehension.