Le byssus est un réseau de filaments protéiques synthétisés par la moule pour se lier à un substrat solide, comme un rocher, pour ne pas être emportée par les vagues ou la marée. Un filament de byssus est formé de PréCols qui sont des protéines principalement composées de blocs de collagène se terminant par un bloc d'histidine et de DOPA et reliés entre eux principalement par des métaux de transition qui assurent la réticulation des fibres. Lors de leur culture, les moules sont suspendues à des boudins à l'aide de leur byssus. Par contre, leurs propriétés mécaniques varient tout au long de l'année, ce qui entraîne une perte de moules par décrochage à certains moments. Les objectifs de ce travail de recherche étaient d'étudier la variation des propriétés mécaniques des brins de byssus et de composition en métaux selon la saison et le site de culture. De plus, afin de mieux comprendre la relation structure-propriétés mécaniques des brins de byssus, nous avons étudié par résonance magnétique nucléaire (RMN) des filaments de byssus de Xenostrobus securis et Mytilus edulis, ainsi que l'effet de l'hydratation sur les fibres. Dans un premier temps, les propriétés mécaniques des brins de byssus individuels ont été déterminées à l'été et à l'automne et dans deux environnements aux Îles-de-la-Madeleine, soit dans une lagune et en mer. Il a été conclu que la force variait significativement selon la saison en raison de la variation des diamètres et selon le site en raison d'une variation de la structure des fibres. Les métaux étant utilisés comme agent de réticulation, leur concentration a été déterminée dans la partie proximale et distale des brins byssaux ainsi que dans les branchies, le manteau et la glande digestive. Il y a une variation statistiquement significative de la concentration en métaux selon les tissus et la saison, mais pas entre les parties proximale et distale des brins de byssus. Les métaux des brins de byssus semblent provenir du métabolisme de la moule et pas directement de l'eau lors de la formation de la fibre. Aussi, la moule semble utiliser son byssus pour se détoxifier car on y retrouve des métaux toxiques qui ne sont pas présents dans les chairs. Des expériences RMN en une et deux dimensions ont permis de déterminer que les brins de byssus de M. edulis et X. securis ont une structure moléculaire semblable mais une stratégie de réticulation différente. On a également trouvé que l'hydratation augmente la mobilité moléculaire. Par contre, cette hydratation n'est pas uniforme dans les protéines des deux fibres. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Byssus, Propriétés mécaniques, Métaux, Résonance Magnétique Nucléaire, Hydratation, Structure, Dynamique, Mytilus edulis, Xenostrobus securis

The dynamics wetting of fiber is of crucial importance in the fields, such as composites, optical fiber or textile industries. It is therefore valuable to acquire a clear understanding of the fundamental physical mechanisms which govern this phenomenon. In the case of partial wetting, it is assumed that the loss of energy due to the change in shape of the liquid-fluid interface (surface tension) is balanced by two channels of dissipation. One is associated with the viscosity of the liquid (hydrodynamics), whereas the other is due to the friction between the liquid and the solid (molecular-kinetic theory). Translated into equations, this original approach leads to the conclusion that the friction regime should precede the hydrodynamic one for a low viscosity liquid. The crossover time between the two regimes is calculated and shown to be material dependent. To validate these theoretical predictions, both experiments and large scale molecular dynamics simulations of the spontaneous spreading of a liquid along a fiber are run. The experiments consist in capturing images of meniscus formation around the fiber via a high speed camera. For each image, the liquid-air profile is extracted and fitted to a solution of the Laplace equation yielding the contact angle and the height of the meniscus as a function of the time. For low viscosity liquid it is found that the measured dynamic contact angle follows the friction regime, whereas for higher viscosity liquid the viscous regime is recovered as presented theoretically. The same kind of procedure is followed to study the wetting of a nanofiber by molecular dynamics. The properties of the liquid are first assessed (viscosity, shape of the molecule, molecular volume). Because of the very low viscosity of the model liquid, it is expected that the friction between the liquid and the solid is the dominant channel. Indeed, the data from the simulation validates this assumption. Moreover, according to the results of the simulation, it is also confirmed that for a given equilibrium contact angle, a maximum of speed wetting occurs. Actually, a low (or high) equilibrium contact angle involves both a strong (or weak) driving force and adhesion of the liquid molecules to the solid atoms. These opposite effects do not simply cancel out and therefore lead to the existence of a maximum rate at which a liquid can wet a solid. To examine in detail this last statement, the forced wetting of fiber is studied by molecular dynamics. The fiber, at a constant velocity, goes through the meniscus of a liquid which is consequently elongated. Stationary receding and advancing contact angles are then measured as a function of the fiber velocity. It is found that the contact angle dependence on the fiber velocity follows the molecular-kinetic theory, thereby confirming the existence of a maximum. Moreover, a comparison between the values of the microscopic parameters obtained via the adjustement of the theory and a direct measurement of these parameters permits us to check the validity of the chosen theory as well as the reliability of the simulation tool. Finally in order to study the wetting of fibrous materials like fabrics, an effective system is studied via molecular dynamics. It is shown that the measurements of capillary imbibition and droplet spreading are well modelled by a set of equations taking into account the conservation of the volume of the liquid, the influence of a dynamic contact angle inside the pore and the spreading on top of the surface. This single pore geometry is extended theoretically to the case of multiple non-interconnected pores. The time required to absorb the droplet completely is then calculated.

Les anticorps thérapeutiques sont couramment utilisés pour le traitement contre le cancer. Ils sont sélectionnées par leur affinité avec leur antigène mesuré normalement dans un environnent à trois dimensions (3D). Cependant, de fois les interactions anticorps-antigène ont lieu à l’interface entre deux cellules (i.e. 2D). Nous faisons l’hypothèse que les contraintes physiques à cette l’interface telles que la force et le mouvement relatif des molécules confinées aux surfaces modulent les propriétés de la liaison anticorps-antigène. Notre but est d’explorer les liens entre la mécanique de la liaison et la réponse cellulaire. Pour quantifier la cinétique 2D et la mécanique de ces interactions, nous avons effectué des mesures en utilisant la chambre à flux laminaire des deux anticorps à domaine unique (sdAbs) ciblant le récepteur CD16 exprimé dans la cellule Natural Killer (NK) et cinq sdAbs ciblant le marqueur tumoral HER-2 exprimé dans certains cancers. Nos résultats montrent des liaisons glissantes, idéales et pour la première fois, une liaison accrocheuse dans des interactions anticorps-antigène. Des expériences d’adhésion cellulaire montrent une corrélation entre la résistance à la force de la liaison accrocheuse et une meilleure adhésion des NK. Des sdAbs ont été sélectionnés pour constituer des anticorps bi-specifiques (bsAbs) capables de recruter des NK contre des cellules cancéreuses HER-2+. Ces bsAbs induisent une cytotoxicité supérieur a celle de l’anticorps de référence. Leur efficacité est modulée par la mécanique du coté antiCD16 du bsAbs en fonction de la nature de la cellule cancéreuse, suggérant un rôle de la force pour les faibles densités de HER-2. / Therapeutic antibodies have become a major treatment in cancer due in part to their ability to recruit immune cells onto tumours. They are selected on the basis of their affinity for their antigen in a three dimensions (3D) environment. However, in some major modes of action, antibodies do bind the antigen at the interface between immune cells and target cells. We hypothesize that the physical constraints of cell-cell interface (i.e. 2D), including force and relative motion of molecules confined at surfaces, modulate the antigen-antibody binding. Specifically, we aim at exploring the links between bond mechanics and cellular response. To quantify 2D kinetics and mechanics, we perform measurements using the laminar flow chamber of two Single Domains Antibodies (sdAbs) against the surface receptor CD16 expressed in Natural Killer (NK) cells and five sdAbs against the tumoral marker HER-2 expressed in some breast cancers. Our results show three different bond dissociation behaviour under force; slip, ideal and for the first time, a catch bond. Cell adhesion experiments over sdAb antiCD16 coated surfaces reveal a correlation between antibody resistance to force and a larger spreading of NK cells. Based on their force behaviour, some sdAbs were selected to be fused forming bi-specific antibodies (bsAbs) able to recruit NK cells toward HER-2+ cancer cells. All new bsAbs display a better efficacy in cytotoxicity than the reference therapeutic antibody. We show that their efficacy is modulated by the mechanical behaviour of the antiCD16 side, depending on the nature of the target cell line, which may hint to an effect of force dependence in the limit of low antigen coverage.