Reproduction de : Thèse de doctorat : Biomolécules et dynamique cellulaire : Reims : 2005. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. f. 225-239.

Cette thèse, menée en partenariat avec le CNES et la DGA s'inscrit dans un contexte international très actif sur les réseaux réflecteurs ou reflectarrays. Un reflectarray est constitué d'une source primaire placée au-dessus d'un réseau de cellules contrôlant les propriétés du champ réfléchi. Une reconfiguration du diagramme de rayonnement peut être réalisée de manière électronique en introduisant des éléments actifs dans chacune des cellules. Dans ce contexte, le travail réalisé a consisté à étudier une nouvelle topologie de cellule permettant de réfléchir indépendamment deux ondes incidentes, en polarisations circulaires gauche et droite, en bande X. Cette cellule, basée sur la superposition d'une cellule sélective en polarisation et d'une cellule simple polarisation, est conçue de façon à être compatible avec une reconfiguration électronique à l'aide de commutateurs. Après un important travail de simulation électromagnétique, une première validation expérimentale, menée à l'échelle de la cellule unitaire, a mis en évidence de très bonnes performances dans les deux polarisations (pertes inférieures à 1dB, déphasage atteignant 2 bits de résolution). A cette occasion, un banc de caractérisation spécifique a été développé. Une étude de faisabilité de la cellule reconfigurable a également été menée afin d'identifier les technologies de commutateur les plus pertinentes et de quantifier les perturbations apportées par la circuiterie de commande. Finalement, un démonstrateur de réseau à états figés a été réalisé et mesuré. Constitué de 97 cellules, il a permis de démontrer les potentialités de la structure développée, pour une application spatiale réaliste : dépointage jusqu'à 26°, bande passante de 800 MHz en bande X, réjection de polarisation croisée>20dB correspondant à une pureté de polarisation circulaire satisfaisante (TE<2dB). Il s'agit de la première antenne à réseau réflecteur qui permette de gérer indépendamment et simultanément les deux orientations de la polarisation circulaire à la même fréquence tout en offrant des capacités de reconfigurabilité.

Les protéines sont parmi les molécules les plus importantes du monde vivant. Ce sont en quelque sorte les abeilles ouvrières de tout organisme. Elles remplissent, entre autres, des fonction enzymatiques, nerveuses, motrices ; elles transportent les petites molécules qui permettent aux cellules de fonctionner et de s'alimenter. Au cours de ce travail de thèse nous nous sommes intéressés à l'étude de différents aspects des changements conformationnels pouvant avoir lieu dans les protéines. Tous ces phénomènes ont été approchés par une méthode commune : la mesure du dichroïsme circulaire résolu en temps. En effet le dichroïsme circulaire peut donner des informations quantitatives sur la position d'un chromophore ou le repliement d'une hélice alpha ce qui est un grand avantage par rapport à d'autres mesures. Ainsi nous avons étudié l'influence du solvant sur le dépliement de l'acide polyglutamique et observé des différences dynamiques et thermodynamiques entre les polypeptides dissouts dans l'eau et ceux placés dans l'eau lourde. Nous avons, par une méthode différente, élucidé une étape clef de la relaxation du chromophore dans la protéine PYP. Enfin nous avons abordé le mouvement des hélices alpha dans la bactériorhodopsine et ouvert la porte à la possibilité de changements conformationnels non prédits par d'autres mesures. Grâce à différentes méthodes de mesure du dichroïsme circulaire nous avons pu étudier des phénomènes à des échelles de temps variant de la picoseconde à la microseconde. Nous espérons que ces méthodes pourront être étendues à l'étude d'autres mécanismes de repliement.

Nanomatériaux de silice peuvent être facilement fabriqués, façonné et fonctionnalisés comme plates-formes pour le greffage des nanoparticules pour des applications biomédicales et optiques. Ici, nous utilisons une méthodologie basée sur un modèle de préparer une collection variée de hélicoïdale nanoparticules d'or (PNB) superstructures ayant impartialité contrôlable et mesures structurelles en utilisant PNB que les blocs de construction, et les nanohelices de silice que le modèle. Le matériaux présentent synthétisé bien définir Agencement chiral de PNB suivant l'hélicité de nanohelices de silice, montrant des signaux plasmoniques de dichorism circulaire (CD). D'autres observations ont prouvé ce plasmon CD vient de l'arrangement chiral de PNB et cet effet est très taille, l'échelle et dépend du pH. Nous nous attendons à ce que cette stratégie d'assemblage va découvrir une meilleure vue sur les métamatériaux et de susciter la vue vers "bottom-up" des approches en nanosciences. / Silica nanomaterials can be easily fabricated, fashioned and functionalized as platforms for grafting of nanoparticles for biomedical and optical applications. Herein, we utilize a template-based methodology to prepare a diverse collection of helical gold nanoparticle (GNPs) superstructures having controllable handedness and structural metrics by using GNPs as the building blocks, and the silica nanohelices as the template. The synthesized materials exhibit well-defined chiral arrangement of GNPs following the helicity of silica nanohelices, showing plasmonic circular dichorism (CD) signals. Further observations proved this plasmon CD comes from the chiral arrangement of GNPs and this effect is highly size, scale and pH dependent. We expect that this assembly strategy will discover a better view towards metamaterials and spark the view towards “bottom-up” approaches in nanoscience.

Au cours des dernières décennies, de nombreux outils ont été développés pour comprendre et gérer les cycles anthropiques des matériaux, avec différentes approches. Chacune considère les flux de matière dans la société de différentes manières et chacune possède ses bases de données respectives alimentant leurs utilisations. Il ne semble toutefois pas y avoir de bases communes pour la communication entre les activités de conception et les activités de bouclage, ainsi que leurs parties prenantes respectives, ce qui entrave les échanges d'informations nécessaires à une bonne gestion des produits mis au rebut (et de leurs matériaux). Cette thèse apporte ainsi deux contributions originales à la conception circulaire de produits: un outil pour l'intégration de la circularité des matériaux dans la conception de produits et un cadre pour caractériser les réseaux de bouclage de matériaux. L'outil est composé d'un indicateur multicritères de la valeur circulaire des matériaux utilisé dans la méthode de conception pour la circularité des matériaux (Design for Material Circularity method). Le cadre s'appuie sur une analyse documentaire approfondie, enrichie par des entretiens avec des experts de l'industrie, et sert de base à la collecte de données et à la capitalisation des connaissances sur les filières de bouclage. Les filières de recyclage en boucle ouverte de huit matériaux, appartenant aux trois principales catégories de matériaux, sont caractérisées grâce à ce cadre (acier, aluminium, cuivre, métaux précieux, métaux de spécialité, terres rares, plastiques et verre). Deux études de cas détaillent le déploiement de ces contributions. La première porte sur le choix optimal du matériau et du scénario de fin de vie pour une bouteille de 1,5 litre. La deuxième vise à identifier les points chauds (hotspots) de circularité des matériaux et les scénarios de fin de vie idéaux pour un bloc-batterie véhiculaire au lithium. / In the last decades, many tools have been developed to understand and manage the anthropogenic cycles of materials, with different approaches. Each handles the material flows in society in different ways and each possesses its respective databases that fuel their uses. Yet there seems to be no common ground of communication between design activities and cycling activities, as well as their respective stakeholders, which hinders the information exchanges required for a proper management of discarded products (and their materials). This thesis provides two original contributions to circular product design: a tool for the integration of material circularity in product design and a framework to characterize material cycling networks. The tool is composed of a multi-criteria indicator for circular material value that is used in the Design for Material Circularity method. The framework is based on an extensive literature review enhanced by industry experts’ interviews and provides a basis for data collection and knowledge capitalization on cycling activities. The open-loop recycling networks of eight materials, from the three main material classes, are characterized using this framework (steel, aluminium, copper, precious metals, specialty metals, rare earth elements, plastics and glass). Two case studies detail the deployment of these contributions. The first focuses on the optimal choice of material and end-of-life scenario for a 1,5-litre bottle container. The second is aimed at identifying material circularity hotspots and ideal end-of-life scenarios for a vehicular lithium-ion battery pack.

Cette thèse est consacrée à l’élaboration de films de nanofils d’argent orientés à l’aide de la technique de pulvérisation à incidence rasante. Couplée à la technique de dépôt couche-par-couche, il est possible de réaliser des films composés de plusieurs couches de nanofils d’argent orientées dans des directions différentes. Les films ainsi formés sont étudiés pour réaliser d’une part des supports conducteurs et transparents ordonnés et d’autre part pour réaliser des structures chirales aux propriétés optiques particulières. Une première étude est menée sur l’influence des différents paramètres de pulvérisation. Ils seront optimisés pour réaliser, dans un premier temps les échantillons transparents et conducteurs, puis dans un second, des structures chirales. Une seconde partie consiste à l’étude de structures hélicoïdales composées de plusieurs couches orientées de nanofils d’argent. Le dichroïsme circulaire de ces échantillons est étudié en fonction de différents paramètres de structure. Enfin une étude consistera à comparer les performances en tant que surface transparente et conductrice, de films orientés et d’argent sans ordre de nanofils. / This study consist in the elaboration of aligned films of silver nanowires by the Grazing Incidence Spraying (GIS) technique. Combined with the Layer-by-Layer (LbL) technique, it is possible to generate films composed of several aligned layers of silver nanowires with different directions of orientation. Optical and conductive properties of these films will be investigated to highlight the impact of these 3D ordered structures. The influence of different parameters of the GIS will be studied. These parameters will be optimized in ordrer to design samples for conductive and transparent films and to elaborate chiral structures. Chiral structures will be realized and their circular dichroism will be investigated in function of structural parameters. A last study will be realized about the influence of order for transparent and conductive electrodes by measuring performances of films with aligned and randomly deposed silver nanowires.

De nos jours, les nanomatériaux sont utilisés dans de très nombreux domaines allant de l’agroalimentaire à la santé en passant par l’industrie automobile et le textile. Dans ce contexte, de nombreuses disciplines comme la métrologie et la nanotoxicologie se sont fortement développées. Dans les milieux biologiques, les protéines interagissent avec les nanoparticules pour former une couronne de protéines. Cette couronne de protéines joue un rôle important dans les interactions des nanoparticules avec leur environnement. Comprendre et caractériser les interactions des nanoparticules avec les protéines permettraient d’améliorer l’utilisation des nanoparticules dans différents domaines, notamment dans celui de la santé. Nous avons d’abord mis au point une méthode de purification des nanoparticules permettant de préserver la structure et la composition de la couronne protéique (Asymmetric flow field-flow fractionation, AF4). Nous avons ensuite caractérisé la couronne protéique associée à ces nanoparticules par plusieurs méthodes telles que la sédimentation centrifuge différentielle, la microscopie électronique, des méthodes basées sur la diffusion de la lumière (diffusion dynamique de la lumière (DLS) et la résonance plasmonique de surface localisée ou non), le dichroïsme circulaire classique et le Synchrotron Radiation Circular Dichroism (SRCD, Diamond, UK). Nous avons montré qu’une couronne d’albumine sérique humaine provoque une augmentation du diamètre hydrodynamique des nanoparticules d’or de 14 à 25,3 nm et une diminution de la densité d’un facteur 2. Ceci nous a permis de calculer que 19 molécules d’albumine en moyenne interagissent avec une nanoparticule. Les spectres de dichroïsme circulaire ont permis d’estimer que l’albumine conserve environ 70% de ses structures hélicoïdales lorsqu’elle est complexée avec les nanoparticules. Nous avons estimé l’affinité avec laquelle les nanoparticules d’or interagissent qui est d’environ 351 nM pour l’albumine et 513 nM pour la transthyrétine qui est riche en brins béta. Nous avons également optimisé une méthode de couplage de l’AF4 à un appareil de mesure de la diffusion dynamique de la lumière (DLS) pour améliorer la précision de la mesure du diamètre hydrodynamique des nanoparticules. Cette méthode précise et flexible permettra de caractériser de nombreuses modifications de surface des nanoparticules comme l’ajout de polyéthylène glycol, utilisées pour la conception de nano-médicaments / Nowadays, nanomaterials are used in numerous areas ranging from food to health through cars and textile engineering. In this context, many disciplines such as metrology and nanotoxicology, have been developed. In biological fluids, proteins interact with nanoparticles to form the protein corona, which plays an important role in mediating the interactions of the nanoparticles with their environment. Understanding and characterizing the interactions of nanoparticles with proteins and the corona structure would improve their use in various fields and particularly in the health sector. We have first developed a method based on Asymmetric Flow Field Flow Fractionation (AF4) for purifying gold nanoparticles preserving the structure and composition of the protein corona. Then we have characterized the protein corona associated to these nanoparticles by differential centrifugal sedimentation, electron microscopy, light scattering (dynamic light scattering, DLS), surface plasmon resonance (SPR) and localized SPR and by circular dichroism (classical CD and Synchrotron Radiation Circular Dichroism, SRCD, Diamond, UK). We have shown that human serum albumin corona increased the hydrodynamic diameter of the gold nanoparticles from 14 to 25.3 nm and decreases their density by a factor of 2. This enabled us to calculate that 19 albumin molecules on average interact with a nanoparticle. We have estimated by circular dichroism that albumin maintains about 70% of its helical structures when complexed with nanoparticles. The affinity between gold nanoparticles and proteins, is about 351 nM for albumin and 513 nM for transthyretin, which are enriched in helices and beta strands respectively. We have also optimized a coupling method between the AF4 system and the dynamic light scattering apparatus to improve the measurement accuracy of the hydrodynamic diameter of the nanoparticles. This accurate and flexible method will be helpful to characterize many surface modifications of the nanoparticles such as the addition of polyethylene glycol used for the design of nanodrugs

Cette thèse, menée en partenariat avec le CNES et la DGA s’inscrit dans un contexte international très actif sur les réseaux réflecteurs ou reflectarrays. Un reflectarray est constitué d’une source primaire placée au-dessus d’un réseau de cellules contrôlant les propriétés du champ réfléchi. Une reconfiguration du diagramme de rayonnement peut être réalisée de manière électronique en introduisant des éléments actifs dans chacune des cellules. Dans ce contexte, le travail réalisé a consisté à étudier une nouvelle topologie de cellule permettant de réfléchir indépendamment deux ondes incidentes, en polarisations circulaires gauche et droite, en bande X. Cette cellule, basée sur la superposition d’une cellule sélective en polarisation et d’une cellule simple polarisation, est conçue de façon à être compatible avec une reconfiguration électronique à l’aide de commutateurs. Après un important travail de simulation électromagnétique, une première validation expérimentale, menée à l’échelle de la cellule unitaire, a mis en évidence de très bonnes performances dans les deux polarisations (pertes inférieures à 1dB, déphasage atteignant 2 bits de résolution). A cette occasion, un banc de caractérisation spécifique a été développé. Une étude de faisabilité de la cellule reconfigurable a également été menée afin d’identifier les technologies de commutateur les plus pertinentes et de quantifier les perturbations apportées par la circuiterie de commande. Finalement, un démonstrateur de réseau à états figés a été réalisé et mesuré. Constitué de 97 cellules, il a permis de démontrer les potentialités de la structure développée, pour une application spatiale réaliste : dépointage jusqu’à 26°, bande passante de 800 MHz en bande X, réjection de polarisation croisée>20dB correspondant à une pureté de polarisation circulaire satisfaisante (TE<2dB). Il s’agit de la première antenne à réseau réflecteur qui permette de gérer indépendamment et simultanément les deux orientations de la polarisation circulaire à la même fréquence tout en offrant des capacités de reconfigurabilité. / This thesis done in partnership with the French Space Agency (CNES) and the French Defense Agency (DGA) is placed in a very active international context on reflectarrays antennas. A reflectarray consists of a primary source located above microstrip elements on a grounded substrate. The microstrip elements are designed to reradiate the incident wave. A reconfiguration of the radiation pattern can be electronically achieved by introducing switches in each element. In this context, for space applications in X-band, the objective of this thesis is to propose a dual-circular polarization (CP) unit-cell able to separate at the same frequency, the two incident circular polarizations. This unit-cell, made of two layers with reconfigurable capabilities, is based on a circular polarization selective surface (CPSS) and on a single polarization cell. After intensive electromagnetic simulations, the unit-cell in dual-circular polarization with reconfigurable capabilities has been experimentally validated using a specific waveguide measurement. In fact, the unitcell reflects independently and simultaneously the two incidents circular polarizations for a phase resolution around 2 bits in LHCP and in RHCP. A feasibility study of the reconfigurable cell was also carried out to identify the most relevant technologies. Then, a reflectarray in X-band has been designed, fabricated and measured. Made up of 97 cells, it has demonstrated the potentialities of the structure for a realistic space application: scan angle up to 26 °, bandwidth of 800MHz in X-band, cross-polarization rejection>20dB and good polarization purity (AR<2dB). This is the first time that a dual circular polarization reflectarray with reconfigurable capabilities has been validated with the unique capability to reflect independently and simultaneously the two incident circular polarization at the same frequency.

Depuis la découverte de la chiralité moléculaire par Pasteur il y a plus de 150 ans, l'origine de l'homochiralité de la vie reste un mystère non résolu et troublant, qui remonte probablement à l'origine de la vie elle-même. Cette énigme a récemment été recensée dans Nature comme étant l’une des cinq plus grandes énigmes non résolues par la science.Aujourd'hui il existe deux façons d’aborder le problème de l'origine de l'asymétrie moléculaire impliquant des scénarios soit déterministes soit aléatoires. Ces derniers étant basés sur la résolution spontanée des énantiomères, et sont donc impossible à tester. En revanche, les théories déterministes peuvent être confrontées à l’expérience afin notamment de valider la reproductibilité de leur influence chirale.Le présent manuscrit est une synthèse bibliographique et expérimentale mettant en évidence les interactions de la LPC avec des molécules chirales dans le cadre de l’origine de l’homochiralité de la vie. Ces travaux ont pour but de mieux comprendre les propriétés chiroptiques de molécules chirales ainsi que de déterminer les espèces chirales susceptibles d'être présentes dans la glace cométaire / Since the Pasteur’s discovery of chirality more than 150 years ago, the origin of homochirality remains to be an unresolved mystery, which is probably linked to the origin of life-itself. This puzzle was named by the journal Nature as one of the five biggest unresolved puzzles in modern science.Today there exist two ways to address the question of the origin of molecular homochirality. It implies either deterministic or chance scenario. The latest is based on the spontaneous resolution of enantiomers by phase transition, and in consequence, it cannot be tested. On the other hand, deterministic theories can be subjected to experimental confirmation, since if there was, in fact, a chiral influence that imposed its chirality this should in principle be reproducible.The presented manuscript is a synthesis of bibliographic research and experimental studies that focus on the interaction of CPL with chiral molecules which are put in the context of the origin of homochirality of life. This work is aiming to advance our understanding of chiroptical properties of chiral molecules as well as to determine chiral species susceptible to be present in cometary ice

Les quadruplexes de guanines (G4) sont des structures d’ADN non-canoniques qui résultent de l’empilement hydrophobe de tétrades de guanines, stabilisé par des cations métalliques (tels que Na+ et K+). Il existe aujourd’hui un nombre croissant de preuves expérimentales qui attestent de l’implication des G4 dans d’importantes fonctions cellulaires corrélées à leur mécanisme de repliement/dépliement. Toutefois, très peu d’études ont abordé les aspects dynamiques de leur formation. Aussi, nous avons entrepris l’étude de plusieurs G4 mono-moléculaires à l’aide d’une nouvelle extension d’expériences de saut de température, capable de mesurer la dynamique de dénaturation thermique et de renaturation consécutive de l’ADN, sur une fenêtre temporelle allant de quelques millisecondes aux secondes. Les changements conformationnels ont été sondés par dichroïsme circulaire (CD) résolu en temps, connu pour être très sensible à l’arrangement des guanines dans les G4. Au préalable des études résolues en temps, en collaboration avec DISCO/SOLEIL, nous avons mesuré les spectres CD statiques de différentes séquences G4 présentant des topologies distinctes, comme celles des télomères humains, de l’aptamère de la thrombine ou des promoteurs de c-MYC. Nous avons observé des cinétiques de dénaturation et renaturation biphasiques avec des constantes de temps de quelques centaines de millisecondes et quelques secondes. Ces cinétiques dépendent fortement de l’amplitude du saut de température et de la concentration de cations métalliques. L’ensemble de ces observations suggère l’existence de plusieurs voies de repliement/dépliement des G4 sur des surfaces de potentiel très rugueuses. / Guanine-quadruplexes (G4) are non-canonical DNA structures that result from the hydrophobic stacking of guanine quartets stabilized by metal cations (typically Na+ and K+). There is now an increasing body of experimental evidence of their occurrence in important cell functions correlated to their folding/unfolding mechanisms. However, only few studies have addressed the dynamical aspect of their formation. In this context, we have undertaken the study of several intramolecular G4 with a novel extension of temperature-jump experiments capable to measure the thermal denaturation and the consecutive renaturation of DNA over a time window spanning a few ten milliseconds to seconds. Conformational changes have been monitored by time-resolved circular dichroism (CD), which is known to be sensitive to the chiral arrangement of guanines in the G4 scaffolds.Prior to time-resolved measurements, within the frame of a collaboration with DISCO/SOLEIL, we have performed static synchrotron radiation CD measurements on several short G4-forming sequences, such as human telomere, thrombin-binding aptamer and c-MYC promoter sequences, displaying distinct topologies. Denaturation and renaturation kinetics are found to exhibit biphasic decays with time constants of a few hundred milliseconds and a few seconds, respectively. Those kinetics depend strongly on the amplitude of the temperature jump and the concentration of cations. Taken together these observations suggest the existence of multiple folding pathways on extremely rugged landscapes.