Pontine et Reptine constituent de nouvelles cibles thérapeutiques encore très méconnues à ce jour. Outre leur activité ATPase, les complexes multimériques de Pontine et Reptine ont été décrits comme des hélicases capables d’ouvrir les acides nucléiques. La modélisation moléculaire constitue un outil puissant pour l’étude des systèmes protéiques et c’est pourquoi une approche par docking et dynamique a été envisagée. Au vue de la taille d’un complexe à douze sous-unités, les simulations prenant en compte tous les atomes se sont avérées trop coûteuses en termes de puissance de calcul. Une approche mésoscopique,appelée gros-grains, a donc été utilisée pour réduire le nombre de particules à traiter. Legain de temps de calcul offert par ce modèle nous a permis d’étudier les complexes de Pontine et Reptine en présence de partenaires de type ligands, l’ATP et l’ADP, et de type acide nucléique. Par le biais d’un retour au niveau atomique, une ouverture de la double hélice d’ADN a pu être observée ainsi qu’une orientation préférentielle des brins. Des hypothèses mécanistiques de l'activité hélicase du complexe ont alors pu être formulées sur la base de ces résultats. / Pontin/Reptin complexes offer new therapeutic opportunities despite the fact they are still notwell known. In addition to their ATPase activity, multimeric complexes of Pontin/Reptin were reported as hélicases able to unwind nucleic acids. Molecular modeling techniques are a powerful tool to study proteins, both a docking and molecular dynamics were applied.Considering the size of a twelve sub-units complex, simulations taking into account all atoms were too expensive in terms of computational costs. A mesoscopic approach, called coarse grain,was used to reduce the number of particles. The calculation time saved with this model allowed the study of Pontin/Reptin complexes in the presence of diverse partners like small ligands (ATP or ADP) and/or nucleic acids. Reverse transformation from coarse-grain to the atomic level led to a DNA double helix opening along to the single strands rearrangement.Several mechanistic hypotheses for the complex helicase activity were formulated from these results.

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse est consacré aux études théorique et expérimentale du profil spectral des raies d'absorption de la vapeur d'eau, une espèce clé dans l'atmosphère de la Terre. Le but de ce travail est de proposer une approche générale permettant de modéliser précisément la forme des raies d'absorption de H2O.La première partie de cette thèse porte sur la mesure des paramètres spectroscopiques de H2O pur et de H2O dans l'air dans l'infrarouge proche en utilisant un système de diode laser à cavité externe et la technique de spectroscopie d'absorption directe. Différents modèles de profil spectral existants sont utilisés pour ajuster les spectres mesurés. Les résultats montrent que le profil de Voigt habituel mène à de larges différences avec les spectres mesurés et qu'il est nécessaire de prendre en compte à la fois les changements de vitesse et les dépendances en vitesse des paramètres collisionnels pour décrire correctement le profil spectral. Dans la deuxième partie, une nouvelle modélisation du profil spectral de H2O est proposée. Le modèle développé est basé sur des résultats obtenus à partir de simulations de dynamique moléculaire et de calculs semi-classiques. Ce modèle tient compte à la fois des effets de changements de vitesse dus aux collisions et des dépendances en vitesse des paramètres collisionnels. En particulier, nous avons montré qu'il est important, pour H2O, de prendre en compte la corrélation entre les changements de la vitesse et ceux de l'état interne. Le modèle proposé est en très bon accord avec des spectres de H2O (H2O/H2O, H2O/N2 et H2O/Air) mesurés par différentes techniques et pour de larges gammes de pression et domaine spectral. En raison de sa complexité et de son temps de calcul élevé, l'utilisation du nouveau modèle est difficile dans des applications pratiques telles que les calculs de transfert radiatif. Dans la troisième partie, ce nouveau modèle est donc utilisé comme une référence afin de tester les différentes approches simplifiées existantes. Les résultats montrent que le modèle pCqSDHC (partially-Correlated quadratique-Speed-Dependent Hard-Collision) est le plus adapté pour modéliser le profil spectral des raies isolées de H2O, mais aussi d'autres systèmes moléculaire. Il permet en effet un très bon compromis entre la précision et l'efficacité demandée dans des applications pratiques / This work is devoted to a theoretical and experimental study of the spectral shape of isolated transitions of water vapor, a key species of the Earth atmosphere. The purpose of these studies is to develop an accurate line-shape model taking into account different velocity effects affecting the spectral shape of H2O lines. In the first part of this thesis, spectroscopic line parameters of pure H2O and H2O diluted in air have been measured using an external cavity diode laser and a long-path absorption cell. Different existing line-shape models have been used to adjust the measurements. The results show that the widely-used Voigt profile leads to large differences with measured spectra and that it is necessary to take into account both the velocity changes and speed dependence effects to correctly model H2O line shapes. The second part of this work is devoted to the development of a new line-shape model, based on the results obtained from classical molecular dynamics simulations and semi-classical calculations. Both collision-induced velocity changes and speed dependence effects are taken into account by this model. Furthermore, we also show that the correlation between velocity changes and internal-state changes has to be accounted for to correctly describe H2O line shapes. Spectra of pure H2O, H2O in N2 and in air, calculated with the new model are in excellent agreement with those measured by different techniques and for large ranges of pressure and spectral domain. Its complexity and its large computational cost make the new model difficult to use for practical applications such as atmospheric radiative transfer. It is thus used, in the third part, as a “benchmark” in order to test different simplified line profiles and then to choose the proper one to fit measured spectra and to be used for atmospheric spectra prediction. The results show that the pCqSDHC (partially-Correlated quadratic-Speed-Dependent Hard-Collision) model is the most adapted to represent the line shape of H2O, but also of other molecules. This model offers a very good compromise between accuracy and computation efficiency and can be easily used in different practical applications

L'objectif principal de la présente dissertation est d'étudier le rôle des fissures pointues sur le comportement mécanique des cristaux sous charge à l'échelle atomique. La question d'intérêt est la façon dont un cristal pur, qui contient une seule fissure en équilibre mécanique, se déforme. Deux métaux ont été considérés: l'aluminium, qui est ductile à toute température, et le fer, transformé de ductile en fragile à une température décroissante inférieure à T=77K. Les forces de cohésion dans les deux métaux ont été modélisées via les potentiels phénoménologiques "n-body". A (010)[001] mode I nano-crack a été introduit dans le réseau cristallin parfait de chacun des métaux étudiés en utilisant des déplacements appropriés attribués par l'élasticité anisotrope. A T=0K, des configurations de fissures à l'équilibre ont été obtenues par minimisation d'énergie avec un type mixte de conditions aux limites. Les deux modèles ont révélé que les configurations de fissures restaient stables sous une gamme finie de contraintes appliquées en raison de l'effet de piégeage en treillis. La présente thèse propose une nouvelle approche pour interpréter le comportement mécanique intrinsèque des deux systèmes métalliques sous le chargement. En particulier, la réponse ductile ou fragile d'un système cristallin peut être déterminée en examinant si la barrière de piégeage en treillis d'une fissure préexistante est suffisante pour provoquer le glissement de dislocations statiques préexistantes. Les résultats des simulations ainsi que les données expérimentales démontrent que, selon le modèle proposé, l'aluminium et le fer sont ductiles et fragiles à T=0K, respectivement. / The principal aim of the present dissertation is to investigate the role of sharp cracks on the mechanical behaviour of crystals under load at the atomic scale. The question of interest is how a pure crystal, which contains a single crack in mechanical equilibrium, deforms. Two metals were considered: aluminium, ductile at any temperature below its melting point, and iron, being transformed from ductile to brittle upon decreasing temperature below T=77K. Cohesive forces in both metals were modeled via phenomenological n-body potentials. A (010)[001] mode I nano-crack was introduced in the perfect crystalline lattice of each of the studied metals by using appropriate displacements ascribed by anisotropic elasticity. At T=0K, equilibrium crack configurations were obtained via energy minimization with a mixed type of boundary conditions. Both models revealed that the crack configurations remained stable under a finite range of applied stresses due to the lattice trapping effect. The present thesis proposes a novel approach to interpret the intrinsic mechanical behaviour of the two metallic systems under loading. In particular, the ductile or brittle response of a crystalline system can be determined by examining whether the lattice trapping barrier of a pre-existing crack is sufficient to cause the glide of pre-existing static dislocations on the available slip systems. Simulation results along with experimental data demonstrate that, according to the model proposed, aluminium and iron are ductile and brittle at T=0K, respectively.

L'objectif de la thèse est d'analyser le comportement mécanique de matériaux granulaires composites bidimensionels en terme de textures granulaires en utilisant deux approches : étude expérimentale par "thermoelastic stress analysis" et étude numérique par dynamique moléculaire. Les systèmes granulaires composites sont préparés à l'aide de cylindres en polyoxyméthylène (POM) et polyéthylène haute densité (PEHD), présentant un rapport de rigidité de 4 entre eux. Différents rapports de diamètres et de nombres de particules sont considérés. Les résultats expérimentaux et numériques sont en bon accord à l'échelle macroscopique. En particulier, le réseau fort (qui est ici caractérisé par des contraintes hydrostatiques supérieures à la valeur moyenne) contient moins de 50% des particules, et présente une distribution décroissance exponentielle quel que soit le type de particules considéré pour l'analyse (particules souples, particules rigides, toutes les particules). De plus, la distribution des contacts entre particules rigides (contacts POM-POM) est anisotrope et tend à s'organiser dans le sens de la direction du chargement extérieur appliqué, tandis que les autres types de contact agissent principalement pour maintenir le système en équilibre. / The main objective of our dissertation is to analyze the mechanical behavior of two-dimensional composite granular materials through the granular textures. Thermoelatic stress analysis experiments and molecular dynamics simulations are used for this purpose. The composite granular systems are prepared from polyoxymethylene (POM) and high-density polyethylene (HDPE) cylinders with a stiffness ratio of about 4 between them. Different configurations in terms of ratios of diameter size and ratio of particle numbers are systematically investigated. Experimental and numerical results are good correlated at the macroscopic scale. In particular the strong network, which is here characterized by hydrostatic stresses higher than the mean value, consists of less than 50% of all particles, and exhibits an exponential decay whatever the type of particles considered for the analysis (soft, stiff, or both types). In addition, the contact distributions between stiff particles (POM-POM contacts) is anisotropic with an effort to arrange parallel to the direction of the external applied load, whereas the other types of contacts just act to sustain the granular system in equilibrium.

L'ADN est au cœur de nombreux processus biologiques. De ce fait, il est la cible de nombreuses molécules pharmacologiques employées notamment dans les thérapies anticancer. Parmi celles-ci, la daunomycine va interagir avec la double hélice d'ADN en s'intercalant entre deux paires de bases, bloquant ainsi la réplication. Malgré l'efficacité reconnue des molécules intercalantes, et de nombreuses études à ce sujet, le mécanisme du processus d'intercalation n'est pas clairement déterminé à l'heure actuelle. Basés sur l'utilisation de la dynamique moléculaire avec une représentation tout atome des systèmes en conditions de solvant explicite, ces travaux ont tout d'abord visé à caractériser l'influence de la flexibilité conformationnelle de la daunomycine vis à vis de l'ADN, ainsi que son importance dans les interactions entre ces deux molécules. Dans un deuxième temps nous nous sommes focalisés sur le chemin réactionnel menant la daunomycine à son site d'intercalation par umbrella sampling. Cette étude, en plus de fournir des énergies libres en accord avec les données expérimentales, a permis de pointer du doigt un mécanisme d'intercalation impliquant une étape préliminaire de liaison de la daunomycine au petit sillon de l'ADN, suivie d'une étape intermédiaire de réorientation du ligand. Finalement, la réalisation de simulations de glissement de la daunomycine le long du petit sillon de l'ADN nous a permis de nous intéresser au mécanisme permettant à ce ligand de localiser son site d'intercalation le long de l'ADN / DNA is at the heart of many biological processes. Therefore, it is the target of numerous pharmacological molecules used in cancer therapies. Among them, daunomycin will interact with the double helix by intercalation between DNA’s base pairs, thus blocking replication. Despite the proven efficiency of intercalating molecules, and many studies on this subject, the mechanism of intercalation process is not yet clearly understood. Based on molecular dynamics with an all atoms representation in explicit solvent conditions, this work, in one hand, aim to characterize the influence of the conformational flexibility of daunomycin during interactions with DNA. In a second hand, we focused on the reaction pathway leading daunomycine to its intercalation site using umbrella sampling. This study, in addition to providing free energies in agreement with experimental data, has allowed to highlight an intercalation mechanism involving a preliminary step where daunomycin bind to the minor groove of DNA, followed by a intermediate step of reorientation of the ligand. Finally, the realization of sliding simulations of daunomycin along DNA minor groove, has allowed us to focus on the mechanism that allow a ligand to locate its intercalation site on DNA

Dans de nombreuses applications technologiques des alliages métalliques structurés, la fragilisation par l'hydrogène (HE) est une préoccupation majeure car elle peut pénétrer dans la plupart des métaux, dégrader leurs propriétés et conduire à des défaillances prématurées. Malgré de nombreux efforts durant ces dernières décennies, au cours desquelles de nombreux mécanismes microscopiques ont été proposées, une compréhension claire des mécanismes de fragilisation H n'a pas encore été atteint. Depuis qu'il processus se produisent sur une échelle atomique, les mécanismes exacts conduisant à HE ne sont pas facilement identifiés expérimentalement. Une amélioration possible serait d'utiliser des simulations à l'échelle atomique pour essayer de capturer les détails des processus de déformation et de rupture au niveau atomique, permettant l'enquête du mécanisme microscopique pertinente. Dans un tel contexte, l'objectif de ce travail de thèse est de comprendre et de quantifier les interactions H avec des défauts comme postes vacants, les luxations et les fissures dans les métaux cfc par la modélisation multi-échelle. L'étude est organisé en quatre parties principales. Dans la première partie, nous avons utilisé des premiers calculs principe (basée sur la théorie fonctionnelle de la densité) pour décrire H interaction avec une vacance de Nickel. Plus précisément, les énergies de ségrégation de plusieurs atomes d'hydrogène en un seul et di-postes vacants ont été calculés. Deux énergies caractéristiques qui ont été trouvés à clarifier les pics expérimentaux observés chez Spectra désorption thermique dans la littérature. Les concentrations de groupes H-inoccupation équilibre a ensuite été évalué, dans des conditions pertinentes à SE et de corrosion sous contrainte (CSC) des alliages à base de Ni (industrie nucléaire), par des simulations de Monte Carlo et un modèle thermodynamique développé à partir de nos données DFT. Dans la deuxième partie, nous avons quantifié l'effet de piégeage de postes vacants sur H diffusion dans Nickel. Avec DFT barrières de saut calculé, liés à H piégeage et dépiégeage dans les postes vacants, nous avons utilisé accéléré Kinetic Monte Carlo (KMC) simulations pour évaluer le coefficient H de diffusion en fonction de la concentration de vacance et de la température. Dans la troisième partie, nous avons étudié la diffusion des grappes H-vacance de Ni, basée sur la combinaison de DFT et une méthode statistique. Calculs DFT de barrières de saut d'inoccupation ont été effectuées pour les clusters contenant de un à six H à l'intérieur du poste vacant. Avec ces barrières calculés et les concentrations calculées précédentes de grappes H-inoccupation, un modèle simple stochastique similaire à la procédure KMC a été développé pour estimer le coefficient de diffusion de grappes H-inoccupation en fonction de la concentration et de la température M. Dans la dernière partie, nous avons étudié l'interaction de l'hydrogène avec une pointe de fissure émoussée en aluminium par EAM combinée (potentiel interatomique semi-empirique) et calculs DFT. Méthode atome embarqué (EAM) simulations potentiels ont été réalisées pour évaluer l'effet de H sur la dislocation émission d'une pointe de fissure émoussée en mode mixte chargement. Ce phénomène peut être comprise par le changement induit H de l'empilement instable faute de l'énergie (γus) dans le modèle de Rice. Par conséquent, DFT et EAM calculs de γus ont été effectuées, y compris les effets de H et des charges en mode mixte. Il est montré que l'effet de la charge perpendiculaire au plan de glissement est très forte, contrairement à l'effet de la surface sous-H, ce qui est négligeable. / In many technological applications of structured metallic alloys, hydrogen embrittlement (HE) is a major concern as it can penetrate in most metals, degrade their properties and lead to premature failures. Despite numerous efforts in the past decades during which many microscopic mechanisms were proposed, a clear understanding of H embrittlement mechanisms has not been achieved yet. Since HE processes occur on an atomic-scale, the exact mechanisms leading to HE are not easily identified experimentally. One possible improvement would be to use atomic-scale simulations to try to capture details of deformation and fracture processes at the atomic level, enabling the investigation of relevant microscopic mechanism. In such context, the goal of this PhD work is to understand and quantify H interactions with defects like vacancies, dislocations and cracks in fcc metals through multi-scale modeling. The study is organized in four main parts. In the first part, we employed first principle calculations (based on density functional theory) to describe H interaction with a vacancy in Nickel. More specifically, the segregation energies of multiple H atoms in a single and di-vacancies were computed. Two characteristic energies were found which clarify the experimental peaks observed in Thermal Desorption Spectra in the literature. The equilibrium concentrations of H-vacancy clusters was then evaluated, under conditions relevant to HE and stress corrosion cracking (SCC) of Ni based alloys (nuclear industry),by Monte Carlo simulations and a thermodynamic model developed from our DFT data. In the second part, we quantified the trapping effect of vacancies on H diffusion in Nickel. With DFT computed jump barriers, related to H trapping and detrapping in vacancies, we employed accelerated Kinetic Monte Carlo (KMC) simulations to evaluate the H diffusion coefficient as a function of vacancy concentration and temperature. In the third part, we studied the diffusion of H-vacancy clusters in Ni, based on the combination of DFT and a statistical method. DFT calculations of vacancy jump barriers were performed for clusters containing from one to six H inside the vacancy. With these computed barriers and previous calculated concentrations of H-vacancy clusters, a simple stochastic model similar to the KMC procedure was developed to estimate the diffusion coefficient of H-vacancy clusters as a function of H concentration and temperature. In the last part, we studied the interaction of hydrogen with a blunted crack tip in Aluminum by combined EAM (semi-empirical interatomic potential) and DFT calculations. Embedded atom method (EAM) potential simulations were performed to evaluate the H effect on dislocation emission from a blunted crack tip under mixed mode loading. This phenomenon can be understood by the H induced change of the unstable stacking fault energy (γus ) in Rice’s model. Therefore, DFT and EAM calculations of γus were performed including the effects of H and of the mixed mode loads. It is shown that the effect of the load perpendicular to the glide plane is very strong, contrary to the effect of sub-surface H, which is negligible

Dans le contexte des écoulements micro- et nano-fluidiques, ce travail porte sur l'étude des interactions à l'interface entre des flux de gaz rares et des surfaces métalliques via une approche de modélisation multi-physique et multi-échelle. Elle se concentre tout particulièrement sur l'interaction entre l'argon et une surface d'or. Pour ce faire la modélisation a été effectuée en deux étapes, une première partie utilisant la mécanique quantique à l'échelle atomique et une deuxième partie de dynamique moléculaire à l'échelle nanométrique. La première partie est consacrée à l'obtention de potentiels d'interaction entre un atome d'argon et les atomes d'or de la surface par des méthodes de calculs théoriques basés sur la DFT comportant des effets à longues distances. Deux approches, donnant des résultats comparables, ont été utilisées : la première est liée à la description périodique de la surface d'or par un modèle basé sur la description des électrons par des ondes planes alors que la seconde permet de récupérer séparément les parties répulsives et attractives de l'interaction d'un atome d'argon avec un petit cluster d'or. Ces potentiels d'interactions ont été décomposés en potentiels de paires Ar-Au utilisables par des simulations de dynamique moléculaire. Ces simulations ont consisté en la projection d'atomes d'argon sur des surfaces d'or ‘parfaites' dites lisses ou des surfaces rugueuses plus représentatives de la technologie actuelle. L'analyse statistique des vitesses réfléchies permet de déterminer le coefficient d'accommodation tangentiel de l'argon sur des surfaces d'or. Ce coefficient est la traduction du phénomène de glissement qui peut ainsi être modélisé dans une description plus macroscopique de l'écoulement d'un gaz dans une micro-conduite. L'approche multi-physique utilisée dans ce travail a permis la détermination numérique de coefficients d'accommodations tangentiels très précis et comparables à l'expérience pour le couple argon-or, et doit pouvoir être appliquée à d'autres couples / In the context of micro- and nano-flows, this work concentrates on the study of interactions at the interface of noble gas and metal surfaces by a multi-physics and multiscale model. Particularly, the interaction of an argon atom with a gold surface is the focus of the study. The work has been made in two steps: the first one occurred at the atomic scale in which Quantum Mechanics is employed and the second one at the nanoscale with the use of Molecular Dynamics.The first part of the work was devoted to the determination of interaction potentials between an argon atom and gold atoms from the surface by DFT calculation methods comporting long range effects. Two approaches, leading similar results, have been used: the first one is linked to a periodic description of the gold surface where electrons are defined by plane waves, the second one gives independently repulsive and attractive parts of the interaction of an argon atom with a small gold cluster. Those interaction potentials are then decomposed in pair potentials suitable for Molecular Dynamics simulations. These last ones consisted in multiple times projecting argon atoms on smooth or rough gold surfaces (which are more representative of the roughness of actual technologies). The statistical analysis of the reflected velocities yielded the tangential momentum accommodation (TMAC) coefficient of argon on gold surfaces. This coefficient is the transcription of slip phenomena which occur at the interface, and it can then be used in nano-flow simulations. The multi-physics approach of the thesis gives accurate TMAC values which are comparable to experiments. The accounted method could then be applied to other noble gas metal surface couples

Le tungstène sera soumis à des conditions extrêmes de température et de bombardement de particules en tant que paroi des cibles du divertor dans le réacteur de fusion nucléaire ITER. De hauts flux d’ions légers impacteront la surface du tungstène et sont susceptibles de générer des défauts dans le cristal. Cette étude vise à étudier les premières étapes de la formation des défauts lacunaires dans le cristal de tungstène soumis à un faible flux d’ions de faible énergie afin de comprendre le rôle de l’accumulation de l’hélium, un des produits de la réaction de fusion du deutérium et du tritium. Pour cette étude, une source plasma ICP-RF a été développée et qualifiée afin de réaliser des implantations d’hélium dans des conditions parfaitement contrôlées. Les implantations d’hélium ont été réalisées pour plusieurs conditions de fluence, d’énergie et de température, sur des échantillons de tungstène polycristallins. La spectroscopie d’annihilation des positons a été utilisée pour caractériser les défauts lacunaires, les analyses par réactions nucléaires, pour quantifier l’hélium implanté et la spectrométrie de thermodésorption pour caractériser les interactions de l’hélium dans le cristal. Les résultats montrent que pour une énergie de 320 eV à température ambiante, une fluence incidente limite est atteinte à partir de laquelle une saturation de l’hélium implanté apparaît et la formation de lacunes de grande taille débute. L’étude de l’influence de l’énergie et de la température montre l’importance de la répartition de l’hélium en profondeur et de sa mobilité dans le cristal sur la taille et la diversité des défauts formés. Les implantations sont simulées par dynamique moléculaire. Les résultats obtenus par l’approche numérique sont comparés aux résultats expérimentaux afin de mieux comprendre les mécanismes élémentaires mis en jeu. / Tungsten will be exposed to severe plasma conditions such as high temperature and high particle bombardment as a target of the divertor in the nuclear fusion reactor ITER. High fluxes of light ions will impact its surface and can generate defects in the crystal. This study means to observe the first steps of the vacancy-type defects formation in the tungsten crystal subject to low ion flux of low kinetic energy in order to understand the influence of the accumulation of helium, one of the nuclear reaction products. For the experiments, an ICP-RF plasma source was developed and characterized to perform helium implantations under perfectly controlled conditions. Helium implantations were performed under various conditions of fluence, energy and substrate temperature on polycrystalline tungsten samples. Positron annihilation spectroscopy was used to characterize vacancy-type defects, nuclear reaction analysis to quantify implanted helium and thermal desorption spectrometry to characterize the interactions of helium in the crystal. Results show that, for a kinetic energy of 320 eV and at room temperature, a saturation of the helium implanted quantity is reached for a limit incident fluence and that large vacancy defects starts to form. Study of the kinetic energy and the surface temperature influences show the importance of the depth distribution and the mobility of the helium in the crystal on the size and the diversity of the generated defects. Implantations are performed by molecular dynamic simulations. Results obtained by the numerical approach are compared to experimental ones in order to get a better understanding of the atomic scale mechanisms.

Cette thèse concerne l’analyse et le développement de schémas d’intégration numérique de la Dynamique des Particules Dissipatives. Une présentation et une analyse de convergence faible de schémas existants est présentée, suivie d’une présentation et d’une analyse similaire de deux nouveaux schémas d’intégration facilement parallélisables. Une analyse des propriétés de conservation d’énergie de tous ces schémas est effectuée suivie d’une étude comparative de leurs biais sur l’estimation des valeurs moyennes d’observables physiques pour des systèmes à l’équilibre. Les schémas sont ensuite testés sur des systèmes choqués de fluides DPDE, où l’on montre que nos deux nouveaux schémas apportent une amélioration dans la précision de la description du comportement de tels systèmes par rapport aux schémas facilement parallélisables existants.Finalement, nous présentons une tentative d’accélération d’un schéma d’intégration de référence s’appliquant aux simulations séquentielles de la DPDE / This thesis is about the development and analysis of numerical schemes forthe integration of the Dissipative Particle Dynamics with Energy conservation. A presentation and a weak convergence analysis of existing schemes is performed, as well as the introduction and a similar analysis of two new straightforwardly parallelizable schemes. The energy preservation properties of all these schemes are studied followed by a comparative study of their biases on the estimation of the average values of physical observables on equilibrium simulations. The schemes are then tested on shock simulations of DPDE fluids, where we show that our schemes bring an improvement on the accuracy of the description of the behavior of such systems compared to existing straightforwardly parallelizable schemes. Finally, we present an attempt at accelerating a reference DPDE integration scheme on sequential simulations

La bioluminescence est un processus complexe dans lequel la réaction chimique d'un substrat, catalysée par une protéine, entraîne l'apparition d'une émission de lumière dans le spectre visible. Dans le cas des lucioles, un insecte émettant dans le domaine du jaune-vert, le substrat se nomme luciférine et la protéine luciférase. Cependant, la taille et la complexité de ce système chimique limite sa compréhension, notamment celle du mécanisme réactionnel.L'apport de la chimie théorique dans ce domaine est essentiel et a prouvé son utilité dans de nombreux cas. L'utilisation de la méthode QM/MM, méthode hybride couplant la mécanique quantique et la mécanique moléculaire permet de modéliser et d'étudier ces systèmes biologiques.Cette thèse se focalise sur deux approches différentes de l'étude de la bioluminescence chez les lucioles. La première consiste à étudier l'effet de certaines modifications chimiques sur la couleur de la bioluminescence. On s'intéresse plus particulièrement à un analogue de la luciférine et à certaines luciférases issues d'autres systèmes bioluminescents. Par cette étude on cherche à rationaliser et à prédire l'effet ainsi que l’impact de ces changements sur l’émission. Le deuxième sujet explore deux étapes du mécanisme réactionnel de la bioluminescence: d'une part, la coordination du dioxygène sur un intermédiaire de la réaction, une étape encore non étudiée et d'autre part la réaction de tautomérisation dans l'état excité et au sein de la protéine entre deux formes émissives possibles de la luciférine / The bioluminescence is a complex process that involves the reaction of a substrate, catalysed by an enzyme that sheds light in the visible spectra. In fireflies, the light emitted has a yellow-green tone thanks to the interaction between the substrate luciferin and the protein luciferase. However the size and the complexity of the system prevent its comprehension especially when dealing with the reaction mechanism.The use of computational chemistry is key to understand and improve the comprehension of the bioluminescence. The hybrid QM/MM method that combines quantum mechanics with molecular mechanics is a great tool to model and study bioluminescent systems.This thesis deals with two different approaches of the bioluminescence in fireflies. The first one is related to the study of chemical modifications that tune the emission colour. We will discuss about one analogue of the luciferin and on new luciferases from others bioluminescent species. The goals of this study are to rationalise and predict both the effect and the impact of these modifications on the emission. The second subject deals with two different steps of the bioluminescent mechanism. The first one discusses the binding of the dioxygen to the bioluminescent intermediate, which was so far unstudied and the second one about the tautomerization in the excited state and in the protein of two possible emissive forms of the luciferin