L'objectif de cette thèse est de démontrer comment faire une analyse théorique de fatigue et de mécanique de la rupture d'une structure éolienne à l'axe horizontal. La chaîne des calculs nécessaires pour atteindre cet objectif s'avère être particulièrement longue pour deux raisons : d'abord, la vitesse du vent varie aléatoirement avec le temps ; deuxièmement, l'amplitude de vibration du mât est amplifié en raison des ses fréquences naturelles de vibration. Un chapitre entier est consacré à la modélisation de la vitesse du vent dans l'espace et dans le temps. Ce même chapitre démontre comment synthétiser un signal aléatoire à partir d'une fonction de densité spectrale de puissance (DSP). La force axiale du rotor est le chargement le plus important sur une structure éolienne à l'axe horizontal. Cette force a un rapport non linéaire avec la vitesse du vent. Cela implique la nécessité de déterminer la DSP de la force axiale à partir de son signal, en se servant d'une technique d'estimation spectrale. La méthode Thomson Multitaper s'est avéré la plus satisfaisante pour cette application. La DSP des déplacements du mât est déterminée en associant la réceptance du système structurel avec la DSP de la force qui représente tous les chargements. Un signal de contrainte peut finalement être synthétisé à partir de sa DSP. La technique de comptage de cycles de chargement connue sous le nom de rainflow est abordée et appliquée. Le fait que le signal de contraintes a une amplitude variable implique la nécessité d'employer une technique plus avancée de simulation de propagation de fissures. La technique choisie pour cette thèse est connue sous le nom de strip-yield (bande d'écoulement). / The objective of this thesis is to demonstrate how to do theoretical analyses of fatigue and fracture mechanics in a structure for horizontal axis wind turbine. The chain of calculations required to reach this objective is particularly long for two reasons : firstly, the wind speed varies randomly with time , secondly, the vibration amplitude of the mast is amplified due to its natural frequencies of vibration. A whole chapter is dedicated to modeling the wind speed in space and time. The same chapter shows how to synthesize a random signal by employing a power spectral density function (PSD). The axial force of the rotor is the most important loading on a structure for horizontal axis wind turbine. This force has a non linear relation with the wind speed. This implies the need to determine the PSD of the axial force from its signal, by employing a spectral estimation method. The Thomson Multitaper method revealed to be the most satisfactory for this application. The PSD of displacement of the mast is determined by associating the receptance of the structural system and the PSD of the force representing all loadings. Finally, a signal of stress can be synthesized from its PSD. The fatigue cycle counting method known as rainflow is discussed and employed. The fact that the signal of stress has a variable amplitude implies the need of a more sophisticated method to simulate a crack propagation. The method chosen in this thesis is called strip-yield.

Le but de cette thèse est de sonder la flexibilité de NCp7 et de Δ(-)PBS, deux bio-molécules impliquées dans le second saut de brin de la transcription inverse du VIH. Deux stratégies expérimentales ont été mises en place. Un nouveau montage de spectroscopie ultra-rapide de fluorescence par down-conversion a été construit. Les dynamiques de quenching de la 2-aminopurine (2Ap), insérée en position 6, 8 et 10 de la boucle Δ(-)PBS ont pu être entièrement résolues à une résolution sub-ps. Pour chaque position, 4 temps de vie ont été révélés. Des mesures d'anisotropie confirment que les deux composantes < 5 ps sont liées à un empilement de la 2Ap avec les Guanines avoisinantes. Cet empilement est site-spécifique, prouvé par l'augmentation significative de leurs amplitudes lorsque la 2Ap est située près de la tige (position 10). La faible proportion de conformations reliées à un quenching collisionnel est significative de la faible exposition des 2Ap au solvant et de l'encombrement général de la boucle. La seconde approche avait pour but d'étudier l'effet du repliement du squelette protéique de [35-50] NCp7 autour de son atome de zinc par CID et par LID. Les spectres CID de la protéine nue sont expliqués par le modèle du proton mobile et une description détaillée d'un schéma de fragmentation spécifique autour du Tryptophane (Trp) a été soulignée, attribué une Lysine voisine. Un seul fragment issu de l'excitation à 266 nm a été identifié, son apparition entre en compétition avec les fragments CID du Trp. L'effet général du repliement autour du Zinc se traduit par une augmentation du taux de fragmentation autour du Trp et par une perte de spécificité pour le reste du spectre.Les flexibilités de Δ(-)PBS et NCp7 ont été respectivement évaluées par spectroscopie ultra-rapide de type down-conversion et par spectrométrie en phase gazeuse. La première méthode nécessite l'utilisation d'une sonde fluorescente non invasive, la 2-aminopurine (2Ap), placée en position 6, 8 et 10 de la boucle Δ(-)PBS. Notre résolution temporelle permet de résoudre entièrement les dynamiques locales de quenching et d'anisotropie de la 2Ap. Les composantes liées au quenching statique et quenching collisionnel ont été discriminées et révèlent les degrés d'empilement / encombrement locaux de la boucle. L'effet du repliement de [35-50] NCp7 autour de son atome de zinc a été étudié par CID et par LID à 266 nm. La protéine nue présente un interessant shéma de fragmentation autour du Tryptophane (Trp), exalté par la complexation avec le zinc, au prix une perte de spécificité pour le reste du spectre. Un seul fragment LID a été identifié, un mécanisme de sa formation est proposé.

Le but de cette thèse est de sonder la flexibilité de NCp7 et de Δ(-)PBS, deux bio-molécules impliquées dans le second saut de brin de la transcription inverse du VIH. Deux stratégies expérimentales ont été mises en place. Un nouveau montage de spectroscopie ultra-rapide de fluorescence par down-conversion a été construit. Les dynamiques de quenching de la 2-aminopurine (2Ap), insérée en position 6, 8 et 10 de la boucle Δ(-)PBS ont pu être entièrement résolues à une résolution sub-ps. Pour chaque position, 4 temps de vie ont été révélés. Des mesures d'anisotropie confirment que les deux composantes < 5 ps sont liées à un empilement de la 2Ap avec les Guanines avoisinantes. Cet empilement est site-spécifique, prouvé par l'augmentation significative de leurs amplitudes lorsque la 2Ap est située près de la tige (position 10). La faible proportion de conformations reliées à un quenching collisionnel est significative de la faible exposition des 2Ap au solvant et de l'encombrement général de la boucle. La seconde approche avait pour but d'étudier l'effet du repliement du squelette protéique de [35-50] NCp7 autour de son atome de zinc par CID et par LID. Les spectres CID de la protéine nue sont expliqués par le modèle du proton mobile et une description détaillée d'un schéma de fragmentation spécifique autour du Tryptophane (Trp) a été soulignée, attribué une Lysine voisine. Un seul fragment issu de l'excitation à 266 nm a été identifié, son apparition entre en compétition avec les fragments CID du Trp. L'effet général du repliement autour du Zinc se traduit par une augmentation du taux de fragmentation autour du Trp et par une perte de spécificité pour le reste du spectre.Les flexibilités de Δ(-)PBS et NCp7 ont été respectivement évaluées par spectroscopie ultra-rapide de type down-conversion et par spectrométrie en phase gazeuse. La première méthode nécessite l'utilisation d'une sonde fluorescente non invasive, la 2-aminopurine (2Ap), placée en position 6, 8 et 10 de la boucle Δ(-)PBS. Notre résolution temporelle permet de résoudre entièrement les dynamiques locales de quenching et d'anisotropie de la 2Ap. Les composantes liées au quenching statique et quenching collisionnel ont été discriminées et révèlent les degrés d'empilement / encombrement locaux de la boucle. L'effet du repliement de [35-50] NCp7 autour de son atome de zinc a été étudié par CID et par LID à 266 nm. La protéine nue présente un interessant shéma de fragmentation autour du Tryptophane (Trp), exalté par la complexation avec le zinc, au prix une perte de spécificité pour le reste du spectre. Un seul fragment LID a été identifié, un mécanisme de sa formation est proposé. / This thesis aims to probe the flexibility of NCp7 and Δ(-)PBS, two biomolecules involved in the second strand transfer of the HIV's reverse transcription. We brought to the front two original experimental methods. A new ultrafast fluorescence down-conversion setup has been built, suitable for biological chromophore investigations. The quenching dynamics of 2-aminopurine (2Ap), site-mutated at the positions 6, 8 and 10 of Δ(-)PBS loop, were completely resolved under a ps scale. For each location, 4 decay times, were highlighted. Further anisotropy measurements confirmed that the two < 5 ps components correspond to stacking interactions of 2Ap with neighbouring Guanines. The site-specific aspect of the stacking were supported by a significant increase of their relative amplitudes when 2Ap were cloesly located to the stem (position 10). The minor portion of conformations involved with ps to ns collisional quenching suggests a low exposure of 2Ap towards the solvent as well as a general restriction of the loop. The second method planned to investigate the effet of the zinc-folding on [35-50] NCp7's peptidic backbone, thanks to CID and LID. The CID-generated spectra of the bare peptide were explained by the mobile proton model, and an exhaustive tryptophan (Trp) fragmentation pattern was described, mainly due to a neighbouring Lysin effects. Only one LID-fragment has been identified upon 266 nm excitation, probably created through a pathway competing with the generation of Trp fragments by CID. The main aspects related to zinc-folding are a general enhancement of the fragmentation ratios related to Trp and a loss of specificity for the remaining mass spectra parts.Δ(-)PBS et NCp7 has been respectively investigated by ultrafast down-conversion spectroscopy and gas-phase spectrometry. The first method implies the use of a non invasive fluorescent probe, named 2 aminopurine (2Ap), site mutated in position 6, 8 et 10 of the Δ(-)PBS loop. Our time resolution allows to fully depict the local quenching dynamics and anisotropy decays. The component related to static and collisional has been solved, thus describing different stacking degrees as well as local restrictions. The effect of [35-50] NCp7 folding around its zinc atom has been studied by CID and 266 nm LID. The bare protein displays an interesting fragmentation pathway around its Tryptophan (Trp), enhanced with zinc complexation, at the cost of a loss of specificity for the remaining mass spectra parts. Only one LID fragment has been identified, its occurence has been interpreted.

La dynamique structurelle des biomolécules est intimement liée à leur fonction, mais très coûteuse à étudier expériementalement. Pour cette raison, de nombreuses méthodologies computationnelles ont été développées afin de simuler la dynamique structurelle biomoléculaire. Toutefois, lorsque l'on s'intéresse à la modélisation des effects de milliers de mutations, les méthodes de simulations classiques comme la dynamique moléculaire, que ce soit à l'échelle atomique ou gros-grain, sont trop coûteuses pour la majorité des applications. D'autre part, les méthodes d'analyse de modes normaux de modèles de réseaux élastiques gros-grain (ENM pour "elastic network model") sont très rapides et procurent des solutions analytiques comprenant toutes les échelles de temps. Par contre, la majorité des ENMs considèrent seulement la géométrie du squelette biomoléculaire, ce qui en fait de mauvais choix pour étudier les effets de mutations qui ne changeraient pas cette géométrie. Le "Elastic Network Contact Model" (ENCoM) est le premier ENM sensible à la séquence de la biomolécule à l'étude, ce qui rend possible son utilisation pour l'exploration efficace d'espaces conformationnels complets de variants de séquence. La présente thèse introduit le pipeline computationel ENCoM-DynaSig-ML, qui réduit les espaces conformationnels prédits par ENCoM à des Signatures Dynamiques qui sont ensuite utilisées pour entraîner des modèles d'apprentissage machine simples. ENCoM-DynaSig-ML est capable de prédire la fonction de variants de séquence avec une précision significative, est complémentaire à toutes les méthodes existantes, et peut générer de nouvelles hypothèses à propos des éléments importants de dynamique structurelle pour une fonction moléculaire donnée. Nous présentons trois exemples d'étude de relations séquence-dynamique-fonction: la maturation des microARN, le potentiel d'activation de ligands du récepteur mu-opioïde et l'efficacité enzymatique de l'enzyme VIM-2 lactamase. Cette application novatrice de l'analyse des modes normaux est rapide, demandant seulement quelques secondes de temps de calcul par variant de séquence, et est généralisable à toute biomolécule pour laquelle des données expérimentale de mutagénèse sont disponibles. / The dynamics of biomolecules are intimately tied to their functions but experimentally elusive, making their computational study attractive. When modelling the effects of thousands of mutations, time-stepping methods such as classical or enhanced sampling molecular dynamics are too costly for most applications. On the other hand, normal mode analysis of coarse-grained elastic network models (ENMs) provides fast analytical dynamics spanning all timescales. However, the vast majority of ENMs consider backbone geometry alone, making them a poor choice to study point mutations which do not affect the equilibrium structure. The Elastic Network Contact Model (ENCoM) is the first sequence-sensitive ENM, enabling its use for the efficient exploration of full conformational spaces from sequence variants. The present work introduces the ENCoM-DynaSig-ML computational pipeline, in which the ENCoM conformational spaces are reduced to Dynamical Signatures and coupled to simple machine learning algorithms. ENCoM-DynaSig-ML predicts the function of sequence variants with significant accuracy, is complementary to all existing methods, and can generate new hypotheses about which dynamical features are important for the studied biomolecule's function. Examples given are the maturation efficiency of microRNA variants, the activation potential of mu-opioid receptor ligands and the effect of point mutations on VIM-2 lactamase's enzymatic efficiency. This novel application of normal mode analysis is very fast, taking a few seconds CPU time per variant, and is generalizable to any biomolecule on which experimental mutagenesis data exist.