Candida lusitaniae est une levure pathogène opportuniste émergente, responsable d’infections sévères chez les sujets immunodéprimés, et constitue un important modèle d’étude fonctionnelle de gènes par génétique inverse. Cette levure est souvent associée à des résistances aux antifongiques, d’où la nécessité de mieux comprendre l’interaction entre l’hôte et le pathogène, afin d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. Les molécules signal sont décrites comme modulatrices de cette interaction. Au cours de ce travail, nous avons créé un mutant dpp3Δ, inactivé pour une pyrophosphate phosphatase, chez C. lusitaniae. La mutation a pour conséquence de modifier le taux secrété de PEA/tyrosol, des alcools aromatiques récemment décrits comme molécules signal chez les espèces Candida. Les levures du mutant dpp3Δ présentent aussi un défaut de pseudo-filamentation et de reproduction sexuée. Comparé à la souche sauvage, le mutant dpp3Δ module différemment la réponse macrophagique, notamment la production de NO et ROS, ainsi que la sécrétion de TNF-α et d’IL-10. Curieusement, la sécrétion d’IL-10 est modulée par les levures même sans contact physique avec les macrophages. Par ailleurs, nous avons observé des effets du traitement des levures par le PEA ou le tyrosol sur la modification des réponses immunes macrophagiques. Enfin, nous avons montré que le gène DPP3 chez C. lusitaniae était un facteur de virulence essentiel dans des modèles murins d’infection, et qu’il augmentait le taux de TNF-α secrété et la colonisation des cerveaux. / C. lusitaniae, an emerging Candida species often associated with antifungal resistance, is an important model to study gene function by reverse genetics. Understanding the host-pathogen interaction helps identifying new virulence factors and potentially new antifungal targets. Signaling molecules are often reported as modulators of this interaction. Here we created a dpp3Δ knocked-out mutant, lacking a pyrophosphate phosphatase, in C. lusitaniae. This mutation modified the ratio of secreted PEA/tyrosol, two newly reported signaling molecules in Candida species. Colony morphology of yeast cells was also altered as yeasts had a defect in pseudo-filamentation, and mating capacity was severely reduced. Compared to the wild-type strain, the dpp3Δ knocked-out mutant differently affected NO and ROS production by macrophages as well as TNF-α and IL-10 secretion. Interestingly IL-10 secretion was found to be modulated by C. lusitaniae without the need of a physical contact with the phagocytes. Moreover we elucidated the effects of PEA and tyrosol on yeast cells leading to modulations in macrophage immune responses. At last, the DPP3 gene was found to be an essential pathogenicity factor in mice models, leading to an increase of TNF-α secretion and brain colonization.

La filamentation laser femtoseconde dans l'air est un phénomène qui implique une riche famille d'effets optiques non linéaires. Effet laser de filaments a émergé comme un phénomène nouveau en 2011. Il a été activement étudiée au cours des dernières cinq années, non seulement en raison de ses applications potentielles dans les techniques de télédétection mais aussi la physique pour découvrir. Cette thèse est consacrée principalment à l'étude de deux types d'effets laser à partir du plasma filamentaire généré par 800 nm impulsions laser femtosecondes dans l'air ou l'azote pur. Le premier est l'émission spontanée amplifiée à 337 nm longueur d'ondes de molécules d'azote neutre qui est bidirectionnel, activée uniquement par des impulsions polarisées circulairement. Le mécanisme d'inversion de population est attribuée à électrons-molécules collisions inélastiques entre les électrons énergiques et les molécules d'azote neutres sur l'état du sol. La caractérisation complète de 337 nm impulsion laser vers l'avant et vers l'arrière est réalisée. En particulier, les mesures de profil temporelles sont comparées à des simulations numériques basées sur l'équation de Maxwell-Bloch à une dimension, qui se révèle être en bon accord. Un autre type d'effet laser est lié à ions d'azotes excités, émettant à 391 nm et 428 nm longueurs d'onde. Ce type d'effet laser est observée avec laser pompe polarisée linéairement. Il est caractérisé systématiquement dans des domaines spatiaux, temporels et spectrales. Les résultats du profil temporel prouve que l'émission laser ionique est fondamentalement superradiance. Un nouveau mécanisme, à savoir le processus d'excitation recollision d'électrons, est proposé pour la réalisation de la distribution de la population dans le niveau supérieur de la transition. Il est soutenu par deux mesures expérimentales consistant en la dépendance de 391 nm émission laser à l'ellipticité et la dépendance à longueur d'onde de laser pompe. Des simulations numériques donnent un bon accord avec l'observation expérimentale. / Femtosecond laser filamentation in air is a phenomenon that involves a rich family of nonlinear optic effects. Lasing effect from filaments has emerged as a new phenomenon in 2011. It has been actively studied in recent 5 years not only because of its potential applications in remote sensing techniques but also the fruitful physics involved. This thesis is devoted to the study of two types of lasing effect from filament plasma generated by 800 nm femtosecond laser pulses in air or pure nitrogen. The first is the bidirectional amplified spontaneous emission at 337 nm wavelength of neutral nitrogen molecules, only enabled by circularly-polarized pulses. The population inversion mechanism is attributed to inelastic electron-molecule collisions between energetic electrons and neutral nitrogen molecules on the ground state. Full characterization of both forward and backward 337 nm lasing pulse is conducted. Particularly the temporal profile measurements is compared to numerical simulations based on one-dimensional Maxwell-Bloch equation, which turns out to be in good agreement. Another type of lasing effect is related to excited nitrogen ion, emitting at 391 nm and 428 nm wavelengths. This type of lasing effect can only be observed with linearly-polarized pump laser. It is systematically characterized in spatial, temporal and spectral domains. The temporal profile results proves that ionic lasing emission is fundamentally superradiance. A new mechanism, namely the electron recollision excitation process, is proposed for the achievement of population distribution in the upper level of transition. It is supported by two experimental measurements consisting of pump ellipticity dependence and pump wavelength dependence of 391 nm lasing intensity. Numerical simulations give good agreement with the experimental observation.

O uso de microrganismos na biotecnologia tem grande importância e interesse econômico no Brasil. Entre esses microrganismos a levedura Saccharomyces cerevisiae tem grande destaque nos processos fermentativos para produção de pães, bebidas e álcool combustível. Dimorfismo em S. cerevisiae (alteração na morfologia celular de células brotantes para estruturas filamentosas) tem sido observado em condições de deficiência de nitrogênio, carbono e presença de álcoois superiores. Isso pode ser um tipo de defesa da levedura, que ao encontrar um meio prejudicial ao seu desenvolvimento, através da alongação das células, crescimento hifal e da invasão do meio, cria novos mecanismos para encontrar alimento para o seu desenvolvimento. Neste trabalho, dezessete linhagens (haplóides e diplóides) de S. cerevisiae isoladas do processo fermentativo industrial para produção de etanol foram caracterizadas quanto à filamentação induzida por deficiência de carbono (crescimento invasivo), nitrogênio e presença de álcoois superiores, em meio de cultura sólido. Objetivou-se também avaliar a indução da filamentação por álcool isoamílico em condições de fermentação e seus efeitos sobre os parâmetros fermentativos. A maioria das linhagens apresentou filamentação em resposta aos álcoois isoamílico, butanol e isobutanol, não respondendo ao metanol, sendo mais marcante em linhagens haplóides. O álcool isoamílico foi o indutor mais eficiente em meio (YEPD), linhagens diplóides apresentaram crescimento invasivo, embora esse tipo de filamentação seja mais comum em linhagens haplóides. Resultados semelhantes foram observados quando se utilizou frutose e manose em substituição à glicose no meio de cultura. As linhagens não filamentaram em meio de cultura deficiente em nitrogênio (SLAD). A linhagem CCA193 (PE-02), extensivamente utilizada nas destilarias da região, foi escolhida para a indução da filamentação por álcool isoamílico em condições de fermentação (meio de caldo de cana e sistema de reciclo celular). A adição de 0,1% desse álcool superior afetou significativamente os parâmetros fermentativos, induzindo filamentação após o terceiro ciclo fermentativo, coincidindo com a recuperação da viabilidade celular, número de células viáveis, produção de etanol e diminuição do Brix residual, embora não se comparando aos valores alcançados ao final do sexto ciclo no tratamento sem álcool isoamílico. Os resultados obtidos indicaram que a filamentação induzida por álcoois superiores e deficiência de nutrientes (especialmente carbono) é um processo comum em linhagens industriais de S. cerevisiae e pode contribuir para a manutenção/sobrevivência das células em condições adversas. / The use of microorganisms in biotechnology is an important and economical area of interest in Brazil. Among these, the yeast Saccharomyces cerevisiae is specially remarkable in baking industry and alcohol fermentation. Dimorphism in S. cerevisiae (cell morphology alterations from budding cells to filamentous structures) has been observed in conditions of nitrogen and carbon deprivation and presence of fusel alcohoes. This can be a defense mechanism that allows the yeast to forage for nutrients through cell elongation, hyphal growth and medium invasiveness. In this work seventeen industrial strains of S. cerevisiae (haploid and diploid) isolated from the fermentative process for alcohol production were characterized for filamentation induced by carbon (invasive growth) and nitrogen deprivation and presence of fusel alcohol, in solid culture media. The induction of filamentation by isoamyl alcohol in fermentation condition was also aimed, evaluating its effects on the fermentative parameters. The majority presented filamentation induced by isoamyl alcohol, butanol and isobutanol, but not by methanol. The isoamyl alcohol was the most effective inducer in rich medium (YEPD), diploid strains showed invasive growth, although this kind of filamentous growth be common in haploid strains. Similar results were observed when fructose and mannose were utilized replacing glucose in the culture medium. In nitrogen-deficient medium (SLAD) the strains did not filament. The yeast strain CCA193 (PE-02), extensively used in the alcohol units, was chosen for filamentation induction by isoamyl alcohol in fermentation conditions (sugar cane juice medium and cell recycle system). The addition of 0.1% of this higher alcohol affected significantly the fermentative parameters, however filamentation was induced after the third fermentative cycle, coincident with the cell viability, viable cell number, ethanol production recuperation and residual Brix decrease, though the values were not comparable to the treatment without isoamyl alcohol by the sixth cycle.The results obtained indicate that the filamentation induced by higher alcohol and nutrient deprivation (specially carbon) is a common process in industrial strains of S. cerevisiae and can contribute for the cell maintenance/survival in adverse conditions.

Les lasers femtoseconde amplifiés permettent grâce à leur très grande puissance d'étudier de nouveaux phénomènes physiques tels que la filamentation laser, le faisceau laser se propagent alors sur de grandes distances tout en maintenant une intensité crête élevée. Un filament laser résulte d'une compétition dynamique entre l'effet Kerr (qui focalise le faisceau) et la défocalisation due au plasma généré par l'impulsion laser. Dans ce travail de thèse la filamentation d'un faisceau laser femtoseconde IR a été étudiée aussi bien en terme de processus non-linéaire, que du point de vue d'une source de rayonnements secondaires à grande distance. Lors d'une propagation sur très grande distance (kilomètre) la formation de plusieurs filaments est inévitable. L'interaction entre deux filaments a donc été étudiée méthodiquement dans un premier temps, ainsi que l'effet de cette interaction sur les rayonnements secondaires générés par filamentation. Puis la génération de continuum de lumière blanche et d'émission conique par filamentation laser et la possibilité de générer un continuum de lumière blanche à grande distance ont été étudiées. Finalement, une étude en plein air permettant une propagation sur 2 km a été réalisée. Nous avons démontré qu'il était possible d'obtenir de la filamentation jusqu'à une distance de 1 km avec un laser femtoseconde de 200 mJ se propageant horizontalement à l'air libre. Il s'agit, à ce jour, du record mondial en matière de filamentation laser à longue distance.

When an intense femtosecond laser pulse propagates in a gas, it undergoes filamentation, a spectacular process where the pulse spatial, spectral and temporal characteristics change considerably. A thin short-lived plasma column is formed in the wake of the propagating pulse. My PhD work has been dedicated to the further understanding of the filamentation process. In a first part, I compare the properties of a usual filament with those of a filament formed by a femtosecond laser pulse with a Bessel beam profile. Using a laser pulse of same intensity and duration, I show that a Bessel beam can form a longer and more uniform plasma column in air, but that the plasma density is significantly lower. In a second part, I show that it is possible to increase considerably the lifetime of the plasma column, using a dual femtosecond/nanosecond laser pulse technique. To obtain an increased lifetime over a significant segment of a plasma column, I rely on the properties of Bessel beams in the nonlinear regime developed in the first chapter. In a third part, I study the dynamics of free electrons that are produced in the filamentation process. To do this, I have developed a specially designed current probe. Experiments reveal a very rich behaviour. The longitudinal displacements of electrons in the plasma column depend sensitively on the nature of the gas and its pressure as well as on the laser polarization of the laser. I propose a model to explain this behaviour. The direction of electron flow results from the competition between pure laser forces and a Coulomb wake field force. In the last chapter, I study filamentation in a Helium gas. This required improving the laser characteristics in order to reach the necessary power for filamentation. Improved characteristics have been achieved by implementing a planar compression stage which shortened the laser pulse from 50 fs to 10 fs without appreciable energy loss. The first experimental evidence for filamentation in He is presented at the end of the thesis. Agreement is found with a numerical simulation.

La propagation des impulsions laser ultra brèves dans l'air se fait sous la forme de structures d'une centaine de micromètres de diamètre appelées filaments, qui ont entre autres les propriétés d'être autoguidées, de se propager sur plusieurs centaines de mètres, de générer un continuum de lumière blanche, etc. Ces propriétés originales trouvent de nombreuses applications dans le domaine de la télédétection des polluants par mesures lidar, le déclenchement et le guidage de la foudre par laser, le LIBS à distance, etc.Au cours de mon travail de thèse, nous avons mené de nombreuses expériences de laboratoire et sur terrain dans le cadre du projet Tera mobile. Nous avons en particulier étudié la géométrie de la filamentation, sa robustesse dans une région de turbulence étendue, la propagation verticale d'un faisceau d'impulsions ultra brèves dans un régime multi joules, et des applications atmosphériques de la filamentation. Nous avons par exemple caractérisé la distribution angulaire de l'émission conique dans le visible et dans l'ultraviolet. Nous avons également prouvé que la turbulence atmosphérique n'est pas un facteur limitant de la propagation des filaments qui arrivent même à garder leurs propriétés spectrales nécessaires aux applications atmosphériques. Enfin nous avons illustré une méthode de déclenchement et de guidage de foudre par laser et réalisé une expérience de condensation de gouttelettes d'eau assistée par laser en laboratoire ainsi que dans une atmosphère réelle.

De nombreuses études sont menées pour la compréhension et l'utilisation de plasmas hors équilibre pour les procédés industriels capables d'améliorer la combustion, de stabiliser des flammes et de réduire les polluants. En effet, dans le cadre des nouvelles normes européennes, il devient indispensable de pouvoir maîtriser la qualité de la combustion et de réduire ainsi les émissions polluantes. Même si le principe de l'allumage classique par étincelle est depuis longtemps connu et utilisé dans l'industrie automobile, ce système présente néanmoins quelques limites. En effet, le caractère localisé de l'étincelle créée réduit la probabilité de rencontre entre l'étincelle et une zone de mélange inflammable ce qui conduit à des ratés d'allumages et spécialement en mélanges pauvres. Ainsi, l'utilisation de systèmes différents reposant sur des plasmas non-thermiques fournit des avantages significatifs, dont les propriétés de forte réactivité chimique et de faible coût énergétique. L'objet principal de ce travail de thèse est l'étude de l'allumage de mélanges combustibles par un certain type de décharges pulsées nanosecondes. En effet, un des intérêts du déclenchement de combustion par décharges nanosecondes est le développement d'une zone spatiale d'allumage nettement plus étendue que celle obtenue par l'étincelle de la bougie standard. Enfin, un autre avantage des décharges nanosecondes est la création de nombreux radicaux dans le milieu combustible nécessaires à l'initiation directe des cinétiques de combustion en limitant la contribution thermique, souvent impliquées dans les pertes de rendement des allumeurs. Dans notre étude, la décharge nanoseconde pulsée utilisée est caractérisée par l'application d'une surtension très élevée donnant un pulse de tension très court (12 ns), d'amplitude très élevée (50 kV) et un front de montée très raide (2 ns). Au cours de cette étude, nous avons d'abord caractérisé la décharge nanoseconde pulsée dans des mélanges air/propane et air/heptane à pression atmosphérique. Ensuite, nous avons appliqué la décharge au déclenchement de combustion dans les mélanges air/propane et air/heptane dans les proportions stœchiométriques mais aussi en mélanges pauvres et ce toujours à pression atmosphérique, ce qui a montré la réduction des délais de combustion. De plus, les résultats en mélanges stœchiométriques montrent qu'il existe trois modes d'allumage : un ponctuel, un double et un mode cylindrique et ce en fonction de la densité d'énergie.

Cette thèse se décompose en deux parties : i) l'étude du creusement d'un canal dans un plasma sous-dense (0.1nc

La propagation d'une impulsion térawatt ultra-brµeve dans l'atmosphère peut s'accompagner du phénomène de filamentation. La lumière se trouve alors auto-guidée dans des plasmas appelés filaments dont le diamètre est de l'ordre de 100 µm et la longueur peut s'étendre jusqu'à quelques centaines de mètres. De plus, le spectre initial de l'impulsion est considérablement élargi. Ces propriétés ouvrent la possibilité d'améliorer la technique LIDAR et de contrôler la foudre. Nous avons montré que les filaments survivent à la propagation dans une turbulence forte et peuvent se développer sous une pression atmosphérique réduite et sous la pluie. Pour la première fois, la lumière blanche genérée par une impulsion ultra-brève, multi-térawatt a été détectée à une altitude de 20 km.<br />En collaberation avec des installations haute-tension, nous avons déterminé la durée de vie du plasma du filament et la longueur sur laquelle il est possible de guider des décharges électriques. Nous avons pu augmenter l'efficacité de déclenchement avec une configuration à double impulsion. Enfin, nous avons montré que le déclenchement et le guidage sont possibles sous une pluie artificielle.<br />Ces résultats se sont révélés très encourageants en vue d'expériences LIDAR à lumière blanche et du contrôle de la foudre.

Thesis consists of introduction, followed by five main chapters and conclusions. Introduction is devoted to the explanation of filamentation process. The mechanisms responsible for filament generation and evolution are explained first and various models of the filamentation are presented as well. The second chapter is devoted to the study on supercontinuum spectrum dependence on the initial pulse diameter. The chapter 4 is devoted to the study of the filamentation in scattering medium, and covers the performed experiment, explanation of new developed numerical scheme, and finally comparison of the numerical and experimental results. The chapter 5 describes the multifilamentation with elliptical beam. The role of the four wave mixing to the filaments periodicity is briefly explained. The periodicity dependence on the wave of intensity as well the evolution of multifilamentation is shown. Three dimensional study of the modulation instability during multifilamentation process is also presented in chapter 5. The last chapter 6 is devoted to the origin of the rogue wave statistics in supercontinuum generation, and comparison of the numeric results with experimental. At the end (chapter 7) the main conclusions of the current work are presented. / Disertaciją sudaro įvadas, penki pagrindiniai skyriai ir išvados. Įvade aiškinamas sudėtingas šviesos gijų formavimosi procesas. Paaiškinami fizikiniai reiškiniai, lemiantys šviesos gijų generacijos bei evoliucijos ypatybes, supažindinama su įvairiais šviesos gijų susidarymo ir sklidimo modeliais. Antrajame skyriuje nagrinėjama pradinio pluošto diametro įtaka superkontinuumo spektrui. Trečias skyrius, skirtas šviesos gijų generacijos sklaidančioje terpėje tyrimui, apima atlikto eksperimento bei sukurtos naujos skaitmeninio modeliavimo schemos pristatymą, ir, galiausiai, skaitmeninio modeliavimo ir eksperimentinių rezultatų palyginimą. Ketvirtame skyriuje nagrinėjama daugelio gijų generacija elipsiniais pluoštais. Trumpai paaiškinta kaskadinio keturbangio maišymo įtaka šviesos gijų periodiškumui. Ištirta šviesos gijų periodo priklausomybė nuo bangos intensyvumo, ir atskleista daugelio gijų generacijos dinamika. Moduliacinio nestabilumo analizė ir jos įtaka taip pat pateikiama ketvirtame skyriuje. Penktajame skyriuje nagrinėjama ekstremalių įvykių tūrinėje Kerro terpėje atsiradimas. Palyginami plataus spektro generacijos kompiuterinio modeliavimo ir eksperimento metu surinkti statistiniai duomenys. Pabaigoje pateikti pagrindiniai darbo rezultatai ir išvados.