De part ses propriétés physico-chimiques, le fer est un cofacteur de choix pour de nombreuses enzymes, impliquées dans de multiples processus biologiques, comme la photosynthèse ou la respiration. Cependant, sa capacité à gagner/perdre des électrons le rend très réactif, et potentiellement toxique. Son homéostasie doit donc être finement régulée. Chez A. thaliana, le gène de ferritine AtFER1 est régulé transcriptionnellement par le fer, et son expression est régulée par le rythme circadien. Au début de ce travail, aucun facteur de transcription impliqué dans cette régulation n'était identifié. Des cribles simple hybride en levure ont été réalisés, permettant l'identification de deux facteurs de transcription régulant le gène AtFER1: AtPHR1 et AtPIF7.PHR1 (Phosphate starvation Response1) et son homologue PHL1 (PHr1 Like 1) sont des facteurs de transcription impliqués dans la réponse à la carence en phosphate. Ils régulent directement le gène AtFER1, en se fixant sur l'élément 2 du promoteur d'AtFER1. Cette régulation ne fait pas intervenir l'IDRS et est indépendante du statut en fer des plantes. Par ailleurs, l'homéostasie du fer est affectée dans le double mutant phr1 phl1. Ces résultats montrent l'existence d'un lien moléculaire direct entre les homéostasies du fer et du phosphate.PIF7 (Phytochrome Interacting Factor 7) est un facteur de transcription de type bHLH impliqué dans la régulation circadienne des gènes DREB. Il se fixe probablement sur la G-box présente dans l'élément 5 du promoteur d'AtFer1. Dans un mutant perte de fonction pour le gène PIF7, l'amplitude des oscillations de l'expression du gène AtFer1 en cycles jour/nuit est augmentée. Un résultat similaire est obtenu lorsque l'élément 5 est muté dans des lignées trasngéniques exprimant le gène rapporteur LUC sous le contrôle du promoteur d'AtFer1. Ces résultats montrent que PIF7 est un répresseur de l'expression d'AtFer1. / Due to its redox properties, iron is a major cofactor for numerous proteins involved in many biological processes such as photosynthesis or respiration. Nevertheless, its ability to easily gain or lose electrons makes it highly reactive with oxygen and potentially toxic. Iron homeostasis has to be tightly regulated. In A. thaliana, AtFER1 ferritin gene is regulated at the transcriptional level by iron, and its expression is regulated by the circadian clock. Before this work, no transcription factor involved AtFer1 regulation has been identified. A yeast one hybrid was performed and allowed us to identify PHR1 and PIF7 as transcription factors involved in AtFER1 regulation. PHR1 (Phosphate starvation Response1) and its homolog PHL1 (PHr1 Like 1) are transcription factors involved in phosphate starvation response. They directly regulate AtFER1 expression and bind to the element 2 present in AtFER1 promoter. This regulation does not involve the IDRS sequence and is independent of iron status of plants. Moreover, iron homeostasis is affected in phr1phl1 double mutant. These results highlight a direct molecular link between iron and phosphate homeostasis.PIF7 (Phytochrome Interacting Factor 7) is a bHLH transcription factor involved in the circadian regulation of DREB genes. PIF7 probably interacts with the G-box found in element 5 in AtFER1 promoter region. In a pif7 knock-out mutant, amplitude of AtFer1 oscillations during light dark cycles are increased. Such a result was also obtained with transgenic lines expressing LUC reporter gene under the control of AtFER1 promoter region harboring a mutation in element 5. These results show that PIF7 is a repressor of AtFer1 expression.

L'habénula (Hb) est une petite structure cérébrale impliquée dans le contrôle des monoamines dont l’horloge circadienne est peu caractérisée. Ces travaux ont permis de prouver que l’Hb exprimait des gènes horloges en condition constante et qu’une déficience dans ces gènes altérait son horloge. De plus, l’Hb possède une horloge robuste qui oscille ex vivo sans l’entraînement du noyau suprachiasmatique (SCN) et même en présence de lumière constante qui affecte l’activité locomotrice et diminue l’amplitude des oscillations du SCN. Cependant, les oscillateurs de l’Hb se retrouvent désynchronisés en obscurité constante. Enfin, nous avons mis en évidence de potentiels synchronisateurs : quatre molécules affectent l’horloge dans l’Hb (dopamine, noradrénaline, vasopressine et orexine). Cette caractérisation de l’Hb pourra amener dans le futur à mieux comprendre son implication dans des maladies psychiatriques mêlant rythmes et monoamines comme la dépression ou l’addiction. / The habenula (Hb) is a key nucleus for monoamine control with circadian properties. However, its clockwork is not fully characterized. In this thesis, we confirm that the Hb harbors a molecular circadian clock which can be disrupted by mutations of clock genes. Furthermore, we showed that the Hb clock was still rhythmic even without the suprachiasmatic nucleus (SCN) or in constant light condition which disrupts locomotor activity rhythms and SCN oscillations. However, Hb oscillators (in the caudal and rostral part) are uncoupled in constant darkness condition. In the last part of the study, we determined the potential internal synchronizators. The results indicated that at least four molecules (dopamine, noradrenaline, vasopressin and orexin) affect the Hb circadian properties (period, amplitude). The characterization of the Hb clock will give us a better understanding of its involvement in psychiatric diseases combining rhythms and monoamine alteration like depression or addiction.

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La thèse présente les résultats expérimentaux obtenus au cours du développement et des essais au sol du modèle de vol de l'horloge à atomes froids PHARAO. PHARAO est le premier étalon primaire de fréquence dédié à des applications spatiales. Il est développé par l'agence spatiale française CNES. PHARAO est un des principaux instruments de la mission spatiale de l'ESA: ACES (Atomic Clock Ensemble in Space). Le lancement est prévu en 2016. La mission est basée sur des comparaisons de très hautes performances en temps et en fréquence, entre PHARAO et un ensemble d’horloges basées au sol, pour effectuer des tests en physique fondamentale. La charge utile sera installée sur une palette extérieure de la Station spatiale internationale. Après une introduction sur les horloges atomiques et un résumé de la mission ACES, l'architecture de PHARAO optimisée pour la microgravité et son fonctionnement sont décrits. Ensuite nous présentons les mesures et l'analyse de la stabilité de fréquence. Au sol la stabilité de fréquence est mesurée à un niveau de 3,1x10-13 t-1/2. Cette valeur est en accord avec les différentes sources de bruit. En microgravité la stabilité atteindra 10-13 t-1/2. Pour terminer les principaux déplacements de fréquence sont analysés. Une étude détaillée est donnée sur les propriétés des blindages magnétiques, leurs hystérésis et la conception d’une compensation magnétique active. L'objectif est de réduire l'incertitude sur l’effet Zeeman du second ordre au niveau de quelques 10-17. La détermination de la température de l’environnement des atomes est également analysée avec l'objectif d'atteindre une incertitude sur le déplacement de fréquence par le rayonnement du corps noir dans la gamme de 10-17. Un budget préliminaire sur l’incertitude de fréquence de l’horloge au sol s’établit à 1,1x 10-15. Ce budget est compatible avec un objectif de 3x10-16 en microgravité. La prochaine étape verra l’assemblage tous les autres instruments ACES pour un lancement prévu en 2016. / This thesis presents the experimental results obtained during the development and the ground tests of the flight model of the cold atoms space clock PHARAO. PHARAO, the first Primary Frequency Standard (PFS) for space applications, is developed by the French space agency CNES. It is a main instrument of the ESA space mission ACES: Atomic Clock Ensemble in Space with a launch scheduled on 2016. The mission is based on high performances time and frequency comparisons between a payload including PHARAO and ground based clocks to perform tests in fundamental physics. The payload will be installed on an external pallet of the International Space Station. After an introduction on atomic clocks and a summary on the ACES mission, the PHARAO architecture, optimized for microgravity environment, and its operation is described. It is followed by the measurements and the analysis of the frequency stability. On ground the frequency stability is measured at a level of 3.1 10-13 t-1/2. This value is in agreement with the different sources of noise. In space the frequency stability will reach 10-13 t-1/2. Finally the main frequency shifts are analyzed. A detailed study is given on magnetic shield properties, hysteresis and the design of the active magnetic compensation. The objective is to reduce the uncertainty of the second order Zeeman effect within few 10-17. The temperature determination of the atomic environment is also detailed and the goal is to reach an uncertainty on the blackbody frequency shift in the 10-17 range. A preliminary budget on the frequency accuracy of PHARAO on ground is evaluated at 1.1 10-15. This value is compatible with the expected accuracy budget of 3x10-16 when the clock will operate in microgravity. In the next step all the ACES instruments will be assembled for a launch scheduled on 2016.

Les rythmes biologiques constituent une propriété fondamentale de la vie, permettant aux organismes d’appréhender leur environnement et d’en anticiper les changements. Ces rythmes possèdent une double origine : une horloge moléculaire génère ces rythmes, qui sont ensuite synchronisés par des facteurs environnementaux. Si les organismes terrestres sont essentiellement soumis au rythme d’alternance jour/nuit, les espèces marines côtières et estuariennes occupent un biotope plus changeant encore : ils sont en effet également confrontés au rythme des marées. Pourtant, leurs rythmes biologiques sont à ce jour encore mal connus et les mécanismes moléculaires de(s) (l’) horloge(s) sous-jacente(s) ne sont pas caractérisés. Parallèlement, les efflorescences d’algues toxiques, en constante augmentation depuis 1970, constituent un problème écologique majeur, tant local qu’international. Les objectifs du présent travail consistaient à caractériser les rythmes de référence de l’huître Crassostrea gigas et d’en déterminer l’origine (moléculaire, zeitgebers). Il s’agissait ensuite d’étudier les perturbations potentielles de ces rythmes par l’algue toxique Alexandrium minutum, qui produit des toxines paralytiques et est régulièrement présente dans de nombreuses mers du globe. Les travaux réalisés ont permis de mettre en évidence l’existence d’un rythme d’activité valvaire circadien, faible et dual, et n’a pas permis de supporter l’hypothèse de l’existence d’une horloge circatidale. Nous avons formulé l’hypothèse que, chez C. gigas, le rythme tidal est soit d’origine exogène, soit produit par l’horloge circadienne synchronisée par les marées. Les analyses moléculaires réalisées sur le gène circadien cryptochrome dans le muscle adducteur - effecteur du mouvement des valves - ont montré que ce gène oscille à une fréquence tidale dans le muscle strié, favorisant notre seconde hypothèse. Par ailleurs, au-delà des gènes de l’horloge, l’algue A. minutum réprime l’expression de gènes impliqués dans différentes voies métaboliques importantes : la lutte contre le stress oxydant (cat, gpx), la respiration mitochondriale (cox1), l’immunité (ilk), la détoxification (mdr). Finalement nos analyses ont permis de mettre en évidence un impact génotoxique d’A. minutum chez C. gigas. / Biological rhythms constitute a fundamental property of life, allowing organisms to anticipate and adapt to their changing environment. These rhythms present a double origin: they are generated by a molecular clock and synchronized by environmental cues. Whereas terrestrial organisms are mainly subjected to day/night alternation, coastal and estuarine marine species inhabit an even more cycling biotope. They are indeed also submitted to tides. Nevertheless, biological rhythms in marine species are still unrecognized and molecular mechanisms of the underlying oscillator(s) are to date not determined. At the same time, toxic algae blooms are increasing since the 1970s and represent a major ecological concern, both at local and international levels. An objective of the present work was the characterization of biological rhythms in the oyster Crassotrea gigas and of their origin (molecular mechanism, zeitgebers). Furthermore, the work was designed to study the potential disruption of these rhythms by the toxic algal of worldwide distribution Alexandrium minutum, which produces paralytic toxins. The present results show the existence of a weak and dual circadian rhythm of valve activity in the oyster, and do not provide evidence for the existence of any circatidal clock. We suggested that, in the oyster C. gigas, the tidal rhythm could either be generated exogenously or endogenously by the tidally-synchronized circadian clock. Molecular analyses performed on the circadian gene cryptochrome in the adductor muscle of oyster, the effector of valve movements, revealed that Cgcry oscillates at tidal frequency in the striated muscle. This result supports our second hypothesis. Furthermore, A. minutum represses the expression of genes involved in key metabolic pathways: struggle against oxidative stress (cat, gpx), mitochondrial respiration (cox1), immunity (ilk), detoxification (mdr). Moreover, A. minutum impacts C. gigas at DNA level, being thus genotoxic.

Nous décrivons la conception et la construction d'une horloge atomique sur une puce à atomes, visant une stabilité de quelques 1e-13 à 1s et une application en tant qu'étalon secondaire. Cette horloge est basée sur la transition à deux photons entre les sous-états hyperfins |1,-1> et |2,1> de l'état fondamental de l'atome 87Rb. Elle interroge cette transition en effectuant une spectroscopie de type Ramsey, soit sur un nuage thermique d'atomes froids, soit sur un condensat de Bose--Einstein (BEC). Contrairement aux horloges à fontaines, ce nuage est magnétiquement piégé sur une puce à atomes. <br><br>Nous décrivons d'une part un modèle théorique de la stabilité d'horloge, d'autre part un montage expérimental dedié, capable de contrôler le champ magnétique à un niveau relatif de 1e-5 et doté d'une puce hybride, qui contient des conducteurs à courant continu ainsi qu'un guide d'onde pour acheminer la microonde

Les performances des horloges atomiques ont été considérablement<br />améliorées par l'utilisation d'atomes refroidis par laser. En<br />effet, il est possible d'observer ces atomes extrêmement lents<br />beaucoup plus longtemps que les atomes à température ambiante des<br />horloges conventionnelles. A ce jour, la meilleure horloge à<br />césium a une exactitude de $2\times 10^(-15)$ et une stabilité de<br />$1\times 10^(-15)$ sur trois heures d'intégration. Sur terre, le<br />temps d'observation est limité à une seconde environ par la<br />présence de gravité. L'objet de ce travail de thèse est l'étude<br />d'une horloge à atomes froids fonctionnant en impesanteur. Dans un<br />premier temps, nous montrons comment la micro-gravité peut<br />conduire à une amélioration des performances de l'horloge avec un<br />temps d'observation des atomes de plusieurs secondes. Les<br />performances ultimes d'une horloge à atomes froids dans l'espace<br />sont étudiées. Atteindre une exactitude et une stabilité à un jour<br />de $1\times10^(-16)$ semble tout à fait réaliste à court terme. Le<br />problème de la méthode d'interrogation des atomes doit être<br />reconsidéré à ce niveau de performances et dans cet environnement<br />d'impesanteur. Nous introduisons la fonction de sensibilité<br />atomique pour le résoudre et comparer plusieurs méthodes<br />d'interrogation possibles. La deuxième partie de ce travail<br />présente un prototype de l'horloge spatiale. Compact et fiable, il<br />a été testé en absence de gravité au cours de vols paraboliques à<br />bord d'un avion. Cette expérience montre la faisabilité de<br />l'horloge spatiale.

Nous décrivons la construction et la caractérisation préliminaire d'une horloge atomique sur puce à atomes, visant une stabilité de quelques 10-13 à 1s. La transition d'horloge est définie par la transition micro-onde à deux photons entre les niveaux |F=1,mF=-1> et |F=2,mF=1> du 87Rb, qui peuvent être piégés magnétiquement. Une puce à atomes permet de générer le piège magnétique et de refroidir les atomes par évaporation forcée à une température de quelques centaines de nK, pouvant atteindre la température de condensation de Bose-Einstein. Le signal micro-onde de spectroscopie est couplé aux atomes à l'aide d'un guide d'onde coplanaire intégré à la puce ; l'ensemble du cycle d'horloge est donc effectué dans un volume réduit de (5 cm)3. Nous décrivons tout d'abord le dispositif expérimental permettant de mettre en oeuvre l'ensemble du cycle d'horloge, et notamment le banc optique développé et caractérisé dans le cadre de cette thèse. Nous présentons ensuite les résultats obtenus en terme de refroidissement atomique, qui se traduisent par l'obtention de condensats de Bose-Einstein de 3 104 atomes. Nous présentons enfin les résultats obtenus par spectroscopie de Ramsey de la transition d'horloge. Nous mesurons une durée de cohérence supérieure à 10 secondes, dominée par les pertes atomiques et non par le déphasage introduit par le piège magnétique, comme on aurait pu s'y attendre. Avec une durée de Ramsey de 3 secondes, la première évaluation de la stabilité de l'horloge donne 6 10-12 à 1 s, limitée par le bruit technique du dispositif. L'objectif est d'atteindre une stabilité de l'ordre de 10-13 à 1s, meilleure que celle des horloges commerciales actuelles.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont consisté en la réalisation d'un système de détection non destructif assisté par cavité d'atomes piégés sur réseau optique pour l'amélioration de la stabilité d'une horloge optique au strontium. La caractérisation de ce système dans son fonctionnement en régime classique, dans lequel les atomes piégés diffusent suffisamment peu de photons pour ne pas être expulsés du piège durant la détection, a mis en évidence des améliorations significatives en termes de rapport signal à bruit avec un gain d'un facteur cent en comparaison avec le système précédent de détection par fluorescence. Les gains en termes de stabilité par réduction de l'effet Dick restent cependant à concrétiser.Pour la réalisation du régime quantique, dans lequel moins d'un photon est diffusé par atome durant la détection, des idées nouvelles et des changements significatifs ont du être opérés sur le système et un travail théorique conséquent a été entrepris afin de déterminer la stratégie permettant une amélioration de la stabilité par réduction du bruit de projection quantique par mesure sans démolition de la cohérence de l'état interne atomique.J'y ai également aborder l'étude des effets des collisions chaudes des atomes de strontium piégés avec les particules du fond de vide résiduel, permettant une amélioration de l'exactitude de l'horloge. Cette thèse rapporte en particulier la première mesure expérimentale du déplacement de la fréquence de transition d'horloge due à ces collisions ainsi que son étude théorique. / The work achieved in the frame of this PhD training consisted in the implementation of a cavity enhanced non destructive detection system of atoms trapped in an optical lattice aiming at improving the stability of an optical strontium clock.The characterization of the system in its classical regime, for which a sufficiently low number of photons are scattered per atom to avoid expelling them off the trap, highlighted significant improvements in term of signal to noise ratio, with gain factor around 100 compared with the previously used fluorescence scheme. Yet, gains in terms of stability via Dick effect reduction still have to be demonstrated.Regarding the quantum regime, for which less than one photon is scattered per atom over the detection, new ideas and significant changes have been carried out on the system and a theoretical study was has been undertaken to determine the strategy for the improvement of the clock stability by quantum projection noise reduction via quantum non demolition measurement.It was as well the opportunity to study the effect of the hot collisions between the trapped strontium atoms and the residual vacuum background gas particles, allowing for the improvement of the clock uncertainty. This work reports in particular on the first measurement of strontium clock hot collisions shifts as well as its theoretical study.

Cette thèse a étudié l’interaction entre l’obésité induit par la diète et la physiologie fcHFHS) avec un régime gras et sucrée ou un régime normocalorique chez la souris et le rat. Le régime fcHFHS a modifié le profile journalier de prise alimentaire et l’expression de la protéine PER2 dans l’habenula latérale (LHb) chez la souris. Cependant chez le rat, ni la prise alimentaire ni l’expression du gène Per2 dans la LHb n’ont changé, mais des altérations ont été observées dans le noyau accumbens. Chez les rats nourris avec une diète standard ou fcHFHS, le blocage glutamatergique dans la LHb induit une altération de la prise alimentaire dépendant du temps du blocage. Finalement, nous avons étudié le comportement alimentaire chez des souris contrôle et mutantes du gène horloge Npas2 nourris avec le régime fcHFHS. Le comportement alimentaire, néanmoins, était similaire entre les deux génotypes. Les résultats indiquent une relation entre le type de diète et une expression anormale des gènes horloges dans le circuit de la récompense, ainsi comme un rôle important de la LHb dans la prise alimentaire. / This thesis studied the interaction between diet-induced obesity and the 24h variations in behavior and physiology paced by the circadian system. Mice and rats were fed with a free choice high-fat high-sugar diet (fcHFHS). In mice, fcHFHS diet changed day-night eating patterns and PER2 clock-protein expression in the Lateral Habenula (LHb), a food-reward related area. In rats, no feeding patterns or clock-gene changes in LHb were found, however, Per2 gene expression was disrupted in the Nucleus Accumbens, which is indirectly connected to LHb. When blocking pharmacologically the glutamatergic functioning of the LHb, food intake was altered in both chow and fcHFHS-fed rats in a time-dependent manner. Finally, we tested the influence of Npas2 clock-gene on the disruption of rhythmic behavior produced by the fcHFHS-diet using Npas2 mutant and WT mice. Both genotypes, however, displayed similar altered eating patterns caused by the fcHFHS diet. Our findings indicate a relationship between nutrient type and an abnormal clock-gene expression in food reward-related areas, and an important role for the LHb in feeding behavior.