Le sujet de cette thèse porte sur l'étude des propriétés magnétiques de métaux de transition et leurs alliages sous haute pression au moyen de calculs ab initio. D'abord, les résultats de mesures de dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD) au seuil K du nickel et du cobalt sont interprétés. Je montre que les données expérimentales doivent être comparées à celle de l'aimantation d'orbite projetée sur les états ``p''. Je mets en avant que la pression affecte différemment le spin et le moment orbitalaire. Dans le cas de l'alliage FeCo, la transition structurelle s'effectue sous une pression appliquée de l'ordre de 35 GPa. Je propose que l'émergence de l'antiferromagnétisme peut expliquer la disparition du signal XMCD au seuil K du fer et du cobalt. Ensuite, la transformation de phase dans FePd3, induite sous une pression de 12 GPa, est étudiée. Je démontre que le système est décrit par un modèle de Heisenberg étendu, contenant interactions d'échange biquadratiques forts. Selon nos résultats, FePd3 subit une transition de l'etat ferromagnétique à l'état triple-Q non-colinéaire, lorsqu'il est compressé. Enfin, une mise en oeuvre du tenseur des contraintes dans le code BigDFT est présentée. Il est montré qu'un traitement explicite des électrons de coeur permet de réduire considérablement les erreurs introduites par les pseudo-potentiels. Ainsi, les estimations des propriétés structurales peuvent être améliorées. / The subject of the present thesis is the investigation of magnetic properties of transition metals and their alloys under high pressure by means of first-principles calculations. First, the results of the K-edge x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) experiments on Ni and Co are interpreted. It is shown that the experimental pressure evolution of the data should be compared with that of the p-projected orbital magnetization. I emphasize that the spin and orbital moments have different behavior upon compression. In the case of FeCo alloy the structural transition occurs under the pressure of 35 GPa. I propose that the emergence of antiferromagnetism can explain the disappearance of the XMCD signal at the Fe and Co K-edges. Then, the phase transformation in FePd3 , induced under pressure of 12 GPa, is investigated. I demonstrate that the system is described by an extended Heisenberg model, containing strong biquadratic exchange interactions. According to the results, FePd3 undergoes a transition from the ferromagnetic to the noncollinear triple-Q state when compressed. Finally, the implementation of the stress tensor in the BigDFT software package is presented. It is shown that an explicit treatment of core electrons can considerably reduce the errors introduced by the pseudopotentials. Thus the estimates of the structural properties can be improved.

Les substances naturelles ont toujours joué un rôle important dans la recherche de nouvelles molécules d’intérêt thérapeutique. Ces produits peuvent être aussi utilisés comme sondes dans l’étude de systèmes biologiques et améliorer notre compréhension de ces phénomènes. Toutefois, la grande majorité des librairies de molécules synthétisées en chimie médicinale dans l’industrie pharmaceutique ou dans la recherche académique sont composées de molécules possédant des squelettes hétérocycliques qui couvrent une faible partie de l’espace des molécules pouvant être potentiellement découvertes (estimation de 1060 molécules organiques sous les 500 Da). Dans ce mémoire, nous décrivons la synthèse de nouvelles librairies de molécules basées sur des squelettes de produits naturels. Ces entités possèdent un niveau de complexité et de diversité élevé. Différentes stratégies ont été développées durant cette thèse dans le but de synthétiser avec efficacité des librairies possédant ces caractéristiques: synthèse divergente de nouveaux squelettes polycycliques catalysée par des métaux de transition, synthèse de dérivés de produits naturels décorés de façon à moduler leur activité biologique et synthèse de librairies encodées avec des acides peptido-nucléiques. / Natural products have played a key role in the search for new drugs. These bioactive molecules can also be used as probes in biological studies and expand our knowledge of the mechanisms involved. Nevertheless, the large majority of chemical libraries currently synthesized in pharmaceutical companies or in academic research centers consist of heterocyclic scaffolds which cover a small part of the available chemical space (1060 molecules below 500 Da). In this dissertation, we describe the synthesis of new libraries based on natural product scaffolds. They present a high level of complexity and diversity. Creative strategies used to quickly generate these libraries have been developed during this PhD such as the divergent synthesis of new polycyclic scaffolds catalyzed by transition metals, the synthesis of terpene derivatives functionalized in order to modulate their biological activity, and the PNA encoded synthesis of small molecules libraries.

Les lacs jouent un rôle particulier dans le cycle de l’eau dans les bassins versants urbains. La stratification thermique et le temps de séjour de l’eau élevé favorisent le développement phytoplanctonique. La plupart des métaux sont naturellement présents dans l’environnement à l’état de traces. Ils sont essentiels pour les organismes vivants. Néanmoins, certains métaux sont connus pour leurs effets toxiques sur les animaux et les humains. La concentration totale des métaux ne reflète pas leur toxicité. Elle dépend de leurs propriétés et de leur spéciation (fractions particulaires, dissoutes: labiles ou biodisponibles et inertes). Dans les systèmes aquatiques, les métaux peuvent être absorbés par des ligands organiques ou minéraux. Leur capacité à se complexer avec la matière organique dissoute (MOD), particulièrement les substances humiques, a été largement étudiée. Dans les lacs, le développement phytoplanctonique peut produire de la MOD non-humique, connue pour sa capacité complexante des métaux. Pourtant, peu de recherche sur la spéciation des métaux dans la colonne d’eau des lacs urbains a été réalisée jusqu’à présent.Les objectifs principaux de cette thèse sont (1) d’obtenir une base de données fiables des concentrations en métaux traces dans la colonne d’eau de lacs urbains représentatifs; (2) d’évaluer leur biodisponibilité via une technique de spéciation adéquate ; (3) d’analyser leur évolution saisonnière et spatiale et leur spéciation; (4) d’étudier l’impact des variables environnementales, en particulier de la MOD autochtone sur leur biodisponibilité; (5) de lier la concentration des métaux au mode d’occupation du sol du bassin versant.Notre méthodologie est basée sur un suivi in-situ des lacs en complément d’analyses spécifiques en laboratoire. L’étude a été conduite sur trois sites: le lac de Créteil (France), le lac de Pampulha (Brésil) et 49 lacs péri-urbains (Ile de France). Sur le lac de Créteil, plusieurs dispositifs de mesure en continu nous ont fourni une partie de la base de données limnologiques. Dans le bassin versant du lac de Pampulha, la pression anthropique est très importante. Le climat et le régime hydrologique des 2 lacs sont très différents. Les 49 lacs de la région d’Ile de France ont été échantillonnés une fois pendant trois étés successifs (2011-2013). Ces lacs nous ont fourni une base de données synoptique, représentative de la contamination métallique à l’échelle d’une région fortement anthropisée.Afin d’expliquer le rôle des variables environnementales sur la concentration métallique, le modèle Random Forest a été appliqué sur les bases de données du lac de Pampulha et des 49 lacs urbains avec 2 objectifs spécifiques: (1) dans le lac de Pampulha, comprendre le rôle des variables environnementales sur la fraction labile des métaux traces, potentiellement biodisponible et (2) dans les 49 lacs, comprendre la relation des variables environnementales, particulièrement au niveau du bassin versant, sur la concentration dissoute des métaux. L’analyse des relations entre métaux et variables environnementales constitue l’un des principaux résultats de cette thèse. Dans le lac de Pampulha, environ 80% de la variance du cobalt labile est expliqué par des variables limnologiques: Chla, O2, pH et P total. Pour les autres métaux, le modèle n’a pas réussi à expliquer plus de 50 % de la relation entre fraction labile et variables limnologiques. Dans les 49 lacs, le modèle Random Forest a donné un bon résultat pour le cobalt (60% de la variance expliquée) et un très bon résultat pour le nickel (86% de la variance expliquée). Pour Ni les variables explicatives sont liées au mode d’occupation du sol : « Activités » (Equipements pour l’eau et l’assainissement, entrepôts logistiques, bureaux…) et « Décharge ». Ce résultat est en accord avec le cas du lac de Créteil où la concentration en Ni dissous est très élevée et où les catégories d’occupation du sol « Activités » et « Décharges » sont dominantes / Lakes have a particular influence on the water cycle in urban catchments. Thermal stratification and a longer water residence time in the lake boost the phytoplankton production. Most metals are naturally found in the environment in trace amounts. Trace metals are essential to growth and reproduction of organisms. However, some are also well known for their toxic effects on animals and humans. Total metal concentrations do not reflect their ecotoxicity that depends on their properties and speciation (particulate, dissolved: labile or bioavailable and inert fractions). Trace metals can be adsorbed to various components in aquatic systems including inorganic and organic ligands. The ability of metal binding to dissolved organic matter (DOM), in particular humic substances, has been largely studied. In urban lakes, the phytoplankton development can produce autochthonous DOM, non humic substances that can have the ability of metal binding.. But there are few studies about trace metal speciation in lake water column.The main objectives of this thesis are (1) to obtain a consistent database of trace metal concentrations in the water column of representative urban lakes; (2) to access their bioavailability through an adapted speciation technique; (3) to analyze the seasonal and spatial evolution of the metals and their speciation; (4) to study the potential impact of environmental variables, particularly of dissolved organic matter related to phytoplankton production on metal bioavailability and (5) to link the metal concentrations to the land use in the lake watershed.Our methodology is based on a dense field survey of the water bodies in addition to specific laboratory analysis. The research has been conducted on three study sites: Lake Créteil (France), Lake Pampulha (Brazil) and a panel of 49 peri-urban lakes (Ile de France). Lake Créteil is an urban lake impacted by anthropogenic pollution. It benefits of a large number of monitoring equipment, which allowed us to collect a part of the data set. In Lake Pampulha catchment, the anthropogenic pressure is high. Lake Pampulha has to face with many pollution point and non-point sources. The climate and limnological characteristics of the lakes are also very different. The panel of 49 lakes of Ile de France was sampled once during three successive summers (2011-2013); they provided us with a synoptic, representative data set of the regional metal contamination in a densely anthropized region.In order to explain the role of the environmental variables on the metal concentrations, we applied the Random Forest model on the Lake Pampulha dataset and on the 49 urban lake dataset with 2 specific objectives: (1) in Lake Pampulha, understanding the role of environmental variables on the trace metal labile concentration, considered as potentially bioavailable and (2) in the 49 lakes, understanding the relationship of the environmental variables, more particularly the watershed variables, on the dissolved metal concentrations. The analysis of the relationships between the trace metal speciation and the environmental variables provided the following key results of this thesis.In Lake Pampulha, around 80% of the variance of the labile cobalt is explained by some limnological variables: Chl a, O2, pH, and total phosphorus. For the other metals, the RF model did not succeed in explaining more than 50% of the relationships between the metals and the limnological variables.In the 49 urban lakes in Ile de France, the RF model gave a good result for Co (66% of explained variance) and very satisfying for Ni (86% of explained variance). For Ni, the best explanatory variables are landuse variables such as “activities” (facilities for water, sanitation and energy, logistical warehouses, shops, office…) and “landfill”. This result fits with Lake Creteil where dissolved Ni concentration is particularly high and where the “activities” and “landfill” landuse categories are the highest

Les interactions qu’un métal f entretient avec son environnement sont étudiées dans de nombreux domaines (industrie nucléaire, électronique, …). Pourtant, ces phénomènes sont souvent mal compris d’un point de vue fondamental. Les interactions qui peuvent s’établir entre métaux d et métaux f ont déjà été en partie étudiées, principalement dans le domaine du magnétisme. Les phénomènes de transfert de charge ont cependant été beaucoup moins analysés, malgré une importance croissante dans de nombreux systèmes. Cette étude se propose de développer des systèmes moléculaires permettant d’étudier un certain nombre de propriétés physico-chimiques de systèmes d-4f et d-5f, ainsi que leur transposabilité vers des systèmes polymères de coordination présentant des nœuds métalliques mixtes d et f.Sur les systèmes moléculaires, les études se sont centrées sur le transfert de charge photo-induit d’un métal d vers un métal f et sur leurs propriétés électrochimiques. Pour cela il a été nécessaire de développer plusieurs systèmes de référence moléculaires à base de Ru permettant l’addition d’un métal 4f ou 5f. Les systèmes moléculaires, Ru et mixte Ru-élément f, ont été caractérisés. Des études photo-physiques et électrochimiques comparatives, expérimentales et théoriques (DFT et TD-DFT), entre les systèmes Ru simples, Ru-4f et Ru-5f, ont été menées.Les systèmes de type polymère de coordination ont été abordés afin d’étendre l’étude comparative des systèmes mixtes d-f à des composés 3D. À cette fin, la synthèse de systèmes constitués d’un métal d, d’un élément 4f et d’un ligand ditopique (2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone, DHBQ) a été étudiée, l’objectif étant d’intégrer de façon contrôlée un métal d au sein d’une structure polymère 4f-DHBQ déjà bien connue. Ces études ont montré que l’introduction d’un métal d dans ce type de polymère de coordination n’est pas possible dans les conditions d’études pour des raisons cinétiques. Cependant, pour ces mêmes raisons cinétiques, la présence du métal d lors de la synthèse influe de façon notable sur la morphologie des composés 4f-DHBQ ouvrant d’autres perspectives à ces systèmes 4f. Ainsi il est possible de les utiliser comme précurseurs de matériaux durs (oxydes, carbures) dont les aspects structuraux et microstructuraux sont contrôlé via les propriétés structurales et morphologiques du polymère de coordination. / The interactions between an f metal and its environment are studied in several fields (nuclear industry, electronics …). However, those phenomena are often misunderstood in a fundamental point of view. The interactions which are able to settle between d and f metals are partly studied, mainly in the field of magnetism. The charge transfer phenomena were however less studied, despite an increasing interest in numerous systems. This study intends to develop molecular systems which allow studying numerous physicochemical properties of d-4f and d-5f systems, along with their transposability towards coordination polymers systems exhibiting d and f mixed metallic nodes.On the molecular systems, studies focused on photo-induced charge transfer from a d metal to an f metal and on their electrochemical properties. In order to do this, it was necessary to develop several molecular reference systems based on Ru allowing the addition of a 4f or 5f metal. The molecular systems, Ru and mixed Ru-f element, were characterized. Comparative photo-physical and electrochemical studies, experimental and theoretical (DFT and TD-DFT), between the monometallic Ru and the Ru-4f and Ru-5f systems have been achieved.Coordination polymers systems have been broached to enlarge the comparative study of the d-f mixed systems to 3D compounds. To that end, the synthesis of systems containing a d metal, an f metal and a ditopic ligand (2,5-dihydroxy-1,4-benzoquinone, DHBQ) has been studied, the aim being the controlled integration of the d metal in a well-known 4f-DHBQ polymeric structure. These studies showed that the introduction of a d metal in this type of coordination polymers is not possible in the study conditions for kinetic reasons. However, for the same kinetic reasons, the presence of the d metal during the synthesis influences in a significant way the morphology of the 4f-DHBQ compounds, opening other perspectives to these 4f systems. Thus, it is possible to use them as hard materials precursors (oxides, carbides) whose structural and microstructural aspects are controlled via structural and morphological properties of the coordination polymer.

L'objectif de la thèse est d'identifier et de quantifier les paramètres régissant l'épaississement des macles dans trois métaux hexagonaux (Zr, Ti, Mg). Le mécanisme que nous étudions est le glissement de dislocations d'interfaces, i.e. les disconnections, le long des joints de macles parfaits. Nous nous intéressons alors à la germination des disconnections avant de nous concentrer sur leur migration.Une première étude en potentiel empirique permet de valider un couplage original avec la théorieélastique afin d'extraire des simulations atomiques l'énergie de cœur des disconnections. Cette méthode permet de partitionner l'énergie entre une contribution de cœur, intrinsèque à la disconnection et une partie élastique qui dépend de l'environnement de la disconnection. Cette partition faite, nous modélisons alors l'énergie de formation de dipôles de disconnections isolés, pour chacun des différents joints de macles. Cette modélisation nous permet alors de sélectionner les dipôles de disconnections les plus pertinents que nous étudions par la méthode abinitio.Nous modélisons ensuite la migration des disconnections le long des joints de macles parfaits.Pour cela, nous montrons via l'utilisation de la méthode Nudged Elastic Band, que l'énergie demigration est d'un ordre de grandeur inférieur à l'énergie de formation. Ainsi, l'énergie de formation des dipôles de disconnections apparait comme prédominant dans la croissance des macles / The aim of this thesis is to identify and quantify the parameters of importance when dealing with twin thickening in three hcp metals (Zr, Ti, Mg). The mechanism we study is the glide of twinning dislocations, i. e. the disconnection, along the perfect twin boundaries. We first focus on the nucleation of disconnection before addressing their migration. A study using an EAM potential allows us to validate an original coupling between our atomistic simulations and linear elasticity in order to extract the core energy of disconnection.We then show how this coupling permits to divide the formation energy in two terms: the core contribution, intrinsec to the disconnections, and an elastic one, which depends on the disconnection's environment. Thanks to this partition, we model the formation of isolated disconnection that may appear along the different twin planes. We select the dipoles of lowest formation energies in order to perform ab initio calculations and compare the behavior observed the three different metals. We then model the migration of disconnections along the perfect twin planes. To do so, we use the Nudged Elastic Band method, and find out that the migration energy of disconnections is one order of magnitude lower than their formation energies. We therefor conclude that the disconnection nucleation is the rate limiting factor to explain twin thickening thanks to the creation and motion of disconnection

Nous avons étudié la sensibilité du T91 à la fragilisation par le sodium liquide. Une procédure expérimentale a été mise en place afin de procéder à des essais mécaniques en sodium sous atmosphère inerte. Grâce à l’introduction d’une étape préliminaire d’exposition au sodium, la mouillabilité du T91 par le sodium liquide et la structure de l’interface sodium/acier ont pu être étudiés en fonction des différents paramètres d’exposition. Une réduction significative des propriétés mécaniques est observée quand le mouillage de l’acier par le sodium est bon. L’utilisation de différentes teneurs en oxygène et en hydrogène suggère que l’oxygène joue un rôle primordial dans l’amélioration de la mouillabilité du T91. La sensibilité du phénomène de fragilisation à la vitesse de sollicitation et à la température a été caractérisée. A partir de ces résultats, l’existence d’une transition fragile/ductile, fonction de ces deux paramètres a été mis en évidence. L’étude de cette transition suggère qu’une étape de diffusion du sodium dans les joints de grains du T91 est limitante pour la fragilisation. Des analyses en microscopie électronique en transmission et par cartographies d’orientation de fissures arrêtées ont également permis de constater que le mode de rupture est interlatte ou intergranulaire, fournissant ainsi une image cohérente du processus de fragilisation. La même méthodologie a été appliquée à l’acier non allié XC10. Les résultats montrent un comportement en tous points similaire à celui de l’acier T91 et suggèrent donc un mécanisme commun pour les aciers cubiques centrés. De plus, ils confirment que la transition fragile ductile observée semble la conséquence d’une vitesse de propagation de fissure fragile relativement limitée. Cette propagation est activée thermiquement avec une énergie d’activation d’environ 50 kJ/mol. Enfin, il a été montré que l’acier austénitique 304L est également sensible à la fragilisation par le sodium liquide. Certaines surfaces de rupture témoignent clairement d’une rupture intergranulaire, cependant des interrogations persistent à propos du chemin de fissuration. / We studied the sensitivity of T91 steel to embrittlement by liquid sodium. An experimental procedure was set up to proceed to mechanical testing in sodium under an inert atmosphere. The introduction of a liquid sodium pre-exposure step prior to mechanical testing enabled the study of both the wettability of T91 by sodium and the structure of the sodium steel/interface as a function of the exposure parameters. The mechanical properties of T91 steel are significantly reduced in liquid sodium provided the wetting conditions are good. The use of varying oxygen and hydrogen concentrations suggests that oxygen plays a major role in enhancing the wettability of T91. The sensitivity of the embrittlement to strain rate and temperature was characterized. These results showed the existence of a ductile to brittle transition depending on both parameters. Its characterization suggests that a diffusion step is the limiting rate phenomenon of this embrittlement case. TEM and EBSD analysis of arrested cracks enabled us to establish that the fracture mode is interlath or intergranular. This characteristic is coherent with the crack path commonly reported in liquid metal embrittlement. A similar procedure was applied to the unalloyed XC10 steel. The results show a behavior which is similar to the one of T91 steel and suggest a common mechanism for liquid sodium embrittlement of body centered cubic steels. Moreover, they confirm that the ductile to brittle transition seems associated with a limited crack propagation rate. The propagation is thermally activated with activation energy of about 50 kJ/mol. Finally, it was shown that 304L austenitic steel is sensitive to liquid sodium embrittlement as well. Some fracture surfaces testify of an intergranular fracture mode, but some questions still remain about the crack path.

L'objectif de cette thèse est de produire une avancée dans la compréhension du phénomène de fragilisation par les métaux liquide (FML), en nous appuyant sur l'étude expérimentale et numérique du couple cuivre/mercure. La fragilisation du cuivre pur OFHC (Oxygen Free High Conductivity) par le mercure liquide est mise en évidence et quantifiée par des mesures de ténacité. En outre, un procédé d'ingénierie des joints de grains est appliqué afin d'augmenter de façon importante la proportion de joints de grains spéciaux Σ3 dans le cuivre. Des essais de FML sont alors réalisés et permettent d'établir le rôle de ces joints de grains dans la fragilisation du cuivre par le mercure liquide. En parallèle, des modélisations de joints de grains spéciaux Σ3 et Σ5 sont réalisées par calcul basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Ces modélisations permettent à la fois de mettre en évidence une réduction des propriétés mécaniques de ces joints de grains en présence d'atomes de mercure, ainsi que de comprendre l'immunité des joints Σ3 observée expérimentalement. Cependant, ces modélisations ne permettent pas de rendre compte quantitativement des observations expérimentales. Pour améliorer cette description atomique de la FML, une contribution non locale est ajoutée, via l'utilisation d'un modèle de zone cohésive nourri par calcul DFT. Il est montré que le confinement du métal liquide en extrême pointe de fissure engendre une force normale aux parois de la fissure (l'origine physique de cette force est discutée), et que l'introduction de cette nouvelle composante permet de rendre compte des observations expérimentales de façon beaucoup plus quantitative. Ce dernier modèle est appuyé par la réalisation d'expériences de FML sous pression hydrostatique. / The aim of this thesis is to make an advance in the liquid metal embrittlement (LME) understanding, based on the experimental and numerical studies of the copper/mercury system. OFHC (Oxygen Free High Conductivity) copper embrittlement by liquid mercury is studied and quantified by toughness measures. Moreover, grain boundary engineering (GBE) is implemented in order to increase the proportion of special Σ3 grain boundaries. LME tests are performed and allow to establish the particular behaviour of the Σ3 grain boundaries in the copper embrittlement by liquid mercury. At the same time, modelling of special Σ3 and Σ5 grain boundaries based on density functional theory are performed. This allows to show the weakening of mechanical properties of both grain boundaries containing mercury atoms, and also to understand the immunity of Σ3 grain boundaries as observed experimentally. However, experimental observations can not been qualitatively explained by these modelling. In order to improve this description, a non-local contribution is introduced by means of a cohesive zone model. It is shown that the confinement of the liquid metal at the very crack tip produces a force normal to the surface of the solid (the origin of this force is discussed), and that the consideration of this force allows to describe more accurately experimental results. This model is supported by LME experiments under hydrostatic pressure.

Les poissons téléostéens accumulent les métaux au travers de différentes voies et il est actuellement bien établi que la nourriture joue un rôle majeur sur cette accumulation. Néanmoins de nombreuses lacunes persistent sur la variabilité du transfert trophique des métaux chez les poissons en fonction de leur contexte de vie. La présente recherche doctorale vise à caractériser l’influence de facteurs biologiques et environnementaux sur l’efficacité d’assimilation (AE) de métaux essentiels et non-essentiels chez les poissons. La détermination des AEs lors d’une série d’expériences en milieu contrôlé révèle que les facteurs biologiques, et notamment le type de nourriture ingéré, jouent un rôle prépondérant sur l’AE des métaux chez les poissons alors que les facteurs environnementaux (pH, température, salinité…) semblent n’avoir qu’une influence plus limitée. L’ensemble des travaux réalisés lors de cette thèse permet une meilleure compréhension du transfert trophique des métaux chez les poissons, et apporte ainsi de nouvelles connaissances dans les domaines de la nutrition et de l’écotoxicologie. / Teleost fish accumulate metals through different pathways and It is now well established that food plays a major role in this accumulation. Nevertheless, there is still lack of knowledge on the variability of metal trophic transfer in fish in connection with their life context. The present doctoral research aims at characterizing the influence of biological and environmental factors on the assimilation efficiency (AE) of essential and non-essential metals in fish. AE determination during a series of experiment under controlled condition reveals that biological factors, in particular the type of food ingested, play a predominant role in metal AE in fish while environmental factors (pH, temperature, salinity ...) seem to have a limited influence. All the work carried out during this thesis allows a better understanding of the trophic transfer of metals in fish and, thus bring new knowledge in the field of fish nutrition and ecotoxicology.

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie à Gram-négatif, pathogène et opportuniste, responsable de nombreuses et sévères infections chez l’homme. Ce microorganisme comme la plupart des organismes vivants a besoin de fer pour sa croissance ainsi que d’autres métaux biologiques comme le zinc, le cuivre, le nickel, le manganèse, le cobalt, le molybdène, le vanadium et d’autres. Afin d’acquérir le fer P. aeruginosa produit deux sidérophores majeurs, la pyoverdine (PVD), souvent considérée comme sidérophore principal, et la pyochéline (PCH). Lors de cette thèse nous avons pu démontrer les enzymes de biosynthèse de ces sidérophores adoptent une organisation spécifique aux pôles des bactéries. De plus, l’étude de la composition en métaux de P. aeruginosa dans différentes conditions de cultures a pu démontrer que la bactérie adapte sa concentration intracellulaire en métaux selon la composition du milieu extracellulaire. / Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic Gram-negative pathogen. It is responsible for a wide range of human diseases. Iron is an essential element for this organism, like for nearly all other organisms. To a lower extent this organisms needs other metals such as zinc, copper,nickel, manganese and other for its survival. To acquire iron, P. aeruginosa secrets two major siderophores, pyoverdine (PVD) and pyochelin (PCH). During the thesis we have shown that the enzymes involved in the biosynthesis of theses siderophores adopt a specific localization at the bacterial cell poles. Furthermore, the study of the metal composition of P. aeruginosa in different growth conditions has shown that this bacterium is able to adaptits internal metal concentration to the extracellular metal availability.

La catalyse homogène à l’aide des complexes des métaux de transition est l’un des domaines les plus dynamiques de la chimie organique moderne. Durant ces dernières années la majorité des nouvelles réactions en chimie organique est issue de ce domaine de recherche. Par exemple la carbonylation, la réaction de Heck, le couplage C—C sont déjà devenues des méthodes classiques en synthèse. L’un des objectifs actuels de la catalyse homogène est la recherche de nouvelles voies de formation de liaisons carbone-hétèroélément en présence de complexes de métaux de transition. Ces réactions ouvrent une nouvelle voie pour la synthèse de différentes familles de composés organiques. Certaines de ces réactions ont largement été étudiées et ont trouvé des applications pratiques dans les laboratoires académiques et dans l’industrie. Nous pouvons citer par exemple l’hydrogénation et l’hydrosilylation catalytique. D’autres, tell la formation des liaisons C(sp2)—O, C(sp2)—N, C(sp2)—Se et C(sp2)—S, sont moins développées et nécessitent encore beaucoup de mises au point avant de pouvoir être utilisées de façon routinière. L’accroissement des besoins en outils permettant de fonctionnaliser facilement, régio- et stéréosélectivement les substrats actuellement à notre disposition, explique la progression constante des recherches dans ce domaine. Les objectifs de ce travail étaient l’étude de la synthèse de ligands polyazotés par la réaction de formation de liaison C(sp2)—N en présence des complexes du palladium. L’intérêt porté depuis de nombreuses années aux polyazamacrocycles saturés a pour origine principalement leur grande affinité vis-à-vis des cations métalliques qui se manifeste par une stabilité thermodynamique et cinétique remarquable de leurs complexes. Les polyazamacrocycles peuvent complexer les atomes métalliques en milieu aqueux et être utilisés in vivo. En général, la stabilité des complexes formés par les récepteurs macrocycliques est supérieure à celle des complexes formés par les ligands non cycliques apparentés en raison de l’effet macrocyclique. De plus, la fonctionnalisation du macrocycle par des groupes coordinants disposés à la périphérie du cycle conduit à des récepteurs plus sophistiqués. Il en découle que les polyazamacrocycles peuvent être adaptés aux métaux ayant un nombre de coordination élevé sans perdre l’avantage de la préorganisation du ligand. Ainsi, l’affinité du ligand vis-à-vis d’un ion métallique peut être contrôlée en faisant varier le nombre et la nature des bras fonctionnels liés au macrocycle. La chimie organique moderne permet de réaliser la synthèse des polyazamacrocycles N-fonctionnalisés selon des schémas simples, efficaces et transposables à grande échelle. Cependant la synthèse de dérivés contenant le fragment diaminoaryl- ou diaminohétèroaryl- incorporé dans l’entité macrocyclique reste délicate. Par ailleurs la présence de tels fragments dans un macrocycle peut influer sur les propriétés coordinantes du ligand et sa solubilité. De plus ces macrocycles présentent un intérêt majeur pour le développement de détecteurs optiques car la plupart des groupes qui sont capables de visualiser la coordination d’une molécule cible sont de nature aromatique ou hétèroaromatique... / The PhD thesis deals with the synthesis of polyazaligands using Pd-catalyzed amination of aryl halides. The manuscript consists of two parts. In the first part the scope of the Pd-catalyzed amination reaction for the synthesis of polyazamacrocyclic ligands is studied. The Pd-catalyzed amination of 2,7-dibromonaphthalene, 3,3’-dibromobiphenyl and 6,6’-dibromo-2,2’-bipyridyl with linear polyamines and oxadiamines is thoroughly investigated, and corresponding nitrogen- and oxygen-containing macrocycles is synthesized in yields up to 45%. The dependence of the formation of macrocycles and cyclic oligomers on the nature of the starting compounds is established. Two alternative approaches to cyclic dimers are elaborated: a) via N,N’-bis(haloaryl) substituted polyamines and b) via bis(polyamine) substituted arenes. These approaches are shown to give different results for different arenes and polyamines, and the choice of the appropriate method allowed to obtain cyclic dimers in yields up to 44%. The conditions for N,N,N',N'-tetraarylation of oxadiamines using 2,7-dibromonaphthalene are worked out, and resulting tetrakis(bromonaphthyl) derivatives are employed in the synthesis of macrobicycles containing four naphthyl and three oxadiamine fragments. The majority of such macrobicycles are obtained as two isomers. To avoid the formation of these isomers an alternative route to macrobicycles is proposed. The macrocycles on the basis of 2,7-diaminonaphthalene and 3,3’-diaminobiphenyl are functionalized by two bromobenzyl substituents to give corresponding derivatives in quantitative yields. These compounds are reacted with linear di- and polyamines as well as with diazacrown ethers under catalytic conditions. As a result, a series of macrobicycles and macrotricycles are obtained, the highest yields being 30-35%. The efficiency of the reactions strongly depends on the nature of the arene moiety and the structure of employed polyamines. Bipyridyl-containing macrocycles are studied in binding Zn2+, Pb2+, Cu2+, Co2+, Ni2+, Ag+, Hg2+ cations using spectrophotometry, fluorescent and NMR spectroscopy. The structure of the complex with Zn2+ is elucidated by X-ray analysis. In the second part, the Pd-catalyzed amination reaction is used to develop selective chemosensors for heavy metal ions. Anthraquinone derivatives are chosen to elaborate colorimetric chemosensors using the Pd-catalyzed amination of corresponding halides. This method allows covalent binding of the signaling unit and a wide series of receptors what provides a quick and efficient screening of a great number of ligands. Using this approach, a highly selective colorimetric chemosensor for qualitative and quantitative analysis of Cu2+ ions at physiological pH in water is developed. This chemosensor allows naked-eye detection of copper ions at 0.4 ppm concentration in the presence of 13 other metal cations, and the use of spectrophotometer lowers the detection limit to 20 ppb. Another selective chemosensor is elaborated for naked-eye detection of lead ions in aqueous medium at 1.3 ppm and higher concentration. Coordination of copper, lead and cadmium cations with the most selective ligands is studied in details using spectrophotometry, potentiometry and NMR spectroscopy. Stability constants of the complexes are established and the nature of the color changes is discussed. The key role of the deprotonation of the aromatic amino group during the copper ion coordination is demonstrated. The color change caused by the lead ion coordination is explained by the coordination of the metal ion to the aromatic amino group.