La translocation, le passage d'une macromolécule à travers un pore inséré dans une membrane, est impliquée dans de nombreux processus biologiques. On peut citer comme exemple le transport d'ARN ou de protéines entre les composants de la cellule, et l'infection d'une cellule par le passage d'un ADN viral à travers la membrane cellulaire. Aujourd'hui la translocation est aussi la base d'applications technologiques, comme le fait d'utiliser les pores en tant que détecteurs pour le séquençage rapide de molécules ou en tant que filtre moléculaire. La compréhension du processus de translocation est importante à la fois d'un point de vue fondamental et pour la fabrication de nouveaux dispositifs de translocation à usage spécifique. Dans cette thèse, nous réalisons des expériences et des simulations informatiques pour étudier certains des effets les plus importants mis en jeu lors de la translocation.Nous utilisons des simulations informatiques avec un modèle à ``gros grain'' pour étudier qualitativement l'influence d'une interaction attractive entre les parois du pore et un polymère en train de transloquer. Nous montrons que la position de l'interaction influence la fréquence d'entrée et le temps de résidence du polymère dans le pore. La fréquence d'entrée est plus grande lorsque l'entrée du pore est attractive. Le comportement du temps de résidence avec la longueur du polymère est qualitativement et quantitativement affecté par la position de l'interaction dans le pore. Cependant, quelle que soit la position de l'interaction, nous observons que le temps de translocation augmente linéairement avec la longueur du polymère lorsque le polymère est plus long que le pore. Cette observation est qualitativement en accord avec des données expérimentales publiées.Lorsque la translocation est lente, la corrélation entre les mouvements des monomères confinés dans le pore peut jouer un rôle important. Cet effet n'a pas été pris en compte jusqu'à présent. Nous développons un nouveau modèle pour la translocation de polymères, inspiré par le processus d'exclusion asymétrique (ASEP process), qui permet d'étudier spécifiquement cet effet. Nous montrons que les mouvements corrélés des monomères confinés dans le pore génèrent un comportement du temps de résidence avec la longueur du polymère qui est qualitativement similaire à ce qui est habituellement interprété comme la présence d'une barrière d'énergie libre dans le processus de translocation, même lorsqu'une telle barrière n'existe pas. Notre modèle réduit fortement le temps de simulation comparé aux simulations de dynamique moléculaire traditionnelles (quelques secondes contre quelques mois pour un système similaire). Cette accélération provient de l'idéalisation des portions du polymère à l'extérieur du pore. Une telle idéalisation est également présente dans les modèles largement utlisés de type Fokker-Planck, mais dans notre cas le comportement de la partie de la chaîne confinée dans le pore est mieux modélisé.Enfin nous réalisons des expériences pour tester l'existence d'un flot électro-osmotique (EOF) à travers le nanopore d'alpha-hémolysine de staphylococcus aureus. Malgré de nombreux travaux ces dernières années, la question de l'EOF à travers l'un des nanopores biologiques les plus utlisés fait toujours débat. Nous montrons qu'un EOF existe à travers l'alpha-hémolysine et qu'il contrôle la fréquence d'entrée et le temps de résidence de molécules neutres (beta-cyclodextrines) dans le nanopore. La force de l'EOF dépend du type de cation en solution. En particulier nous montrons que l'EOF est plus fort en présence de LiCl que de KCl. / Translocation, the passage of a macromolecule through a pore inserted in a membrane, is involved in many biological processes. Examples include the transport of RNA or proteins between cell components, and the infection of a cell by the passage of a viral DNA through the cell membrane. Today translocation is also the basis of technological applications, such as using pores as sensors for fast molecule sequencing or molecular sieves. The comprehension of the translocation process is important both from a fundamental point of view and for the design of new translocation setups for specific uses.In this thesis both experiments and computer simulations are used to investigate some of the most important effects at work during translocation.Coarse-grained computer simulations are used to study qualitatively the influence of an attractive interaction between the pore walls and a translocating polymer. The location of the interaction is shown to influence both the entry frequency and residence time of the polymer in the pore. The entry frequency is greater when the pore entry is attractive. The behaviour of the residence time with the polymer length is qualitatively and quantitatively affected by the location of the interaction within the pore. Nevertheless, regardless of the location of the interaction, a linear increase of the residence time with polymer length occurs when the polymer becomes longer than the pore. This observation is in qualitative agreement with published experimental data.In the case of slow translocation the correlation between the movements of the monomers confined in the pore may be important. This effect has not been considered previously. A new model of polymer translocation, inspired by the asymmetric exclusion process (ASEP), is developped which enables to specifically investigate this effect. The correlated movements of the monomers confined in the pore are shown to give rise to a behaviour of the residence time with polymer length which is qualitatively similar to what is usually interpreted as the presence of a free-energy barrier in the translocation process, even when such barrier is absent. Our model greatly reduces the simulation time compared to traditional molecular dynamics simulations (several seconds versus several months for similar systems). This speed up comes from the idealization of the portions of the polymer outside the pore. Such idealization is also present in the widely used Fokker-Planck models, but in our case the behaviour of the portion of the chain confined in the pore is better modelled.Finally, experiments are performed to probe the existence of an electro-osmotic flow (EOF) through the nanopore of alpha-hemolysin, from staphylococcus aureus. Despite numerous works during past years, the question of EOF through one of the most commonly used biological nanopores is still under debate. An EOF is shown to exist through alpha-hemolysin and to control the entry frequency and residence time of neutral molecules (beta-cyclodextrins) in the nanopore. The strength of the EOF depends on the type of cations in solution. In particular EOF is shown to be stronger in LiCl solution than in KCl solution.

Le présent travail est destiné à acquérir un ensemble de données expérimentales et quantitatives cohérentes sur le comportement physico-chimique d'un système constitué d'un polysaccharide linéaire, flexible et chimiquement fonctionnalisé en groupements carboxyliques, le carboxyméthyl-dextrane (CMD) et d'un milieu ionique comportant des cations d'affinité variée pour ces fonctions : Na+, Ca2+ et Cd2+. La densité de sites et leur constante de dissociation - complexation ont été déterminées par titrage potentiométrique avec des électrodes spécifiques (proton et cadmium). Les propriétés électro-hydrodynamiques et les transitions conformationnelles ont été étudiées en combinant la conductimétrie, l'électrophorèse, la diffusion dynamique de lumière et la viscosimétrie. Enfin, la stabilité colloïdale en relation avec les interactions intermoléculaires a été étudiée par turbidimétrie et diffusion dynamique de lumière. En présence d'ions monovalents, le comportement du CMD, typique d’une particule microgel molle, est déterminé par la force ionique et la concentration en polysaccharide. A basse force ionique, le CMD est en condition de bon solvant lorsqu'il est peu concentré tandis que le recouvrement des doubles-couches électriques autour des macromolécules détermine les propriétés électro-hydrodynamiques du CMD en régime concentré. A haute salinité, les interactions électrostatiques intramoléculaires et interparticulaires sont négligeables, et la macromolécule a un comportement caractéristique de polymère en mauvais solvant à haute fraction volumique. En présence de cations divalents, le calcium, et plus encore le cadmium, entrent en compétition avec le proton pour l’occupation des sites carboxyliques, ce qui s’accompagne par une réorganisation locale des chaînes polymères. A haute force ionique, la taille élevée des agrégats, la vitesse initiale d'agrégation élevée, ainsi que la persistance d'une forte turbidité au maximum d'effet, suggèrent que les agrégats sont formés en régime de type agrégation limitée par la diffusion des particules (DLA) / The present work focused on the acquisition of experimental and quantitative data on the physico-chemical properties of a linear, flexible and chemically functionalized polysaccharide by carboxymethyl grafting, yielding carboxymethyldextran macromolecules (CMD) and an aqueous electrolyte containing various ions Na+, Ca2+ et Cd2+ with different chemical affinity for these chemical functions. Charge density and complexation – dissociation constants have been evaluated using specific electrodes-based potentiometric titration. The electro-hydrodynamic properties and the conformational transitions were examined through electrical conductivity increment measurements, electrophoresis, dynamic light scattering and viscosimetry. Also, colloidal stability has been investigated by means of turbidimetry and dynamic light scattering. In the presence of monovalent ions, the behaviour of CMD, typically that of a soft microgel particle, is strongly depending on ionic strength and polysaccharide content. For low ionic strengths and in dilute regime, CMD is in situation of good solvent while in concentrated regime, overlapping double layers that develop around macromolecules governs the electro-hydrodynamic features of CMD. For sufficiently high ionic strengths, intermolecular and intramolecular electrostatic interactions are nearly suppressed, and CMD behaves as a polymer in bad solvent upon increase of its concentration in the medium. In the presence of divalent ions, calcium ions and cadmium ions are in competition with hydronium ions to occupy the carboxylic sites, and this situation is concomitantly accompanied by local reorganization of polymer chains. The large size of formed clusters, the high initial aggregation rate and the increased turbidity all suggest that aggregates are generated according to a diffusion limited aggregation (DLA) type of mechanism

L'organisation des substances humiques à l'échelle moléculaire reste une question largement débattue, et à ce jour, il n'a pas été possible de trancher entre une structure polymérique en pelotte plus ou moins flexible et un assemblage supramoléculaire de molecules hétérogènes associées par des liaisons hydrogènes et des interactions hydrophobes. Dans cette thèse, nous étudions la reconformation induite par l'addition de tensio-actifs cationiques (Chlorure de C n-trimethylammonium) sur une série de substances humiques (acides fulvique et humiques) ainsi que sur de la matière organique naturelle contenue dans des eaux noires. Des mesures de turbidité, de diffusion de lumière, mobilité électrophorétique, tension de surface, spectroscopie de fluorescence, diffusion des neutrons aux petits angles, et cryomicroscopie à transmission, permettent de decrire les complexes formés entre le tensio-actif et la matière humique. L'association matière humique/tensio-actif dépend à la fois d'interactions d'origine électrostatique et hydrophobe. Une série de structures moléculaires, vésicules, disques, globules, pseudo-micelles, est observée en cryomicroscopie selon la concentration en surfactant. La séquence obtenue est cohérente avec un système catanionique, en d'autres termes une partie de la matière humique est amphiphile et s'organise en assemblage supramoléculaire. L'addition de tensio-actif modifie également fortement le spectre de fluorescence de la matière humique, les nouvelles bandes bien résolues présentes sur le spectre indiquant une restructuration majeure de l'assemblage supramoléculaire. / The structural organization of humic nanocolloids remains a matter of harsh debate, and surprisingly, it is yet not possible to decide between an arrangement of the humic matter in the form of randomly coiled macromolecules more or less connected, and a supramolecular organization of small heterogeneous molecules linked by hydrogen bonds and hydrophobic interactions. In this study, we investigate the reconformation induced by the addition of cationic surfactants (C n-trimethylammonium chloride) of varying alkyl chain length with a series of humic substances (HS) and Dissolved Organic matter (DOM) from two blackwater rivers of the Central Amazon. Turbidity measurements, Dynamic light scattering, electrophoretic mobility, surface tension, fluorescence spectroscopy, small angle neutron scattering and cryo-transmission electron microscopy (cryo-TEM), are combined to describe the Humic Substance/Surfactant complexes obtained. The association between the oppositely charged HS and cationic surfactant is driven by both electrostatic and hydrophobic interactions. A variety of molecular structures, unilamellar vesicles, disks, globules, spheroidal micelles, are visualized by cryo-TEM depending on surfactant concentration. Such sequence, consistent with those displayed by catanionic systems, provides an independent confirmation of both the amphiphilic nature of HS and of its supramolecular organization. In addition, the molecular rearrangement was investigated using single-scan fluorescence emission spectra spectroscopy, thus identifying the chemical groups responsible for the fluorescence properties in HS and DOM. The addition of cationic surfactant to HS/DOM unveils an unexpected fine structure of humic-like fluorescence through new emission peaks that are not evidenced in the references HS/DOM. An enhanced protein-like fluorescence indicating major restructuration and structural stacking/de-stacking is observed. All our results support a supramolecular organization of humic substances and DOM.