Les halopéroxydases à vanadate (vHPO) seraient des enzymes clés du métabolisme iodé des algues brunes en assurant la captation de l'iode et en participant à la biosynthèse de composés volatils iodés. Pour vérifier ces hypothèses, nous avons mis en place une stratégie de génétique chimique inverse dans le but d'étudier in vivo les effets de l'invalidation des vHPOs. A cette fin, nous avons réalisé un test de criblage à haut-débit sur la bromopéroxydase à vanadate d'Ascophyllum nodosum pour identifier des inhibiteurs de cette enzyme. Les tests secondaires ont montré que les molécules sélectionnées ne sont pas des inhibiteurs mais qu'elles sont très réactives envers les espèces oxydées de l'iode générées par l'enzyme. Un test in vivo a permis de montrer que ces molécules inhibent l'influx des iodures par Laminaria digitata, ce qui corrobore l'implication d'une vHPO dans ce mécanisme. Nous avons étudié la distribution tissulaire et subcellulaire de l'iode chez L. digitata par microsonde nucléaire et par microsonde SIMS. Cette étude a mis en évidence que l'iode est principalement stocké au niveau du tissu périphérique dans le compartiment apoplastique et non au sein de structures intra-cellulaires. Cette découverte remet en cause le modèle de captation des iodures proposé dans la littérature et ouvre de nouvelles perspectives de recherche. Parallèlement à ces études, nous avons poursuivi les travaux concernant les inhibiteurs de la captation des iodures chez des modèles cellulaires exprimant le symporteur Na+/I- en mettant au point leur synthèse, en validant leur activité et en initiant la recherche de leur protéines cibles par photomarquage d'affinité.

Etudier le rôle des éléments traces à l’échelle cellulaire requiert des outils analytiques de pointe. Nous avons développé une nouvelle méthodologie précise de la répartition des éléments chimiques cellulaires à partir d’une combinaison des méthodes d’analyse par faisceaux d’ions PIXE, RBS et STIM. Cette méthodologie s’appuie fortement sur le développement d’un logiciel (Paparamborde) pour le traitement quantitatif des expériences STIM. La validité de cette méthode ainsi que ses limites sont discutées. La méthode STIM-PIXE-RBS permet de quantifier la composition en éléments traces (µg/g) avec une incertitude de mesure évaluée à 19,8% dans des compartiments cellulaires de masse inférieure à 0,1 ng.Une des limites de la méthode réside dans le faible nombre d’échantillons analysables en raison à la fois du temps minimum nécessaire pour réaliser une acquisition et de l’accès limité aux plateformes d’analyse par faisceaux d’ions. C’est pourquoi nous avons également développé une base de données pour la capitalisation des compositions chimiques cellulaires (BDC4). Cette base de données s’inscrit dans la logique de l’utilisation de la composition chimique cellulaire comme un traceur de l’activité biologique, et doit permettre à terme de définir des compositions chimiques de référence pour les différents types cellulaires analysés.L’application de la méthodologie STIM-PIXE-RBS à l’étude de la toxicologie nucléaire du cobalt permet d’illustrer son intérêt en pratique. En particulier, l’analyse STIM s’avère indispensable dans le cas d’échantillons présentant une perte de masse organique au cours de l’analyse PIXE-RBS. / The study of the role of trace elements at cellular level requires the use of state-of-the-art analytical tools that could achieve enough sensitivity and spatial resolution. We developed a new methodology for the accurate quantification of chemical element distribution in single cells based on a combination of ion beam analysis techniques STIM, PIXE and RBS. The quantification procedure relies on the development of a STIM data analysis software (Paparamborde). Validity of this methodology and limits are discussed here. The method allows the quantification of trace elements (µg/g) with a 19.8 % uncertainty in cellular compartments with mass below 0.1 ng.The main limit of the method lies in the poor number of samples that can be analyzed, due to long irradiation times required and limited access to ion beam analysis facilities. This is the reason why we developed a database for cellular chemical composition capitalization (BDC4). BDC4 has been designed in order to use cellular chemical composition as a tracer for biological activities and is expected to provide in the future reference chemical compositions for any cellular type or compartment.Application of the STIM-PIXE-RBS methodology to the study of nuclear toxicology of cobalt compounds is presented here showing that STIM analysis is absolutely needed when organic mass loss appears during PIXE-RBS irradiation.

Le développement des techniques de microscopie 3D offrant une résolution spatiale de l'ordre du micromètre a ouvert un large champ de recherche en biologie cellulaire. Parmi elles, un avantage intéressant de la micro-tomographie par faisceau d'ions est de donner des résultats quantitatifs en termes de concentrations locales d'une manière directe, en utilisant une technique d'émission de rayonnement X (PIXET) combinée à la microscopie ionique en transmission (STIMT). Le traitement des données expérimentales constitue un point délicat. Après une brève introduction aux techniques de reconstruction existantes, nous présentons le principe du code DISRA, le plus complet écrit jusqu'à ce jour, qui nous a servi de base pour ce travail de thèse. Nous avons modifié et étendu le code DISRA en considérant les aspects spécifiques des échantillons biologiques. Un logiciel de traitement de données complet a ainsi été développé, avec une interface utilisateur permettant le contrôle de chaque étape de la reconstruction. Les résultats d'expériences de STIMT et/ou PIXET effectuées au CENBG sur des spécimens de référence et sur des cellules végétales ou humaines isolées sont présentés.

Dans le cadre du développement des technologies Na-ion, le composé NaFePO4, équivalent chimiquedu matériau très attractif LiFePO4, représente une alternative intéressante aux problèmes deressourcement du lithium. Toutefois, les composés LiFePO4 et NaFePO4 de structure olivineprésentent des divergences de comportement structural et électrochimique lors de l'insertioncationique. Ce travail présente une analyse des mécanismes de (dés)insertion des ions Li+ et Na+ ausein de la phase FePO4 par voie chimique et électrochimique. Les échantillons de LiFePO4 ont étésynthétisés par deux méthodes différentes (hydrothermale et précipitation), puis délithiéschimiquement via différents procédés. Dans un premier temps, les analyses structurales (DRX)associées aux analyses nucléaires ont permis d'effectuer un suivi de la cinétique de réaction. Nousavons montré que la présence de joints de grains, issus du traitement thermique effectué, limitefortement la vitesse de délithiation. L'analyse de l’évolution des domaines de cohérences a permis deproposer un mécanisme de délithiation original de type "Coeur-Coquille" avec un coeur de LiFePO4,confirmé par HRTEM et STEM-EELS. Dans un deuxième temps, afin de comparer les mécanismes dedélithiation chimique et électrochimique, l’insertion et la cyclabilité des ions Li+ et Na+ ont étécaractérisées en demi-cellules lithium et sodium. Bien que la signature électrochimique des matériauxLiFePO4 et NaFePO4 soit différente, les performances en termes de capacité restituée ou de tenue enpuissance s'avèrent similaires. Enfin, l'insertion électrochimique des ions Li+ et Na+ au sein d'unepoudre comportant des défauts structuraux a été caractérisée par DRX Operando durant un cycle decharge / décharge effectué à régime lent. Ces analyses ont révélées que la co-insertion cationiques'effectue via une solution solide de type LixNayFePO4 (0<x+y<1). / As part of the development of Na-ion technology, NaFePO4 compound, chemical equivalent of theattractive LiFePO4 material, would be a promising option facing possible lithium shortage. However,olivine-type LiFePO4 and NaFePO4 display different structural and electrochemical behaviors duringcationic insertion. This thesis presents an analysis of the (de)insertion mechanisms of Li+ and Na+ ionswithin olivine-type FePO4 by chemical and electrochemical means. Samples of LiFePO4 weresynthesized by two different methods (hydrothermal and precipitation), then chemically delithiated bydifferent processes. In a first step, structural analysis (XRD) associated with nuclear analyses enabledfollowing the reaction kinetics. We have pointed out that the presence of grain boundaries, resultingfrom the heat treatment, strongly limits the delithiation kinetics. The analysis of the evolution of thecoherency domains enabled us to propose an original "Shrinking Core" type delithiation mechanismwith a core of LiFePO4, observed by HRTEM and STEM-EELS. In a second step, in order to comparechemical and electrochemical mechanisms, insertion and cyclability of Li+ and Na+ were characterizedin lithium and sodium half-cells. Although the electrochemical signature of LiFePO4 and NaFePO4materials is different, the performances in terms of restored capacity or power capability are similar.Finally, electrochemical insertion of Li+ and Na+ in a powder comprising structural defects wascharacterized by operando XRD, during a charge / discharge cycle performed at low rate. Theseanalyses revealed that the cationic co-insertion takes place via a solid solution LixNayFePO4(0<x+y<1).