La pollution causée par le rejet industriel de métaux lourds a engendré la mise en place de réglementations concernant les concentrations en eaux de surfaces de ces polluants fortement toxiques. Des appareillages permettant la quantification des métaux lourds existent d'ores et déjà mais présentent de nombreux inconvénients comme leur coût, l'emploi d'un personnel qualifié ou encore des mesures différées dues à des échantillonnages spécifiques. L'électroanalyse représente, dans le domaine de la détection des métaux lourds, une des alternatives les plus prometteuses à ce jour.Les travaux présentés portent donc sur la mise au point d'un dispositif complet d'électroanalyse, tenant compte des problèmes de spéciation liés à la présence de la matière organique, permettant la quantification de deux métaux lourds fortement relargués par l'industrie : le plomb et le nickel. / Heavy metals industrial wastes involved the establishment of regulations concerning those toxic pollutants concentrations in surface water. Devices allowing heavy metals quantification already exist. Unfortunately, they revealed some gaps as their price, the need for qualified employees or even deferred results because of specific sampling procedures. Nowadays, in the heavy metals detection field, electroanalysis appears as a promising alternative. The work here discussed concerns the study of a global electroanalysis equipment, taking into account speciation issues related to organic matter presence, allowing heavy metals quantification in industrial runoffs of lead and nickel.

Dans l'océan, la respiration microbienne est considérée comme le principal processus représentatif de l’oxydation biologique de la matière organique. La production correspondante de CO2 métabolique a été estimée à environ 22 Pg C a-1. Cependant, les intensités respiratoires qui se déroulent in situ sont généralement trop faibles (de plusieurs ordres de grandeur) pour être accessibles aux méthodes de mesure directes actuellement disponibles. Certaines sondes fluorescentes, comme le DiOC6(3) (Molecular Probes, USA) se sont révélées être très sensibles à l’intensité de la différence de potentiel électrochimique du proton (?µH+), qui caractérise les membranes mitochondriales et plasmiques qui portent le système respiratoire chez les cellules eucaryotes et procaryotes. Chez les mitochondries, le ?µH+ présente une relation linéaire avec le flux d'oxygène. À notre connaissance, aucune relation de ce type n'avait été établie dans le cas de cellules entières marines (micro-organismes). Lors de travaux antérieurs, G. Grégori s’est intéressé à la vitesse de respiration à l’obscurité d’une culture monospécifique de la Chlorophyceae Dunaliella tertiolecta (Butcher) en utilisant un oxygraphe à haute résolution (Oroboros) et une coloration des cellules par le DiOC6(3). Une relation linéaire a été mise en évidence et standardisée, entre la vitesse d’absorption d'oxygène par D. tertiolecta et son intensité de fluorescence verte spécifique induite par le DiOC6(3), permettant ainsi la mesure par cytométrie de flux de la vitesse de respiration de D. tertiolecta. L'étape suivante consiste à étendre la méthode aux procaryotes hétérotrophes, principaux responsables de la minéralisation de la matière organique dans l'océan. Dans le présent travail sont présentés les résultats obtenus sur l’eubactérie Pseudomonas nautica 617, une souche qui a été isolée dans notre laboratoire par P. Bonin en 1987. / In the Ocean, microbial respiration is considered as the major process representative of the organic matter biological oxidation. The corresponding metabolic CO2 production was estimated to be about 22 Pg C y–1. However, the in situ respiration rate is generally too low (by several orders of magnitude) to be accessible to the available direct measurement methods. Some fluorescent probes, such as DiOC6(3) (Molecular Probes, USA) have been shown to be very sensitive to changes in the proton electrochemical potential difference (?µH+), characterising mitochondrial and plasmic membranes bearing the cell respiratory system in eukaryotic and prokaryotic cells. In mitochondria, ?µH+ is linked to the flux of oxygen uptake by a linear relationship. To our knowledge, no such relationship has been established in the case of whole marine cells. In a previous works, G. Grégori addressed the dark respiration rate of the Chlorophyceae Dunaliella tertiolecta (Butcher) in axenic culture, both directly by using a highly sensitive oxygraph (Oroboros) and by staining cells with DiOC6(3). A linear relationship was established and standardized between the oxygen uptake by D. tertiolecta and its green fluorescence induced by DiOC6(3), enabling the measure by flow cytometry of the respiration rate of D. tertiolecta. The next step is to extend the method to heterotrophic prokaryotes which are responsible for most of the mineralization of the organic matter in the ocean. In the present work are presented results obtained on the eubacteria Pseudomonas nautica 617, a strain that has been isolated in our laboratory by P. Bonin in 1987.

De nombreux organismes marins précipitent des squelettes en calcite magnésienne. Depuis près d’un siècle, il est connu que les concentrations en magnésium de ces squelettes sont influencées par les conditions environnementales, telle la température, régnant au moment de leur dépôt. Dans le contexte actuel de changement climatique, cette propriété a promu l’usage de plusieurs taxons en tant qu’archive naturelle des conditions environnementales du passé. Cependant, les squelettes d’espèces sympatriques, voire d’individus de la même espèce, peuvent présenter des concentrations en magnésium très différentes, attestant de l’influence de facteurs biologiques sur la détermination de la concentration squelettique en cet élément. Une parfaite compréhension des mécanismes d’incorporation du magnésium dans les squelettes est donc requise pour valider l’usage de ce paléotraceur. De plus, la solubilité des calcites augmentant avec leur concentration en magnésium, l’incorporation de cet élément conditionne en partie la stabilité des squelettes calcitiques dans un océan en cours d’acidification.<p>Le présent travail contribue à l’étude des différents facteurs, tant environnementaux que physiologiques et minéralogiques, susceptibles d’affecter l’incorporation du magnésium dans les squelettes en calcite de trois taxons présentant des concentrations en cet élément particulièrement élevées, une éponge hypercalcifiée, Petrobiona massiliana, et deux échinodermes, Paracentrotus lividus et Asterias rubens.<p>Dans une première partie, les effets de plusieurs facteurs environnementaux ont été étudiés, en milieu naturel dans le cas de l’éponge, étant donné son incapacité à survivre en aquarium, et en conditions contrôlées d’aquarium dans le cas des deux échinodermes. Une influence environnementale prépondérante de la température sur la concentration en magnésium squelettique a été mise en évidence dans les 3 modèles biologiques étudiés. Une fois les facteurs génétiques (espèce) et structurels (élément squelettique) fixés, une relation positive liant la température à la concentration en magnésium squelettique a été caractérisée en milieu naturel chez l’éponge hypercalcifiée P. massiliana et en conditions contrôlées chez l’oursin P. lividus. Chez ce dernier, cette relation, non linéaire, se stabilise aux plus hautes températures envisagées, probablement suite à la saturation d’un processus biologique intervenant dans l’incorporation de cet élément. La salinité, un autre facteur environnemental majeur en milieu marin, influence elle aussi positivement la concentration en magnésium dans le squelette de l’étoile de mer A. rubens. A nouveau, il est proposé que cette influence de l’environnement soit modulée par un processus biologique: chez les échinodermes, la concentration en magnésium, contrairement à celle du calcium, n’est pas régulée dans le liquide coelomique. Elle est donc directement influencée par la salinité, et affecte probablement la concentration en cet élément dans le squelette formé. La diffusion depuis l’eau de mer jusqu’au site de calcification par l’intermédiaire des fluides internes a en effet été suggérée sur base du fait que le rapport Mg/Ca de l’eau de mer influence celui des squelettes calcaires<p>Une fois l’influence, directe ou indirecte, des facteurs environnementaux exclue, 44% de la variabilité du rapport Mg/Ca du squelette des échinodermes restent à expliquer. Les expériences de croissance d’échinodermes réalisées en conditions contrôlées indiquent que ce rapport est indépendant de la vitesse de croissance dans ce groupe, contrairement aux hypothèses émises dans la littérature.<p>Dans la seconde partie, la modulation des facteurs minéralogiques par les facteurs biologiques a été investiguée. Pour ce faire, d’une part, les interactions entre rapport Mg/Ca en solution et matrice organique de minéralisation ont été étudiées dans un modèle in vitro. D’autre part, les relations entre soufre et magnésium dans le squelette ont été décryptées.<p>Le rapport Mg/Ca de la solution de précipitation a une influence prépondérante sur la concentration en magnésium du carbonate de calcium précipité in vitro, attestant de l’importance de la régulation de la composition du fluide de calcification et des mécanismes de transport la contrôlant. Deux mécanismes biologiques complémentaires permettent de favoriser l’incorporation, dans les calcites biogéniques, de quantités de magnésium largement supérieures à celles observées dans les calcites inorganiques, et ce, malgré la forte hydratation de ce cation :l’intervention d’agents chélateurs du magnésium et le passage par une phase de carbonate de calcium amorphe (CCA). Les molécules de la matrice organique de minéralisation jouent entre autres le rôle de chélateur du magnésium, réduisant son état d’hydratation et facilitant ainsi son incorporation dans le minéral. Un rôle similaire a été suggéré pour les sulfates en solution, au vu de la corrélation observée dans ce travail entre les rapports Mg/Ca et S/Ca dans la phase minérale des calcites biogéniques étudiées. La matrice organique affecte elle aussi la concentration en magnésium dans le cristal, probablement via la stabilisation de la phase de CCA nécessaire à l’incorporation de concentrations élevées de cet élément: ainsi, les macromolécules de la matrice organique du test d’oursin induisent in vitro la formation de calcites plus riches en magnésium que celles formées en présence de matrice de piquant, un résultat concordant avec le fait que, in vivo, le test contient des concentrations en magnésium plus élevées que les piquants.<p>Cette thèse de doctorat a donc soulevé l’importance des effets biologiques dans la détermination du rapport Mg/Ca dans les calcites biogéniques. Les résultats obtenus montrent que le décryptage des mécanismes impliqués dans l’incorporation du magnésium se doit de considérer la phase amorphe transitoire qui précède la cristallisation. Des effets environnementaux affectent eux aussi la concentration squelettique en magnésium, mais nos résultats suggèrent qu’ils agissent au travers d’une modulation des effets biologiques, et non par une influence thermodynamique directe. Cette hypothèse, si elle est confirmée, impose la plus grande prudence lors de l’utilisation des squelettes en calcite en tant que paléotraceurs.<p><p><p>SUMMARY<p>The magnesium concentration in calcite skeletons produced by marine invertebrates is known to be dependent on several environmental parameters, including temperature, salinity and seawater Mg/Ca ratio. This property prompted the use of this concentration as a proxy of the considered parameters. However, skeletal magnesium contents in sympatric species and even in individuals of the same species may be rather different. These inter and intra-individual variabilities indicate that biological factors also affect magnesium incorporation into biogenic calcites. Magnesium incorporation mechanisms are still unknown in calcifying invertebrates, a fact that questions the validity of this element as a paleoproxy. Moreover, higher magnesium contents increase calcite solubility and could therefore worsen the case of calcifying organisms facing ocean acidification linked to global change.<p>The present thesis is a contribution to the study of the environmental, biological and mineralogical factors affecting magnesium incorporation into the calcitic skeletons of 3 taxa, i.e. one hypercalcified sponge, Petrobiona massiliana, and two echinoderms, Paracentrotus lividus and Asterias rubens.<p>The first part of this work was dedicated to the study of several environmental factors affecting the magnesium concentration in the calcite skeleton of the 3 studied organisms. Consequently to its low survival in aquarium, the sponge was studied using field specimens collected along an environmental gradient. Echinoderms were grown in controlled conditions in aquarium. Once the genetic (species) and structural (skeletal element) factors were fixed, skeletal magnesium concentration was positively related to temperature in the 3 studied species. The Mg/Ca ratio of the test of aquarium-grown P. lividus increased with temperature until a plateau which was probably due to the saturation of a biological process involved in magnesium incorporation. A positive effect of salinity, an other major environmental parameter, on skeletal Mg/Ca was demonstrated in aquarium-grown A. rubens. This influence can also be linked to a biological process: contrary to magnesium, calcium concentration is controlled in the coelomic fluid, from which ions probably diffuse through the living tissues to the calcification site. Thus, the observed positive relation can be explained by the fact that a salinity increase raises the coelomic Mg/Ca ratio, which, according to previous studies, affected the Mg/Ca ratio of the precipitated skeleton.<p>In addition to the reported environmental influences, 44% of the skeletal Mg/Ca ratio variation remained unexplained in echinoderms. The absence of growth rate effect on magnesium incorporation into the echinoderm skeleton was demonstrated in aquarium experiments, contrary to previous literature statements. Other biological factors must therefore affect the incorporation of this element.<p>In the second part of this work, the modulation of mineralogical factors by biological factors was investigated. The interaction between Mg/Ca ratio in the precipitation solution and organic matrix was studied in an in vitro precipitation experiment. In addition, the relation between skeletal Mg/Ca and S/Ca ratios was investigated.<p>A major influence of the precipitation solution Mg/Ca ratio on the magnesium concentration of in vitro precipitated minerals was evidenced, highlighting the importance of transport mechanisms which determine the composition of the calcifying solution. The<p>higher magnesium concentrations presented in some biogenic calcites in comparison to inorganic calcites can be attributed to the action of chelating molecules and to the transition trough an amorphous phase. The strong tendency of magnesium towards hydration can be overcome by the involvement of molecules that can function as magnesium chelators and, therefore, favour the formation of calcite with a high magnesium content. Organic matrix macromolecules have been suggested to proceed as magnesium chelators, reducing the hydration of this ion and facilitating its incorporation into calcite. A similar function was suggested for sulphates that were measured in the echinoderm skeleton. This would explain the positive correlation between skeletal Mg/Ca and S/Ca ratios observed in the studied species. Organic matrix macromolecules also increased the magnesium concentration of minerals precipitated in vitro, probably stabilizing the transient phase of amorphous calcium carbonate, which can incorporate high quantities of magnesium in its structure. The enhancement of magnesium incorporation was more pronounced with the organic matrix extracted from the test of sea urchin than with that extracted from their spines. This result was in agreement with the in vivo skeletal Mg/Ca ratios in P. lividus skeleton that were higher in the test than in the spines.<p>This study demonstrated the importance of the biological effects in the determination of Mg/Ca ratios in biogenic calcites. According to the suggested hypotheses, the understanding of mechanisms involved in magnesium incorporation should take the transient amorphous phase into account. Magnesium concentration in biogenic calcite was also affected by environmental parameters, but these influences could proceed through the indirect modulation of biological rather than a direct thermodynamic control. This hypothesis, if proved correct, would have deep implications for the use of magnesium in calcite skeletons as a paleoproxy. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Il a été récemment montré que la vasorine (Vasn), d’abord décrite comme une protéine membranaire de type I qui neutralise TGFb, était exprimée par les ostéocytes et les ostéoblastes et impliquée dans le métabolisme du phosphate et du calcium. L’analyse MicroCT a montré que des souris Vasn -/- présentaient des signes de rachitisme avec des volumes osseux trabéculaires et corticaux fortement réduits. Ici, nous explorons pour la première fois l’expression et les fonctions de Vasn dans le territoire craniofacial. Nous démontrons que 1) Vasn est exprimée au sein de la dent en formation par les odontoblastes et les cémentoblastes et dans l’os alvéolaire par les ostéoblastes et les ostéocytes, 2) des souris Vasn -/- présentent un phénotype dentaire mixte associant des signes de rachitisme tels qu’une croissance réduite du squelette, une dentine minéralisée moins épaisse, des chambres pulpaires élargies et des signes supplémentaires évoquant une hypophosphatasie , principalement une formation perturbée de la racine avec des canaux dentaires élargis. Toutes ces données suggèrent un rôle important de Vasn dans la minéralisation de l’os et de la dent, probablement en régulant le dépôt de matrice et son organisation, plutôt que le processus de minéralisation lui-même. / Vasorin (Vasn), first described as a type I membrane protein which neutralizes TGFβ, has been recently shown to be expressed by osteocytes and osteoblasts and involved in the phosphate and calcium metabolism. MicroCT analysis have indicated that Vasn -/- mice displayed signs of rickets with dramatically reduced trabecular and cortical bone volumes. Here, we explored for the first time Vasn expression and function in the craniofacial area. We demonstrated that 1) Vasn is expressed in the forming tooth by odontoblasts and cementoblasts and in the alveolar bone by osteoblasts and osteocytes, 2) Vasn-/- mice present a mix cranial and dental phenotype associating signs of rickets such as, reduced skull growth, reduced thickness of mineralized dentin, and enlarged pulp chambers, and additional signs evokating hypophosphatasia, namely disturbed root formation with enlarged root canals. All these data suggest an important role of Vasn in bone and tooth mineralization, probably by regulating matrix deposition and organization rather than the mineralisation process itself.

Le ranélate de strontium, prescrit dans le traitement de l'ostéoporose ménopausique, possède 2 atomes de strontium stable pouvant se fixer au minéral osseux. Le strontium a un effet dissociant sur le remodelage osseux, diminuant la résorption tout en augmentant la formation. Cependant, ses effets osseux ne sont pas complètement élucidés, en particulier ses interactions avec le minéral. Chez le singe, le strontium maintient à un niveau physiologique les propriétés intrinsèques majeures du tissu osseux, que ce soit aux niveaux tissulaire global ou des unités de remodelage. Chez la femme ostéoporotique ménopausée traitée par le ranélate de strontium, les caractéristiques du cristal d'apatite sont maintenues à un niveau physiologique. Par ailleurs, quelle que soit la durée du traitement (2 à 96 mois), le strontium est toujours distribué de façon hétérogène, présent principalement dans l'os récent formé pendant le traitement, les aires osseuses contenant du strontium augmentent progressivement mais de moins en moins avec la durée du traitement. Le contenu osseux focal en strontium est stable de 2 à 60 mois puis augmente de 60 à 96 mois, et la minéralisation secondaire est maintenue à un niveau physiologique. Enfin, après 6 et 12 mois de traitement, le ranélate de strontium maintient normaux les principaux paramètres reflétant la minéralisation secondaire, et ses effets sont similaires à ceux de l’alendronate. En conclusion, le ranélate de strontium maintient une qualité normale de la minéralisation secondaire, que ce soit à court ou à long terme, et quel que soit le modèle étudié. Le ranélate de strontium maintient également la microdureté osseuse, les caractéristiques minérales et organique tissulaires, ainsi que la structure du cristal d'apatite / Strontium ranelate, a treatment of postmenopausal osteoporosis, contains 2 atoms of stable strontium which interact with bone mineral. Strontium have a dissociating effect on bone remodeling, decreasing resorption while increasing formation. However, its bone effects are not fully clarified, in particular its interactions with mineral. In monkeys, strontium maintains the major intrinsic properties of bone at a physiological level, either at the global tissue or the bone structural units levels. In postmenopausal women treated with strontium ranelate, the characteristics of apatite crystals are maintained at a physiological level. Moreover, whatever the duration of treatment (2 to 96 months), strontium is always heterogeneously distributed, mainly present in recent bone formed during treatment, bone areas containing strontium progressively increase but less and less with the duration of the treatment. Focal bone strontium content remains stable from 2 to 60 months and then increase from 60 to 96 months, and secondary mineralization is maintained at a physiological level. Finally, after 6 and 12 months of treatment, strontium ranelate maintains normal the main parameters reflecting secondary mineralization, and its effects are similar to those of alendronate. To conclude, strontium ranelate maintains a normal quality of secondary mineralization, either after a shortterm or a long-term treatment, and whatever the model studied. Strontium ranelate also maintains bone microhardness, tissular mineral and organic characteristics, as well as the structure of apatite crystals

Le bitume, fraction la plus lourde du pétrole brut, sert de liant de granulats dans la fabrication de revêtements routiers. Ce matériau complexe est particulièrement difficile à manipuler et à transporter du fait de sa viscosité très élevée à température ambiante. L’objectif de cette thèse a été de fabriquer une nouvelle classe de matériau, de la poudre de bitume, en couplant l’émulsification et la chimie sol-gel. En effet, des capsules organo-minérales composées d’un cœur de bitume et d’une écorce de silice ont été synthétisées à partir de deux types d’émulsions, les émulsions de Pickering ainsi que les émulsions dites « classiques »stabilisées par des tensioactifs et minéralisées par deux précurseurs de silice, un amorceur moléculaire pur, le TEOS, et une solution de silicate de sodium. Ce nouveau bitume, facilement manipulable, peut être stocké dans des conditions sévères de pression et de température et libère son cœur de bitume par association d’une action thermique et mécanique afin d’assurer ses fonctions d’enrobage. De plus, une étude du comportement interfacial bitume-phase aqueuse a été réalisée afin de proposer des hypothèses pour expliquer la stabilité fragile des émulsions de bitume que nous avons pu observer. / Bitumen, the heaviest fraction of crude oil plays the role of aggregate binder in road manufacturing. This complex material is very difficult to handle and transport due to its very high viscosity at room temperature. The aim of this PhD thesis was to elaborate a new class of material, bitumen powder, by coupling emulsion science and sol-gel chemistry. Indeed organo-mineral capsules made of a bitumen core anda silica shell have been synthesized from two types of emulsions: Pickering emulsions and "classical" emulsions i.e. surfactant-stabilized emulsions and using two silica precursors: the TEOS molecular initiator and sodium silicate solution. This new bitumen is easy to handle, can be stored in drastic pressure and temperature conditions while releasing the bitumen core under combination of heat and mechanical stirring to ensure aggregate coating. In addition a bitumen-water interface study has been performed in order to propose some hypotheses to explain the observed fragile stability of bitumen emulsions.

Les eaux minérales naturelles se distinguent de l’eau potable par leur contenu en sels minéraux et en éléments traces. Leur utilisation à des fins thérapeutiques s’effectue sous contrôle médical dans des établissements thermaux. La gestion des réseaux de distribution ainsi que la qualité microbiologique de l’eau font l’objet de réglementations. Malgré la mise en place de procédures spécifiques, les établissements thermaux sont régulièrement confrontés à des contaminations microbiologiques majoritairement dues à P. aeruginosa. Ce pathogène opportuniste possède d’importantes capacités d’adaptation, de résistance et de persistance dans l’environnement, notamment sous forme de biofilms. L’objectif de ces travaux de thèse est d’apporter des éléments de compréhension sur le comportement de P. aeruginosa dans les réseaux de distribution d’eau minérale naturelle et de valider l’efficacité de produits de traitement. L’influence de la composition minérale de 3 eaux sur les capacités à former du biofilm de 9 souches de P. aeruginosa d’origines diverses a pu être démontrée. Il apparait que les quantités de biofilms produites au bout de 24 h sont moins importantes pour la minéralisation forte. La modulation de la production de facteurs de virulence en fonction de la qualité de l’eau est corrélée à l’action spécifique de certains ions et à la biodisponibilité du fer. En conditions de minéralisation forte il a été montré que les matériaux organiques favorisent la formation de biofilm de P. aeruginosa tandis que les matériaux métalliques ont tendance à la défavoriser. L’efficacité d’une séquence de traitement de postes de soins a pu être validée sur un modèle de biofilm âgé de 24 h et sur tous les matériaux. / Natural mineral waters are distinguished from drinking water bytheir content in minerals and trace elements. Their use for therapeuticpurposes under medical control is performed in spas. Management ofdistribution networks and the microbiological quality of water are subjectto regulations. Despite the establishment of specific procedures, spas areregularly confronted with microbiological contamination mainly due to P.aeruginosa. This opportunistic pathogen has substantial adaptive capacity,resistance and persistence in the environment, under biofilm.The aim of this thesis work is to bring understanding on the P.aeruginosa behaviour in the natural mineral water distribution networksand validate the effectiveness of treatment products.The influence of the mineral composition of 3 waters on biofilmformation capacity of 9 P. aeruginosa strains of various origins could bedemonstrated. It appears that the amount of biofilm produced after 24 hare less important for the strong mineralization. Modulation of theproduction of virulence factors depending on the water quality iscorrelated to the specific action of certain ions and iron bioavailability. Inhigh mineralization conditions it has been shown that organic materialspromote biofilm formation of P. aeruginosa while metallic materials tendto disadvantage it. The efficiency of a treatment sequence of a patient pointof use has been validated on the 24 h biofilm model and on all materials.

Utilisés dans le traitement de nombreuses pathologies osseuses bénignes (ostéoporose) et malignes (myélome, métastases osseuses), les biphosphonates ont une action inhibitrice sur la résorption et le remodelage osseuse. Ils permettent d’augmenter la masse et la densité de minéralisation osseuse. Ils présentent une forte affinité pour l'os notamment pour les sites à fort remodelage. Les conséquences moléculaires de leur incorporation, en particulier dans les sites osseux à fort remodelage, restent encore à élucider. Ce travail se propose donc d’étudier à l’échelle moléculaire l’impact des biphosphonates sur la composition et la structure du tissu osseux à partir de deux modèles de forte accumulation : la néoformation osseuse chez le rat et l’ostéonécrose des maxillaires liée aux biphosphonates. Nos résultats indiquent que, dans ces conditions, les biphosphonates sont à l’origine de modifications importantes du contenu minéral du tissu osseux et provoquent des altérations structurales concernant les phases minérale et organique. En particulier, une hyperminéralisation est mise en évidence dans le contexte physiopathologique spécifique de l’ostéonécrose des maxillaires liée aux biphosphonates. Cette altération résulterait de processus de minéralisation secondaire avancés liés à l’inhibition du remodelage continu des maxillaires par les biphosphonates. De plus, les modifications de la structure cristalline observées dans les deux modèles témoignent d’un effet direct des biphosphonates lié à la fixation/interaction à la maille cristalline. Enfin, une perturbation des phénomènes de stabilisation de la matrice collagénique osseuse au cours de la néoformation osseuse est suggérée et peut être attribuée à un effet potentiel des biphosphonates sur les cellules ostéoblastiques. Ce travail permet ainsi d’appréhender les conséquences moléculaires d’une accumulation de biphosphonates sur la qualité osseuse. / Biphosphonates are known for their anti-resorptive effects in benign (osteoporosis) and malignant bone diseases (myeloma, bone metastasis). Their clinical properties are based on the net increase of bone mass and mineral density. Their strong affinity for biominerals allows them a targeting for specific bone remodeling sites and a prolonged storage within bone. Little is known about molecular changes upon bisphosphonates uptake in high turnover bone sites. Therefore, the aim of the present work was to examine intrinsic bone material properties in a high cumulative bisphosphonates context such as newly-formed bone and bisphosphonates-related osteonecrosis of the jaws. Our results show that bisphosphonates could be linked to the overmineralization reported in jaw bones. In addition, bisphosphonates cause ultrastructural disorders of both mineral and collagenic components. These modifications could be attributed to: i) bisphosphonates effects on the duration of mineralization processes, ii) to its mineral binding/interaction consequences, and iii) interestingly to its potential contribution on the osteoblastic function. This work contributes to clarify the molecular impacts of high cumulative bisphosphonates uptake on bone quality.

L’objectif de ce travail était de mettre au point un modèle de culture cellulaire, afin d’étudier in vitro l’incidence sur la physiologie des cellules pulpaires et en particulier de l’odontoblaste, de biomatériaux utilisés pour traiter les effractions de pulpes dentaires. Ce modèle repose sur l’utilisation de culture sphéroïdes dont la conformation spatiale reproduit plus fidèlement l’environnement in vivo que les cultures bidimensionnelles. Après avoir élaboré le modèle sphéroïde à partir de lignées murines, des expérimentations visant à déterminer la cytotoxicité des matériaux ont été effectuées. Leurs capacités à induire la biominéralisation ont également été évaluées. La dernière partie de ce travail avait pour objectif d’immortaliser des primocultures de cellules pulpaires humaines en transfectant les gènes SV40 et hTERT, afin d’établir une lignée cellulaire / The aim of this study was to develop a cell culture model to assess in vitro the effects on the physiology of pulp cells, in particular the odontoblasts, of biomaterials used to treat dental pulp exposures. This model is based on the use of spheroid culture whose spatial configuration reproduces the in vivo environment more faithfully than do two-dimensional cultures. After developing the spheroid model from mouse lines, experiments to determine the cytotoxicity of the materials were conducted. Their ability to induce bio-mineralisation was also assessed. The last part of this work aimed to immortalise primo-cultures of human pulp cells by transfecting hTERT and SV40 genes, in order to establish a new cell line

L’accrétion des monticules carbonatés phanérozoïques est contrôlée par trois principaux mécanismes de production de carbonates : la biominéralisation qui correspond à la squelettogénèse, l’organominéralisation qui correspond à la précipitation de carbonate de calcium en relation étroite avec des substrats organiques non vivants et la cimentation marine contrôlée par la circulation de fluides marins. Cette thèse présente une estimation de l’importance relative de ces trois processus d’accrétion dans la réalisation de la fabrique carbonatée in situ de différents cas de monticules carbonatés à faciès fins. Pour cela, une étude comparative détaillée de cinq exemples de « mudmounds » paléozoïque, mésozoïque et moderne a été menée. À la localité Chute Montmorency (Ordovicien moyen, Québec), les biohermes lenticulaires sont riches en bryozoaires in situ. La trame récifale bioconstruite par les bryozoaires trépostomes offre un large réseau de cavités où se développe la fabrique polymicritique. L’accrétion dépend principalement de la biominéralisation alors que l’organominéralisation qui prend place dans les espaces cryptiques intra-récifaux, demeure de faible importance. La cimentation marine est absente. Dans le cas de la localité Île d’Anticosti (Silurien inférieur, Québec), les monticules à bryozoaires et crinoïdes montrent deux faciès qui se distinguent par l’abondance des phases de ciment marin. Le mudstone-wackestone à bryozoaires fenestrés et crinoïdes se démarque par le volume important de la fabrique polymicritique et l’abondance des cavités d’abris et des cavités stromatactis. Pour ce faciès, le rôle joué par la biominéralisation est limité et c’est l’organominéralisation puis, dans un moindre degré, la cimentation marine associée aux stromatactis qui contrôlent l’accrétion. Pour le second faciès, le cementstone à bryozoaires fenestrés, la contribution de la biominéralisation demeure mineure et l’organominéralisation est absente. L’accrétion résulte d’une cimentation marine extensive. À la localité Foum Zidet (Jurassique inférieur, Maroc), les monticules sont riches en éponges siliceuses calcifiées très bien préservées et visibles à l’échelle macroscopique. Ces dernières, précocement indurées, ont localement servi de substrats pour les organismes encroûtants tels que les bryozoaires et les vers polychètes. L’accrétion des monticules de Foum Zidet résulte donc principalement de l’organominéralisation qui se combine, à plus petite échelle, à la biominéralisation. La cimentation marine est absente. Dans le cas de la localité Jebel Assameur (Jurassique moyen, Maroc), les monticules sont riches en coraux scléractiniens qui se combinent à d’importants volumes d’organismes épilithiques dont les bryozoaires, les vers polychètes et les éponges siliceuses calcifiées. L’accrétion est contrôlée par la biominéralisation qui a permis le développement de petits récifs de type « patch reefs ». L’organominéralisation est restreinte aux espaces cryptiques et la cimentation marine demeure de faible importance. Les monticules d’eaux profondes et froides de la localité Escarpement de Pen Duick (Océan Atlantique Est), avec leurs coraux d’eaux froides vivants en association étroite avec les faciès « coral rubble » offrent un contexte pertinent pour vérifier si l’organominéralisation est réalisée dans les monticules d’eaux profondes et froides modernes. Les fluides réactifs et potentiellement calcifiants qui combinent une signature de fluorescence protéique (pic SR) avec celle de composés humiques fraîchement produits (pic M2) ont été détectés à la surface, dans une moindre mesure à 20 cm de profondeur dans le sédiment, puis à 100 cm de profondeur. Cependant, aucune phase carbonatée authigène formée via organominéralisation n’a été observée. Dans le cas des monticules de l’Escarpement de Pen Duick, l’accrétion est principalement contrôlée par la biominéralisation. Le développement de l’organominéralisation puis de la cimentation marine ne peut être qu’envisagé lors de leur future évolution diagénétique si les conditions favorables sont réunies (e.g. courants de fond accrus, absence d’argiles). Notre approche comparative a été étendue à quinze cas d’études bien documentés dans la littérature et choisis pour illustrer la variabilité de ces objets géologiques à l’échelle spatiale et temporelle. Cette comparaison étendue illustre comment des objets géologiques comparables (géométrie, macro et micro fabrique) n’ont en réalité aucune unité génétique. L’importance relative des mécanismes d’accrétion n’apparaît pas constante au cours du temps et l’objet géologique « mudmound » est en réalité une convergence morphologique. / Three mechanisms of carbonate accretion can be observed in Phanerozoic mud-rich carbonate mounds: biomineralization which refers to skeletogenesis, organomineralization correspond to by mineral precipitation that involves a non-living organic substrate and finally marine cement precipitation formed by fluid flow-through. This thesis presents an assessment of the relative importance of these three main accretionary processes through time using a detailed study of Paleozoic, Mesozoic and modern mud-rich localities, all identified as carbonate mounds. At the Chute Montmorency locality (Middle Ordovician, Quebec), bioherms are lenticular bodies where in situ bryozoans dominate the bioclastic fraction. The reefal framework built by trepostomes bryozoans provides large growth cavities hosting polymud fabrics. Accretionary mechanisms rely mainly on biomineralization whereas organomineralization remains of minor importance and takes place within intra-reefal cryptic spaces. Cementation is absent. At the Anticosti Island locality (Lower Silurian, Quebec), mud-rich buildups display two distinct facies both characterized by the abundance of marine cement. The crinoid-fenestrate bryozoan mudstone-wackestone facies stands out by its volumetrically important polymud fabric as well as both shelter cavities and stromatactis. In this facies, biomineralization is limited whereas organomineralization and, to a lesser extent, marine cementation within stromatactis control the net accretion. Regarding the fenestrate bryozoan cementstone facies, the contribution of biomineralization remains minor and organomineralization is absent. In this case, net accretion is the result of extensive marine cementation. At the Foum Zidet locality (Lower Jurassic, Morocco), mounds display large amounts of macroscopically preserved, calcified siliceous sponges locally used as substrate by encrusting bryozoans and polychètes. Thus, mound accretion combines organomineralization and, to a lesser extent, biomineralization whereas marine cement precipitation is lacking. At the Jebel Assameur locality (Mid Jurassic, Morocco), mud-rich buildups display important amounts of scleractinian corals combined with a significant volume of epilithic bryozoan, annelids worms and calcified siliceous sponges. Thus, accretionary processes consist of biomineralization that develop classical patch reefs whereas organomineralization is restricted to cryptic spaces. Cement precipitation remains minor. The modern case study, the Pen Duick escarpment (offshore Morocco) locality, with its living and non-living deep-sea coral mounds, offers an excellent setting to explore whether organomineralization takes place in modern deep-water coral mounds. Reactive fluid that combines protein-like fluorescence (peak SR) with fresh, humic compounds (peak M2) is present at the surface, to a minor degree at ~ 20 cm depth, and in a distinct layer at 100 cm depth. However, no ISOM-related authigenic carbonate was observed. Hence, mound accretion at Pen Duick escarpment is mainly controlled by biomineralization whereas the development of organomineralization and marine cementation can only be assumed if relevant conditions occur along their diagenetic evolution (e.g. decrease in argillaceous material, enhanced bottom current). Our comparative approach was further extended to fifteen case studies from the mudmound literature chosen to document the mud-rich carbonate mound variability in space and time. This comparative study illustrates how mud-rich carbonate mounds sharing similar geometry, macro and micro fabrics can evolved from the varying input of the three main accretionary processes. Hence, mound accretionary mechanisms are not constant through time and mud-rich carbonate mounds (commonly named mudmound) are indeed a morphological convergence.