La P-glycoprotéine (P-gp) appartient à la famille des transporteurs ABC qui confèrent, aux microorganismes pathogènes et cellules tumorales humaines, par transport actif à travers la membrane plasmique, une résistance à de multiples molécules antibiotiques et anticancéreuses sans parenté structurale. Malgré les quelques structures de transporteurs ABC bactériens, la caractérisation par microscopie électronique de la P-gp, et la récente structure de P-gp de souris déposée dans la Protein Data Bank (PDB), obtenir une structure pour la P-gp humaine est d'un intérêt particulier à cause de son importance clinique. Actuellement, il n'existe pas de modèle structural d'interaction P-gp/substrat permettant d'expliquer sa multispécificité. Par modélisation par homologie, nous avons reconstruit trois structures de la Pgp humaine: une en présence et deux autres en absence de nucléotide. La liaison du nucléotide change l'accessibilité du transporteur de la face cytoplasmique vers la face extracellulaire. Ces trois états conformationnels ont été placés dans un environnement membranaire afin de révéler la localisation des mutations spécifiques altérant la liaison de la P-gp à certains médicaments. Enfin, nous avons réalisé une étude de docking sur deux structures modélisées de P-gp de Hamster dans les deux orientations. Ce docking a concerné trois molécules sans aucune ressemblance structurale (vérapamil, vinblastine et tentoxine) mais dont les fixations sont mutuellement soit compétitives, soit non-compétitives. Les meilleures poses obtenues sont compatibles avec l'existence de deux pharmacophores distincts pour la reconnaissance des drogues transportées par la P-gp.

Ce travail propose une étude structurale des verres du système B2S3--Li2S par modélisation informatique, diffusion de neutrons, spectroscopie de photoélectrons X. Nous avons ainsi obtenu des informations sur l'ordre à courte et moyenne distances dans ces matériaux. Ces caractérisations ont été corrélées à l'évolution de leurs propriétés physiques (conductivité ionique, densité et température de transition vitreuse) en fonction de leur composition. En particulier, la connaissance de l'ordre local dans les verres binaires les plus modifiés a permis de proposer un modèle de conduction ionique, basé sur ceux utilisés pour les cristaux ioniques, conduisant à une énergie d'activation comporable à celle obtenue expérimentalement.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’électrodialyse (ED) est principalement basée sur l’action spécifique des membranes échangeuses d’ions (MEIs) et est largement répandue en industrie agroalimentaire pour la stabilisation tartrique des vins, la désacidification et le traitement des jus de fruits, la déminéralisation du lactosérum ou l’élimination et le fractionnement des protéines du lait. Le colmatage organique, accentué par la complexité de composition des effluents alimentaires et leur richesse en composés phénoliques, représente un facteur majeur de limitation de l’efficacité des procédés et des performances des MEIs. Ce phénomène provoque une diminution de la sélectivité de membranes, une augmentation de leur résistance électrique et réduit le rendement énergétique du procédé conduisant à des pertes économiques en industrie. Cette étude consiste principalement à étudier le décolmatage de MEIs par procédés chimiques et biologiques. Des lots de membranes échangeuses de cations (MECs) et d’anions (MEAs) neuves (1 lot de MEC et 1 lot de MEA) et usées (3 lots de MECs et 2 lots de MEAs) à différentes durées d’utilisation en ED dans l’industrie agroalimentaire –application confidentielle- ont été étudiés. L’ensemble des échantillons ont préalablement été caractérisés pour détermination des paramètres physicochimiques (capacité d’échange (CE), épaisseur (Tm), conductivité électrique (km), angle de contact (θ), teneur en eau (WC) ainsi que la fraction volumique de la solution inter-gel (f2) résultant de l’exploitation du modèle microhétérogène), de structure et morphologiques par spectroscopie IR-TF, microscopie optique, microscopie électronique à balayage et mécaniques par essais de traction. Les effets directs et indirects (causés par les opérations de lavage régulières en industrie) du colmatage ainsi que l’anisotropie des propriétés mécaniques de membrane ont été mis en évidence. Des méthodes de nettoyage non agressives et respectueuses de l’environnement ont été expérimentées en mode statique en ex-situ : Solutions salines (NaCl à 35 g.L-1 et eau de mer reconstituée), solution hydro-alcoolique (mélange eau-éthanol 12%, pH=3,5) et solutions biologique utilisant 3 catégories d’agents enzymatiques (Rohalase BX-BXL, β-glucanase / Corolase 7089, endo-peptidase / Tyrosinase, polyphenol-oxydase) dont les conditions opératoires d’activité enzymatiques optimale ont été déterminées. L’évolution de CE, km, θ et f2 ont été suivis en fonction de la durée de nettoyage. Les solutions salines ont un effet négligeable sur le nettoyage en profondeur mais restent efficaces pour le nettoyage de surface. Cependant, l’application de la solution hydro-alcoolique et des solutions d’enzymes se sont avérées être efficaces pour le décolmatage interne et externe et parviennent à rétablir significativement les paramètres suivis. Il a été démontré que les composés phénoliques, principaux constituants des effluents traités, sont en majeure partie responsables du colmatage des MEIs. Ceux-ci forment des nanoparticules colloïdales denses, non perméables aux ions dans les méso- et macropores des MEIs et ne pénètrent pas dans ses micropores. Une modification du modèle microhétérogène selon cette hypothèse a permis de fournir une interprétation adéquate du km et de modéliser la modification structurale de la phase inter-gel engendrée par les mécanismes de colmatages de polyphénols et expliquer les raisons de diminution du facteur f2app. Une méthode d’extraction utilisant un mélange de solvants (25%V/V, acétone/méthanol/isopropanol/eau) a été mise au point et a permis d’extraire certains composés phénoliques de différents lots de MECs et MEAs usées et ont été identifiés par chromatographie liquide à haute performance. Il a été démontré que les interactions entre les composés phénoliques et la matrice polymère étaient principalement régies par l’empilement des cycles aromatiques et des interactions électrostatiques du type CH-pi et pi-pi ainsi que les liaisons hydrogènes / Conventional electrodialysis (ED) is mainly based on the specific action of ion exchange membranes (IEMs) and is widely used in food industry for tartaric stabilization of wines, deacidification and treatment of fruit juices, demineralization of whey or elimination and fractionation of milk proteins. The organic fouling, accentuated by the complex composition of the food effluents and their richness in phenolic compounds, represents a major limitative factor of the process efficiency and the IEMs performance. This phenomenon causes a decrease in the selectivity of membranes, an increase in their electrical resistance and reduces the energy efficiency of the process leading to economic losses in industry. This study mainly consists in studying the IEMs cleaning by chemical and biological methods. Two batches of new membranes (cation- (CEMs) and anion-exchange membranes (AEMs)) and five batches of used ones (3 CEMs and 2 AEM) with different durations of use in ED units in food industry -confidential application- have been studied. All the samples have been previously characterized to determine their physicochemical parameters (ion-exchange capacity (IEC), thickness (Tm), electrical conductivity (km), contact angle (θ), water content (WC) and the volume fraction of the inter-gel solution (f2) resulting from the study of the micro heterogeneous model), structure and morphology by FTIR spectroscopy, optical microscopy, scanning electron microscopy and mechanical by tensile strength tests. The direct and indirect effects (caused by the regular cleaning operations in industry) of fouling as well as the anisotropy of the membranes mechanical properties have been highlighted. Non-aggressive and environmentally friendly cleaning methods have been experimentally tested in ex-situ static mode: Saline solutions (35 g.L-1 NaCl and reconstituted seawater), hydro-alcoholic solution (12% water-ethanol mixture, pH = 3,5) and biological solutions using 3 categories of enzymatic agents (Rohalase BX-BXL, β-glucanase / Corolase 7089, endo-peptidase / Tyrosinase, polyphenol oxidase) whose operating conditions of optimal enzymatic activity have been determined. The evolution of IEC, km, θ and f2 were followed in function of the cleaning duration. Saline solutions have a negligible effect on intern cleaning but remain efficient for extern cleaning. However, the application of the hydro-alcoholic solution and enzyme solutions have been found to be efficient for both intern and extern cleaning and led to significant recoveries of the studied parameters. It has been shown that phenolic compounds, the principal constituents of treated effluents, are mainly responsible for MEIs fouling. Apparently, they form dense colloidal nanoparticles not permeable for ions within membrane meso- and macropores, not penetrating into micropores. A modification of the micro heterogeneous model under this assumption allowed an adequate interpretation of km and the modelization of structural modifications of the inter-gel phase generated by the fouling mechanisms by polyphenols and explained the reasons why the f2app decreases. An extraction method using a mixture of solvents (25% V/V, acetone/methanol/ isopropanol/water) was developed and made it possible to extract certain phenolic compounds from different batches of used CEMs and AEMs that were identified by high performance liquid chromatography. It has also been demonstrated that the interactions between the phenolic compounds and the polymer matrix are mainly governed by the stacking of aromatic rings and electrostatic interactions of the CH-pi and pi-pi type as well as the hydrogen bonds

Les modèles géologiques sont couramment utilisés pour estimer les ressources souterraines, pour faire des simulations numériques, et pour évaluer les risques naturels ; il est donc important que les modèles géologiques représentent la géométrie des objets géologiques de façon précise. La première étape pour construire un modèle géologique consiste souvent à interpréter des surfaces structurales, telles que les failles et horizons, à partir d'une image sismique ; les objets géologiques identifiés sont ensuite utilisés pour construire le modèle géologique par des méthodes d'interpolation. Les modèles géologiques construits de cette façon héritent donc les incertitudes d'interprétation car une image sismique peut souvent supporter plusieurs interprétations structurales. Dans ce manuscrit, j'étudie le problème de réduire les incertitudes d'interprétation à l'aide des données sismiques. Particulièrement, j'étudie le problème de déterminer, à l'aide des données sismiques, quels modèles sont plus probables que d'autres dans un ensemble des modèles géologiques cohérents. Ce problème sera connu par la suite comme "le problème d'évaluation des modèles géologiques par données sismiques". J'introduis et formalise ce problème. Je propose de le résoudre par génération des données sismiques synthétiques pour chaque interprétation structurale dans un premier temps, ensuite d'utiliser ces données synthétiques pour calculer la fonction-objectif pour chaque interprétation ; cela permet de classer les différentes interprétations structurales. La difficulté majeure d'évaluer les modèles structuraux à l'aide des données sismiques consiste à proposer des fonctions-objectifs adéquates. Je propose un ensemble de conditions qui doivent être satisfaites par la fonction-objectif pour une évaluation réussie des modèles structuraux à l'aide des données sismiques. Ces conditions imposées à la fonction-objectif peuvent, en principe, être satisfaites en utilisant les données sismiques de surface (« surface seismic data »). Cependant, en pratique il reste tout de même difficile de proposer et de calculer des fonctions-objectifs qui satisfassent ces conditions. Je termine le manuscrit en illustrant les difficultés rencontrées en pratique lorsque nous cherchons à évaluer les interprétations structurales à l'aide des données sismiques de surface. Je propose une fonction-objectif générale faite de deux composants principaux : (1) un opérateur de résidus qui calcule les résidus des données, et (2) un opérateur de projection qui projette les résidus de données depuis l'espace de données vers l'espace physique (le sous-sol). Cette fonction-objectif est donc localisée dans l'espace car elle génère des valeurs en fonction de l'espace. Cependant, je ne suis toujours pas en mesure de proposer une implémentation pratique de cette fonction-objectif qui satisfasse les conditions imposées pour une évaluation réussie des interprétations structurales ; cela reste un sujet de recherche. / Subsurface structural models are routinely used for resource estimation, numerical simulations, and risk management; it is therefore important that subsurface models represent the geometry of geological objects accurately. The first step in building a subsurface model is usually to interpret structural features, such as faults and horizons, from a seismic image; the identified structural features are then used to build a subsurface model using interpolation methods. Subsurface models built this way therefore inherit interpretation uncertainties since a single seismic image often supports multiple structural interpretations. In this manuscript, I study the problem of reducing interpretation uncertainties using seismic data. In particular, I study the problem of using seismic data to determine which structural models are more likely than others in an ensemble of geologically plausible structural models. I refer to this problem as "appraising structural models using seismic data". I introduce and formalize the problem of appraising structural interpretations using seismic data. I propose to solve the problem by generating synthetic data for each structural interpretation and then to compute misfit values for each interpretation; this allows us to rank the different structural interpretations. The main challenge of appraising structural models using seismic data is to propose appropriate data misfit functions. I derive a set of conditions that have to be satisfied by the data misfit function for a successful appraisal of structural models. I argue that since it is not possible to satisfy these conditions using vertical seismic profile (VSP) data, it is not possible to appraise structural interpretations using VSP data in the most general case. The conditions imposed on the data misfit function can in principle be satisfied for surface seismic data. In practice, however, it remains a challenge to propose and compute data misfit functions that satisfy those conditions. I conclude the manuscript by highlighting practical issues of appraising structural interpretations using surface seismic data. I propose a general data misfit function that is made of two main components: (1) a residual operator that computes data residuals, and (2) a projection operator that projects the data residuals from the data-space into the image-domain. This misfit function is therefore localized in space, as it outputs data misfit values in the image-domain. However, I am still unable to propose a practical implementation of this misfit function that satisfies the conditions imposed for a successful appraisal of structural interpretations; this is a subject for further research.

La complexité des structures géologiques en Moyenne Durance rend difficile la caractérisation et l’évaluation du risque sismique dans cette région. La compréhension 3D des structures nécessite l’utilisation de techniques modernes de modélisation numérique pour réaliser des modèles 3D du substratum géologique qui soient cohérents à différentes échelles, pour effectuer des simulations des mouvements sismiques. Pour réaliser des modèles 3D géologiques, nous avons harmonisé des bases de données géologiques et géophysiques hétérogènes (forages pétroliers, sondages géotechniques, profils sismiques, profils géophysiques H/V, cartographie géologique haute et basse résolution, datations biostratigraphiques, ...) dans le géomodeleur 3D gOcad. La réalisation des modèles 3D permet de caractériser la géométrie 3D des principales structures tectoniques en Moyenne Durance, notamment la Zone de failles de la Moyenne Durance (ZFMD) ainsi que la géométrie haute résolution du substratum géologique de la vallée de Cadarache, notamment de son remplissage sédimentaire tertiaire. Notre étude permet de préciser la géométrie 3D de la ZFMD et son rôle sur les structures géologiques adjacentes. La ZFMD constitue une zone de transfert qui limite l’extension latérale et modifie la géométrie des plis et chevauchements. Les structures tectoniques en Moyenne Durance sont caractérisées par une déformation de type thin-skin. La tectonique salifère joue un rôle important dans cette déformation (niveau de décollement, formation et géométrie 3D des plis). A l’échelle de la vallée de Cadarache, l’étude géologique des affleurements couplée à l’étude géostatistique des sondages permet de réaliser une simulation en 3D de la répartition spatiale des faciès et de proposer un modèle sédimentaire 3D du remplissage tertiaire de la vallée. Il est caractérisé par une sédimentation en deux étapes : une première phase de remplissage par des apports détritiques importants en provenance du Sud-Est, liés au démantèlement du massif des Maures-Estérel, une deuxième phase de remplissage par des dépôts d’environnement fluviatile méandriforme à forte sinuosité et à dominante de sables. Enfin, l’imbrication multi-échelle des modèles 3D a permis d’expliquer la formation de la vallée de Cadarache dans le contexte géodynamique de la région de la Moyenne Durance au Tertiaire, et notamment sous l’influence de la compression pyrénéenne et de la ZFMD sur la région de la Moyenne Durance et sur la vallée de Cadarache. / The complexity of geological structures in Middle Durance region makes difficult the characterization and evaluation of seismic risk in this region. Understanding these structures in 3D requires to use modern techniques of 3D digital modelling in order to achieve the 3D geological models of the bedrock with coherence on different scales, to perform ground motion simulations. Building 3D geological models need to normalize heterogeneous geophysical and geological databases (oil boreholes, geotechnical boreholes, seismic profiles, H/V geophysical profiles, high and low resolution geological mapping, biostratigraphic dating,...) in the 3D software gOcad. The realization of 3D geological models allows to characterize the 3D geometry of main the tectonic structures in Middle Durance region, including the Middle Durance Fault Zone (ZFMD) and the high resolution geometry of geological bedrock of the Cadarache Valley, and in particular its tertiary sedimentary fill. Our study allows to specify the ZFMD 3D geometry and its role on the adjacent geological structures. The ZFMD is a transfer zone that limits lateral extension and changes the geometry of folds and thrusts. The Middle Durance tectonic structures are characterized by a thin-skin deformation. Salt tectonics plays an important role in this deformation (detachment level, training and 3D geometry of folds). At the scale of the Valley of Cadarache, outcrop geological study coupled with boreholes geostatistical study allows to perform a 3D simulation of the spatial distribution of facies and to propose a 3D sedimentary model for the Tertiary filling of the Cadarache Valley. It is characterized by sedimentation in two steps: a first step of filling by important detrital inputs from the Southeast, related to the erosion of the Maures-Esterel massif, a second step of filling by deposits of fluvial meandering sand-dominant environment with high-sinuosity. Finally, building multi-scale 3D models allows explaining the formation of the Valley of Cadarache in the geodynamic context of the Middle Durance region at Tertiary times, and particularly under the influence of the Pyrenean compression and ZFMD on the Middle Durance region and the Valley of Cadarache.

Orogenic belts are fundamental features of plate tectonics. The crustal structure of orogens around the world shows a wide range of deformation styles from narrow, asymmetric wedges like the Pyrenees to wide, plateau-like orogens such as the Zagros or the Himalaya. The primary controlling factor on the size and structure of an orogen is the amount of convergence between the colliding plates. However, there are important additional factors providing major controls on the structural development of orogens. Among the potential parameters that can affect the style of deformation are the crustal strength, inherited weaknesses, and the surface processes. These parameters have been studied extensively in the past but their relative importance remains unclear. The aim of this thesis is to improve our understanding of: (1) How surface processes affect mountain building, with a special focus on the relationship between thin-skinned foreland and thick-skinned internal deformation of orogens. (2) How inherited extensional structures affect mountain building. The study was carried out using the Pyrenees as a special reference case. To answer our research questions we have used a wide range of state-of-the-art numerical modelling tools. In paper 1 we present a new method where we couple a structural-kinematic model and a thermo-kinematic model to evaluate the consistency of existing balanced section reconstructions with independent thermochronology data. In papers 2 and 3 we use 2D lithospheric scale thermo-mechanical models with surface process algorithms. Using the above toolset, we demonstrate that syntectonic sedimentation results in longer basement thrust sheets as well as longer thin-skinned thrust sheets and a generally wider orogen. Conversely erosion tends to narrow the wedge and reduce the orogenic loading of the colliding plates, limiting the space available for deposition in the flexural foreland deeps. We also demonstrate that inherited extensional structures play a crucial role in mountain building as they facilitate the migration of deformation into the undeformed basement of the overriding plate. Moreover, a significant amount of lower-crustal/mantle-lithospheric material is preserved at shallow depths only in the presence of extensional inheritance, but significant erosion is needed in order to bring this material to the surface. Our models also show that thin-skinned thrust sheets are generally rooted in the footwall of basement thrusts as they form outward-propagating sequences. As soon as a new basement thrust forms, the thin-skinned sequence situated on top of the new basement thrust-sheet is abandoned in favour of starting a new sequence in the footwall of the new thrust. Regarding our case study, it was possible to reproduce the section restoration using a structural-kinematic model with high accuracy up to the 36-Ma time slice and with limited accuracy up to the 50-Ma time slice. The thermochronometric ages predicted by the thermo-kinematic modelling are generally in good agreement with both the high- and low-temperature thermochronology data available in the Central Pyrenees; hence we conclude that the restoration is to a first order consistent with these datasets. The predicted thermochronological ages approximate the available low-temperature thermochronology data better by taking into account the late-stage burial and re-excavation scenario affecting the southern flank of the Pyrenean wedge presented by Coney et al. (1996), and quantified by Fillon and van der Beek (2012). In conclusion, our model experiments suggest, that extensional inheritance played a prime role in the structural evolution of the Pyrenees, with the major characteristics of the North Pyrenean Unit, including the presence of steep, inverted normal faults, the relative tectonic quiescence of the area after the early inversion and the presence of a lower-crustal body at shallow depth below the unit, best recaptured by our accordion models. / Orogenic belts are fundamental features of plate tectonics. The crustal structure of orogens around the world shows a wide range of deformation styles from narrow, asymmetric wedges like the Pyrenees to wide, plateau-like orogens such as the Zagros or the Himalaya. The primary controlling factor on the size and structure of an orogen is the amount of convergence between the colliding plates. However, there are important additional factors providing major controls on the structural development of orogens. Among the potential parameters that can affect the style of deformation are the crustal strength, inherited weaknesses, and the surface processes. These parameters have been studied extensively in the past but their relative importance remains unclear. The aim of this thesis is to improve our understanding of: (1) How surface processes affect mountain building, with a special focus on the relationship between thin-skinned foreland and thick-skinned internal deformation of orogens. (2) How inherited extensional structures affect mountain building. The study was carried out using the Pyrenees as a special reference case. To answer our research questions we have used a wide range of state-of-the-art numerical modelling tools. In paper 1 we present a new method where we couple a structural-kinematic model and a thermo-kinematic model to evaluate the consistency of existing balanced section reconstructions with independent thermochronology data. In papers 2 and 3 we use 2D lithospheric scale thermo-mechanical models with surface process algorithms. Using the above toolset, we demonstrate that syntectonic sedimentation results in longer basement thrust sheets as well as longer thin-skinned thrust sheets and a generally wider orogen. Conversely erosion tends to narrow the wedge and reduce the orogenic loading of the colliding plates, limiting the space available for deposition in the flexural foreland deeps. We also demonstrate that inherited extensional structures play a crucial role in mountain building as they facilitate the migration of deformation into the undeformed basement of the overriding plate. Moreover, a significant amount of lower-crustal/mantle-lithospheric material is preserved at shallow depths only in the presence of extensional inheritance, but significant erosion is needed in order to bring this material to the surface. Our models also show that thin-skinned thrust sheets are generally rooted in the footwall of basement thrusts as they form outward-propagating sequences. As soon as a new basement thrust forms, the thin-skinned sequence situated on top of the new basement thrust-sheet is abandoned in favour of starting a new sequence in the footwall of the new thrust. Regarding our case study, it was possible to reproduce the section restoration using a structural-kinematic model with high accuracy up to the 36-Ma time slice and with limited accuracy up to the 50-Ma time slice. The thermochronometric ages predicted by the thermo-kinematic modelling are generally in good agreement with both the high- and low-temperature thermochronology data available in the Central Pyrenees; hence we conclude that the restoration is to a first order consistent with these datasets. The predicted thermochronological ages approximate the available low-temperature thermochronology data better by taking into account the late-stage burial and re-excavation scenario affecting the southern flank of the Pyrenean wedge presented by Coney et al. (1996), and quantified by Fillon and van der Beek (2012). In conclusion, our model experiments suggest, that extensional inheritance played a prime role in the structural evolution of the Pyrenees, with the major characteristics of the North Pyrenean Unit, including the presence of steep, inverted normal faults, the relative tectonic quiescence of the area after the early inversion and the presence of a lower-crustal body at shallow depth below the unit, best recaptured by our accordion models.