La complexation est le principal phénomène à l’origine de la rétention des métaux dans les sols. Il implique majoritairement les substances humiques (SH) dont les propriétés complexantes sont essentiellement dues à des groupes fonctionnels tels que les groupements phénoliques et carboxyliques. La compréhension des interactions métallo-humiques reste néanmoins limitée par la taille et la polyfonctionnalité des SH. L’utilisation de molécules modèles de faible poids moléculaire, présentant des sites de fixation similaires à ceux rencontrés dans les SH, permet de mieux appréhender le phénomène de complexation. Cette étude porte sur la complexation de trois cations métalliques, Al(III), Pb(II) et Cu(II), par des ligands présentant différents sites de fixation en compétition (catéchol, carboxylate, β-hydroxycétone). Dans une première partie, l’étude réalisée avec des dérivés de l’acide cinnamique, présentant des caractéristiques des SH (noyau aromatique, chaîne aliphatique), a permis de juger de l’influence de paramètres structuraux sur le phénomène de complexation (délocalisation électronique, substitution). Les stoechiométries et constantes de stabilité des complexes formés ont pu être déterminées. Dans une seconde partie, l’utilisation conjointe de la spectroscopie électronique et des calculs de chimie quantique a permis de caractériser des complexes formés avec des dihydroxyanthraquinones (site préférentiel, mode de fixation, sphère de coordination). Ce travail a permis de montrer l'utilité d'une telle approche couplant expériences et modélisation, et d'approfondir les connaissances disponibles sur les phénomènes de rétention des cations métalliques en milieu naturel. / Complexation is the main phenomenon responsible of metal retention in soils. Humic substances (HS) are the major components implied. Their complexing properties are due to functional groups such as phenolic and carboxylic functions. Nevertheless the study of metallo-humic interactions is limited by the size and polyfunctionality of HS. The use of low molecular sized model molecules, having similar fixation sites as those met in HS, enables to gain more insight into the complexation phenomenon. The fixation of three metal ions, Al(III), Pb(II) and Cu(II), by ligands presenting different complexing sites in competition (catechol, carboxylate, β-hydroxy-keto), was studied. The first part of this work focused on some cinnamic acid derivatives presenting the same characteristic features as HS (aromatic nucleus, aliphatic chain). The structural parameters effect (electronic delocalization, substitution) on complexation was studied. The stoichiometries and conditional stability constants of formed complexes have been determined. The second part combined electronic spectroscopy and quantum chemical calculations to characterize complexes formed with dihydroxyanthraquinones (preferential site, fixation mode, coordination sphere). This study showed the usefulness of an approach combining experiments and molecular modeling, and to increase available knowledge about metal ion retention in natural systems.

La matière organique (MO) des systèmes aquatiques est constituée d’un mélange complexe de macromolécules qui a une grande capacité d’interaction avec les métaux modifiant ainsi leur biodisponibilité. Il existe une grande variété de sites complexants susceptibles de fixer les ions métalliques. L’objectif de ce travail est de mieux appréhender le processus de complexation de certains cations par différents sites chélatants oxygénés et soufrés de la MO. Pour atteindre cet objectif, trois catégories de MO ont été étudiées : la MO disoute (MOD) issue de masse d’eau, la MOD fractionnée et des molécules modèles de la MO. Dans chacune de ces classes, des échantillons soufrés et oxygénés ont été comparés pour permettre d’évaluer l’influence de la présence de sites soufrés sur les propriétés complexantes des métaux par la MO. Les études ont été menées au moyen de méthodes de chimiométrie et de chimie quantique combinées à des techniques de spectroscopie électronique. Les résultats obtenus ont montré que la MOD, caractérisée dans un premier temps, voit ses capacités complexantes augmenter avec la concentration en soufre. Le soufre semble avoir un effet sur le pouvoir complexant, mais aucune information spectrale n’a pu prouver la présence de complexes obtenus à partir de sites soufrés. L’utilisation de molécules modèles a quant à elle mise en évidence, pour un grand nombre de cations et pour deux types de fonctions, le pouvoir complexant supérieur des sites soufrés par rapport aux sites oxygénés. Il a également été montré qu’une fonction dithiol a un pouvoir de fixation des métaux plus important qu’une fonction hydroxy-thiocétone. / Organic matter (OM) of aquatic systems is a complex mixture of macromolecules which has a high capacity for interaction with metals and thus modifies their bioavailability. There is a wide variety of complexing sites available to bind metal ions. The objective of this work is to have a better understanding of the process of complexation of certain cations by different oxygenated and sulfur-containing chelating sites of OM. To achieve this objective, three categories of OM were studied: dissolved OM (DOM) from fresh water, fractionated DOM and model compounds of OM. In each of these classes, sulfur and oxygen samples were compared to evaluate the influence of the presence of sulfur-containing sites on the complexing properties of metals by OM. The studies were conducted using chemometric and quantum chemistry methods combined with electronic spectroscopy techniques. The results obtained showed that the MON, characterized initially, sees its complexing capacities increase with the concentration of sulfur. Sulfur appears to have an effect on the complexing power, but no spectral information has been able to prove the presence of complexes obtained from sulfur-containing sites. The use of model molecules has shown the higher complexing power of the sulfur-containing sites compared to the oxygenated one for a large number of cations and for two types of functions. It has also been shown that a dithiol function has a greater binding power of metals than a hydroxy-thioketone function.

La destruction de déchets fortement contaminés issus du cycel du combustible nucléaire doit être réalisée par une technique efficace et avec une parfaite maitrise des effluents. L'oxydation dans l'eau supercritique répond à ces critères pour la destruction de composés organiques. Un banc d'essai en continu a été construit pour développer l'oxydation hydrothermale de déchets organiques modèles sous forme liquide. L'étude de l'oxydation du dodecane a permis d'identifier les paramètres contrôlant le taux d'avancement de la réaction...

Les amidures de lithium dérivé de 3-aminopyrrolidines chirales (3APLi) forment des<br />agrégats mixtes avec les alkyllithiens (3APLi : AlkLi) parfaitement caractérisés en<br />solution. L'étude de ces agrégats, d'une part par Résonance Magnétique Nucléaire<br />multinoyaux (RMN 1H/6Li/13C/15N), d'autre part par modélisation moléculaire, a permis,<br />au cours de cette thèse, de :<br />- confirmer le pliage (type azanorbornyle) de l'amidure grâce au double<br />marquage à l'azote 15N de l'azote intracyclique et du lithium 6Li ;<br />- observer et quantifier l'affinité relative des 3-APLi's pour les halogénures de<br />lithium LiX (X = Br, Cl). Les résultats suggèrent que la formation des<br />agrégats mixtes 3-APLi : LiX est favorisée, aux dépends des complexes 3-<br />APLi : AlkLi. ;<br />- évaluer le degré et la capacité d'agrégation des 3-APLi's en présence d'un<br />mélange d'alkylithiens (MeLi + nBuLi).<br />Les analyses et observations effectuées sont pour l'essentiel en accord avec les résultats<br />expérimentaux de synthèse asymétrique et permettent de justifier des variations d'excès<br />énantiomériques observées.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les travaux présentés dans la présente thèse proposent un avancement des connaissances tant en termes de développement fondamental de méthodes d'analyse en dynamique moléculaire et en arrimage moléculaire, qu'en avancement des connaissances dans le domaine du développement pharmaceutique dans trois contextes. Le premier contexte est celui de la calcification de la valve aortique. Il s'agit d'une problématique qui augmente constamment en prévalence, surtout avec le vieillissement de la population. L'inhibition de la protéine Ectonucleotidase pyrophosphatase/phosphodiestérase de type 1 (NPP1) a été démontrée in vivo comme une avenue de traitement possible de cette condition. La dynamique moléculaire a été utilisée pour caractériser la dynamique et les réseaux d'interactions de cette protéine. Pour cette analyse, une nouvelle méthode a été mise au point. De plus, la dynamique moléculaire a aussi été utilisée pour faire la recherche de sites de liaisons allostériques potentielles sur NPP1 en vue d'identifier le site de liaison de l'inhibiteur QPS1. Le second contexte est celui du cancer du sein estrogéno dépendant. Le cancer du sein fait partie des principales causes de mortalité dans le monde et la majorité de ces cancers sont estrogénos dépendants. La protéine 17β-Hydroxystéroïde déshydrogénase de type 1 (17β-HSD1) est impliquée dans la prolifération de ces cancers. L'arrimage moléculaire a été utilisé pour développer une relation de structure-activée entre trois séries d'inhibiteurs de dérivés de l'estradiol. La première série de molécules présente une mode d'inhibition covalente irréversible. Une nouvelle méthodologie a été mise au point pour l'arrimage de ces composés. La relation de structure-activité développée pour ces trois séries de molécules ouvrent la porte vers de nouvelles modifications potentielles. Enfin, le troisième contexte est celui des produits naturels. Ces derniers sont une source énorme de nouvelles molécules thérapeutiques. L'étude par modélisation porte sur les produits naturels éther de diphényle qui ont été caractérisés comme ayant un potentiel anti-inflammatoire. La comparaison de structure en 2D et l'arrimage moléculaire ont permis d'identifier le Récepteur gamma activé par les proliférateurs de peroxysomes (PPAR-γ) comme une cible pouvant expliquer leur effet anti-inflammatoire. La relation de structure-activité développée ouvre sur des directions d'améliorations potentielles. / The work described in this thesis proposes an advancement of knowledge both in terms of fundamental development of analytical methods in molecular dynamics and molecular docking, and an advancement of knowledge in the field of pharmaceutical development in three contexts. The first context is that of aortic valve calcification. This is a problem that is constantly increasing in prevalence, especially with the aging of the population. Inhibition of the enzyme Ectonucleotidase pyrophosphatase / phosphodiesterase type 1 (NPP1) has been shown in vivo as a possible treatment avenue for this condition. Molecular dynamics has been used to characterize the dynamics and interaction networks of this protein. For this analysis, a new method has been developed. In addition, molecular dynamics was also used to search for potential allosteric binding sites on NPP1 in order to identify the binding site of the QPS1 inhibitor. The second context is that of estrogen-dependent breast cancer. Breast cancer is one of the leading causes of death worldwide and the majority of these cancers are estrogen dependent. The protein 17 β-Hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (17β-HSD1) is involved in the proliferation of these cancers. Molecular docking was used to develop an activated structural relationship between three series of inhibitors of estradiol derivatives. The first series of molecules presents a mode of irreversible covalent inhibition. A new methodology has been developed for the docking of these compounds. The structure-activity relationship developed for these three series of molecules opens the door to new potential modifications. Finally, the third context relates to natural products. These are a huge source of potential new therapeutic molecules. The modelling study focuses on natural diphenyl ether products that have shown anti-inflammatory activity. The 2D structure comparison and molecular docking allowed the identification of the gamma receptor activated by peroxisome proliferators (PPAR-γ) as a target that may explain their anti-inflammatory effect. The structure-activity relationship developed opens up potential directions for improvement.

Les substances humiques (SH) sont issues de la dégradation de résidus organiques et représentent la partie la plus importante de la matière organique des systèmes naturels. Les SH sont capables de piéger de nombreux polluants comme les métaux lourds et jouent donc un rôle majeur dans la rétention des ions métalliques. Leurs propriétés complexantes sont dues principalement à certaines fonctions récurrentes : les groupements carboxyliques et phénoliques.<br />Dans une 1ère partie, l'étude de la complexation de molécules modèles possédant des sites similaires à ceux rencontrés dans les biopolymères naturels a permis d'évaluer les capacités complexantes des fonctions les plus répandues (catéchol, hydroxy-carbonyle et acide carboxylique). L'association de techniques spectroscopiques et de calculs de chimie quantique a permis d'établir un classement des pouvoirs chélatants des composés mono-sites vis-à-vis des ions métalliques Al(III), Pb(II) et Zn(II)), et a montré que ce type de classement est conservé lorsque les sites sont en compétition au sein d'une même structure.<br />Dans une 2nde partie, l'examen par fluorescence synchrone de la complexation des 3 métaux polluants par un acide humique standard (AH) a mis en évidence des comportements différents pour chacun d'eux, reflétant des mécanismes de fixation distincts et une spécificité des interactions métallo-humiques. Nous avons ainsi pu établir un classement du pouvoir complexant de AH vis à vis des 3 cations, en accord avec celui obtenu pour les modèles. Enfin, la compétition entre AH et deux molécules organiques de faible poids moléculaires a montré que les pourcentages de polluants extraits de l'acide humique sont faibles et que celui-ci reste un véritable « réservoir toxique » au sein des milieux naturels.

Ce travail porte sur la production de bio-huile par liquéfaction hydrothermale de résidus agroalimentaires, réalisée en réacteur batch. L’objectif est d’étudier l’influence des paramètres opératoires sur la production de bio-huile, et de contribuer à la compréhension des mécanismes de conversion hydrothermale de la biomasse. La liquéfaction hydrothermale des résidus agroalimentaires a été étudiée à partir de l’exemple des drêches de cassis, résidus de pressage des baies. Une étude paramétrique a évalué l’influence de la température, du temps de réaction, de la concentration de biomasse et de l’ajout d’hydroxyde de sodium sur le rendement des produits. Cette étude a permis d’identifier des conditions opératoires favorables à la production de bio-huile, dont le rendement peut notamment bénéficier du recyclage de la phase aqueuse en tant que solvant réactionnel (rendement maximal de bio-huile : 31 %). La caractérisation physico-chimique de la bio-huile montre que celle-ci possède certaines propriétés proches du pétrole brut et de certains fiouls lourds, notamment grâce à sa faible teneur en oxygène en comparaison des huiles de pyrolyse. La bio-huile peut être considérée comme un bio-pétrole brut, mais nécessite toutefois un raffinage conséquent avant de potentielles applications. La conversion hydrothermale de molécules modèles, sélectionnées à partir de l’analyse de la composition des drêches de cassis, a été étudiée à une température de 300 °C et un temps de réaction de 60 min. Cinq monomères modèles (glucose, xylose, acide glutamique, guaiacol et acide linoléique) et deux polymères modèles (cellulose microcristalline et lignine alkali) ont été choisis pour cette étude. Une méthodologie basée sur les plans d’expérience de mélange a été mise en œuvre, afin d’aboutir à la construction de schémas réactionnels, et à l’élaboration de corrélations modélisant les rendements des produits en fonction de la composition initiale des mélanges. L’analyse des produits montre que la conversion hydrothermale des résidus agroalimentaires résulte principalement de dégradations primaires et d’interactions binaires entre les composants de la biomasse. Les corrélations obtenues à partir des composés modèles permettent de décrire avec un bon accord les rendements des produits de conversion hydrothermale de mélanges modèles et de plusieurs résidus agroalimentaires : drêches de brasserie, marc de raisin et akènes de framboise. / This work presents a study of hydrothermal liquefaction of food processing residues using a batch reactor, to produce bio-oil. The objective is to study the influence of operating conditions on bio-oil production, and to contribute to the understanding of the reaction mechanisms occurring during hydrothermal conversion of biomass. Hydrothermal liquefaction of food processing residues was studied using blackcurrant pomace, a berry pressing residue, as an example. A parametric study evaluated the influence of temperature, holding time, biomass concentration and the use of sodium hydroxide as additive on the yields of products. This study allowed the identification of favorable operating conditions to produce bio-oil. The bio-oil yield can in particular benefit from recycling the aqueous phase as reaction solvent (maximum bio-oil yield: 31%). Physicochemical characterization of the bio-oil showed that it has some similarities with heavy crude oil and heavy oils, especially thanks to a lower oxygen content than pyrolysis oils. The bio-oil can be considered as a bio-heavy crude oil, but it still requires significant upgrading before any potential applications. Hydrothermal conversion of model molecules, selected from the characterization of blackcurrant pomace, was studied at a temperature of 300 °C and a holding time of 60 min. Five model monomers (glucose, xylose, glutamic acid, guaiacol and linoleic acid) and two model polymers (microcrystalline cellulose and alkali lignin) were chosen for this study. A mixture design of experiments methodology was followed, to combine reactivity studies with the elaboration of correlations describing the mass yields of products as a function of the initial mixture composition. Analysis of the products shows that hydrothermal conversion of food processing residues is mainly due to degradations of individual compounds and binary interactions between components of biomass. The correlations obtained from the model compounds describe with good accuracy the mass yields of the products from hydrothermal conversion of a model mixture and several food processing residues: brewer’s spent grains, grape marc and raspberry achenes.