Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans le cadre d'une approche Higher Tamm Dancoff Approximation notée HTDA, nous avons étudié les corrélations vibrationnelles de type quadrupole, avec et sans appariement. Le champ moyen a été déterminé dans le cadre d'une approche microscopique utilisant l'interaction effective de Skyrme. Une interaction résiduelle schématique de type delta plus quadrupole-quadrupole, tenant compte en particulier de l'appariement neutron-proton T=0 et T=1 a été utilisé. Les résultats obtenus pour la résonance géante quadrupolaire isoscalaire du noyau Ca40 ont été comparés aux données expérimentales et à d'autres résultats théoriques. Nous avons également étudié un gaz de fermions piégés dans un potentiel d'oscillateur harmonique à 2D, et à température nulle, en présence d'un champ magnétique uniforme. Les expressions exactes des quelques grandeurs thermodynamiques ont été dérivées à partir de la matrice densité de Bloch. / Within the framework of the so-called Higher Tamm Dancoff Approxiamtion (HTDA), we have studied the quadrupole vibrational correlations with and without pairing correlations. The mean field has been determined within a microscopic approach using the Skyrme effective interaction. A schematic residual interaction of the delta plus quadrupole-quadrupole type, allowing in particular neutron-proton T=0 and T=1 pairing, has been used. The results which have been obtained for the isoscalar quadrupole giant resonance of the Ca40 have been compared with the experimental data. A fermion gaz trapped in a 2D harmonic oscillator well at zero temperature and in the presence of a uniform magnetic field has been investigated. Exact expressions of some thermodynamic quantities have been derived from the Bloch density matrix.

Les fibres optiques utilisées pour le transfert d’information présentent des pertes de signal pendant leur propagation. Ainsi, ces signaux ont besoin d’être régulièrement amplifiés. De nos jours, l’Amplification Raman, basée sur le principe de diffusion Raman stimulée, est une des techniques utilisées pour réaliser ces amplifications. Les nanoparticules de métaux nobles ont des propriétés optiques uniques provenant de l’oscillation collective des électrons lorsqu’elles interagissent avec une onde électromagnétique. Ces particules absorbent fortement le champ électromagnétique à une fréquence appelée fréquence de résonance de plasmon de surface. Ce travail de thèse concerne l’influence des nanoparticules métalliques sur l’amélioration de l’Amplification Raman. Il s’inscrit dans le cadre du projet ANR Fenoptic (2010-2012), réunissant l’entreprise Draka et plusieurs laboratoires français (ICB Dijon, CMCP Paris, LPCML Lyon), qui s’intéressent à l’intégration des nanoparticules de métaux nobles à l’intérieur des fibres optiques afin d’utiliser la résonance de plasmon de surface pour améliorer l’efficacité des amplificateurs optiques. Dans ce travail, différentes sources de nanoparticules métalliques ont été examinées (suspensions, couches, préformes de fibre optique). Les expériences ont porté sur la caractérisation (forme et position du plasmon) de nanoparticules de métaux nobles incluses en matrices vitreuses ainsi que sur des mesures de spectroscopie Raman au travers desquelles le phénomène de Diffusion Raman Exaltée de Surface (SERS) a particulièrement été étudié. Pour la première fois, nous avons mis en évidence l’exaltation du signal Raman d’une matrice vitreuse. / Signals in optical fibers used for the transfer of information are attenuated due to impurities, scattering, absorption… To compensate for these losses, several techniques were developed like Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA). An alternative to rare earth doped fiber amplifier is Raman Amplification, which results from stimulated Raman scattering. Noble metal nanoparticles have optical properties induced by the collective oscillation of their conduction electrons when they interact with an electromagnetic wave. These particles strongly absorb the electromagnetic field at a frequency called surface Plasmon resonance frequency. This work is mainly based on effects leading to the improvement of the Raman Amplification. The ANR project Fenoptic (2010-2012), gathering Draka and several French laboratories (ICB (Dijon), CMCP (Paris), LPCML (Lyon)) is interested in the integration of noble metal nanoparticles in optical fibers using properties of the surface Plasmon resonance to improve the efficiency of optical amplifiers. In this work, different kinds of samples (suspensions, layers, optical fiber performs) with metal nanoparticles were studied. The experiments were based on the characterization (form and position of the Plasmon band) of noble metal nanoparticles in amorphous matrix and Raman spectroscopy was used to study the Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) effect. For the first time, we found the Raman signal exaltation of an amorphous matrix.

Les protéines du lait bovin sont la source la plus importante en peptides bioactifs qui permettraient de maintenir le capital-Santé du consommateur. Nous nous sommes intéressés aux peptides inhibiteurs de l'enzyme de conversion de l'angiotensine I (ECA) et aux caséinophosphopeptides (CPP) chélateurs de minéraux pour étudier in vitro leur mécanisme d'interaction avec leurs cibles moléculaires. En effet, les peptides d'origine alimentaire, inhibiteurs de l'ECA (IEC) contribueraient à une prévention de l'hypertension. Pour comprendre la relation entre la séquence de ces peptides et leur pouvoir IEC, les paramètres d'inhibition de l'ECA somatique de poumon de lapin, qui possède 2 domaines N et C ayant chacun un site actif, par des peptides (FALPQYLK, FALPQY, ALPMHIR, IPP et VPP) issus de protéines du lait et des peptides dérivés ont été étudiés. De plus, l'interaction entre certains de ces peptides avec l'ECA somatique humaine a été caractérisée par la technologie Biacore®. La cartographie des sites de liaison de FALPQY en compétition avec le captopril (inhibiteur compétitif des 2 sites actifs de l'ECA) et le peptide BPP-11b (inhibiteur sélectif du domaine C de l'ECA) montre que ce peptide se fixe au niveau des 2 sites actifs de l'ECA. Par ailleurs, les CPP sont un bon moyen de corriger les carences minérales car ils sont capables de former des complexes solubles avec les cations, améliorant ainsi leur biodisponibilité. L'interaction entre le CPP [bêta]-CN (f1-25)4P et Ca2+, Mg2+, Zn2+ et Cu2+ a été étudiée par microcalorimétrie de titration isotherme : 1 mole de CPP fixe 2 moles de Ca2+, de Mg2+ ou de Zn2+ à pH 8, avec des constantes d'affinité faibles, mais ne fixe pas Cu2+ / Bovine milk proteins are the most important source of bioactive peptides. These peptides may contribute to maintain optimal health state. In the current study, we attempted to elucidate in vitro the molecular interaction mode between both angiotensin I-Converting enzyme (ACE) inhibitory peptides and mineral-Chelating caseinophosphopeptides (CPP). Indeed, ACE inhibitory peptides from food may provide a natural and safe alternative to prevent hypertension. In order to better understand the relationship between the sequence of ACE inhibitory peptides and their inhibitory potency, the inhibition parameters of rabbit lung somatic ACE (that possesses 2 domains, N and C, which are both catalytically active) by bovine milk peptides (FALPQYLK, FALPQY, ALPMHIR, IPP, and VPP) and other peptides with related sequence were investigated. Moreover, the interaction between some peptides and their derivatives with human somatic ACE was analyzed by Biacore® technology. The mapping of FALPQY-ACE interaction sites in competition with captopril (a competitive inhibitor for both sites) and also with BPP-11b (a selective inhibitor of the C-Domain active site) showed that FALPQY binds at or near the two active sites located on the 2 domains of ACE. In addition, CPP efficiently bind cations of nutritional interest by forming soluble complexes which prevent the precipitation of minerals at alkaline pH and increasing thus their bioavailability. The interaction between [beta]-CN (f1-25)4P, and Ca2+, Mg2+, Zn2+, and Cu2+ cations, was characterized by isothermal titration calorimetry: 1 mole of [beta]-CN (f1-25)4P binds 2 moles of Ca2+, Mg2+, and Zn2+ at a pH 8, with a low affinity, but does not bind Cu2+ cation

Ce mémoire traite de deux types de polymères en films minces: le poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA) et le polypyrrole (PPy). Ces films minces ont été déposés par voie sèche et par voie humide. La voie sèche consiste à faire croitre les films polymères par un procédé original de dépôt chimique en phase vapeur assisté par photons (Chemical Vapor Deposition, CVD). La croissance implique l'activation UV des espèces monomères dans la phase gazeuse. Les deux polymères PMMA et PPy ont été obtenus pour la première fois par ce procédé de photo-CVD. La caractérisation des propriétés a mis en évidence des applications possibles en microélectronique, micro-optique et les dispositifs générant de la chaleur. La voie humide mise en œuvre pour déposer des films minces de polymères et d’hybrides organiques/inorganiques est une méthode électrochimique. Des films de PPy (organique) et de TiO2 nanostructuré (inorganique) ont été obtenus et caractérisés par différentes techniques électrochimiques. Des aspects supplémentaires de la croissance de PPy ont été mis en évidence par la résonance des plasmons de surface. / The thesis deals with two types of polymeric thin films: poly (methyl methacrylate) (PMMA) and polypyrrole (PPy). The thin films were grown by a dry and a wet route. The dry route involved the growth of the polymeric films by an original process of Chemical Vapor Deposition, namely Photo-CVD. The growth involves the UV activation of the monomer species in the gas phase. Both PMMA and PPy were obtained for the first time by this Photo-CVD. The characterization highlighted properties with possible applications in microelectronics, micro-optics and as heat generating devices. The wet route involved the growth of polymeric and hybrid organic/inorganic thin films by an electrochemical approach. Organic PPy and inorganic TiO2 nanostructures were obtained and characterized by various electrochemical techniques. The growth aspects of PPy were supplementary highlighted by the Surface Plasmon Resonance.

L'infection par le virus de l'hépatite C (VHC) est un problème de santé publique majeur car en absence de vaccin et de thérapie suffisamment efficace, l’infection peut dégénérer en carcinome hépatocellulaire. Il est alors important d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et de développer de nouveaux antiviraux. Ainsi, nous avons étudié l'activité anti-VHC de différents composés : l'arbidol (Arb), la silymarine (SM) et les molécules la composant, notamment la silibinine (SbN). Ces composés ont l'avantage d'être déjà utilisés en médecine humaine depuis de nombreuses années et ont ainsi prouvé leur innocuité. Ils présentent un large spectre antiviral et inhibent plusieurs étapes du cycle viral, dont la fusion membranaire. Cette étape du cycle est intéressante à cibler car le virus serait bloqué précocement, avant de provoquer des dommages cellulaires.Nous avons approfondi notre connaissance du mécanisme d'inhibition de la fusion par Arb en montrant par différentes stratégies qu'il s'associe avec les phospholipides à l'interface membranaire et interagit avec des résidus aromatiques. Cela suggère que Arb pourrait former durant le processus de fusion un complexe entre glycoprotéine virale et membrane, permettant d'inhiber les changements conformationnels de la glycoprotéine, nécessaires à la fusion. De même SM et ses composés inhibent la fusion de pseudoparticules de HCV, probablement en stabilisant les membranes impliquées dans le processus. Enfin, nous avons observé une activité antivirale et anti-inflammatoire très différente entre deux formulations de SbN. Tous ces résultats sont discutés dans le contexte actuel d'un arsenal thérapeutique anti-HCV qui reste limité. / Infection by the hepatitis C virus (HCV) is a major public health problem since the infection can lead to hepatocellular carcinoma in the current absence of vaccine and effective treatment. It is therefore important to identify new therapeutic targets and to develop novel antiviral drugs. Here we studied the anti-HCV activity of two compounds : arbidol (Arb), the herbal extract silymarin (SM) and molecules therein, including silibinin (SbN). These compounds are already in use in human medicine for several years and have proven safety. They display a broad antiviral spectrum and inhibit several steps of the virus life cycle, including membrane fusion. This step is very interesting to target, since the virus could be blocked upstream the cellular damages it could induce. Using different biophysical strategies, we showed that Arb associates with phospholipids at the membrane interface and interacts with aromatic residues. This suggests that Arb could form during the fusion process a complex between viral glycoprotein(s) and membrane, leading to the inhibition of the conformational changes within the glycoprotein that are required during the fusion process. SM and its components inhibit fusion of HCV pseudoparticles, probably by stabilizing the membranes involved in this process. Finally, we observed different antiviral and anti-inflammatory activities between two different formulations of SbN. Knowledge of these antiviral mechanisms should lead to innovative therapeutic strategies against HCV.

Les invertases de plantes (Invs) hydrolysent de manière irréversible le saccharose en fructose et glucose. En fonction de leur pH optimum et de leur localisation subcellulaire, les Invs sont classées en trois groupes : alcaline et neutre (A/N-Inv), vacuolaire (VI) et de paroi (CWI). Le but de notre étude a été de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans les régulations post-traductionnelles d'une VI de Solanum lycopersicum (VINV). L'ADNc codant pour VINV a été cloné et exprimé dans le système hétérologue Pichia pastoris. Après purification, la caractérisation biochimique a été réalisée et a montré des résultats comparables à ceux obtenus précédemment pour d'autres Invs. La structure tridimensionnelle de VINV a été résolue par cristallographie aux rayons X à 2,75 Å et il s'agit de la première structure d'une VI décrite jusqu'ici. Des expériences de mutagénèse dirigée ont permis d'identifier certains acides aminés impliqués dans la catalyse : le nucléophile, le catalyseur acide/base, le stabilisateur d'état de transition et un résidu qui module le pKa du catalyseur acide/base. Par ailleurs, la régulation de l'activité de VINV a été étudiée. La N-glycosylation de VINV recombinante semble être importante pour la stabilité de la structure. De plus, l'activité VINV peut aussi être modulée par un inhibiteur protéique spécifique. Une approche de génomique fonctionnelle a été utilisée, et un inhibiteur d'invertase vacuolaire putatif (SolyVIF) de S. lycopersicum a été identifié dans la banque de données des Solanacées. L'ADNc codant pour SolyVIF a été cloné et exprimé dans le système hétérologue Escherichia coli Rosetta gami (DE3). / Plant invertases (Invs) hydrolyze irreversibly sucrose into fructose and glucose. Based on their pH optima and subcellular localization, Invs are categorized into three groups: alkaline and neutral invertase (A/N-Inv), vacuolar invertase (VI), and cell wall invertase (CWI). The goal of our study was to better understand mechanisms involved in the molecular regulation of a VI from Solanum lycopersicum (VINV) at post-translational levels. The VINV cDNA was cloned and heterologously expressed in Pichia pastoris. After purification, the biochemical characterization was performed and showed comparable results with those obtained previously for other characterized Invs. The three-dimensional structure of VINV was solved by X-ray crystallography to 2.75 Å resolution and it was the first structure of a plant VI described so far. Mutations experiments allowed to identify important amino acids: the nucleophile, the acid/base catalyst, the transition-state stabilizer and a residue that modulate pKa of the acid/base catalyst. Moreover, the regulation of VINV at different post-translational levels was studied. N-glycosylation of recombinant VINV seems to be important for structure stability. VINV activity can also be modulated by specific proteinaceous inhibitor. A functional genomics approach was used, and a putative vacuolar invertase inhibitor (SolyVIF) of S. lycopersicum was identified in the Solanaceae data bank. SolyVIF cDNA was cloned and heterologously expressed in Escherichia coli Rosetta gami (DE3). Recombinant protein was purified and characterized.

Ce manuscrit est consacré à l’étude de la méthode du développement en singularités (SEM) appliquée aux antennes. Dans la première partie de ce travail, trois méthodes d’extraction des pôles de résonance sont présentées et comparées : les méthodes de Prony et Matrix Pencil dans le domaine temporel et la méthode de Cauchy dans le domaine fréquentiel. Une procédure est établie pour optimiser l’extraction avec chaque méthode et une étude de robustesse montre que la méthode Matrix Pencil permet d’obtenir plus de pôles et avec une meilleure précision que les deux autres méthodes en présence de bruit. Dans un second temps, la méthode Matrix Pencil est appliquée sur des réponses d’antennes, obtenues en rayonnement et en Surface Equivalente Radar (SER), et les pôles de résonance extraits sont identiques pour les deux approches. Cette étude valide donc la possibilité d’extraire les pôles de résonance d’une antenne directement à partir de sa SER. La variation de la position des pôles de résonance en fonction des dimensions et de la charge de deux antennes est ensuite étudiée et met en évidence le lien entre l’impédance d’entrée de l’antenne et ses pôles de résonance. Enfin, les mesures de la SER de trois antennes valident expérimentalement l’extraction des pôles de résonance à partir de la SER d’une antenne. Ce travail pose donc les bases de la caractérisation d’antennes à l’aide de la SEM appliquée à la SER de l’antenne. / This manuscript deals with the Singularity Expansion Method (SEM) applied to antenna characterization. In the first part of this work, three resonant poles extraction methods are presented and compared: the Prony and Matrix Pencil methods in the transient domain and the Cauchy method in the frequency domain. A procedure is defined to optimize the extraction with each method and a robustness study shows that Matrix Pencil method allows obtaining more physical poles with a better accuracy than the two other methods in presence of noise. In a second part, the Matrix Pencil algorithm is applied on radiated and backscattered antenna responses. Extracted resonant poles from both responses are exactly the same. This study validates the possibility to extract poles directly from its backscattered response. The position of resonant poles is analyzed with respect to antenna’s dimension and its load for two different cases. This emphasizes the link between antenna poles and antenna input impedance. Finally, RCS measurements of three antennas validate antenna poles extraction directly from its RCS. This work lays the foundations of antenna characterization using the SEM applied to RCS measurements.

Afin de répondre à une demande toujours croissante en capteurs, des systèmes de mesures optiques permettant la détection de récepteurs naturels ou synthétiques sur des substrats inorganiques ont été élaborés. Par résonance des plasmons de surface (RPS), nous avons montré que des films minces à base de copolymères de N-(acryloxysuccinimide) et de dérivés acrylates de poly (éthylène glycol) ou qu'un film mince de polyglycidol présentaient une résistance accrue à l'adsorption non-spécifique des protéines et qu'ils permettaient un greffage covalent de biomolécules par l'intermédiaire de leurs groupements réactifs respectifs. Un nouveau capteur basé sur la technologie des réseaux de Bragg en angle gravés sur une fibre optique a ensuite été développé et caractérisé grâce à l'emploi de films multicouches présentant des propriétés sélectives et réversibles de reconnaissance par formation de complexes d'inclusion entre des polymères de cyclodextrine et des dérivés de l'adamantane. A partir de cette fibre optique, il a aussi été possible de suivre en temps réel les transition de conformation interfaciale de chaînes de poly (acide acrylique) immobilisée de façon covalente au support en fonction du pH. Pour les deux approches, multicouche et covalente, des biocapteurs pour la détection de l'albumine de sérum bovin (BSA) ont été réalisés. De plus, les propriétés d'inclusion des cyclodextrines ont aussi été mises à profit pour complexer des petites molécules hydrophobes telles que le toluène pour élaborer un capteur chimique. Enfin, afin d'éviter l'utilisation d'un matériel biologique, des polymères à empreinte moléculaire (MIP) ont aussi été développés. La sélectivité, la spécificité et la sensibilité des films minces envers la molécule cible d'acide gallique, ont été évaluées par voltammétrie cyclique. Les résultats obtenus permettent d'affirmer que ces polymères se comportent comme de véritables récepteurs artificiels / To answer to an always increasing request in sensors, optical measurement systems allowing the detection of natural or synthetic receptors on inorganic substrates were elaborated. By Plasmon Surface Resonance (SPR), we showed that thin films constituted with copolymers of N-(acryloxysuccinimide) and poly (ethylene glycol) acrylates derivatives or that a thin film of polyglycidol presented a strong resistance in non-specific protein adsorption and that they allowed a covalent grafting of biomolecules through their respective reagent groupings. A new sensor, a tilted fiber Bragg gratings was then developed and characterized by using multilayers films presenting selective and reversible properties of recognition by forming inclusion complexes between polymers of cyclodextrine and adamantine derivatives. From this optical fiber, it was also possible to follow in real time interfacial conformation transition, according to the pH, of poly(acrylic acid) chains immobilized covalently on the substrate. For both approaches, biosensors for the detection of bovin serum albumin (BSA) were realized. Furthermore, the inclusion properties of cyclodextrine compounds allowed also the complexation of small hydrophobic molecules such as toluene, which forming chemical sensors. Finally, to avoid the use of a biological material, molecular imprinted polymers (MIP) were also developed. Their selectivity, specificity and sensibility toward gallic acid, the target molecule, were estimated by cyclic voltammetry. The results confirm that these polymers can be considered as artificial receptors

Plusieurs études menées chez le petit animal ont montré que l'IRM réhaussé avec les nanoparticules d'oxyde de fer (USPIO) permettait de détecter la neuroinflammation. Cependant, à notre connaissance, aucune équipe n'avait à ce jour étudié le potentiel de cette approche pour le suivi d'un traitement anti-inflammatoire. Dans ce contexte, nous avons démontré la faisabilité de cette approche pour monitorer les effets de la minocycline suite à une ischémie cérébrale chez la souris. L'IRM est une technique très sensible pour la détection du fer, mais la localisation précise des USPIO tout comme leur quantification est difficile. Nous avons donc proposé de compléter l'approche IRM par une technique inédite à notre connaissance dans le domaine de l'imagerie cérébrale des USPIO : la tomographie par rayonnement Synchrotron. Nous présentons ici les tous premiers résultats montrant la faisabilité de l'approche, ainsi qu'une étude comparée de la sensibilité, des deux techniques pour la détection des USPIO dans le cerveau. Dans la première partioe de notre travail , nous apportons nos résultats concernant la biotransformation des USPIOs dans la rate de la souris dans les 40 premiers jours suivant leur injection intraveineuse obtenus en microscopie électronique par transmission (MET). / Several studies on small animals have shown that MRI enhanced with nanoparticles of iron oxide (USPIO) is able to detect the neuroinflammation. However, to our knowledge, no team had yet investigated the potential of this approach for monitoring an anti-inflammatory treatment. In this context, we have demonstrated the feasibility of this approach to monitor the effects of minocycline after cerebral ischemia in mice. MRI is a very sensitive technique for the detection of iron, but the precise location of USPIO as well as their quantification is difficult. We therefore propsed to complete the MRI approach by a new technique to our knowledge in the field of USPIO imaging in the brain : Synchrotron radiation tomography. We here present the first results showing the feasibility of this approach and a comparative study of the sensitivity of two techniques used for the detection of USPIO in the brain. In the last part of our work, we report our results on the biotransformation of USPIOs in the spleen of the mouse during the first 40 days after intravenous injection obtained by transmission electron microscopy (TEM).