Depuis le début des années 1990, différentes stratégies de phytoremédiation ont été proposées pour réhabiliter les zones polluées par des éléments traces métalliques (ETM). Parmi ces stratégies, la phytoextraction consiste en l’absorption et l’accumulation par les plantes des ETM présents dans les sols. Afin de mettre en place cette stratégie, il a été proposé d’utiliser le peuplier en raison de sa croissance rapide, de son importante biomasse et de ses débouchés énergétiques. Cependant une proportion considérable des métaux absorbés par cet arbre est accumulée dans les feuilles alors que celles-ci chutent à l’automne. Ainsi, l’efficacité de phytoextraction du peuplier peut se trouver limitée si aucun mécanisme de remobilisation des ETM n’est mis en place au cours de la sénescence automnale. Dans ce contexte, une partie des travaux de cette thèse a été réalisée sur la parcelle expérimentale de Pierrelaye polluée suite à l’épandage d’eaux usées de la ville de Paris. Nous avons recherché parmi les 14 génotypes de peuplier présents sur le site, ceux qui sont les plus efficaces pour remobiliser les métaux des feuilles vers les parties pérennes. Des mesures de contenu en métaux, d’expression de gènes et des analyses corrélatives ont ouvert de nouvelles pistes concernant la gestion des métaux foliaires. Parce que la vacuole constitue le principal lieu de stockage des métaux de la cellule, les protéines d’efflux vacuolaire NRAMP (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein) précédemment identifiées chez Arabidopsis thaliana, représentent de bons candidats pour stimuler la remobilisation des métaux foliaires. La caractérisation de leurs homologues chez le peuplier a donc été entreprise par expression chez la levure et chez A. thaliana. Afin de contrôler indépendamment le transport des métaux essentiels et non-essentiels chez les NRAMP, une étude visant à identifier les déterminants structuraux impliqués dans leur sélectivité a été réalisée. La caractérisation des mutants NRAMP affectés dans leur sélectivité par expression chez A. thaliana a mis en lumière leur impact sur l’accumulation et la tolérance aux métaux. Dans le but d’étudier l’implication de mécanismes plus généraux de recyclage des nutriments dans la remobilisation des métaux au cours de la sénescence foliaire, le rôle de l’autophagie a été testé chez A. thaliana. L’étude de plantes déficientes pour l’autophagie a montré l’implication de ce mécanisme dans l’efficacité d’utilisation des métaux et probablement dans leur remobilisation au cours de la sénescence. En combinant des études en champ sur le peuplier et de génétique moléculaire chez Arabidopsis, ce travail permet de proposer différentes pistes pour diminuer spécifiquement l’accumulation des ETM dans les feuilles de peuplier. / Since the early 1990s, various strategies have been proposed to rehabilitate trace element (TE) polluted areas by phytoremediation. Among these strategies, phytoextraction consists in TE uptake from soil and accumulation by plants. To implement this strategy, it has been proposed to use poplar due to its fast growth, its large biomass and its use in energy production. However, a substantial proportion of absorbed metals is accumulated in poplar leaves which fall in autumn. Thus, poplar phytoextraction efficiency may be limited if TE are not re-mobilized during autumn senescence. In this context, part of this thesis work has been carried out on the experimental field of Pierrelaye which was polluted by the spreading of sewage water from Paris. Among the 14 poplar genotypes growing on the field, we tried to identify those that efficiently remobilize leaf metals to perennial organs. Metal content, gene expression and correlative analyses have been undertaken, providing new insight in the management of metals in leaves. Because the vacuole is the main metal storage compartment in the cell, NRAMP (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein) vacuolar efflux proteins previously identified in Arabidopsis thaliana are good candidates to enhance leaf metal remobilization. Characterization of their homologues in poplar was therefore undertaken by expression in yeast and in A. thaliana. In order to independently control the transport of essential and non-essential metals by NRAMP, a study aiming to identify the structural determinants involved in selectivity was undertaken. Expression of NRAMP mutants affected in their selectivity in A. thaliana highlighted their impact on metal accumulation and tolerance. To study the involvement of more general nutrient recycling mechanisms in metal remobilization during leaf senescence, the involvement of autophagy was tested in A. thaliana. Physiological characterization of autophagy deficient plants indicated that this mechanism plays a role in metal use efficiency and probably in metal remobilization during senescence. By combining a field approach on poplar and molecular genetics in Arabidopsis, this work opens multiple perspectives to specifically reduce the accumulation of TE in poplar leaves.

L'objectif de cette recherche est d’explorer de nouvelles voies dans le domaine de la détection de gaz en ajustant finement la nature chimique, la texture et la morphologie de la couche active pour concevoir de nouveaux capteurs de gaz sélectifs. Ainsi, l’obtention de matériau présentant une haute sélectivité vis-à-vis des gaz constitue un enjeu majeur dans le domaine des capteurs de gaz. Notre approche est basée sur la conception de précurseurs moléculaires uniques - les alcynylorganoétains - qui contiennent toutes les fonctionnalités requises pour obtenir des matériaux hybrides stables par le procédé sol-gel, ces matériaux permettant une détection sélective des gaz nocifs / toxiques. Puis, les propriétés de détection de gaz de ces matériaux ont été comparées à celles de nanoparticules de dioxyde d'étain (SnO2) synthétisées à pression autogène. Une série de matériaux fonctionnels à base d'organooxoétains a été déposé sous forme de films minces films par le procédé d’enduction centrifuge puis ces films ont été caractérisés par des mesures de XRD, FT-IR, RAMAN, AFM, SEM, TEM, sorption d’azote et TGA-DTA. Les études de détection de gaz montrent que l'un des oxydes d'organoétain hybride présente une réponse sélective de détection de gaz tels que le CO, H2, l'éthanol, l'acétone et le NO2, tandis que les nanoparticules SnO2 conduisent à une détection non sélective des m^mes gaz dans les mêmes conditions. Ainsi, la meilleure sélectivité vis-à-vis du CO (à 100 et 200 ppm), de H2 (à 100, 200 et 400 ppm) et de NO2 (à 1, 2, 4 et 8 ppm) a été obtenue à 100 ° C pour le matériau hybride organostannique tandis que ce matériau ne conduisait à aucune réponse avec l’éthanol et l’acétone. Par ailleurs, les films de SnO2 nanoparticulaire sont sensibles à tous les gaz testés à de faibles concentrations (CO: 10 ~ 100 ppm, NO2: 0,5 à 4 ppm, H2: 100 à 800 ppm, acétone: 25 à 200 ppm, éthanol : 10 ~ 100 ppm) sur une plage de température comprise entre 200 et 400 °C. En outre, la sélectivité des matériaux SnO2 vis-à-vis de NO2 (entre 0,5 à 4 ppm) peut être optimisée en contrôlent bien la température de détection. Enfin, les matériaux à base d’organoétains et de dioxyde d’étain présentent une capacité de détection de gaz très élevée à de faibles concentrations en gaz. Ces résultats ont permis de développer une classe de matériaux entièrement nouvelle pour la détection sélective de gaz ainsi offrent la possibilité d'intégrer une fonctionnalité organique dans les oxydes métalliques capables de détecter les gaz. / The ultimate objective of this research is to draw new prospects in the gas sensing field by finely tuning the chemical nature, the texture and the morphology of the active layer to develop new type selective gas sensors. High gas selectivity has been a challenging issue during the past decades in the gas sensing area. Our approach is based on the design of molecular single precursors – alkynylorganotins which contain suitable functionalities required to obtain stable hybrid materials by the sol-gel method exhibiting selective gas detection towards harmful/toxic gases. Their gas sensing properties have been compared with those of tin dioxide (SnO2) nanoparticles synthesized by the hydrothermal route. A series of functional organooxotin-based materials have been processed as films by the spin or drop coating method and characterized by XRD, FT-IR, RAMAN, AFM, SEM, TEM, N2 sorption and TGA-DTA measurements. Gas sensing studies show that one of the hybrid organotin oxides exhibits an outstanding selective gas sensing response towards various gases, such as CO, H2, ethanol, acetone and NO2 whereas SnO2 nanoparticles present non-selective gas sensing ability under the same experimental condition. Thus, the best gas selectivity toward CO (at 100 and 200 ppm), H2 (at 100, 200 and 400 ppm) and NO2 (at 1, 2, 4 and 8 ppm) was achieved at 100 °C for the hybrid organooxotin-based film, however, it showed no response to ethanol/acetone at the same working temperature. On the other hand, the nanoparticulate SnO2 films prepared are sensitive to all the gases tested at low concentrations (CO: 10~100 ppm; NO2: 0.5~4 ppm; H2: 100~800 ppm; acetone: 25~200 ppm; ethanol: 10~100 ppm) in an operating temperature range from 200 to 400 °C. Moreover, the selectivity of SnO2 materials towards NO2 (between 0.5 ~ 4 ppm) can be optimized by well-manipulating the sensing temperatures. Finally, both organooxotin-based and tin oxide-based materials display superior gas sensing ability at low gas concentrations which opens a fully new class of gas sensing materials as well as a new possibility to integrate organic functionality in gas sensing metal oxides.

Cette thèse est consacrée à l'étude des processus de relaxation et d'élargissement collisionnel dans les premières polyades vibrationnelles des molécules tétraédriques. Dans une première partie, la dynamique interne particulière de ce type de molécules est décrite. Un second chapitre, essentiellement bibliographique, énumère les principaux phénomènes induits par les interactions moléculaires dans ces molécules. Une seconde partie développe des aspects plus théoriques relatifs au formalisme tensoriel adapté au calcul des positions et intensités des transitions infrarouges des molécules tétraédriques. Les bases théoriques pour le calcul des profils de bande et la modélisation semi-classique des élargissements et déplacements des raies de ces molécules sont aussi décrites. Une troisième partie présente des applications de ce formalisme au couple méthane - argon. Les sélectivités des processus de relaxation rotationnelle et les variations des élargissements des raies avec les nombres quantiques caractéristiques des transitions sont interprétées pour deux bandes vibrationnelles fondamentales du méthane.

Dans le contexte pétrolier d'une future mise sur le marché d'essences "zéro soufre", ce travail se propose de revisiter la problématique de l'hydrodésulfuration sélective des essences de FCC sur catalyseur CoMo/Al2O3, procédé ayant pour but de désulfurer au maximum cette coupe pétro-lière tout en minimisant l'hydrogénation des oléfines. Pour mieux comprendre les mécanismes réactionnels mis en jeu ainsi que de tenter de préciser le nombre de type de sites actifs présents sur le catalyseur, une approche expérimentale à l'aide de molécules modèles a été choisie afin d'étudier la cinétique des réactions d'HDS, d'HYD, d'isomérisation et de recombinaison des oléfines avec l'H2S. Ce travail a permis de confirmer l'existence d'un équilibre thermodynami-que entre les oléfines et les mercaptans ainsi qu'une adsorption compétitive des oléfines et des composés soufrés sur les mêmes sites actifs du catalyseur. Nous avons pu montrer que l'hydro-gène sulfuré gouverne à lui seul la sélectivité HDS/HYD, et ce quel que soit l'ajout de compo-sés annexes (composés azotés, xylènes, hydrogène...) dans le milieu réactionnel. Un modèle cinétique basé sur l'existence d'un seul type de sites actifs a permis d'expliquer une grande par-tie des résultats obtenus au cours de ce travail.

Les métallochaperones à cuivre assurent l'acheminement des ions Cu(I) vers des protéines cibles dans la cellule. Les métallochaperones de la famille d'Atx1 présentent une forte homologie de séquence et le même repliement. MerP, une métallochaperone à mercure, partage ces même caractéristiques de séquence et de structure. <br />Cette thèse vise à mettre en évidence des propriétés dynamiques et structurales responsables de la sélectivité des métallochaperones pour le Cu(I) ou le Hg(II) . Des simulations de dynamique moléculaire des métallochaperones à cuivre, Atx1 et Hah1, et de MerP, dans leurs formes apo, et liées au Cu(I) ou au Hg(II), ont révélé des caractéristiques dynamiques et énergétiques communes aux trois métallochaperones quand elles chélatent leur métal natif. Un réseau d'interactions entre la boucle du site de chélation du métal et deux autres boucles situées autour de ce site, a été identifié et varie d'un état métallé à l'autre. Il pourrait ainsi définir une éventuelle sélectivité pour les métaux. La boucle du site de chélation montre une grande structuration en présence de métal, accompagnée d'une rigidification si ce métal est le métal natif. Les expériences d'absorption de rayons X du Cu(I) chélaté par Atx1 ont montré que le Cu(I) possède toujours une géométrie trigonale dont les ligands sont les deux cystéines du site de chélation, et un ligand endogène ou exogène. Atx1 présente donc au Cu(I) une géométrie qui lui est préférentielle. Cette propriété est un déterminant de la sélectivité au Cu(I) par rapport à d'autre métaux. En présence de glutathion, le complexe Atx1-Cu(I) forme un homodimère binucléaire associé à deux molécules de glutathion. L'implication de ce ligand exogène est proposée comme un facteur de sélectivité in vivo d'Atx1 pour le Cu(I) , et pourrait favoriser la reconnaissance par Atx1 de sa protéine cible.

Le manque de sélectivité des capteurs de gaz à base d'oxyde métallique est la principale limite à leur utilisation. Afin de pallier ce problème, nous avons proposé dans ce travail une solution basée sur la combinaison de plusieurs capteurs et de méthodes de traitement de données. Pour ce faire, un banc de test incluant une matrice composée de plusieurs capteurs a été réalisé. Nous avons étudié deux procédures de chauffage des capteurs (mode isotherme et modulation thermique). L'analyse en composantes principales et les réseaux de neurones artificiels ont été utilisés pour traiter les données issues des capteurs. La première méthode de chauffage, appliquée à une matrice de six capteurs, a permis de classer et d'identifier cinq gaz (CO, NH3, H2S, C2H2 et NO) à une concentration de 100 ppm. De plus, nous avons pu mesurer la concentration de CO et NO en mélange avec une erreur acceptable (valeur du RMSEPr d'environ 10 %). La deuxième procédure de chauffage, utilisée avec une matrice de quatre capteurs, a permis d'identifier trois gaz (CO, C2H2, H2S) avec des concentrations variant de 25 ppm à 100 ppm.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le stockage de données par holographie suscite un intérêt renouvelé. Il semble bien placé pour conduire à une nouvelle génération de mémoires optiques aux capacités et débits de lecture bien supérieurs à ceux des disques optiques actuels basés sur l'enregistrement dit surfacique. Dans ce travail de thèse, nous proposons une nouvelle architecture de stockage optique de données qui s'inspire du principe de la photographie interférentielle de Lippmann. Les informations y sont inscrites dans le volume du matériau d'enregistrement sous la forme de pages de données par multiplexage en longueur d'onde en exploitant la sélectivité de Bragg. Cette technique, bien que très voisine de l'holographie, n'avait jamais été envisagée pour le stockage à hautes capacités. L'objectif de la thèse a été d'analyser cette nouvelle architecture afin de déterminer les conditions pouvant conduire à de très hautes capacités. Cette analyse s'est appuyée sur un outil de simulation numérique des processus de diffraction en jeu dans cette mémoire interférentielle. Elle nous a permis de définir deux conditions sous lesquelles ces hautes capacités sont atteignables. En respectant ces conditions, nous avons conçu un démonstrateur de mémoire dit de " Lippmann " et avons ainsi démontré expérimentalement que la capacité est bien proportionnelle à l'épaisseur du matériau d'enregistrement. Avec une telle architecture, des capacités de l'ordre du Téraoctet sont attendues pour des disques de 12 cm de diamètre.

Les aculéatines et FR235222 sont deux familles de molécules d’origine naturelle qui agissent de façons très efficaces sur les parasites intracellulaires de la famille des apicomplexes, responsables notamment du paludisme ou de la toxoplasmose. Dans la première partie de ces travaux, nous avons développé une nouvelle réaction cascade d’oxydation phénolique en « un pot » utilisant un réactif à base d’iode hypervalent en quantité catalytique. Cette stratégie de synthèse flexible et hautement modulable en peu d’étapes, permettra d’accroître l’accessibilité vers de nouveaux analogues aculéatines bioactives. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à FR235222, un HDACi (inhibiteur des histones désacétylases) qui cible les HDACs de la classe I chez l’homme et l’HDAC3 chez le parasite T. gondii responsable de la toxoplasmose. Les HDACs sont des protéines qui jouent un rôle important dans le contrôle des mécanismes épigénétiques. Dans cette étude, un analogue fluorescent du produit naturel a été synthétisé et a permis de confirmer la cible de FR235222 chez l’homme grâce à des études de localisation cellulaire. Par la synthèse et l’évaluation de l’activité HDACi de nouveaux analogues, associées à des études de modélisation moléculaire, nous avons démontré pour la première fois que la tête chélatante céto-hydroxyle et la flexibilité du linker sont responsable de cette sélectivité sur les HDACs de la classe I humaine. Enfin, grâce à ses résultats et à l’identification de différences structurales entre l’HDAC3 humaine et parasitaire, des études de prédiction (docking) ont permis de dégager des caractéristiques essentielles d’un HDACi potentiellement sélectif sur les parasites apicomplexes. / Aculeatins and FR235222 are two families of natural products that are highly effective against apicomplexan parasites, responsible for malaria and toxoplasmosis. In the first part of this work, we developed a new reaction involving a “one pot” phenolic oxidation cascade sequence using a hypervalent iodine reagent in catalytic condition. This flexible synthetic strategy will increase accessibility to new aculeatin derivatives to achieve bioactive compounds. In the second part, we were interested in FR235222, an HDACi (histone deacetylase inhibitor) which targets the class I human HDAC and parasite T. gondii HDAC3 responsible for toxoplasmosis. HDACs are proteins that play an important role in the control of epigenetic mechanisms. In this study, a FR235222 fluorescent derivative was synthesized to confirm the FR235222 target in human cells through cellular localization studies. The synthesis and assessment of the activity of new HDACi analogues, combined with molecular modelisation studies, allowed to demonstrate for the first time that the keto-hydroxyl zinc binding group and the flexibility of the linker would be responsible for this selectivity on human class I HDACs. Finally, with these results in hand and the identification of structural differences between human and parasitic HDAC3, prediction studies (docking) have revealed structural determinants to design inhibitors selective for apicomplexan parasites HDACi.

Le kinome humain comprend 518 protéines. Elles participent au processus de phosphorylation des protéines qui joue un rôle important dans les voies de signalisation cellulaire. Leur dérégulation est connue comme étant une cause de nombreuses maladies graves telle que les cancers. Du fait de leur grande similarité structurale des protéines kinases, il est difficile de développer des inhibiteurs qui soient à la fois efficaces et sélectifs. L’absence de sélectivité conduit le plus souvent à des effets secondaires particulièrement néfastes pour l’organisme. Au cours de cette thèse, nous avons d’abord développé de nouvelles métriques dont le but est de déterminer la sélectivité d’inhibiteurs à partir de données d’inhibition. Elles présentent l’avantage, comparées à d’autres métriques, d’être applicables sur n’importe quel type de données. Dans un deuxième temps, nous avons développé une approche protéométrique dans le but de comprendre pourquoi certaines protéines kinases ne sont jamais inhibées par des inhibiteurs de Type II. Le modèle statistique mis en place nous a permis d’identifier plusieurs résidus discriminants dont certains déjà décrits expérimentalement dans la littérature. Dans un troisième temps, nous avons développé un nouveau descripteur 3D de protéines kinases avec lequel nous avons mis en place et validé des modèles protéo-chimiométriques visant à étudier et découvrir de nouveaux inhibiteurs. / The human kinome contains 518 proteins. They share a common mechanism of protein phosphorylation known to play an important role in cellular signaling pathways. Impaired kinase function is recognized to be involved in severe diseases like cancer. Due to high structural similarity between protein kinases, development of potent and selective kinase inhibitors is a challenging task. The selectivity of kinase inhibitors may lead to side effects potentially harmful. In this thesis, we first developed new selectivity metrics to determine inhibitor selectivity directly from biological inhibition data. Compared to existing metrics, the new selectivity scores can be applied on diverse inhibition data types. Second, we developed a proteometric approach in order to understand why some protein kinases are never inhibited by Type II inhibitors. The statistical model built for this purpose allowed us to identify several discriminant residues of which few of them correspond to experimentally described residues of interest. Third, using a new 3D protein kinase descriptor, we developed and validated novel proteo-chemometrics approaches to study and discover new kinase inhibitors.