La prédiction des cinétiques de précipitation dans les alliages métalliques est un enjeu industriel majeur. Cette étude, dont le sujet principal est la modélisation de la précipitation homogène en dynamique d'amas, traduit la volonté d'aboutir à une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu. Dans un premier temps, un domaine d'accord a pu être trouvé entre cette technique et les outils basés sur la théorie classique de la germination. L'influence de la précision du calcul de l'énergie libre des amas sur les cinétiques de germination a ensuite été étudiée lors de comparaisons entre la dynamique d'amas et Monte Carlo Cinétique, sur les systèmes binaires fer-cuivre, aluminium-zirconium et aluminium-scandium. L'accord obtenu a permis le développement d'un modèle de dynamique d'amas prenant en compte l'absence partielle de stoechiométrie des précipités L12 Al3ZrXSc1-X dans les alliages ternaires AlZrSc dont les résultats de simulation ont été confrontés à des simulations Monte Carlo Cinétique. Ce système a également fait l'objet d'une caractérisation expérimentale en diffusion centrale des rayons X et en microscopie électronique en transmission. Elle a permis de suivre l'évolution, durant les premiers stades de la précipitation, de la fraction précipitée, du rayon moyen des particules ainsi sur les alliages AlZrSc que de leur composition. Les études tant théoriques qu'expérimentales ont mis en évidence la forte compétition entre les chemins thermodynamiques préférentiels et cinétiques ainsi que l'effet de la ségrégation du zirconium à la surface des précipités sur les cinétiques de coalescence.

Le procédé de fabrication de la silice précipitée, destinée au renforcement d'élastomères inclut une étape de filtration qui permet de récupérer dans la dispersion issue de la synthèse, des agglomérats, puis d'éliminer les sels et les impuretés par une procédure de lavage avant un séchage et une mise en forme. Cette étude a pour but de corréler l'organisation multi-échelle des agglomérats de silices précipitées avec les propriétés mécaniques et hydrodynamiques des dépôts formés en filtration avec ou sans élimination des sels ou impuretés. Des silices issues de différentes synthèses industrielles sont étudiées par des techniques de diffusion de rayons X aux petits angle (SAXS). Ces investigations nous permettent de quantifier plusieurs échelles d'organisation dans les agglomérats : celle des particules primaires et celle d'agrégats composés de particules primaires consolidées. Deux modélisations de l'organisation multi- échelle sont discutées : l'une de type poupées gigogne, l'autre de type collier de perles. Les propriétés structurelles, mécaniques et hydrodynamiques des dépôts de filtration obtenus pour différentes pressions à partir de ces silices font l'objet d'investigations menées par des expériences de diffusion aux petits angles, de compression osmotique, de filtration et de lavage. De ces travaux, il ressort que pour chaque système, deux grandeurs : le diamètre maximum des agrégats et le seuil de percolation correspondant à la formation d'un réseau mécaniquement résistant se corrèlent parfaitement avec la perméabilité hydraulique des dépôts obtenus par filtration. Nous montrons par ailleurs que l'on parvient à un niveau correct de prédiction de la vitesse de filtration par un modèle de Brinkman. Enfin, il apparait que l'élimination des sels ou impuretés réalisée lors de la procédure de lavage des dépôts ne modifie ni l'organisation locale dans les dépôts, ni la perméabilité hydraulique.

Les bruts lourds et extra-lourds ainsi que les résidus pétroliers issus des étapes de distillation constituent une réserve énergétique importante, alors que l'offre en pétroles légers s'appauvrit. Ces produits sont chargés en molécules lourdes et nécessitent des étapes de raffinage élaborées pour être convertis et valorisés. Une des limitations actuelles de ces procédés est la faible mobilité, au sein du réseau poreux des catalyseurs, des molécules auto-associées les plus lourdes : les asphaltènes. L'examen d'une littérature abondante montre que le comportement d'agrégation de ces espèces reste sujet à débat. Pour décrire et comprendre l'agrégation de ces molécules complexes, particulièrement dans les conditions de température des procédés, la diffusion de rayonnement a constitué la principale technique expérimentale de cette étude pour observer les systèmes colloïdaux sur une échelle de taille étendue (1 nm - 1 μm). La complémentarité des sondes (neutrons/rayons X/lumière, ainsi que statique/dynamique) a permis d'améliorer la sélectivité des modèles. Dans un premier temps, une étude approfondie des asphaltènes en solvants modèles a été menée pour décrire finement les différents états d'agrégation : des nanoagrégats de molécules sous la forme d'un disque plat organisés en coeur aromatique/couronne aliphatique s'associent en clusters polydisperses présentant une structure fractale. Dans un deuxième temps, ce schéma d'organisation a pu être étendu aux résidus de distillation. L'étude de fractions issues de nanofiltration a permis de montrer que ces fluides complexes sont assimilables à une suspension de particules. Leur comportement à haute température (300°C) a montré que si les clusters se dissocient à haute température, les nanoagrégats subsistent. Le schéma d'organisation et son évolution avec la température est en bon accord avec les variations de viscosité observées. Par la description approfondie de l'organisation colloïdale de ces systèmes en condition d'usage, les étapes de transport et de raffinage des produits pétroliers seront mieux appréhendées.

<p>The interactions between anionic, crosslinked gels and cationic surfactants have been investigated. When exposed to oppositely charged surfactant, the gel collapses into a dense complex of polyion and micelles. During deswelling, the gel phase separates into a micelle-rich, collapsed surface phase, and a swollen, micelle-free core, both still part of the same network. As more surfactant is absorbed, the surface phase grows at the expense of the core, until the entire gel has collapsed. Polyacrylate (PA) gels with dodecyl- (C₁₂TAB), and cetyltrimethylammonium bromide (C₁₆TAB), as well as hyaluronate gels with cetylpyridinium chloride, have been studied. </p><p>Kinetic experiments have been performed on macro- as well as microgels, using micromanipulator assisted light microscopy for the latter. A surfactant diffusion controlled deswelling model has been employed to describe the deswelling. The deswelling kinetics of PA microgels have been shown to be controlled by surfactant diffusion through the stagnant layer surrounding the gel, as the surface phase is relatively thin for the major part of the deswelling. For macroscopic PA gels the surface phase is thicker, and the kinetics with C₁₂TAB were therefore also influenced by diffusion through the surface phase, while for C₁₆TAB they were dominated by it. </p><p>Relevant parameters have also been determined using equilibrium experiments. An irregular, balloon-forming deswelling pattern, mainly found for macrogels, as well as unexpectedly long lag times and slow deswelling for microgels, are reported and discussed. </p><p>The microstructure of fully collapsed PA/C₁₂TAB complexes has been studied using small-angle X-ray scattering. A cubic <i>Pm3n</i> structure was found at low salt concentration, which melted into a disordered micellar phase as the salt concentration was increased. Further increasing the salt concentration dissolved the micelles, resulting in no ordering.</p>

The interactions between anionic, crosslinked gels and cationic surfactants have been investigated. When exposed to oppositely charged surfactant, the gel collapses into a dense complex of polyion and micelles. During deswelling, the gel phase separates into a micelle-rich, collapsed surface phase, and a swollen, micelle-free core, both still part of the same network. As more surfactant is absorbed, the surface phase grows at the expense of the core, until the entire gel has collapsed. Polyacrylate (PA) gels with dodecyl- (C12TAB), and cetyltrimethylammonium bromide (C16TAB), as well as hyaluronate gels with cetylpyridinium chloride, have been studied. Kinetic experiments have been performed on macro- as well as microgels, using micromanipulator assisted light microscopy for the latter. A surfactant diffusion controlled deswelling model has been employed to describe the deswelling. The deswelling kinetics of PA microgels have been shown to be controlled by surfactant diffusion through the stagnant layer surrounding the gel, as the surface phase is relatively thin for the major part of the deswelling. For macroscopic PA gels the surface phase is thicker, and the kinetics with C12TAB were therefore also influenced by diffusion through the surface phase, while for C16TAB they were dominated by it. Relevant parameters have also been determined using equilibrium experiments. An irregular, balloon-forming deswelling pattern, mainly found for macrogels, as well as unexpectedly long lag times and slow deswelling for microgels, are reported and discussed. The microstructure of fully collapsed PA/C12TAB complexes has been studied using small-angle X-ray scattering. A cubic Pm3n structure was found at low salt concentration, which melted into a disordered micellar phase as the salt concentration was increased. Further increasing the salt concentration dissolved the micelles, resulting in no ordering.

Cette thèse décrit deux études expérimentales distinctes sur des couplages originaux entre un cristal liquide et des surfactants.<br />La première étude porte sur l'organisation de systèmes lyotropes (surfactants et eau) dans un solvant thermotrope anisotrope (cristal liquide). L'existence d'une phase baptisée « nématique transparente » dans un tel système mixte thermotrope-lyotrope de type microémulsion a été en effet récemment débattue. Des expériences de diffusion dynamique de lumière, au voisinage de la transition isotrope-nématique, laissait supposer l'apparition d'une phase intermédiaire, résultant de la compétition entre l'apparition d'un ordre nématique dans le solvant et des effets d'ancrages sur les agrégats.<br />Nous avons caractérisé, dans un premier temps, par diffusion de rayonnement X et neutrons, la morphologie et les interactions d'agrégats, composés de bromure de didodecyldimethylammonium (DDAB) et d'eau, dans le cristal liquide 4-n-pentyl-4'-cyanobiphenyl (5CB) en phase isotrope. L'étude de l'évolution des diagrammes de phases couplée à des expériences de diffusion (X, Lumière et neutrons) a permis de montrer que l'ajout de cosurfactants permettait de faire varier continûment la taille des nanoagrégats. L'ensemble de nos données expérimentales s'explique bien par la présence d'interactions fortes de Van der Waals entre micelles, ce qui justifie en particulier l'absence de transition microémulsion/ lamellaire gonflée dans ce système. L'analyse des facteurs de structure a permis par ailleurs de mettre en évidence une seconde interaction attractive entre micelle, causée par les fluctuations paranématiques du cristal liquide, intervenant essentiellement à l'approche de la transition isotrope-nématique du cristal liquide. Nous discutons de cette nouvelle interaction à la lumière des résultats de nos expériences de diffusion.<br />La deuxième étude porte sur les émulsions directes eau-cristal liquide en présence de surfactants amphotropes que nous avons synthétisés et caractérisés par RMN. La formulation de ces surfactants visait à renforcer leur localisation exclusive à l'interface eau-cristal liquide. Les émulsions obtenues montrent la formation spectaculaire de gouttes allongées cylindriques de type filaments. Les propriétés statiques et dynamiques de ces objets ont été explorées et l'origine de cette instabilité est explicitée. La longueur des microtubes est modifiable par des gradients de concentration ou des variations de température ce qui nous a permis de discuter du mécanisme régissant leur morphologie.

This thesis explores the complex relationship between food protein structure and digestibility. Food proteins are important nutrients that play a central role in controlling the textural properties of many foods. Processing of food proteins may alter the protein aggregate structure and digestibility. The degree of protein aggregation during food processing depends on the denaturing conditions and the presence of other food components. Sugars and lipids may contribute to protein glycation and protein cross-linking via the Maillard reaction. Furthermore, amino acid residues of food proteins may be chemically modified during processing, thereby influencing both the structure and the nutritional value of proteins. An in vitro digestibility assay was used to investigate the relationship between protein aggregate structure and protein digestibility. Raw and boiled egg whites were exposed to a wide range of conditions: pH 2 - 12, in the presence and absence of 200 mM NaCl. It was found that pH and NaCl treatment prior to in vitro digestion resulted in significantly different protein ultrastructures, but did not markedly influence protein digestibility under the tested conditions. Raw egg white was less digestible than boiled egg white under all test conditions. The inclusion of Maillard reaction partners caused protein cross-linking concurrent with a decrease in digestibility. The digestibility decreased with the reactivity of the Maillard reaction partner and with increasing heating time. Proteomic analysis, using tandem mass spectrometry, of raw and heated egg white showed an increase in hydrothermally induced amino acid modifications. In the presence of glucose and methylglyoxal, a Maillard reaction specific increase in arginine modification to hydroimidazolone was observed with increasing heating times. The observed modifications are likely to contribute to a change in the nutritional quality of egg white. Aggregation kinetics of the major egg white protein, ovalbumin, were studied by dynamic light scattering, small angle X-ray scattering, and transmission electron microscopy. Shape determination was only possible for ordered aggregates, but not for disordered aggregates. Prior to heating, ovalbumin molecules in the presence of water and glucose repelled each other in concentrated solution. The presence of NaCl shielded electrostatic repulsion, leading to early onset dimerisation and disordered aggregation upon heating. Methylglyoxal treated ovalbumin formed more ordered aggregates. The scattering of these structures was able to be fitted to cylindrical shape models showing an increase of cylinder length with time while the cylinder diameter remained near constant over 24 hours of heating. In addition, food protein derived amyloid fibril aggregates were characterised. Amyloid fibrils are a common ordered protein fold that has been linked to neurodegenerative diseases. In the recent literature, amyloid fibrils have been proposed as new functional macromolecules in proteinaceous foods because of their desirable textural properties. Food fibrils formed from whey, egg white, soy bean and kidney bean protein were tested to establish whether they are protease resistant or display toxicity to human Caco-2 cells (a model intestinal cell line). The food fibrils were compared to insulin amyloid fibrils, a well characterised amyloid system. It was shown that the food fibrils displayed some resistance towards in vitro hydrolysis and were not found to be toxic. This work contributes to the understanding of food protein aggregation and digestibility under relevant conditions. It highlights the relationship of aggregate structure and digestibility and the particular role of the Maillard reaction. Moreover, evidence is provided that food protein derived amyloid fibrils may be safe ingredients in consumables. These findings may contribute to optimising industrial food processes and creating safe new food products.

Les bactéries utilisent un mode de communication appelé quorum sensing pour régulerl'expression des gènes en fonction de la densité de population et contrôler ainsi de façonmulticellulaire des processus tels que la sporulation, la compétence ou la virulence. Chez les bactériesà Gram-positif, le quorum sensing repose principalement sur la production, la sécrétion et la détectionde petits peptides de signalisation.Le projet porte sur l'étude du système quorum sensing: NprR/NprX chez Bacillus cereus, oùNprR est l'effecteur qui reconnait spécifiquement le peptide de signalisation NprX. NprR est uneprotéine bi-fonctionnelle. Seule, elle agit en tant qu'inhibiteur de la sporulation, en complexe avecNprX, elle perd sa fonction initiale au profit d'une activité facteur de transcription impliquée dans lavirulence. NprR appartient à une famille d'effecteurs de quorum sensing appelée RNPP (Rap, NprR,PlcR et PrgX) encore mal caractérisée au niveau structural. Mon projet de thèse a consisté en l'analysestructure-fonction du système NprR/NprX.Pour comprendre la régulation fonctionnelle de NprR par NprX, des études en solution (SECMALSet DLS) ont permis de mettre en évidence un switch moléculaire qui repose sur un changementd'oligomérisation. Ainsi NprX fait basculer NprR d'une conformation Apo dimérique à uneconformation compléxée tétramérique.L'étude structurale par cristallographie a aboutit à la résolution de la structure du complexeNprR/NprX. L'analyse de ce tétramère suggère la reconnaissance de 2 sites distincts sur l'ADN.L'étude structurale par SAXS, a quant à elle, permis de proposer une conformation dimérique de laforme Apo NprR, modèle conforté grâce à une étude par mutagénèse dirigée des résidus d'interface. Ils'agit d'un mode de dimérisation semblable à celui des protéines Rap (membres de la famille RNPP).La caractérisation par ITC de l'interaction NprR/NprX avec différentes formes du peptide,ainsi que l'analyse de la poche de fixation du complexe, ont permis de mieux comprendre la spécificitéd'interaction et de mettre en évidence deux résidus clés de l'effecteur : l'Asn275 essentielle à lafixation du peptide et l'Arg 126 essentielle à l'activation de la fonction facteur de transcription.Ces travaux ont contribué à une meilleure compréhension du système quorum sensingNprR/NprX grâce à l'élucidation du switch moléculaire contrôlé par NprX mais aussi à une meilleureconnaissance de la famille d'effecteurs RNPP.

La squalénisation est la base d'une nouvelle et très prometteuse nanotechnologie. Le concept repose sur l'observation que la conjugaison d'un analogue nucléosidique ayant une activité thérapeutique à une molécule de squalène conduit à la formation spontanée dans l'eau de nanoparticules, de diamètre compris entre 100 et 300 nm, montrant une activité très supérieure à celle de l'analogue nucléosidique seul. Au cours de cette thèse nous avons cherché à comprendre les relations entre la nature de la paire drogue-terpénoide, la structure des nanoparticules et leur activité biologique. Pour cela, d'une part différents nucléosides et analogues nucléosidiques ont été couplés de façon covalente au squalène et d'autre part la gemcitabine a été couplée à des dérivés terpénoides de longueurs croissantes. L'organisation supramoléculaire de ces composés a été déterminée par diffusion des rayons X aux petits angles et cryo-microscopie électronique. L'influence des conditions de nanoprécipitation sur la structure des nanoparticules a été étudiée. L'impact de l'organisation supramoléculaire des nanoparticules sur leur internalisation cellulaire et leur cytotoxicité a été mis en évidence pour certaines lignées.

Les petites GTPases de la famille Arf, régulateurs majeurs du trafic membranaire, sont activé par plusieurs familles de facteurs d'échange nucléotidiques (ArfGEFs). Les ArfGEFs jouent un rôle essentiel dans l'intégration des signaux de régulation qui conduisent à l'activation d'Arf au niveau de compartiments cellulaires spécifiques, cependant les mécanismes par lesquels ils ciblent les Arfs activés aux membranes spécifiques et leur coordination avec l'échange de nucléotide reste peu comprise. Nous utilisons ici la cristallographie et la reconstitution des activités ArfGEF sur des membranes artificielles pour analyser ces mécanismes pour un ArfGEF humain atypique, impliqués dans l'endocytose de récepteurs et associé à l'invasion tumorale dans de nombreuses cellules cancéreuses. Les membres de cette famille ont été décrits comme des GEFs spécifique d'Arf6, et comporte un domaine de type PH après leur domaine Sec7. Dans la deuxième partie de ma thèse, nous voulions savoir comment les isoformes Arf1 et Arf6 achevaient leurs fonctions dans la cellule. Arf1 et Arf6 sont très similaires: elles possèdent plus de 60% d'identité de séquence, et des études structurales ont montré que la surface qu'ils utilisent pour interagir avec leurs régulateurs et effecteurs est essentiellement identique en séquence et en structure. Cependant, elles ont des fonctions différentes dans la cellule et des propriétés différentes in vitro, pour lesquelles aucune donnée structurale n'a donné d'explications. Nous utilisons ici la cristallographie, le SAXS et la RMN pour comprendre la différence entre ces deux isoformes.