Rapport de recherche bibliographique DESS : Réseaux d'information et document électronique : Villeurbanne, ENSSIB : 2002.

Dans les discours des institutions internationales et nationales les technologies d'information et de communication sont souvent présentées comme un outil pratiquement infaillible pour réduire l'hétérogénéité spatiale et en particulier pour servir de pilier à la croissance des pays en voie de développement. Toutefois, l'observation de la distribution des réseaux de télécommunication en Inde montre qu'il reproduit les disparités de la distribution des richesses et d'autres infrastructures (réseau électrique...). Afin de comprendre le phénomène et de déterminer quelles sont les dynamiques effectivement à l'œuvre il convient d'étudier l'insertion des moyens de communication dans le cadre d'une activité fortement marquée par l'incarnation matérielle de ces produits. L'étude de l'utilisation de différents moyens de communication par les entrepreneurs de la filière de la soie à Bangalore (Karnataka, Inde) permet de déterminer que la taille et l'orientation commerciale des entreprises sont des facteurs déterminants de l'intensité de l'usage des moyens de télécommunication et du nombre de moyens adoptés. Les moyens de communication traditionnels, la rencontre en particulier restent, malgré tout, très pratiqués. En outre, la diffusion d'Internet comme outil pour la pratique du commerce électronique est essentiellement motivée par la perspective de conquérir des marchés internationaux mais l'utilisation effective de site Internet ne suscite pas l'enthousiasme de la plupart des entrepreneurs.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Histoire : Lyon 2 : 2002. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

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Les protéines fibreuses (kératine, élastine, collagène, fibroïne…) représentent 1/3 des protéinesconstitutives des mammifères et des oiseaux. Ce sont des protéines qui ont une fonction de protection et/oumécanique. La soie apparait comme le système le plus « simple » car elle est principalement constituée demotifs de répétition à base d’alanine et de glycine, deux petits acides aminés. Certaines soies présentent despropriétés mécaniques comparables ou supérieures à celles des fibres synthétiques et seraient susceptiblesd’être de nouveau largement utilisées dans des applications techniques (par exemple biomédicales) si lavariabilité de leurs propriétés était maîtrisée. Ce travail porte sur la structure des soies grèges ou décreuséesde Bombyx mori (ver à soie domestique), de Nephila madagascariensis (araignée sauvage, fibre sansenveloppe de séricine), de Bombyx mori génétiquement modifié (incluant un gène de Nephila) et sur unesoie recombinante 4RepCT (Escherichia coli). La soie est analysée par spectrométrie Raman (et IRTF) ettraction uni-axiale, ainsi que par le couplage de ces méthodes. L’analyse de la région des bas nombresd’onde en spectroscopie Raman a permis de caractériser des régions ordonnées de 2 à 3 μm de long etdistantes d’environ 60 μm. Il s’agit de la première mise en évidence d’une hétérogénéité de structure de lasoie. Le couplage avec la traction uni-axiale montre une sollicitation de ces régions ordonnées sousdéformation, suggérant une organisation de la soie selon le modèle de Prevorsek, c’est à dire qu’une mêmechaîne macromoléculaire appartient à la fois à des régions amorphes et à des régions ordonnées. L’étudestatistique des propriétés mécaniques de la soie de ver et d’araignée montre une grande distribution, maisune bonne stabilité dans le temps (dizaines d’années). La modification génétique ne procure pasd’amélioration des propriétés mécaniques de la fibre, seulement une légère diminution de la variabilité.Diverses stratégies sont mises en oeuvre pour tenter d’échapper à cette variabilité : production bactérienne,solubilisation de la soie et régénération sous forme de films. Le rôle de l’eau lors de la biosynthèse de lasoie, ainsi que l’effet de divers paramètres (filtration, pH, séchage…) lors de la préparation des films ont étéétudiés. Nous avons pu confirmer que la présence d’agrégats de protéines favorise l’organisation dans lesfilms et 2 types de films ont donc été préparés. Les films les plus amorphes présentent les propriétésmécaniques les plus intéressantes, même si elles n’atteignent de quelques % de celles des fibres. Lafabrication de composites à matrice de soie régénérée renforcée par des fibres de soie permet d’augmenterla résistance et la déformation à rupture. Ces premiers résultats sont encourageants pour le développementde matériaux composites fibres de soie/matrice de soie régénérée. / Fibrous proteins (keratin, elastin, collagen, fibroin ...) make up to one third of the proteins ofmammals and birds. They are structural proteins with a protective and/or mechanical function. Silk appearsto be the ‘simplest’ model because it mainly consists of two small amino acids residues (alanine andglycine). Some silks have comparable or superior mechanical properties compared to those of syntheticfibres and could be used in technical applications (e.g. biomedical) if the variability of their properties canbe controlled. This work focuses on the structure of silks from: Bombyx mori (domestic silkworm)degummed or not, Nephila madagascariensis (wild spider, no sericin coating), GM Bombyx mori (includinga gene of Nephila) a recombinant spider silk 4RepCT (Escherichia Coli). Silk is analyzed by Ramanspectroscopy (and FTIR), uni-axial tensile testing, and also by the coupling of these methods. The analysisof the low wavenumbers region in Raman spectroscopy allowed the characterization of ordered regions of 2to 3 microns separated by about 60 microns. This is the first evidence of the heterogeneous structure ofsilk. Coupling with the uni-axial tensile test shows that these ordered regions are stressed under macroscopicdeformation, suggesting silk organization according to Prevorsek’s model, i.e. that the samemacromolecular chain belongs to both amorphous and ordered regions. The statistical study of themechanical properties of silkworm and spider silks shows great dispersion, but a good stability over time(decades). Genetic modification does not improve the fibres mechanical properties but a slight decrease intheir variability. Various strategies have been investigated to control the variability: bacterial production,solubilization of silk and films regeneration. The role of water in silk biosynthesis, as well as the effect ofvarious parameters (filtration, pH, drying ...) during the preparation of the films were studied. It wasconfirmed that the presence of protein aggregates promotes the organization in film and two types of filmswere prepared. The most amorphous ones have the most interesting mechanical properties, though only afew percent of those from the starting fibres. The fabrication of regenerated silk matrix compositesreinforced by silk fibres increases the strength and strain to failure. These initial results are encouraging forthe development of silk fibres/regenerated silk matrix composite materials.

Cette thèse a visé à comprendre et à recréer artificiellement un mécanisme d'auto-assemblage présent dans la soie d'araignée. Les gouttes de glue microniques qui existent sur la soie d'araignée dîte de capture servent à fournir à la toile ses propriétés adhésives. Ces gouttes jouent pourtant un autre rôle : elles améliorent grandement les propriétés mécaniques de la soie, et permettent de préserver l'intégrité structurelle de la toile. La localisation de l'instabilité de flambage au sein des gouttes de glue, site de surcompression par les ménisques capillaire, implique que ce système de gouttes sur fibre se comporte sous compression comme un liquide, alors que sous tension il possède un régime solide. Les araignées ont donc trouvé un moyen de créer des hybrides mécaniques liquide-solide.La première partie de ma thèse fut dédiée à la caractérisation d'échantillons naturels, qui a permis dans la seconde partie de construire un système entièrement artificiel qui reproduit la soie d'araignée de capture, grâce à des microfibres flexibles longues de plusieurs centimètres. Une simple goutte de liquide mouillant permet la création efficace d'un système semblable aux échantillons naturels. La caractérisation fine de ces systèmes de gouttes sur fibre enroulables a mené à un très bon accord entre les résultats expérimentaux, les simulations numériques et une analogie avec les transitions de phase, notamment pour des propriétés telles que le seuil d'activation, l'existence d'une hystérésis ou encore la morphologie de l'enroulement. Ces résultats ont permis la conception de techniques non conventionnelles dans des domaines tels que les méta-matériaux et la micro-fabrication. / This PhD work aimed to understand and recreate artificially a self-assembling mechanism involving capillarity and elasticity present in spider silk. The primary function of the micronic glue droplets that exist on spider capture silk is to provide the spider web with adhesive properties. These droplets play yet another role: the dramatic enhancement of silk mechanical properties, as well as the preservation of the integrity of the web structure. The localization of the buckling instability within the glue droplets, site of over-compression due to the capillary meniscii implies that under compression this special drop-on-fibre system behaves like a liquid, whereas under tension it has a classical elastic spring regime. Spiders have thus found a way to create liquid-solid mechanical hybrids.The first part of my thesis aimed to the characterization of natural samples, which allowed in the second part to build a completely artificial system that mimics the natural samples, through fabrication of centimeter-long micronic soft fibres. The simple addition of a wetting liquid droplet made for an effective system with mechanical properties quantitatively close to that of spider capture silk.Fine characterization of the created drop-on-coilable-fibre systems yielded very good agreement between experimental results and predictions from numerical simulations and a analogy with phase transition, especially for properties such as the threshold for activation, the existence of an hysteresis and the coiling morphology. All those results added up to the design of unconventional techniques in field such as metamaterials and micro-fabrication.

Les propriétés mécaniques remarquables de la soie d'araignée font d'elle la fibre les plus prisée de toutes les fibres naturelles et synthétiques. Une compagnie canadienne de biotechnologie, Nexia a réussi à utiliser des chèvres comme système d'expression pour les protéines de soie d'araignée. Malheureusement, les propriétés mécaniques des fibres produites à partir de la soie de Nexia n'étaient pas à la hauteur de celles des fibres naturelles. Dans le but de produire des fibres synthétiques avec des propriétés mécaniques semblables à celles de la soie naturelle, l'étude du comportement des protéines de soie en solution et sous forme solide est nécessaire. C'est pourquoi des études structurales par RMN en solution et solide des protéines de Nexia et de soie naturelle ont été effectuées. Les résultats suggèrent que les structures désordonnées et en hélices de polyproline II en solution sont importantes pour l'étape préfilage et que ces structures se changent en feuillets-β pour former des cristaux qui confèrent la haute contrainte à la rupture des fibres de soie d'araignée. Les résultats suggèrent aussi la nécessité de forcer les interactions intermoléculaires soit mécaniquement et/ou en changeant les conditions physicochimiques des solutions de protéines pour former des feuillets-β orientés. Des études de RMN et de DLS nous ont permis d'obtenir des diamètres hydrodynamiques pour les protéines de soie en solution et suggèrent un processus de filage alliant des changements de pH, de sels et une augmentation des forces de cisaillement qui forcent les protéines à s'assembler et former des fibres. La baisse de pH dans le processus de filage favoriserait une population oligomérique des protéines. De plus, le sel aiderait à l'entreposage des protéines avant le filage et son absence forcerait les protéines à s'assembler et former un gel. La partie non répétitive conservée C-terminale des protéines de soie semble être d'une grande importance vue la conservation de cette partie de la protéine à travers les derniers 240 millions d'années d'évolution. Un résumé des études effectuées sur ce segment de protéine est également présenté. Des éléments nouveaux dans le processus de filage sont discutés à la lumière des résultats obtenus dans cette thèse.

Le domaine C-terminal de MaSpI, la protéine majeure du fil de trame de l'araignée, joue un rôle clé dans le contrôle de la solubilité de cette protéine et l'alignement des fibres de soie. La formation de ces fibres est initiée par des perturbations physicochimiques, telles que des changements de pH, des variations de force ionique et l’accroissement de forces de cisaillement, qui sont toutes rencontrées dans les conduits de la glande ampullacée majeure. La réaction structurale du domaine C-terminal de MaSpI en réponse à ces stimuli reste inconnue. Nous avons donc établi un protocole de purification du segment C-terminal recombinant de la protéine MaSpI de Nephila clavipes qui limite son agrégation. De cette façon, des études structurales ainsi que sur le niveau d'oligomérisation de la protéine ont pu être effectuées dans différentes conditions de pH. Les résultats ont permis de mettre en évidence un possible état conformationnel distinct, dit globule fondu.

La soie d’araignée attire grandement l'intérêt de la communauté scientifique en raison de ses propriétés mécaniques exceptionnelles. Celles de la soie d’araignée sont supérieures à celles de la soie du ver à soie et résultent notamment du niveau d’orientation des protéines. Cependant, l’homogénéité de l’orientation moléculaire le long des fibres pourrait également être un facteur déterminant. Pour vérifier cette hypothèse, la variation longitudinale de l’orientation moléculaire a été comparée pour des fibres synthétiques et naturelles par spectromicroscopie Raman. Ensuite, pour mieux comprendre le processus de filage naturel, lequel joue un rôle clé dans la formation de la fibre et sur ses propriétés mécaniques, l’effet de la déformation sur des films de soie régénérée de ver à soie Bombyx mori a été étudié. La spectromicroscopie Raman et le dichroïsme linéaire infrarouge avec modulation de polarisation ont ainsi permis de caractériser les cinétiques de la transition structurale et de l’orientation moléculaire induites par l’étirement. / Silk produced by spiders has aroused the interest of the scientific community with its excellent mechanical properties. Spider silk has better mechanical properties than that of the mulberry silkworm. The β-sheets, known to contribute to the stiffness of the fibers, are preferentially aligned parallel to the fiber axis. According to fracture mechanics, the strength could however be limited if the molecular orientation is not homogeneous along the fiber. We have studied the homogeneity of molecular orientation for silk fibers and synthetic fibers. The spinning process is certainly the key element in the formation of a fiber with excellent mechanical properties. To get a better understanding of this process, we have studied the effect of deformation on regenerated silk films of Bombyx mori. By using Raman spectromicroscopy and polarization modulation infrared linear dichroism, we were able to distinguish two phenomena, which are the formation and the orientation of β-sheets upon application of mechanical stress.

La résistance des bactéries aux antibiotiques est devenue un problème majeur dans la lutte aux infections bactériennes. En effet, plusieurs bactéries telles que Pseudomonas aeruginosa ont développé des mécanismes de résistance aux antibiotiques. Le développement de nouveaux agents antibactériens s'impose donc. Étant donné que les virus de type bacteriophage sont des pathogènes naturels des bactéries, ils représentent une approche intéressante dans le but de développer de nouveaux agents antibactériens. Pour ce faire, nous avons entrepris des études sur les mécanismes moléculaires qui permettent aux bacteriophages de lyser les bactéries. Dans le cadre de cette étude, nous avons évalué les interactions potentielles entre l'endolysine du phage <)>KZ (gpl44) et des membranes modèles. Nous avons constaté que gpl44 interagit préférentiellement avec les membranes anioniques bactériennes. Nos études suggèrent aussi que la structure de la protéine n'est pas affectée de façon significative par la présence des lipides. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié des protéines de soie d'araignée naturelle et transgénique. Les fibres de soie d'araignée sont parmi les matériaux structuraux les plus évolués dans la nature. En effet, la soie, tout en étant très solide, possède une grande extensibilité. Comme ce type de matériau peut servir à de nombreuses applications, Nexia Biotechnologies Inc. a entrepris la production de soie d'araignée transgénique. Le but de notre étude est donc de déterminer l'influence de paramètres de production de la soie naturelle et transgénique sur la structure et la dynamique des protéines de fibres de soie et, éventuellement, de relier ces observations aux propriétés mécaniques de la soie. Nos études ont permis de déterminer que la vitesse de filage a une influence sur la dynamique des échantillons de soie naturelle. Pour ce qui est des différents types de soie naturelle étudiées soit la soie de la glande ampullacée majeure, mineure et de cocon, nous avons noté que bien qu'elles possèdent toutes les mêmes structures secondaires, des différences majeures ont été notées au niveau de la dynamique des échantillons. Nous avons aussi étudié des échantillons de soie transgénique produits par filage humide. Nous avons observé que peu importe la forme de l'échantillon transgénique étudié, il semble que ce soit la dynamique des échantillons qui soit critique pour obtenir des échantillons de soie recombinante possédant les mêmes propriétés mécaniques que la soie naturelle et non la structure secondaire de la protéine.