Le développement de nouvelles molécules capables d’intéragir avec l’ADN, leur mode d’intéraction et leur affinité est un domaine de recherche particulièrement important. Dans ce travail nous avons étudié les interactions avec l’ADN de la molécule Hoechst 33258 connu pour être un ligand du petit sillon ainsi que plusieurs de ces analogues.Dans un premier temps nous avons étudié la stabilité des complexes ADN-Hoechst 33258 en solution avec et sans DMSO comme co-solvant. Deuxièmement, les affinités de dérivés nouvellement conçus et synthétisés du Hoechst 33258 vis-à-vis de l'ADN ont été évaluées. Enfin, nous avons étudiés la capacité d’induction d’excimers en présence d’ADN de différentes molécules pyrénylées. Ces études ont été effectuées par différentes méthodes spectroscopiques, telles que l'absorbance UV-visible, la fluorescence, le dichroïsme circulaire, la spectroscopie de masse ESI et de la modélisation moléculaire. / The development of new DNA binders and the evaluation of their affinity toward DNA as well as their mode of binding is an area of research of prime importance. In this thesis we studied the interactions of Hoechst 33258, a well-known groove binder, as well as some of its newly synthesized derivatives with DNA. The stability of DNA-Hoechst 33258 complex in solution with and without DMSO as a co-solvent was evaluated.Secondly, the affinities of newly designed and synthesized derivatives of Hoechst 33258 toward DNA were evaluated. Finally, a set of pyrene derivatives able to induced excimer formation upon binding to DNA were studied. Different spectroscopic methods, such as UV-vis absorbance, fluorescence, circular dichroism, ESI mass spectroscopy and molecular docking were applied for the complete evaluation of the affinity of these ligands toward DNA.

L’acide phosphatidique (PA) est un lipide simple qui peut exister sous différentes formes. A partir des sondes que j’ai préparé en se basant sur des domaines de liaison au PA : PDE4A1, Spo20p, et OpiQ2, j’ai pu étudier la localisation subcellulaire du PA dans les cellules PC12 et les macrophages RAW264.7. Ces sondes lient différents formes de PA dans les membranes de différents compartiments subcellulaires. De plus, j’ai pu montrer qu’il y a une néosynthèse de PA et de certaines espèces de PA mono- ou bi-insaturé à la membrane plasmique lors de la stimulation de l’exocytose. Nous avons ainsi observé que la PLD1 semble être la source principale de PA dans les glandes surrénales. D’autre part, mes travaux indiquent une augmentation du niveau global de PA à la membrane plasmique et une diminution importante du PA au niveau du RE dans les macrophages après stimulation de la phagocytose frustrée. Ce qui pourrait ainsi valider le concept d’une fusion d’une partie de la membrane du RE avec la membrane plasmique lors de la phagocytose. / The phosphatidic acid (PA) is a simple lipid which may exist in various forms. I have generated probes based on PA binding domains: PDE4A1, Spo20p and OpiQ2 to study the subcellular localization of PA in PC12 cells and RAW264.7 macrophages. These probes bind different form of PA in different subcellular compartments. In addition, I show that PA and certain species mono- or bi-unsaturated of PA are synthesized at the plasma membrane upon stimulation of exocytosis. We observed that the PLD1 seems to be the main source of PA in the adrenal glands. On the other hand, my research indicates an increase in the level of PA at the plasma membrane and a significant decrease in the ER in macrophages after stimulation of phagocytosis frustrated. Thus these results could validate the concept of a fusion of a portion of the ER membrane with the plasma membrane during phagocytosis.

De nos jours, le domaine de la thermoplasmonique subit un développement très rapide. Ce domaine est basé sur l’amplification de la lumière absorbée par la nanoparticule métallique qui la transforme en une nanosource thermique optiquement activée. Un des défis qu’il faudra relever en thermoplasmonique est la manipulation et la valorisation de l’énergie thermique à petite échelle. De nouvelles techniques optiques permettent d’étudier les phénomènes thermiques liés aux nanoparticules plasmoniques. Ces techniques permettent de caractériser la distribution de température autour de nanoparticules métalliques avec néanmoins une résolution spatiale limitée par la diffraction. Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle approche d’imagerie moléculaire, basée sur la nanopolymérisation amorcée thermiquement, pour caractériser le profil de chaleur au voisinage d’une nanoparticule métallique unique photo-excitée. Cette approche repose sur une formulation thermo-polymérisable caractérisée par une température seuil Ts qui est la température à partir de laquelle aura lieu la réaction de polymérisation. Nous développons ainsi des formulations présentant des Ts différentes. Après l’irradiation de la nanoparticule couverte par la solution thermo-polymérisable, la coquille de polymère créée est l’empreinte des zones où la photoconversion a induit une température supérieure à Ts. Nous démontrons la capacité de cette méthode à cartographier le champ thermique induit autour de la nanoparticule avec une résolution de l’ordre de dizaine de nanomètres (mieux que 35 nm) / Nowadays, the thermoplasmonic field undergoes a very interesting applications development thanks to the amplification of the light absorbed by the metal nanoparticle, which makes it an ideal nanosource of heat controlled by light. Because of this applications development, one of the challenges is to control and manipulate the thermal energy on a small scale.New optical techniques are dedicated to studying the thermal phenomenon induced by plasmonic nanoparticles. These techniques show different capacities to quantify and characterize the heat generated and the temperature distribution around nanoparticles. But the spatial resolution achieved is still limited by diffraction.In this thesis, we present a new molecular imaging approach, which is based on the nanopolymerization reaction thermally induced to characterize the heat profile in the vicinity of a single photoexcited nanoparticle. This approach is based on a thermo-polymerizable formulation with specific temperature threshold Tth (the temperature required to induce polymerization reaction). We develop formulations with different Tth. After irradiation of the nanoparticle covered by the thermo-polymerizable solution, the polymer shell created is the impression of areas where the photoconversion induced a temperature higher than Tth. We demonstrate the ability of this method to map the thermal field induced around the nanoparticle with a resolution better than 35 nm

Les microorganismes, par leurs fascinantes capacités d’adaptation liées à l’extraordinaire diversité de leurs capacités métaboliques, jouent un rôle fondamental dans tous les processus biologiques. Jusqu’à récemment, la mise en culture était l’étape préliminaire obligatoire pour réaliser l’inventaire taxonomique et fonctionnel des microorganismes au sein des environnements. Cependant ces techniques ne permettent d’isoler qu’une très faible fraction des populations microbiennes et tendent donc à être remplacées par des outils moléculaires haut-débit. Dans ce contexte, l’évolution des techniques de séquençage a laissé entrevoir de nouvelles perspectives en écologie microbienne mais l’utilisation directe de ces techniques sur des environnements complexes, constitués de plusieurs milliers d’espèces différentes, reste néanmoins encore délicate. De nouvelles stratégies de réduction ciblée de la complexité comme la capture de gènes ou les biopuces ADN représentent alors une bonne alternative notamment pour explorer les populations microbiennes même les moins abondantes. Ces stratégies à haut-débit reposent sur la détermination de sondes combinant à la fois une forte sensibilité, une très bonne spécificité et un caractère exploratoire. Pour concevoir de telles sondes plusieurs logiciels ont été développés : PhylGrid 2.0, KASpOD et ProKSpOD. Ces outils généralistes et polyvalents sont applicables à la sélection de sondes pour tout type de gènes à partir des masses de données produites à l’heure actuelle. L’utilisation d’architectures de calculs hautement parallèles et d’algorithmes innovants basés sur les k-mers ont permis de contourner les limites actuelles. La qualité des sondes ainsi déterminées a pu permettre leur utilisation pour la mise au point de nouvelles approches innovantes en écologie microbienne comme le développement de deux biopuces phylogénétiques, d’une méthode de capture de gènes en solution ainsi que d’un algorithme de classification des données métagénomiques. Ces stratégies peuvent alors être employées pour diverses applications allant de la recherche fondamentale pour une meilleure compréhension des écosystèmes microbiens, au suivi de processus de bioremédiation en passant par l’identification de tous types de pathogènes (eucaryotes, procaryotes et virus). / Microorganisms play a crucial role in all biological processes related to their huge metabolic potentialities. Until recently, the cultivation was a necessary step to appraise the taxonomic and functional diversity of microorganisms within environments. These techniques however allow surveying only a small fraction of microbial populations and tend to be consequently replaced by highthroughput molecular tools. While the evolution of sequencing technologies opened the door to unprecedented opportunities in microbial ecology, massive sequencing of complex environments, with thousands of species, still remains inconceivable. To overcome this limitation, strategies were developed to reduce the sample complexity such as gene capture or DNA microarrays.These high-throughput strategies rely on the selection of sensitive, specific and explorative probes. To design such probes several programs have been developed: PhylGrid 2.0, KASpOD and ProKSpOD. These multipurpose tools were implemented to design probes from the exponentially growing sequence datasets in microbial ecology. Using highly parallel computing architectures and innovative k-mers based strategies allowed overcoming major limitations in this field. The high quality probe sets were used to develop innovative strategies in microbial ecology including two phylogenetic microarrays, a gene capture approach and a taxonomic binning algorithm for metagenomic data. These approaches can be carried out for various applications including better understanding of microbial ecosystems, bioremediation monitoring or identification of pathogens (eukaryotes, prokaryotes and viruses).

La première partie de ce travail a porté sur la mesure du gradient de vitesse et la direction de l'écoulement local de liquide dans un empilement de sphères. Cette étude a été menée grâce à des micro-électrodes tri-segmentées implantées à la paroi de sphères supports. Ces expériences originales ont en particulier permis de caractériser les recirculations dans le pore suivant les conditions opératoires. La seconde partie a porté sur la simulation numérique de ce même écoulement local. Un écoulement monophasique dans une géométrie complexe représentant exactement le milieu poreux a été simulé. Ces simulations ont été confrontées aux expériences; l'accord est satisfaisant, surtout à faible vitesse. L'inadéquation des modèles de turbulence usuels a été montrée dans notre cas. Enfin, des mesures par Vélocimétrie Laser Doppler ont montré l'intérêt de cette technique, bien que des améliorations soient nécessaires pour obtenir des résultats exploitables sur l'ensemble du milieu / The first part of this work deals with local measurement of flow direction and velocity gradients in a structured packing of spheres. Tri-segmented micro-electrodes flush mounted at the wall of supporting spheres are used for the measurements. Among other results, these original experiments allowed to charatcerize the flow recirculation within the pore.In the second part, the local liquid flow in the packing was numerically computed. More specifically, the local flow of liquid in a complex geometry was modelled and simulated. Numerical results are in agreement with experiments, especially for low flow rates. Usual turbulence models were shown to be inappropriate for the present case. Finally, some Laser Doppler Velocimetry measurements were carried out and showed the interesting potential of this technique, but improvements are yet to be made to get velocities in the bulk of the bed

L’étude des phénomènes biologiques et notamment du rôle des protéines au sein d’un mécanisme cellulaire est un défi pour les biologistes. L’avènement de la microscopie de fluorescence à excitation biphotonique et des techniques « super-résolutives » a permis l’amélioration des performances des techniques de microscopie classiques et l’application l’imagerie in vivo pour l’analyse des tissus biologiques. Ces techniques requièrent cependant l’emploi de sondes aux propriétés photophysiques optimisées en complément de la spécificité vis-à-vis de la ou des cible(s) biologique(s). L’epicocconone, une molécule naturelle profluorescente de la famille des azaphilones, est employée en protéomique pour la détection des protéines sur gel d’électrophorèse. Ce composé a la faculté de réagir avec les amines des résidus lysine des protéines pour former un adduit covalent énaminone hautement fluorescent dans le proche infrarouge (610 nm) sous irradiation UV (395 nm) ou visible (520 nm). Différents analogues synthétisés au sein du laboratoire ont permis d’étudier la relation structure-fluorescence de ces composés capables de détecter non spécifiquement les protéines du milieu étudié. Afin d’améliorer la spécificité de ces molécules en vue d’applications en imagerie, la synthèse de sondes polyfonctionnelles, via une réaction de cycloaddition 1,3 dipolaire azoture-alcyne catalysée au cuivre, associant un analogue de l’epicocconone à un agent de reconnaissance possédant une affinité particulière pour une cible biologique a été étudiée. La synthèse d’analogues de l’epicocconone optimisés pour l’absorption biphotonique a également été réalisée lors de cette thèse. Les propriétés optiques linéaires et non linéaires de ces composés ont été étudiées afin de sélectionner le meilleur composé pour des applications en imagerie par microscopie de fluorescence à excitation biphotonique. Enfin, la réactivité particulière des azaphilones a servi de point de départ au développement d’une stratégie d’identification et d’isolement de nouvelles molécules naturelles azaphiles grâce à l’utilisation de sondes à produits naturels capables de cibler spécifiquement ce type de composés. / Understanding biological processes that involve proteins is a challenge for biologists. Two-photon excitation and super-resolution microscopy have improved drastically bioimaging techniques allowing in vivo deep tissue analysis. However those techniques require the use of optimized and selective fluorescent probes. Epicocconone is a natural profluorescent azaphilone widely used in proteomics for detecting proteins on electrophoresis gels. This compound can react reversibly with primary amines from lysines forming a covalent enaminone adduct that emits near infrared fluorescence light (610 nm) upon UV (395 nm) or visible (520 nm) excitation. Different analogues, that non-selectively bind to proteins, were previously synthesized in order to understand the structure-fluorescence relationship. The synthesis of polyfunctionnal probes was studied using copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition to connect the epicocconone scaffold to a recognition moiety, which can specifically recognise one biological target. New analogues optimized for two-photon absorption were synthesized. Their linear and non-linear optical properties were determined to select the most suitable molecule for two-photon excitation microscopy.In a last part, the particular reactivity of azaphilones was also regarded as a useful strategy for designing probes which could react specifically with azaphilic natural products in order to identify and isolate new ones

Dans un propulseur à courant de Hall, la création des ions et leur accélération sont régis par le même phénomène physique. L'idée du propulseur de Hall double étage (DSHT) est de découpler l'ionisation du gaz (poussée) et l'accélération des ions (ISP), de sorte à rendre le système davantage versatile. Les travaux menés durant cette thèse visent à démontrer, grâce à des essais expérimentaux, la pertinence et la faisabilité d'un tel concept. Dans un premier temps, un prototype de DSHT, baptisé ID-HALL, a été conçu et assemblé. Il est constitué d'une source inductive magnétisée insérée dans un tube en céramique et d'un étage d'accélération identique à une barrière magnétique de propulseur simple étage. La source inductive a été optimisée de sorte à réduire le couplage capacitif et à maximiser l'efficacité du transfert de puissance par ajout de pièces en ferrite et diminution de la fréquence RF d'excitation. Dans un deuxième temps, la source inductive du propulseur a été caractérisée indépendamment du propulseur en argon et xénon pour différentes pressions. Le dispositif expérimental a permis notamment de tracer une cartographie 2D de la densité et de la température. Enfin, le propulseur a été monté dans son caisson et des mesures préliminaires (caractéristiques courant-tension, mesures par sonde RPA) ont été menées. En parallèle, des simulations utilisant un modèle hybride 2D ont été effectuées en mode simple et double étage. Elles mettent en évidence un fonctionnement versatile du moteur pour des tensions inférieures à 150 V. A terme, on visera à démontrer que la densité de courant et l'énergie des ions peuvent être, dans certaines conditions, significativement découplées. / In Hall thrusters, the same physical phenomenon is used both to generate the plasma and to accelerate ions. Furthermore, only a single operating point is experimentally observed. The double stage Hall thruster (DSHT) design could allow a separate control of ionization (thrust) and ions acceleration (ISP) to make the system more versatile. The work carried out during this PhD aims to experimentally demonstrate the relevance and the feasibility of this concept. Firstly, a new design of DSHT, called ID-HALL, was proposed and a new prototype was built. It combines the concentric cylinder configuration of a single stage Hall thruster with a magnetized inductively coupled RF plasma source (ICP) whose coil is placed inside the inner cylinder. The ICP source was improved in terms of power coupling efficiency by adding ferrite parts and by decreasing the heating RF frequency. The ICP source used in the ID-HALL thruster was then characterized independently of the thruster using argon and xenon and varying pressure. The experimental setup has allowed to measure the spatial variations of the electron density and temperature. Finally, the thruster was mounted in its vacuum chamber and preliminary measures (voltage-current characteristics, RPA measurements) were led. At the same time, simulations using a two-dimensional hybrid model were performed in single and double stage. A versatile operation for voltages lower than 150 V was highlighted. An emphasis will be given to demonstrate that the current density (given by the ion flux probe) and the ions energy (given by the RPA) might be significantly decoupled.

Le modèle de concordance de la cosmologie, appelé ΛCDM, est un succès de la physique moderne, car il est capable de reproduire les principales observations cosmologiques avec une grande précision et très peu de paramètres libres. Cependant, il prédit l'existence de matière noire froide et d'énergie sombre sous la forme d'une constante cosmologique, qui n'ont pas encore été détectées directement. Par conséquent, il est important de considérer des modèles allant au-delà de ΛCDM et de les confronter aux observations, afin d'améliorer nos connaissances sur le secteur sombre de l'Univers. Le futur satellite Euclid, de l'Agence Spatiale Européenne, explorera un énorme volume de la structure à grande échelle de l'Univers en utilisant principalement le regroupement des galaxies et la distorsion de leurs images due aux lentilles gravitationnelles. Dans ce travail, nous caractérisons de façon quantitative les performances d'Euclid vis-à-vis des contraintes cosmologiques, à la fois pour le modèle de concordance, mais également pour des extensions phénoménologiques modifiant les deux composantes sombres de l'Univers. En particulier, nous accordons une attention particulière aux corrélations croisées entre les différentes sondes d'Euclid lors de leur combinaison et estimons de façon précise leur impact sur les résultats finaux. D'une part, nous montrons qu'Euclid fournira d'excellentes contraintes sur les modèles cosmologiques qui définitivement illuminera le secteur sombre. D'autre part, nous montrons que les corrélations croisées entre les sondes d'Euclid ne peuvent pas être négligées dans les analyses futures et, plus important encore, que l'ajout de ces corrélations améliore grandement les contraintes sur les paramètres cosmologiques. / The concordance model of cosmology, called ΛCDM, is a success, since it is able to reproduce the main cosmological observations with great accuracy and only few parameters. However, it predicts the existence of cold dark matter and dark energy in the form of a cosmological constant, which have not been directly detected yet. Therefore, it is important to consider models going beyond ΛCDM, and confront them against observations, in order to improve our knowledge on the dark sector of the Universe. The future Euclid satellite from the European Space Agency will probe a huge volume of the large-scale structure of the Universe using mainly the clustering of galaxies and the distortion of their images due to gravitational lensing. In this work, we quantitatively estimate the constraining power of the future Euclid data for the concordance model, as well as for some phenomenological extensions of it, modifying both dark components of the Universe. In particular, we pay special attention to the cross-correlations between the different Euclid probes when combining them, and assess their impact on the final results. On one hand, we show that Euclid will provide exquisite constraints on cosmological models that will definitely shed light on the dark sector. On the other hand, we show that cross-correlations between Euclid probes cannot be neglected in future analyses, and, more importantly, that the addition of these correlations largely improves the constraints on the cosmological parameters.

Les membranes biologiques sont principalement composées d'une bicouche de phospholipides et de protéines isolant l'intérieur des cellules du cytoplasme. H est donc fondamental d'étudier la nature des interactions entre ces composants afin de bien comprendre la relation étroite qui existe entre la structure et le fonctionnement des membranes. Comme les membranes naturelles sont composées de plusieurs protéines et de plusieurs lipides, elles se prêtent plus difficilement à des études structurales par des techniques spectroscopiques. Notre approche consiste donc à étudier des membranes modèles composées de complexes de phospholipides fluorés avec des peptides, protéines ou drogues qui agissent sur les membranes. Cette méthode mise sur l'excellente sensibilité du ¹⁹F en résonance magnétique nucléaire (RMN) ainsi que sur son abondance naturelle de 100% et son absence presque complète des organismes vivants. Ce mémoire versera sur la synthèse de ces composés lipidiques fluorés ainsi que sur une étude préliminaire de leurs propriétés physiques dans des vésicules. Les résultats présentés ont été obtenus à l'aide d'analyses en spectroscopie RMN à l'état solide et en infrarouge à transformée de Fourier.

Ce mémoire de maîtrise présente les travaux liés au développement d’une technologie permettant de faciliter la conceptualisation des nouveaux outils de biologie moléculaire. Cette nouvelle technique est centrée sur la détection d’acides nucléiques et a été développée dans un contexte de diagnostic des maladies infectieuses. Ce mémoire est centré sur deux principales techniques : la PCR en temps réel (rtPCR) et l’hybridation sur biopuce. Notre technologie permet la réalisation de ces deux réactions biochimiques complexes dans une même chambre réactionnelle et dans un seul et même tampon, ceci à l’aide d’un oligonucléotide structuré. Le premier chapitre décrit les différentes techniques de rtPCR et les différents paramètres d’hybridation sur biopuce. Les principes directeurs de la recherche sont présentés dans le deuxième chapitre. Le troisième chapitre comporte le manuscrit démontrant la faisabilité de notre nouvelle technologie. Finalement, le quatrième chapitre discute des perspectives du projet.