Ces vingt dernières années, les réactions d'insertion d'atomes ou de fragments moléculaires dans des liaisons C-H peu réactives ont fait l'objet de nombreuses études sans que les mécanismes de ces réactions aient pu être établis. Les enzymes de la superfamille « Radical-SAM » catalysent l'activation de leur substrat en utilisant un centre [4Fe-4S] et le co-substrat S-adénosylméthionine (SAM). Les enzymes d'insertion radicalaire constituent un sous-groupe de cette famille et contiennent un second centre fer-soufre impliqué, lui, dans l'activation du deuxième substrat rendant ainsi possible la réaction d'insertion par couplage radicalaire. Le travail présenté dans cette thèse concerne deux de ces enzymes, la première, RimO, est une méthylthiotransférase (MTTase) qui catalyse l'insertion d'un groupement thiométhyle en beta du résidu D89 de la protéine ribosomale S12 (β-ms-D89-S12). La seconde TYW1 ou 4-demethylwyosine synthase catalyse l'insertion d'un groupement acétyle dérivé du pyruvate dans une liaison C-H d'un groupement N-CH3 appartenant à une guanine spécifique de certains ARNt eucaryotes. Cette réaction d'insertion est suivie d'une cyclisation conduisant en plusieurs étapes à la wybutosine (yW), une base tricyclique importante pour la fidélité traductionnelle de la cellule. Dans ce travail il a été montré que les deux centres de cette famille d'enzyme coopèrent pour ces réactions et contrôlent l'utilisation des différents acteurs par des mécanismes redox originaux. / Over the last twenty years, the insertion reactions of atoms or molecular fragments into poorly reactive C-H bonds have been actively investigated but the details of their mechanisms remain largely unknown. Enzymes belonging to the "Radical-SAM" superfamily catalyze the activation of their substrate using a [4Fe-4S] in conjunction with the co-substrate S-adenosylmethionine (SAM). Radical insertion enzymes are a subgroup of this family and contain a second iron-sulfur cluster involved in the activation of the second substrate allowing the insertion reaction by radical coupling to take place. The work presented in this thesis is focusing on two enzymes, the first one, RimO is a methylthiotransferase (MTTase) that catalyzes the insertion of a thiomethyl group on the beta position of D89 residue of the ribosomal protein S12 (β-ms-D89-S12). The second one, TYW1, or 4-demethylwyosine synthase, catalyzes the insertion of the acetyl moiety of pyruvate into a C-H bond of a N-methyl group of a guanine derivative in some eukaryotic and archeal tRNAs. This insertion reaction leads to the formation of a tricyclic ring and through several steps to wybutosine (yW), a hypermodified nucleotide important for the translational fidelity of the cell. In this work we demonstrate that these radical inserting enzymes utilize the two iron-sulfur clusters to cooperate and that they control the different partners of the reaction by original redox mechanisms.

Héritées de l’atmosphère primitive, des anomalies dans les abondances relatives des isotopes du soufre (32S, 33S, 34S et 36S) sont enregistrées dans les sédiments terrestres d’il y a plus de 2,5 milliards d’années (i.e. archéens). Nous évaluons ici la robustesse des isotopes du soufre à tracer le recyclage précoce de croûte océanique et de sédiments, transférés dans le manteau profond ou stockés dans le manteau lithosphérique depuis la mise en place de la subduction. En Sibérie, le manteau lithosphérique a été naturellement échantillonné par l’éruption de la kimberlite d’Udachnaya-Est. Extrêmement bien préservée, riche en Na, K, Cl, S et contenant des reliques de croûte océanique Archéenne, cette kimberlite nous permet de tester : (1) l’hypothèse du recyclage de soufre atmosphérique Archéen dans le manteau lithosphérique et/ou la source de cette kimberlite ; (2) la cohérences entre les méthodes in situ (SIMS dans les minéraux de sulfure) et bulk (extraction chimique du soufre et spectrométrie de masse à source gazeuse) pour les mesures multi-isotopiques du soufre. Nos résultats, complétés par des mesures isotopiques en Rb-Sr, Sm-Nd et plomb (204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb), montrent que : (1) les sulfates de la kimberlite et des nodules composés de chlorure-carbonate ont une origine magmatique profonde, non-contaminée par les sédiments encaissants, suggérant la présence de domaines oxydés et riches en sulfates dans le manteau ; (2) les mesures isotopiques du soufre par méthode bulk sont cohérentes avec les populations de sulfures observées in situ ; (3) les sulfures des kimberlites salées sont appauvris en 34S par rapport à la valeur chondritique et enregistrent de faibles anomalies isotopiques en soufre ; (4) les péridotites déformées contiennent d’autres sulfures appauvris en 34S, qui eux préservent des anomalies en 33S et 36S héritées de la surface archéenne, malgré un équilibrage isotopique du chronomètre U-Pb lors de l’éruption de la kimberlite / Inherited from the early atmosphere, anomalies in the relative abundances of sulfur isotopes (32S, 33S, 34S and 36S) are recorded in sediments older than 2.5 billion year (i.e. Archean). Here we test the robustness of sulfur isotopes to trace the early recycling of oceanic crust and sediments that may have been transferred to the deep mantle or stored in the lithospheric mantle since the onset of subduction. In Siberia, the lithospheric mantle has been naturally sampled by the Udachnaya-East kimberlite while it was erupting. Because it is extremely well preserved, rich in Na, K, Cl, S and contains remnants of oceanic crust recycled during the Archean, this kimberlite enables us to test : (1) the hypothesis of an early recycling of Archean atmospheric sulfur in the lithospheric mantle and/or the deeper source of the kimberlite; (2) the coherence between in situ (SIMS in sulfide minerals) and bulk methods (chemical extraction of sulfur from powdered rocks, followed by gas source mass-spectrometry) for measuring multiple sulfur isotopes. Our results, combined with measurements of Rb-Sr, Sm-Nd and lead (204Pb, 206Pb, 207Pb, 208Pb) isotopes, show that: (1) sulfates from the Udachnaya-East kimberlite and its nodules composed of chloride-carbonate have a deep, magmatic origin, uncontaminated by host sediments, suggesting the presence of sulfate-rich, oxidized domains in the mantle; (2) measurements of sulfur isotopes by bulk methods are consistent with the sulfide populations observed in situ; (3) sulfides from salty kimberlites are depleted in 34S with respect to the chondritic value and record small anomalies in sulfur isotopes ; (4) sheared peridotites contain another population of sulfides that are depleted in 34S and preserve 33S and 36S anomalies inherited from the Archean surface, despite resetting of the U-Pb chronometer during kimberlite eruption

Ces dernières années, des problèmes de fonctionnement dus à la formation de dépôts de soufre élémentaire ont été rapportés dans les réseaux de transport du gaz naturel. La compréhension du phénomène passe par la connaissance de la solubilité du soufre dans ces conditions de pression et de température. Des données sont disponibles seulement dans les conditions de gisement du gaz naturel. Un appareillage expérimental a donc été conçu pour mesurer la solubilité du soufre dans les conditions de transport du gaz naturel. Le protocole de mesure se décompose en trois étapes. La première consiste saturer un gaz en soufre dans une cellule d’équilibre. Une fois l’équilibre solide/gaz établi, le gaz saturé est évacué et bulle dans une solution de piégeage qui capture le soufre dissout par absorption réactive. La dernière étape consiste en la quantification indirecte du soufre présent dans la solution de piégeage par chromatographie en phase gazeuse / Over recent years, many problems of elemental sulphur deposits in natural gas transmission line systems have been notified. These problems occur very often immediately downstream of a pressure reduction facility. In order to prevent the apparition of solid sulphur deposits causing security and maintenance problems it is imperative to determine sulphur solubility in natural gas at pressures and temperatures corresponding to transport conditions. For this work, an original experimental apparatus was designed to measure sulphur solubility in natural gas. The protocol principle is schematically divided into three steps: saturation, trapping and quantification. During the first step solid/gas equilibrium is established between the studied gas and the solid sulphur. Then the saturated gas is evacuated and pass through three separators where sulphur is trapped by reactive absorption. Finally the trapping solution are analyzed by gas chromatography to determine the solubility.

Jusqu’à 40% des protéines sont connues pour fixer des métaux, ces hétéroatomes jouant un rôle capital dans la régulation, la catalyse ou le maintien de la structure de ces protéines. Ces métalloprotéines sont ubiquitaires et d’une importance primordiale dans les trois domaines du vivant. Cependant, les méthodes actuelles dédiées à l’identification des membres de cette grande famille dans les protéomes bactériens sont soit inadaptées pour des approches à grande échelle, soit présentent des performances relativement limitées en l’absence d’une structure tridimensionnelle résolue. Dans ce contexte, différents outils d’analyse de séquence ont été testés, en recherchant des descripteurs de ces protéines (e.g. motifs, domaines conservés, empreintes phylogénétiques). Pour pallier le relatif manque de sensibilité de ceux-ci, de nouveaux descripteurs ont été construits, dédiés spécifiquement à l’identification des protéines à centre fer-soufre : (i) des profils de co-conservation des ligands du métal et (ii) des profile-HMMs adaptés à la détection d’homologues distants. Les pouvoirs prédictifs respectifs de ces catégories de descripteurs ont été évalués sur un jeu de protéines fer-soufre expertisé, en les considérant soit séparément soit en combinaison. L’ensemble de ces descripteurs a finalement été intégré dans un modèle linéaire généralisé en utilisant la technique d’elastic-net. Le modèle prédictif obtenu a été évalué sur le protéome complet d’Escherichia coli, sur lequel il atteint une précision de 89% et une sensibilité de 83%. Enfin, il a été appliqué à environ 300 protéomes pour explorer différentes relations biologiques comme l’abondance relative des protéines Fe-S et la tolérance à l’oxygène des organismes auxquelles elles appartiennent. / Up to 40% of all proteins are known to bind metals, the intrinsic metal atoms providing catalytic, regulatory and/or structural roles critical to their functions. These metalloproteins are ubiquitous and of major importance within the three domains of life. However, current methods dedicated to identifying members of this large family within bacterial proteomes are either not suitable for large-scale approach or are of relatively limited performance when no 3D structural template is available. Within this context, different sequence analysis tools relying on different category of protein descriptors (e.g. patterns, conserved domains, phylogenetic prints) were assessed. To overcome their relative lack of sensibility, new descriptors, specific towards iron-sulfur proteins identification were built: (i) co-conservation profiles of the metal ligands and (ii) tailored profile-HMMs for remote homologs detection. Their respective predictive power towards the identification of a manually curated iron-sulfur proteins dataset were assessed, either separately or in combination. All relevant descriptors were finally gathered into a generalized linear model by using the elastic-net method. The predictive model has been evaluated on Escherichia coli whole proteome resulting in a precision of 89% and a recall of 83%. Eventually, it has been applied to 300 proteomes allowing investigating different biological relationships, such as iron-sulfur proteins relative abundances and the oxygen dependency of bacterial organisms.

Le traitement thermique de déchets industriels dangereux à forte teneur en soufre peut engendrer des difficultés de conduite des installations d'incinération du fait des brusques variations de charges en soufre. Ce travail de thèse a pour objectif l'optimisation de la formation d'espèces minérales soufrées stables à haute température lors de l'incinération de déchets dangereux. Les mécanismes de décomposition thermique de deux déchets (le Mancozeb et un charbon actif soufré) sous air et sous azote ont dans un premier temps été élucidés en thermogravimétrie. La connaissance des espèces soufrées émises en fonction de la température lors de la décomposition thermique a permis la sélection de composés minéraux dits "piégeants" pour capter le soufre sous forme solide. Des modélisations thermodynamiques par minimisation de l'enthalpie libre du système ainsi que des essais en four à moufle ont pour cela été conduits. Les conditions de piégeage du soufre par la chaux ont par la suite été optimisées dans un four horizontal de laboratoire. Pour chacun des deux déchets, la formation et la conservation au cours du temps d'espèces réductrices au sein du lit de déchet permet de piéger le soufre sous forme de sulfure de calcium à 1100 °C sous air. Des essais dans un pilote de laboratoire équipé d'un four à grille ont permis de confirmer les résultats obtenus au laboratoire et ont produit suffisamment de résidus pour soumettre le mâchefer contenant les sulfures à des tests de lixiviation selon la norme NF-EN 12457-2. Ils révèlent que le mâchefer produit est admissible en centre de stockage de déchet ultime de classe 1 conformément à la réglementation en vigueur. / Thermal treatment of dangerous wastes with high sulfur contents may lead to difficulties in thermal treatment unit control because of strong variation in sulfur contents. This work aims at favoring the in-situ formation of high temperature stable minerals in which sulfur is trapped. Thermal decomposition mechanism of two dangerous wastes (Mancozeb and a soiled activated carbon) have been investigated under both air and nitrogen atmosphere through thermogravimetric analysis. Knowing the temperature of gaseous emissions and the speciation of emitted sulfur compounds, made it possible to simulate the reactivity of sulfur with several calcium based products using the Enthalpy minimization model. Tests were then performed in a horizontal laboratory furnace to optimize the formation of sulfur minerals from lime and wastes, at 1100°C under air atmosphere. The occurrence of reducing conditions in some parts of the load leads to the formation of calcium sulfide, stable provided the reducing conditions are kept locally. Upscale tests were then performed in a grid furnace and confirmed the obtained at laboratory scale : sulfur is trapped by lime in calcium sulfide only in default of oxygen. The obtained sulfide containing residues were submitted to standardized leaching test NF-EN 12457-2. These residues respect the prevailing regulations concerning its admission in dangerous ultimate wastes storage center.

L’objectif principal de la thèse était d’identifier les processus limitants et les phénomènes de dégradation intervenant lors du cyclage d’un accumulateur Li/S, et d’expliciter l’évolution des performances électrochimiques au cours du temps. Pour ce faire, une cellule électrochimique a été développée permettant de réaliser des caractérisations à l’ESRF par diffraction et absorption des rayons X en mode operando. Ces deux techniques complémentaires ont permis de mettre en évidence des changements morphologiques importants et des cinétiques de réactions limitées par le transport de matière au sein de la structure 3D de l’électrode positive de soufre. L’oxydation/réduction de l’électrode négative de lithium a également été caractérisée, permettant de mettre en évidence une évolution hétérogène de l’interface lithium/électrolyte, fonction de la densité de courant, induisant une diminution des performances électrochimiques en cyclage. / The main objective was to identify the degradations phenomena and the limiting processes occurring while cycling Li/S accumulators to therefore put in relation the electrode morphology, the cell design, the electrochemical performances and the degradations phenomena. A new design of operando cell has been developed to be suitable with ESRF experiments. Operando Absorption and X-ray Diffraction tomography technics were performed. Thanks to both technics, the morphological changes and transport limitation kinetics along the 3D positive electrode have been evidenced. In addition, the lithium electrode/electrolyte interface has been characterized and heterogeneous stripping/plating has been evidenced, leading to low electrochemical performances while cycling.

Source d'énergie renouvelable et non polluante, le biohydrogène connaît un intérêt croissant. En culture continue sur glucose, la productivité d'hydrogène la plus élevée est réalisée par la bactérie anaérobie Clostridium acetobutylicum avec 2,4 litres d'hydrogène produit l-1 h-1. Cette production d'hydrogène est catalysée par la [FeFe]-hydrogénase HydA. Pour comprendre et améliorer les capacités de ce micro-organisme pour la production d'hydrogène, nous avons voulu caractériser les relations structure-fonctions de HydA avec ses partenaires d'oxydo-réduction. Par homologie avec l'hydrogénase à fer I de Clostridium pasteurianum, les centres [4Fe-4S] FS4C et [2Fe-2S] FS2, situés en surface de la protéine, pourraient être impliqués dans le transfert inter-moléculaire d'électrons entre HydA et ses partenaires d'oxydoréduction. Notre objectif a alors été de déterminer l'implication de FS4C et FS2 dans ce transfert. Pour cela, des mutations par substitutions d'acides aminés et par délétions de domaines ont été effectuées au niveau de FS4C et FS2. Pour palier des problèmes d'instabilité des hydrogénases à fer native et modifiées, le protocole de purification a été amélioré. L'hydrogénase native a nettement été stabilisée, mais l'instabilité persistante des hydrogénases modifiées est restée une limitation importante pour leur caractérisation catalytique. La perte d'activité des hydrogénases modifiées a pu être corrélée à une perte importante de fonctionnalité de leur site actif et à un nombre d'atomes de fer incorporés inférieur à la valeur théorique. Les partenaires physiologiques d'oxydo-réduction de HydA chez C. acetobutylicum, la ferrédoxine CAC0303 et la flavodoxine, ont été purifiés. Le profil catalytique complet et les paramètres cinétiques des activités de consommation et de production d'hydrogène de HydA native avec différents partenaires d'oxydo-réduction ont été déterminés. L'amélioration du protocole de purification a permis d'augmenter significativement les activités de consommation et production d'hydrogène. Nous avons confirmé la préférence in vitro de HydA à catalyser la consommation de l'hydrogène par rapport à la production. Une valeur très élevée de kcat a été obtenue avec le substrat artificiel, méthyl viologène, en consommation d'hydrogène. Cela semble indiquer que le méthyl viologène pourrait interagir plus ou moins directement avec le site actif de l'enzyme, en évitant le transfert intramoléculaire d'électrons. Des efficacités catalytiques élevées de consommation et de production de l'hydrogène ont été obtenues avec le méthyl viologène (sauf sous sa forme réduite), la ferrédoxine et la flavodoxine. Ce résultat reflète le haut potentiel de HydA pour les réactions liées à l'hydrogène, potentiel conservé aussi bien pour ses partenaires redox physiologiques qu'artificiel. Ainsi, en condition de croissance en carence en fer, la substitution de la ferrédoxine par la flavodoxine ne serait pas une limitation pour l'activité hydrogénase in vivo.

Le volcanisme plinien modifie le climat pendant plusieurs années en injectant de grandes quantités de dioxyde de soufre directement dans la stratosphère, oxydé ensuite en gouttelettes d'acide sulfurique qui réfléchissent les rayonnements solaires et changent les propriétés radiatives de l'atmosphère. L'étude de signaux volcaniques préservés dans les archives glaciaires, consistait jusqu'à présent à simplement mesurer les concentrations de sulfate. Nous proposons l'utilisation de nouveaux traceurs que sont les anomalies isotopiques de l'oxygène et du soufre de sulfate volcanique enregistré à Dôme C et Pôle Sud pour apporter de nouvelles informations sur le volcanisme passé.<br />Une étude de l'évolution temporelle des anomalies isotopiques de l'oxygène et du soufre dans les sulfates volcaniques de l'Agung (mars 1963) et du Pinatubo (juin 1991) a été menée. L'anomalie isotopique du soufre change de signe au cours du temps et passe d'une phase positive, au début du dépôt de sulfate à une phase négative à la fin. Ce changement de signe s'accompagne d'un appauvrissement en isotopes lourds avec le temps. L'anomalie isotopique du soufre est créée à partir d'une réaction d'oxydation photochimique de SO2 en acide sulfurique, suggérant un processus rapide qui dure un mois environ. L'anomalie isotopique de l'oxygène, quant à elle, a permis d'établir un lien avec l'oscillation quasi-biennale de la stratosphère.<br />Douze signaux volcaniques ont été étudiés dans leur globalité au cours du dernier millénaire. L'anomalie isotopique du soufre a permis d'identifier 6 éruptions volcaniques stratosphériques révélant l'utilité d'un tel traceur lorsque la nature des éruptions est méconnue.

Thèse de doctorat : Spectrochimie, molécules, solides, réactivité : Lille 1 : 2001. / N° d'ordre (Lille) : 2993. Résumé en français et en anglais. Textes en français et en anglais. Bibliogr. p. 157-172. Notes bibliogr.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Spectrochimie, molécules, solides, réactivité : Lille 1 : 2001.