L'HexaazahexaNitroIsoWurtzitane (ou HNIW), dérivé hexanitré, encore appelé CL20, est une nouvelle molécule hautement énergétique, qui présente quatre formes polymorphes : α, β, γ et ε. La forme ε est la plus active et la commercialisation stipule de fournir un produit dont la teneur en forme ε soit supérieure à 95%, avec estimation des teneurs des autres formes ainsi que de l'impureté majoritaire (dérivé pentanitré). L'objet du présent travail est d'une part de caractériser les différentes formes polymorphes, et d'autre part de mettre au point, d'optimiser et de valider une méthode d'analyse quantitative du CL20 polymorphe par couplage spectro-métrie IRTF/chimiométrie, respectant les impératifs techniques et commerciaux et transférable sur site industriel. Les méthodes chimiométriques sont utilisées pour concevoir l'expérimentation et traiter l'information expérimentale nécessaire (étalonnage et validation).

Cette thèse traite des possibilités d'utilisation de deux techniques d'espace de tête - spectrométrie de masse (DHS-MS et SPME-MS) pour la caractérisation rapide des composés volatils et semi-volatils du liège oenologique dans le cadre d'applications "origine contrôlée" et "contrôle qualité" des bouchons basée sur leur critères olfactifs. Les étapes préliminaires nécessaires à la mise au point du DHS-MS et de la SPME-MS ont permis de déterminer les paramètres de l'analyse selon des critères basés sur la simplicité de mise en oeuvre, la rapidité de l'analyse par rapport à des méthodes classiques (GC-MS et l'analyse sensorielle) et la stabilité du système évaluée par le coefficient de variation et par une analyse de variance. Ces deux techniques ont été mises en oeuvres suivant deux axes d'études distincts : Le DHS-MS: le potentiel discriminant de cette technique a été évalué sur des échantillons de rondelles de liège miroirs à travers deux applications (discrimination de l'origines géographique des échantillons et discrimination des échantillons présentant des intensités croissantes d'odeur de moisi). Les méthodes d'analyses multivariées (ACP et PLS) employées aux traitement des résultats se sont avérées efficaces. Cependant, le traitement des données a montré que l'information chimique spécifique aux différences entre les échantillons peut être masquée ou noyée par les spectres de masses des composés non caractéristiques ou présents en grande quantité dans l'espace de tête du DHS-MS. La filtration des données peut alors être une solution permettant de mieux cibler l'information discriminante. Par ailleurs, les empreintes spectrales des échantillons analysés à des périodes différentes peuvent contenir une source de variabilité entraînant une baisse du pouvoir prédictif du modèle. Dans ce cas une remise à jour du modèle, présente alors une solution efficace à ce problème. Le SPME-MS: le potentiel discriminant du cette technique a été évalué sur des échantillons de planches de liège brutes à travers une étude de discrimination de l'origine géographique des échantillons. Le traitement des résultats a montré que ce couplage permet de distinguer facilement les lièges africains des lièges ibériques. Cependant, nous n'avons pas pu accéder à l'information discriminante entre les échantillons ibériques. Avec des résultats de discrimination encourageants et des durées d'analyses relativement courtes de 27 et de 12 minutes par échantillon, le DHS-MS et la SPME-MS ont toutefois montré que leur utilisation présentaient des limites et des difficultés que nous avons tenté de définir et de discuter tout au long de ce travail.

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Ce travail a consisté en l'étude de protéines de spermatozoïdes de différentes, avec l'objectif de contrôler leur pouvoir fécondant. Dans un premier temps une protéine antioxydante du tractus génital mâle, et acquise au cours de la maturation épididymaire, la glutathion peroxydase 5 (GPX5), a été étudiée dans deux espèces d'intérêt agronomique : l'étalon et le taureau. Les semences de ces animaux sont fréquemment conservées pour des inséminations artificielles. Or lors de la conservation, les spermatozoïdes subissent entre autres un stress oxydant. L'ajout de cette protéine antioxydante dans le milieu de conservation pourrait limiter les dommages subis par les spermatozoïdes. Les séquences spécifiques de cette protéine dans chaque espèce ont été obtenues. Les ARNm ont ensuite été localisés dans les canaux efférents et la tête de l'épididyme équine, ainsi que dans la tête et le corps de l'epididyme bovin. Par ailleurs la protéine bovine a été localisée dans la tête et le corps epididymaire. La seconde partie de ce travail a consisté a analyser les antigènes spermatiques spécifiques d'un rongeur fouisseur , le campagnol terrestre Arvicola terrestris Scherman dans le but de les utiliser pour une immunocontraception de cet animal nuisible. La détermination de protéines spermatiques suscepyibles d'être immunogènes a été entreprise.

Le but de ces recherches était de contribuer au développement des analyses non séparatives d'espaces de tête par spectrométrie de masse (NSA-MS). Tout d'abord, l'optimisation des conditions d'acquisition des empreintes spectrales et le prétraitement des signaux ont été étudiés (mesure et le filtrage du bruit). De nouvelles possibilités ont été ensuite développées : contrôle de procédés sensibles, typologie d'atmosphères et estimation de caractéristiques sensorielles. Enfin, dans l'optique d'établir des bases de données pérennes un nouveau procédé de redressement du signal basé sur l'introduction d'une référence gazeuse dans le MS a permis de corriger les effets liés à des modifications des paramètres d'acquisition. Les résultats obtenus ont montré que les NSA-MS offraient des potentialités de caractérisation analytique puissantes à conditions d'être intégrées dans une statégie rigoureuse d'acquisition des empreintes et de traitement du signal.

Les molécules marquées aux isotopes stables, dont on peut assurer la traçabilité biologique grâce aux progrès récents des techniques analytiques, apportent de nouveaux moyens d’investigation du métabolisme. De nouveaux tests de diagnostics cliniques non invasifs sont, à ce jour, de pratique courante (ex. breath test à l’urée 13C). L’intérêt majeur des isotopes stables est évidemment leur innocuité vis-à-vis de l’organisme humain, contrairement aux produits radioactifs. Pour des raisons éthiques bien compréhensibles, l’usage de ces derniers est actuellement proscrit dans les essais in vivo chez l’homme ; dès lors, le développement de méthodes alternatives d’investigations métaboliques ou de diagnostics s’est révélé pertinent. L’objectif principal de notre étude est la mise au point d’un nouvel outil de suivi du métabolisme thyroïdien basé sur la double dilution de marqueurs isotopiques avec l’emploi de molécules marquées régio-sélectivement au carbone 13 (l’une est la sonde métabolique, la seconde le standard de quantification absolue). Les étapes développées sont les suivantes : 1.Biosynthèse du précurseur : la L-tyrosine contenant de 1 à 9 carbone 13 ; 2.Synthèse des hormones thyroïdiennes servant de traceurs biologiques ou de standards internes d’analyse (la thyroxine : 13C9 et 13C6-T4 ; la 3,3’,5-triiodothyronine : 13C9-T3) : optimisation de la voie de synthèse de façon à minimiser les pertes en réactifs marqués ; 3.Ingestion ou injection du traceur (13C6-T4) par l’animal ou par l’homme et collecte d’échantillons de plasma sur une période de temps donnée ; 4.Ajout du standard interne au plasma (13C9-T4 ou 13C9-T3) ; 5.Extraction par solvants, purification et dérivation des hormones thyroïdiennes (endogène, exogène et standard) du plasma ; 6.Analyse et quantification par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (par suivi des ions spécifiques de chaque entité moléculaire). L’optimisation instrumentale du protocole analytique GC-MS - à savoir la séparation chromatographique et la gestion des ions de masse en mode SIR - a été maîtrisée pour l’analyse de traces de T3 et T4 ; les limites de détection actuelles sont de l’ordre de 20 pg pour chacune des hormones. Une mise en œuvre de tests in vivo de 13C9-T4 comme traceur métabolique a été réalisée sur animaux sous contrôle vétérinaire avec la collaboration du Département de Biochimie Clinique de la « Royal Infirmary » d’Edinbourg. Ils nous ont permis de démontrer la faisabilité de la méthodologie (incorporation de la sonde et son suivi temporel) et la possibilité d’utiliser ces traceurs comme sondes chez l’homme. The principal objective of this thesis is the development of a new tool for the study of the thyroid metabolism based on double isotopic dilution technique with the use of two isotopomers of the same hormone enriched with distinct carbon 13 contents (one as metabolic tracer, the second as internal standard). The successive stages of the methodology are described below: 1.Biosynthesis of the starting material (L-tyrosine) enriched with 1 to 9 carbon 13; 2.Optimized synthesis of the thyroid hormones being used as biological tracers or analytical internal standards (thyroxine : 13C9 and 13C6-T4; 3,3',5-triiodothyronine : 13C9-T3); 3.Incorporation of the tracer (13C6-T4) by the patient and collect of samples of plasma over a given period of time; 4.Internal standard addition to plasma (13C9-T4 or 13C9-T3); 5.Solvent extraction, purification of the thyroid hormones (endogenous, tracer and standard) of the plasma; and derivatization of the thyroid hormones; 6.Analysis and quantification by gas chromatography coupled with mass spectrometry (by follow-up of the specific ions of each isotopomer), monitoring of (m/z) values 970/979 and 976/979 for thyroxine. The instrumental optimization of GC-MS analytical protocol - namely chromatographic separation and management of the ions of mass in SIR mode - was worked out for the analysis of traces of T3 and T4. The limit of detection is 20 pg for each molecule. A first implementation in in vivo tests of 13C9-T4 as a metabolic tracer was carried out under veterinary control on cats and rabbits thanks to the collaboration of the Clinical Department of Biochemistry of Royal Infirmary of Edinburgh. They enabled us to prove the feasibility of the methodology (incorporation of the probe and its temporal follow-up) and the possibility of using these tracers as probes for human beings.

Pour répondre aux besoins de l'agriculture de précision, le Cemagref développe des capteurs, notamment à base de spectrométrie infrarouge. Une analyse théorique rapide de ce principe de mesure montre qu'un des problèmes majeurs de ces capteurs a trait à la robustesse des modèles d'étalonnage. Une analyse détaillée de cette problématique nous a conduits à isoler trois voies de recherche :<br /><br />1/ La prise en compte des grandeurs d'influence. Selon qu'une grandeur d'influence, responsable d'un problème de robustesse, est mesurable ou non, différentes stratégies de correction du modèle d'étalonnage sont envisageables. Les grandes familles de méthodes ont été identifiées et comparées dans le cas de l'effet de la température sur la mesure du taux de sucres des pommes. Nous avons développé une méthode originale de correction de l'étalonnage : L'EPO (pour External Parameter Orthogonalisation) propose d'ôter de l'espace de mesure la partie influencée par la grandeur d'influence, au moyen d'une projection orthogonale. Cette opération, réalisée à partir de quelques mesures simples, permet de traiter des bases d'étalonnage existantes.<br /><br />2/ La maintenance de la robustesse. Les problèmes de robustesse interviennent lors de l'utilisation répétée des capteurs. Cette maintenance est traditionnellement réalisée par ré-étalonnage ou transfert d'étalonnage. Dans les deus cas, la mesure d'échantillons "standard" est nécessaire. Nous avons développé une méthode de correction d'étalonnage en ligne, qui ne nécessite pas ces standards : DOP (pour Dynamic Orthogonal Projection) utilise le principe de projection orthogonale de l'EPO, en identifiant le sous espace des perturbations à partir de la connaissance de quelques points de recalage.<br /><br />3/ La discrimination à partir des spectres. Cette opération, qui permet de réaliser des diagnostics à partir de la mesure spectrale, est nécessaire pour : détecter les mesures aberrantes, reconnaître des classes d'objets, réaliser des régressions locales, etc. Nous proposons une nouvelle méthode de discrimination, basée sur le parcours de fonctions numériques, nommées Fonctions Propres Focales. Certaines propriétés de ces fonctions permettent de parcourir une série d'espaces au pouvoir discriminant croissant. Des algorithmes de parcours classiques, avec arrêt d'apprentissage, peuvent ainsi être mis en oeuvre.

La spectro-imagerie consiste à acquérir l'image d'une scène dans un grand nombre de bandes spectrales en parallèle. Comme la taille des détecteurs actuels ne permet pas l'acquisition simultanée de toute l'information, la plupart des dispositifs comportent un système de balayage, qu'il soit spectral ou spatial. Malheureusement, ce balayage conduit souvent à n'utiliser qu'une faible portion de la lumière disponible. Or, dans l'infrarouge moyen (3µm - 5µm) et lointain (8µm - 12µm), le bruit propre des détecteurs est trop élevé pour permettre un tel gaspillage du flux. Un spectro-imageur par transformée de Fourier statique à grande étendue, constitué de l'association d'un système d'imagerie bi-dimensionnelle et d'un interféromètre à deux ondes, est une réponse à ce problème, et se trouve de surcroît bien adapté à l'imagerie aéroportée. C'est un tel système que nous avons étudié, du point de vue des performances radiométriques, de l'encombrement, et des aberrations. Nous avons ensuite réalisé un instrument visible afin de valider expérimentalement le concept optique, ce qui a été fait lors d'une campagne de mesures aéroportées.

La miniaturisation des composants électroniques conduit aujourd’hui au développement de capteurs ultra-sensibles. En particulier, les capteurs NEMS (systèmes électromécaniques nanométriques) ont maintenant une sensibilité suffisante pour détecter des molécules uniques. Ceci permet d’intégrer ces capteurs dans des dispositifs de spectrométrie de masse dont la particularité sera d’opérer en mode comptage de molécules uniques. Notre travail consiste à reconstruire le spectre de masse de la solution analysée à partir des signaux fréquentiels délivrés par les NEMS. Nous nous plaçons dans le cadre des approches problèmes inverses et des méthodes d’inférence bayésienne. Nous modélisons le système de mesure qui lie les inconnues aux signaux observés par un modèle graphique hiérarchique et nous introduisons un modèle de signal de type processus ponctuel marqué. Nous le comparons à un modèle de type processus à temps discret. Nous mettons en place un algorithme de déconvolution impulsionnelle intégrant une exploration de modèles qui réalise la détection des molécules analysées, l’estimation de leur masse et le comptage, afin de reconstruire le spectre de masse de la solution analysée. Nous présentons des résultats sur données simulées et sur des données expérimentales acquises au CEA/INAC sur des agrégats de Tantale en utilisant des capteurs NEMS développés au CEA-Leti/DCOS. Relativement aux méthodes de l’état de l’art, la méthode que nous proposons améliore le taux de comptage tout en gardant un taux de fausses détections suffisamment bas. Notre méthode délivre également les incertitudes sur les paramètres reconstruits. Enfin, nous développons le cas particulier de la reconstruction de spectres de masse discrets. / The miniaturization of electronic components drives the development of very sensitive sensors. In particular, NEMS (Nano ElectroMechanical Systems) are now sensitive enough to detect single molecules. This enables to use these sensors in order to design mass spectrometry devices, in an individual molecules counting mode. Our objective is to reconstruct the mass spectrum of the analyzed solution, based on the NEMS output signals. We use inverse problems approach and Bayesian framework. We model the acquisition system linking the unknown parameters to the observable signals with a hierarchical graphical model. We propose a marked-point process model of signal that we compare with discrete-time process one. We develop an impulse deconvolution algorithm which relies on a model exploration scheme. This enables us to detect the molecules, to quantify their mass and to count them in order to estimate the mass spectrum of the analyzed solution. We show results on simulated data and on experimental ones acquired in CEA/INAC using Tantalum nano-aggregates and devices developed in CEA-Leti/DCOS. Compared to state-of-the-art, our method offers high counting rate and keeps a low false detection rate. It also permits the computation of uncertainties on estimated values. Finally, we propose a derivation of the method to deal with the reconstruction of discrete mass spectra.

Des exporteurs « ATP-Binding Cassette » (ABC) sont connus pour être responsables de la résistance contre un large spectre d'agents antibiotiques ou chimiothérapeutiques chez les bactéries et les cellules de mammifères. L'échange hydrogène / deutérium associé à la spectrométrie de masse (HDX-MS) a été utilisé pour caractériser les changements conformationnels de deux exporteurs ABC bactériens, BmrA et BmrC/BmrD, en présence et en absence de nucléotide. Les cinétiques locales d'HDX ont montré la nature hautement dynamique des domaines intra-cellulaires (ICDs) dans la forme apo, ce qui n'était pas attendu d'après les structures cristallographiques aux rayons X des protéines homologues. Dans la conformation ouverte vers l'extérieur (« outward facing »), domaines fixant les nucléotides (NBDs) interagissant, le mouvement des ICDs sont largement réduits pour les deux transporteurs. Les cinétiques d'HDX MS dans la conformation « outward facing » ont été déterminées en appliquant cette technique sur des mutants incapables d'hydrolyser les nucléotides et sur la forme sauvage inhibée au vanadate. La dynamique des NBDs, en particulier pour les régions qui interagissent au cours de l'hydrolyse de l'ATP, a été aussi diminuée dans la conformation « outward facing » comparativement à celle ouverte vers l'intérieur. L'ajout de différents agents connus pour être transportés par des transporteurs ABC n'a pas affecté la dynamique des NBDs. Par ailleurs, nous avons aussi appliqué l'HDX MS à la protéine GLIC, un homologue procaryote d'un « ligand-gated ion channel » pentamérique (pLGIC). Les cinétiques locales d'HDX sont en plein accord avec la structure cristallographique disponible et le changement de pH révèle des différences de deutération dans les régions d'interaction des sous-unités. / Some ATP-Binding Cassette exporters are known to be responsible for resistance against a broad spectrum of antibiotics and chemotherapeutic drugs in bacteria and mammalian cells. Amide hydrogen deuterium exchange coupled to mass spectrometry (HDX-MS) was applied to investigate the conformational changes in two different bacterial ABC exporters, BmrA and BmrC/BmrD, in the presence and absence of nucleotide. Local H/D exchange kinetics showed highly dynamic nature of ICDs in apo form which was not anticipated from X-ray structure of the homologue proteins. In outward facing (closed form) conformation the movement of ICDs were largely reduced for both transporters. The H/D exchange kinetics of closed form were determined by applying H/D exchange on mutants unable to hydrolyze nucleotides or on wild-type inhibited by vanadate. The dynamics of NBDs particularly for those regions which interact during ATP hydrolysis were also reduced in closed form as compared to open one. The addition of different drugs which are known to be transported by ABC transporters did not affect dynamics of NBDs. We further applied H/D exchange kinetics on a prokaryotic homologue of pentameric ligandgated ion channel (pLGIC) GLIC. Local H/D exchange kinetics were in full agreement with the available structure and change in pH showed differences in deuterium level for interacting regions of the subunits.