Le mildiou de la vigne, causé par le pathogène Plasmopara viticola, est une maladie cryptogamique pouvant causer de sérieux dégâts sur les récoltes. Pour éviter ces pertes, il est nécessaire de recourir à des produits phytosanitaires. Outre leur coût financier, les questions sur la santé des viticulteurs et des populations vivant à proximité des vignobles, ainsi que la protection de l’environnement ne peuvent être ignorées. Cependant, toutes les variétés de vigne ne présentent pas la même sensibilité au pathogène. En effet, bien qu’elles soient moins appréciées pour leurs qualités organoleptiques, les variétés américaines sont résistantes à cette maladie. Les combiner par croisement variétal avec des espèces européennes peut constituer une alternative viable aux traitements antifongiques. Cependant, pour piloter effacement ces problèmes de sélection variétal, il est nécessaire de mieux appréhender la relation « hôte-pathogène ». C’est dans ce but que l’analyse par spectrométrie de masse a été employée sous différents aspects / Downy mildew, caused by the Plasmopara viticola pathogen, is a fungal disease which can induce serious harvest damages. To avoid these losses, it is necessary to use phytosanitary treatments. In addition to their financial cost, winegrower’s health issues and the environment protection cannot be ignored. However, all grapevine varieties do not present the same sensitivity to the pathogen. Indeed, despite of poor organoleptic qualities, American varieties are resistant to this disease. Combining them with European species by varietal crossing may be a viable alternative to these treatments. However, to lead efficiently these cross breeding programs, it is necessary to know more about the relationship "host-pathogen". In this context, analysis by mass spectrometry has been used under different aspects

Le lien étroit existant entre la masse d'un noyau et son énergie de liaison fait de la masse un observable incontournable pour enrichir notre compréhension de l'évolution de la structure nucléaire dans des régions de la carte des noyaux éloignées de la vallée de la stabilité. Dans cette thèse deux régions présentant d'importants changements structurales sont étudiés à travers des mesures de masses de haute précision effectuées à ISOLDE/CERN avec le spectromètre ISOLTRAP. De nombreux résultats de spectroscopie nucléaire indiquent que la chaîne isotopique du chrome présente les changements structurales les plus importants dans toute la région de déformation nucléaire observée au sud du nickel 68. Cette thèse présente les premières mesures de haute précision des isotopes 58-63Cr grâce à des techniques de spectrométrie de masse de pointe faisant appel à l'utilisation d'un piège de Penning ainsi qu'à un spectromètre en temps de vol de type MRToF-MS. Les mesures ainsi obtenues sont jusqu'à 300 fois plus précises que celles disponibles dans la littérature actuelle. Au contraire des résultats précédents, ces nouvelles mesures suggèrent une évolution progressive de l'état fondamental des chromes vers la déformation aux abords de N=40. La question de la persistance de la fermeture de couche à N=28 dans la chaine de l'argon est aussi abordée dans le cadre de cette thèse de doctorat à travers la mesure des isotopes 46-48 de l'argon. Les résultats d'une précision améliorée confirment la présence d'une forte fermeture de couche à N=28 dans l'argon. Pour chaque jeu de données la procédure d'analyse est détaillée. L'implication pour la physique nucléaire des résultats expérimentaux obtenus sont discutés de manière phénoménologique ainsi qu'à travers des modèles représentant l'état de l'art de la recherche en physique nucléaire théorique. / Due to their inherent relationship with the binding energy, nuclear masses are the fingerprint of all the interactions taking place within the nucleus. As such, precise and accurate mass values are an essential ingredient to the comprehensive understanding of nuclear phenomena in exotic regions of the chart of nuclides. In this thesis, two key regions exhibiting dramatic structural evolution are investigated by means of high precision mass measurements performed with the online mass spectrometer ISOLTRAP at ISOLDE/CERN. Numerous spectroscopy results indicate that the chromium isotopic chain exhibits the most dramatic structural changes within the region situated south of 68Ni. This thesis reports on the first high-precision mass measurements of the neutron-rich 58-63Cr isotopes using the well established Penning trap mass spectrometry technique as well as the MRToF-MS technique pioneered at ISOLTRAP in recent years. The obtained mass values are up to 300 times more precise than the ones currently available in the literature. At odds with previous results, the new mass values exclude a sudden onset of ground-state collectivity rather favouring a smooth transition towards deformation approaching N=40. The question of the persistence of the N=28 shell closure in the Argon chain is also studied in this PhD work through the measurement of the neutron-rich 46-48Ar isotopes. The results of improved precision confirm the presence of a strong N=28 shell closure in the Argon chain. For both datasets, the detailed data analysis procedure will be presented. The implication of the obtained mass values for nuclear structure will be discussed through a phenomenological discussion of the binding energy trend. The results will also be discussed in the light of state of the art nuclear models including results from the promising valence-space formulation of the ab-initio IM-SRG formalism.

L'assurance de la sécurité sanitaire des aliments vis-à-vis des contaminants chimiques est un enjeu en constante évolution en raison des sources multiples de contamination (pesticides, mycotoxines, néoformés indésirables, et migrants des matériaux au contact entre autres). Actuellement, l'évaluation complète de la qualité sanitaire d'un aliment nécessite la multiplication de méthodes analytiques dites « ciblées » ayant un coût important. De plus, malgré la multiplication des méthodes ciblées, tout contaminant non recherché ne sera pas détecté. Il apparaît nécessaire aujourd'hui de faire évoluer ces méthodes vers des approches analytiques « non-ciblées » susceptibles, via l'analyse d'empreintes chimiques, d'évaluer la présence d'une gamme aussi large que possible des contaminants dans une matrice alimentaire. Les travaux de thèse ont porté sur l'utilisation de la spectrométrie de masse haute résolution (LC-HRMS) et de la chimiométrie pour développer une méthode capable de caractériser la qualité sanitaire des aliments. La matrice de développement est le thé, choisi pour sa complexité d’analyse, sa large consommation et les alertes sanitaires récurrentes à son sujet. Une première preuve de concept de la méthode a été mise en place sur un thé vert de référence et un panel de 32 contaminants choisis pour leur diversité de sources et structures chimiques, puis des situations plus complexes ont été investiguées : application à d’autres types de thé, analyse simultanée d’échantillons de marques et d’origines géographiques distinctes, et enfin application en aveugle à des situations de contamination complexes avec la présence de plusieurs schémas de contamination au sein du même jeu d’échantillons. L’utilisation d’outils de traitement de données libres et ouverts a permis de développer un processus de traitement des données unifié pour deux plateformes analytiques LC-HRMS de technologies et de marques différentes (ToF et Orbitrap), ce qui n’a jamais été réalisé pour l’étude de la sécurité sanitaire chimique des aliments. Par ailleurs, le développement de ce processus a été l’occasion de réaliser une étude méthodologique du comportement de certains outils pour les approches non-ciblées de détection des contaminants de l’aliment / Ensuring food safety, especially toward chemical contaminants, is an issue in constant evolution due to multiple sources of contamination (pesticides, mycotoxins, neoformed contaminants, migrants from packaging among others). Currently, several targeted analyses are needed to fully assess the chemical safety of foods, generating high cost. Moreover, despite the number of analyses performed, a contaminant not targeted is not detected. Therefore, it is necessary to develop new methods based on non-targeted approaches able to assess, through analysis of chemical fingerprints, the occurrence of as many contaminants as possible in a food matrix. The main purpose of this work lies in the use of high resolution mass spectrometry (LC-HRMS) and chemometrics in order to develop a method capable of assessing food safety. Tea has been chosen as a development product for its analytical complexity, its broad consumption and its safety issues. A first proof-of-concept of the method has been set up on a reference green tea with a pool of 32 representative food contaminants, chosen for their diversity in terms of sources and chemical structures. More complex situations were further investigated with different types of tea, several brands considered at once and, last but not least, with the application to blind detection of contaminants in complex cases. Free and open-source data analysis tools were used to build a unified data treatment process to analyze data from two LC-HRMS analytical platforms of different technologies (ToF and Orbitrap), which is new for food safety studies. The development of this process also enabled a methodological study of the behavior of several tools used in untargeted approaches for food safety.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Un stress oxydatif survient lorsqu’il y a surproduction de dérivés actifs de l’oxygène par rapport aux défenses antioxydantes. Ce déséquilibre est associé, entre autres, à la prééclampsie, une pathologie de la grossesse. Les F2-isoprostanes regroupent soixante-quatre isomères issus de la peroxydation de l’acide arachidonique. Ceux-ci sont reconnus comme étant les biomarqueurs les plus fiables du stress oxydatif in vivo. Une méthode d’analyse par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem pour le dosage de sept isomères de F2-isoprostanes dans des échantillons de plasma, de sang et de membranes érythrocytaires a été mise au point et validée. Les F2-isoprostanes dans le plasma ont été corrélés positivement avec plusieurs acides gras trans plasmatiques au troisième trimestre de la grossesse. Contre toute attente, les F2-isoprostanes du plasma, du sang et des membranes érythrocytaires sont moins abondants en prééclampsie par rapport aux contrôles en fin de grossesse. / An oxidative stress is defined as an imbalance between the production of reactive oxygen species and antioxidant defenses of the organism. This imbalance has been associated with preeclampsia, a pathology of the mid-to-late pregnancy. Peroxidation of arachidonic acid generates sixty-four isomers of F2-isoprostanes. The latter are recognized as the most reliable biomarkers of oxidative stress in vivo. A method using liquid chromatography tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) for the determination of seven isomers of F2-isoprostanes in plasma samples, whole blood and erythrocyte membranes has been developed and validated. The F2-isoprostanes correlated positively with several trans fatty acids in plasma at end of the pregnancy. Unexpectedly, F2-isoprostanes were less abundant in preeclampsia than in control pregnancies at the third trimester.

La recherche en protéomique s' est développée en étant intimement liée à l' apparition d' outils analytiques sophistiqués et à haut débit tels que les spectromètres de masse (MS). Cependant, des méthodes permettant l'analyse rapide et efficace de ces données, telle que l'analyse multivariée, pourrait procurer des outils intéressants pour tout laboratoire de bioprocédés se spécialisant dans la production de protéines recombinantes. Ces travaux représentent une percée technologique en suivi et contrôle de bioprocédé. En effet, l'emploi de l'analyse multivariée sur des données de chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse (LCMS) afin d'identifier des isoformes protéiques et de suivre la production de protéines constitue une innovation significative pouvant mener à de nombreuses applications industrielles. Ces techniques procurent de nouvelles avenues pour l' optimisation et le contrôle de qualité pour des procédés de production de protéines recombinantes par culture cellulaire. Trois modèles expérimentau, x furent employés et analysés pour cette thèse. Des albumines purifiées de différentes origines animales ayant des similarités de séquence variant de 69,6 % à 92,4% et des masses moléculaires à l'intérieur de marges de ± 0,7% furent employées afin de démontrer la capacité de l'analyse multivariée à correctement distinguer des isoformes. Le suivi d'une culture cellulaire (HEK293) infectée par un adénovirus (Ad5- CMV-GFPsg25) par analyse multivariée des signaux LCMS fut aussi exécuté. Ce suivi permit d'identifié automatiquement les protéines produites au cours du processus et d'effectuer directement leur quantification. Finalement, ces techniques furent aussi appliquées à l'analyse de signaux provenant d'un spectromètre de mase en tandem (MS/MS) de type quadrupôle temps d'envol (Quadrupole Time Of Flight QTOF) pour l'étude de mélanges protéiques dans un contexte de recherche de biomarqueurs. Étant donné la capacité des algorithmes développés dans cette thèse de distinguer de petites différences entre des spectres de protéines, de directement identifier et quantifier une protéine d'intérêt dans un contexte de bio production et également de sélectionner les zones corrélées avec des peptides d'intérêt pour augmenter la sensibilité des études protéomiques, nos résultats indiquent que l'analyse multivariée des signaux LCMS ou LCMSIMS peut contribuer significativement au suivi, contrôle de qualité et diagnostic des bioprocédés lors de production de protéines recombinantes par des cultures cellulaires. 1

Ce mémoire concerne les travaux de la spectroscopie infrarouge de réflexion-adsorption (IRRAS) et de la spectrométrie de masse par TDS (thermal désorption spectrometry) réalisés durant les deux dernières années et visant à comprendre la réaction d'Orito. Cette dernière est importante pour synthétiser les molécules chirales dans le domaine pharmaceutique. La réaction d'hydrogénation du réactif 2,2,2-trifluoroacetophenone (TFAP) sur le Pt(lll) chiralement modifié par le l-(l-naphthyl)éthylamine (NEA) est étudiée. Les études IRRAS et TDS des interactions modificateur/Pt(lll), réactifTPt(lll), réactif-H2/Pt( 111), modifïcateur-réactif7Pt( 111), modificateur-réactif-H2/Pt( 111) seront présentées. Ces résultats et l'étude de (l-Éthyle)naphtalène ressemblant à NEA, sont nécessaires dans l'interprétation des observations de la Microscopie à Effet Tunnel(STM) et pour vérifier les structures prévues par la simulation de DFT. Ces résultats permettent de relever davantage les comportements des molécules et l'induction de la chiralité du système sur le Pt(l 11) afin d'améliorer la performance de la réaction. / Réaction d'Orito

Durant les dernières décennies, de nombreux cas d'interactions pharmacocinétiques drogue-drogue ont été répertoriés, menant parfois à des pathologies sérieuses et permanentes. Pour l'industrie pharmaceutique, il s'est alors avéré essentiel de bien caractériser l'activité métabolique de composés en phase clinique. Un des outils développé et utilisé en première ligne lors de la caractérisation des voies impliquées dans la métabolisation d'une drogue est l'essai in-vitro du cytochrome P450. Cet essai, utilisant une préparation hépatique, permet entre autres d'identifier la ou les enzymes responsables lors de la biotransformation d'un médicament. Parmi les différentes techniques d'analyse impliquées lors de la quantitatification de l'activité des enzymes du cytochrome P450, la chromatographie liquide avec détection en spectrométrie de masse demeure certes la plus utilisée et la mieux documentée. Toutefois, une grande diversité de paramètres d'analyse recensés dans la littérature rend la tâche ardue à l'analyste non aguerri. De plus, aucune méthode simple et standardisée, permettant d'évaluer l'activité de l'ensemble des neuf enzymes responsables de la métabolisation de la majorité des médicaments, n'est répertoriée. Dans cette optique, l'objectif du présent projet de maîtrise consistait au développement de stratégies analytiques en chromatographie liquide avec détection par spectrométrie de masse, pouvant être appliquées dans n'importe quel laboratoire possédant des instruments d'ancienne ou de nouvelle génération. Pour ce faire, une séparation tant en chromatographie liquide haute performance (HPLC) qu'en chromatographie liquide ultra performance (UPLC) a été mise au point. De surcroît, l'utilisation de spectromètres de masse à simple (MS) ou à triple quadripole (MS/MS) a été étudiée, dans le but de quantifier les metabolites des différents essais.

Le radio-cobalt possède de multiples applications dans des domaines tels que la medicine, l'industrie alimentaire et la recherche. Cependant, le ⁶⁰Co pourrait être intégré à une arme de dispersion de poussières radioactives à des fins terroristes. Afin de prévenir une telle menace, il est important de développer des techniques radiochimiques permettant de faire la datation d'une source de ⁶⁰Co et de confirmer son origine, permettant de déterminer la légalité de la source saisie. Pour estimer l'âge d'une source, il est nécessaire de mesurer le ratio isotopique du ⁶⁰Co avec son produit de désintégration le ⁶⁰Ni. Étant donné que le ⁶⁰Ni est un isotope stable, seule la spectrométrie de masse peut être utilisée (ICP-MS). Les deux isotopes possédant le même ratio m/z, une séparation de haute performance est nécessaire afin d'extraire le ⁶⁰Ni de la matrice de radio-cobalt. Il est nécessaire de séparer une faible quantité de nickel dans une matrice très riche en cobalt. Pour effectuer cette séparation, deux approches ont été étudiées : la chromatographie de complexation et la chromatographie échangeuse d'ions. La chromatographie échangeuse d'anions est basée sur les travaux de Krauss et Moore et utilise la résine Dowex 1-X8 sous forme chlorure. L'autre technique est basée sur la complexation du nickel avec le diméthylglyxoime sur une colonne en milieu légèrement basique, celle-ci est commercialisée par la compagnie Eichrom. De plus, une méthodologie de mise en solution a été développée afin d'éviter la contamination de la source par la couche externe faite en nickel. Finalement une analyse complète des paramètres de 1TCP-MS en utilisant deux méthodes d'injection a été effectuée afin d'évaluer les limitations instrumentales pour l'analyse isotopique du ⁶⁰Ni.

Dans cette thèse, nous présentons une étude de l'ionisation multiphotonique ou tunnel de certains atomes et molécules dans un régime intermédiaire d'intensité (~10¹³-10¹⁴ W/cm²) en utilisant des impulsions provenant d'un laser ultra rapide Ti:saphir. En étudiant l'ionisation à deux couleurs de Ar et de Xe, nous présentons un modèle pour quantifier les contributions tunnel quasi-statique et multiphotonique. La dépendance du taux d'ionisation de Ar et de Xe sur l'angle entre les vecteurs de polarisation de deux impulsions ([omega] et 2 [omega] est mesurée. L'ionisation de cinq molécules organiques, C₆H₆, C₅NH₅, C₃H₆, C₂H₄, et C₂H₂, est étudiée. Deux phénomènes sont observés. La première observation montre que la probabilité d'ionisation jusqu'à un état uniquement chargé (+1) est supprimée en comparaison avec des atomes fictifs ayant le même potentiel d'ionisation. La seconde montre que l'ionisation double de ces molécules se produit principalement par un processus non séquentiel. Ces molécules présentent une probabilité relative énorme pour l'ionisation non séquentielle, qui est attribuée à la suppression de l'ionisation multiphotonique ou tunnel d'un ion de charge +1. Finalement, pour une application de spectroscopic laser, les spectres de masse de deux isomères de butène, 1-butène et cis-2-butène ionisés par des impulsions laser femtosecondes intenses sont comparés. On montre que la différence entre ces deux spectres est beaucoup plus prononcée que celle qu'on observe sur des spectres obtenus par collisions d'électrons de 100 eV. Notre observation suggère l'application possible de l'ionisation multiphotonique dissociative par des impulsions d'un laser ultrarapide pour la spectroscopic de masse de haute performance pour distinguer des molécules similaires.

L'avancement de différentes sphères d'analyse moléculaire demande toujours un plus grand pouvoir d'identification de la matière. Par exemple, l'analyse en LDTD-MS peut être difficile lorsqu'un échantillon contient différentes molécules ayant la même masse (isobares & isomères). La mobilité ionique différentielle est une méthode de séparation de molécules ionisées qui s'avère être un outil additionnel dans le domaine de la spectrométrie de masse pour aider à repousser et/ou augmenter la spécificité et les limites de détection. Ce projet a eu pour but la conception et la caractérisation d'un instrument de mobilité ionique différentielle ayant une géométrie originale et qui est couplé à un système LDTD-MS/MS. L'objectif final est d'améliorer la résolution d'interférences de masses dans un système LDTD-MS/MS. Les configurations planes et coaxiales usuelles produisent la séparation des différentes molécules dans un plan perpendiculaire à l'axe de propagation et nécessitent deux électrodes pour y parvenir. Le concept original mis de l'avant dans ce travail sépare les molécules parallèlement à l'axe de propagation. Toutefois, ceci nécessite l'utilisation d'au moins trois électrodes pour y parvenir plutôt que 2 électrodes pour les configurations planes ou coaxiales. Cette approche a été prise dans l'optique de prolonger le parcours des ions dans les conditions optimales de séparation, tout en limitant les pertes par diffusion. Des simulations numériques ont été réalisées pour concevoir et caractériser une configuration à électrodes multiples. La configuration proposée produit la séparation caractéristique des FAIMS et DMS dans deux régions de dérive distinctes. Ce principe de fonctionnement nécessite des tensions de compensation indépendantes sur la première et la troisième électrodes. La fonction asymétrique (tension de dispersion) est appliquée sur la seconde électrode. Selon la polarité de la tension de dispersion, chaque région bloquera plus facilement des ions ayant un différentiel de mobilité ionique soit positif (∆K+) ou négatif (∆K-). Le mécanisme de séparation est différent de ce qui est réalisé lorsque la séparation est perpendiculaire à l'axe de propagation. Ainsi, un effort particulier a été mis sur la description et l'interprétation des courbes de transmission obtenues. Les concepts de résolution et de pouvoir de résolution, nécessaires à l'évaluation de la performance instrumentale, ont du être redéfinis pour pouvoir s'appliquer aux résultats obtenus. Un montage expérimental empruntant l'électronique d'un FAIMS commercial a été réalisé pour expérimenter la configuration novatrice. Les performances instrumentales ont été évaluées sous deux aspects : la séparation ciblée et la filtration d'interférences non ciblées. Des phtalates ayant des structures chimiques similaires ont été infusés et séparés par l'instrument. Les observations expérimentales concordent avec les résultats obtenus en simulation. Le mécanisme de séparation fonctionne tel que décrit théoriquement. La quantification de la quetiapine dans le plasma est limitée par un interférent sur la transition la plus sensible. Une courbe de calibration a comparé la limite de quantification d'un système LDTD-MS/MS et LDTD-FAIMS-MS/MS. La séparation de cet interférent non-ciblé a permis d'abaisser la limite de quantification d'un facteur 10 par rapport au système LDTD-MS/MS. Cette limite de quantification s'avère à un niveau qui plus bas que ce qui est répertorié dans littérature. / The advancement of different spheres of molecular analysis always requires greater power to identify the material. For example, LDTD-MS analysis can be difficult when a sample contains different molecules with the same mass (isobars & isomers). Differential ion mobility is a method for separating ionized molecules that is proving to be an additional tool in the field of mass spectrometry to help increase specificity and detection limits. The aim of this project was to design and characterize a differential ion mobility instrument with an original geometry that is coupled to an LDTD-MS/MS system. The final objective is to improve the resolution of mass interferences in an LDTD-MS/MS system. The usual planar and coaxial configurations produce the separation of different molecules in a plane perpendicular to the propagation axis and require two electrodes to achieve this. The original concept put forward in this work separates the molecules parallel to the propagation axis. However, this requires the use of at least three electrodes to achieve this rather than 2 electrodes for planar or coaxial configurations. This approach was taken in order to extend the ion path under optimal separation conditions, while limiting diffusion losses. Numerical simulations were performed to design and characterize a multiple electrode configuration. The proposed configuration produces the characteristic separation of FAIMS and DMS in two distinct drift regions. This operating principle requires independent compensation voltages on the first and third electrodes. The asymmetric function (dispersion voltage) is applied on the second electrode. Depending on the polarity of the dispersion voltage, each region will more easily block ions with either a positive (∆K+) or negative (∆K-) ion mobility differential. The separation mechanism is different from what is achieved when the separation is perpendicular to the propagation axis. Thus, a particular effort has been put on the description and interpretation of the transmission curves obtained. The concepts of resolution and resolving power, necessary for the evaluation of the instrumental performance, had to be redefined in order to be applied to the obtained results. An experimental set-up borrowing the electronics of a commercial FAIMS has been realized to experiment the innovative configuration. The instrumental performances were evaluated under two aspects: targeted separation and filtration of untargeted interferences. Phthalates with similar chemical structures were infused and separated by the instrument. The experimental observations are in agreement with the results obtained in simulation. The separation mechanism works as theoretically described. Quantification of quetiapine in plasma is limited by an interferent on the most sensitive transition. A calibration curve compared the limit of quantification of an LDTD-MS/MS and LDTD-FAIMS-MS/MS system. The separation of this untargeted interferent lowered the limit of quantification by an order of 10 compared to the LDTD-MS/MS system. This limit of quantification was found to be at a level that is lower than what is reported in the literature.