Les besoins de l’industrie aéronautique en matière de contrôle d’écoulements peuvent trouver réponse parmi des possibilités offertes par les microtechnologies. Ce travail présente le dimensionnement, la réalisation et la caractérisation d’actionneurs MEMS générateurs de microjets synthétiques à membrane souple pour le contrôle actif d’écoulements. On y trouve aussi la réalisation d’un prototype de microcapteur à fil chaud pour la caractérisation d’écoulements aérauliques submillimétriques. Le travail s’appuie sur des études analytiques, des simulations et des expériences sur les microdispositifs réalisés. La technique d’actionnement électromagnétique utilisée apparaît comme la plus adaptée aux forces nécessaires pour l’obtention des performances souhaitées. L’encombrement des dispositifs est inférieur au centimètre cube et leur consommation maximale est de 600 mW. Le fonctionnement optimal se situe sur une plage de fréquences comprise entre 400 Hz et 700 Hz. Pour un orifice de sortie de 600 µm de diamètre, le dispositif affiche des vitesses maximales comprises entre 25 m/s et 55 m/s. Des prototypes de capteur de type fil chaud d’échelle submillimétrique ont également été réalisés. Plusieurs longueurs d’élément sensible ont été élaborées (entre 100 µm et 600 µm) sur un support en couche mince de diamant nanocristallin de 600 µm de long. L’aboutissement de ce procédé technologique constitue un premier pas vers l’obtention de microcapteurs robustes adaptés à la caractérisation d’écoulements aérauliques à l’échelle submillimétrique et vers la constitution d’un système de contrôle réactif d’écoulement. / Active flow control applications for the aeronautical industry can benefit from the possibilities of microtechnologies. This thesis presents a synthetic microjet generator for active flow control that has been designed, fabricated and characterized. The fabrication of a hot-wire microsensor prototype for submillimetric airflow characterization is shown as well. Analytical studies, numerical simulations and experimental tests of the fabricated microdevices were performed. Electromagnetic actuation is used as driving technique because it stands out as the best adapted means for providing the necessary forces for the desired performances. The size of the fabricated microdevices does not exceed one cm3 and their maximum consumption reaches 600 mW. Optimum working point is in the frequency range between 400 Hz and 700 Hz. In this range, a 600 µm diameter outlet microdevice reaches maximum speeds between 25 m/s and 55 m/s. Micro hot-wire sensor prototypes have also been fabricated. Several wire-lengths were produced (between 100 µm and 600 µm) over a 600 µm long thin-film nanocristalline diamond support structure. The validation of this technological process is a first step towards both the realization of robust microsensors adapted to submillimetric airflow characterization and the integration of a complete reactive flow control system.

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La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique causée par la mutation du gène codant pour la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator). Celle-ci présente un défaut sur le canal à ions chlorures affectant ainsi entre autres la viscosité des muqueuses au niveau du système respiratoire. Cet environnement est alors propice aux colonisations bactériennes opportunistes sous la forme de biofilm. Burkholderia cepacia, bacille Gram-négatif mobile, multi-résistant aux antibiotiques et hautement transmissible, s'avère d'une extrême virulence pour les patients atteints de FK. Cette bactérie pathogène désigne en fait un ensemble de neuf souches rassemblées sous le nom de « complexe B. cepacia » (CBC). Au moins huit de ces neuf souches produisent un exopolysaccharide nommé Cepacian. Celui-ci est constitué d'un motif de répétition heptasaccharidique composé notamment de l'enchaînement α-D-Rhap-( 1→4 )-α-D-GlcpA. Le D-rhamnose (ou 6-deoxy-D-mannose) est un composant de glycoconjugués des parois de bactéries pathogènes mais ce sucre rare est absent chez l'homme. Ce dernier présente donc un fort potentiel antigénique dans le cadre de la préparation d'un vaccin entièrement synthétique et spécifique contre B. cepacia. L'élaboration de celui-ci consiste en un activateur universel immunogénique peptidique (Tc-épitope), PADRE ou P2TT préalablement synthétisés, fonctionnalisé par une unité antigénique spécifique. Dans ce but, deux tri-O·saccharides constituants du LPS de B. cepacia et composés majoritairement de D-rhamnose, ainsi que des fragments du motif de répétition de l'exopolysaccharide (EPS) du CBC ont été synthétisés. Des méthodes de synthèses orthogonales ont été optimisées avec de très hauts rendements sur les cinq différents sucres constituant l'EPS ou les LPS du CBC, et plus spécifiquement sur le D-rhamnose. Une série de glycosylation suivie d'une conjugaison finale via une addition radicalaire ou une métathèse croisée a conduit à deux méthodes de conjugaison pour la synthèse de vaccins potentiels, ceci constituant le but final du projet. La synthèse linéaire en 21 étapes a conduit au trisaccharide, α-D-Rhap-(1→3)-α-D-Rhap-(1→2)-α-D-Rhap, avec 36% de rendement global (ou 19% en 18 étapes optimisables). Un rendement de 28% a été obtenu pour une synthèse séquentielle en 17 étapes pour le trisaccharide majeur du LPS, α-D-Rhap-(1→3)-α-D-Rhap-(1→4)-α-D-Galp. La conjugaison de ce dernier sur T-cell épitope constituera l'ultime étape afin d'obtenir un vaccin potentiel entièrement synthétique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Vaccin synthétique, T-cell épitope, Burkholderia cepacia, Fibrose kystique, Oligosaccharide, D-rhamnose, Complexe B. cepacia.

La roche argileuse, constitué par des minéraux comme l'argile, le quartz et la calcite, etc., est un milieu poreux typique sous enquête dans le monde entier dans l'ingénierie pétrolière, le stockage souterrain de déchets et de la science de l'exploitation minière. Il est important de caractériser les roches argileuses par des approches multi-échelles depuis son comportement mécanique et les propriétés physiques sont étroitement liées à la microstructure et les compositions minéralogiques. La présente thèse est consacrée à l'enquête micromécanique des argiles synthétiques artificielles obtenues par des essais de consolidation à haute pression dans le laboratoire avec la composition minérale et de la porosité sous contrôle pour réduire au minimum l'affection de la complexité des microstructures comme dans la nature argilo roches. essais de compression triaxiale avec des cycles de chargement-déchargement sont effectuées pour caractériser les comportements mécaniques et les propriétés de transport des fluides des argiles synthétiques. Le dispositif et les méthodes expérimentales développées sont ensuite utilisées pour caractériser la couche de roche argileuse morts-terrains dans une ingénierie pétrolière en Angola. Les données expérimentales permettent enfin l'application et la validation d'un modèle constitutif micromécanique à base de caractériser et de prédire les comportements mécaniques des argiles synthétiques. / Clayey rock, constituted by such minerals as clay, quartz and calcite, etc., is a typical porous medium under investigation worldwide in petroleum engineering, underground waste storage and mining science. It is important to characterize the clayey rocks by multi-scale approaches since its mechanical behavior and physical properties are closely related to its microstructure and mineralogical compositions. The present thesis is devoted to micromechanical investigation of the man-made synthetic clays obtained by high pressure consolidation tests in laboratory with mineral composition and porosity under control to minimize the affection of microstructural complexity as in nature clayey rocks. Triaxial compression tests with loading-unloading cycles are carried out to characterize both the mechanical behaviors and fluid transport properties of the synthetic clays. The developed experimental device and methods are then used to characterize the overburden clayey rock layer in a petroleum engineering in Angola. The experimental data finally allow the application and validation of a micro-mechanics based constitutive model to characterize and predict the mechanical behaviors of the synthetic clays.

Grâce aux progrès de la synthèse et de l’assemblage d’ADN, il est maintenant possible de créer des génomes complètement différents de ceux retrouvés dans la nature. Il sera bientôt possible de concevoir des bactéries ayant des génomes fait sur mesure pour pouvoir répondre à différentes problématiques qui touchent notre société. Par contre, le design rationnel de génome n’est pas encore possible, car les contraintes à respecter pour qu’un génome soit fonctionnel nous sont encore largement inconnues. De plus, le faible nombre d’organismes minimaux modèles ne permet pas encore de tirer de conclusions générales. J’ai donc cherché à améliorer ces deux aspects, en développant un nouveau modèle pour la génomique synthétique et en combinant plusieurs approches pour déterminer les éléments génétiques essentiels de son génome. Lors de mes travaux, j’ai dans un premier temps cloné le génome complet de la bactérie Mesoplasma florum L1 sous la forme d’un chromosome artificiel dans la levure Saccharomyces cerevisiae. J’ai fait une analyse transcriptionnelle ainsi qu’une analyse de croissance de cette souche de levure pour déterminer que le génome bactérien avait un impact limité sur son hôte. J’ai aussi observé de la transcription cryptique issue du génome cloné. J’ai ensuite pu découvrir que la transplantation du génome bactérien est une manipulation mutagène et que cet effet est amplifié par la distance phylogénétique entre le génome transplanté à partir de la levure et la bactérie réceptrice, Mycoplasma capricolum sous-espèce capricolum. Ces connaissances et la mise point de la boucle de clonage et transplantation permettent de mieux comprendre ce processus encore peu caractérisé et de positionner M. florum comme modèle pour la génomique synthétique. J’ai ensuite identifié les éléments importants du génome de M. florum en combinant une approche de génomique comparative sur 13 souches appartenant à cette espèce et la mutagénèse par transposons chez la souche L1. J’ai pu ainsi identifier des gènes plus ii propices à la délétion et à concevoir des plans de réduction du génome de cette souche. J’ai par la suite comparé ces plans au génome de la bactérie minimale Mycoplasma mycoides sous-espèce capri JCVI-syn3.0. J’ai finalement démontré que bien que ces bactéries soient phylogénétiquement proches, une bactérie minimale construite à partir de M. florum serait différente de la souche JCVI-syn3.0 et que la combinaison d’information sur la conservation et l’essentialité des gènes permet d’arriver à une bonne approximation de ce que serait génome minimal d’une bactérie.

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du contrat d’objectifs AQUAL dont le but est la lutte contre les pollutions diffuses en milieu rural. Ils portent sur la compréhension des mécanismes de rétention du cuivre dans les sols viticoles. Afin de s’affranchir de la complexité des sols, sept constituants ont été sélectionnés (quartz,calcite, kaolinite, matière organique, goethite, ferrihydrite et birnessite). Le comportement du cuivre a été étudié sur les constituants seuls puis dans des mélanges de complexité croissante, afin d’évaluer l’implication de chacun d’entre eux, en fonction du pH et de la concentration en cuivre. L’influence du vieillissement et de la concentration sur la répartition géochimique du cuivre a ensuite été évaluée dans des sols synthétiques et naturels contaminés. L’ensemble des résultats a été obtenu grâce à la combinaison de plusieurs techniques permettant d’obtenir des informations complémentaires aux échelles macroscopique, microscopique (STEM-EDX et μ-XRF) et moléculaire (XANES).Les résultats montrent d’une part, que les principaux constituants responsables de la rétention du cuivre sont la matière organique et les oxydes de fer et de manganèse et d’autre part, que l’existence d’interactions organo-minérales influe significativement sur la rétention du cuivre. Lacombinaison d’expériences de sorption et d’extractions séquentielles a permis de mettre en évidence que les processus de rétention du cuivre se produisant dans le sol naturel peuvent être mimés dans un sol synthétique, ce dernier pouvant ainsi être utilisé comme modèle. / This work is a part of the AQUAL research program which aims to strive against diffuse pollution in rural environment. It deals with the understanding of copper retention mechanisms in vineyard soils.To overcome the soil complexity, seven constituents were selected (quartz, calcite, kaolinite,organic matter, goethite, ferrihydrite and birnessite). The copper behavior was firstly studied on the single constituents, then on increasing complexity constituents mixtures in order to assess their implication as a function of pH and copper concentration. The influence of aging time and copper concentration was evaluated on the copper geochemical partitioning in synthetic and natural soils.Conclusion could be drawn by combination of several techniques providing complementary information at macroscopic, microscopic (STEM-EDX, μ-XRF) and molecular (XANES) scales.The results showed on the one hand, that organic matter and iron and manganese oxides are the main constituents involved in copper retention and on the other hand, that the presence of organo-mineral interactions also significantly influences the copper retention. Sorption experiments combined with sequential extractions emphasized that copper retention processes occurring in a natural soil can be mimicked in a synthetic soil which could then be used as a model.

Pour lutter contre les maladies virales chez les plantes cultivées, il est important de développer des résistances génétiques. Dans ce contexte, les facteurs d’initiation de la traduction eIF4E jouent un rôle majeur dans la mise en place de résistance aux potyvirus, un groupe de virus à ARN nuisible pour les cultures. Fréquemment, des allèles naturels de résistances ont été sélectionnés dans les espèces à intérêt agronomique. Cependant, nombreuses sont les espèces ne possédant pas de résistance naturelle. Pour remédier à ce problème, j’étudie lors de ma thèse le pathosystème Arabidopsis thaliana-potyvirus afin d’élaborer de nouvelles sources de résistances, en vue d’étendre leur application aux plantes cultivables. Pour ceci, je crée artificiellement par mutagénèse dirigée des allèles de résistances dont je teste dans la plante la fonctionnalité ainsi que l’efficacité vis-à-vis de la résistance. En combinant ces allèles de résistance synthétiques avec d’autres résistances liées aux facteurs eIF4E, je vise à élargir le spectre de résistance aux potyvirus ainsi qu’à augmenter la durabilité de ces résistances. Cette étude permettra de prouver la faisabilité de ce système pour obtenir des plantes à large spectre de résistance avant de pouvoir ainsi l’appliquer aux plantes à intérêt agronomique. / The development of genetic resistance is important to avoid viral infections in cultivated crops. In this context, translation initiation factors eIF4E have a major role in resistance to potyviruses, a family of viruses damageable to crops. Although natural resistance alleles are often used in crops breeding, there are still species devoided of such natural resistance, making it impossible to develop genetic resistance. Using the Arabidopsis thaliana-potyviruses pathosystem, I aim at developing new sources of resistances as a proof of concept before considering their application to crop species. For this, I am developing artificial resistance alleles created by directed mutagenesis before testing them for both their functionality and their resistance efficiency in plants. By combining these synthetic resistance alleles with others eIF4E factors-mediated resistance, my aim is to enlarge resistance spectrum to potyviruses as well as to increase the resistance durability. This study will make proof of the feasibility of this system to obtain large spectrum resistance plants with the perspective of extending it to cultivated plants.

La fibrose kystique (FK) est une maladie génétique causée par la mutation du gène codant pour la protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator). Celle-ci présente un défaut sur le canal à ions chlorure affectant ainsi entre autres la viscosité des muqueuses au niveau du système respiratoire. Cet environnement est alors propice aux colonisations bactériennes opportunistes sous la forme de biofilm. Burkholderia cepacia, bacille Gram-négatif mobile, multi-résistant aux antibiotiques et hautement transmissible, s'avère d'une extrême virulence pour les patients atteints de FK. Cette bactérie pathogène désigne en fait un ensemble de neuf souches rassemblées sous le nom de « complexe B. cepacia » (CBC). Au moins huit de ces neuf souches produisent un exopolysaccharide nommé Cepacian. Ceci est constitué d'un motif de répétition heptasaccharidique composé notamment de l'enchaînement α-D-Rhap-(1→4)-α-D-GlcpA. Le D-rhamnose (ou 6-deoxy-D-mannose) est un sucre rare et un composant de glycoconjugués des parois de bactéries pathogènes mais est absent chez l'homme. Ce dernier est donc un excellent candidat antigénique dans le cadre de la préparation d'un vaccin entièrement synthétique et spécifique. L'élaboration de celui-ci consiste en un activateur universel immunogénique peptidique (Tc-épitope) et/ou protéique (semi-synthétique) fonctionnalisé par une unité antigénique spécifique. Dans ce but, un tri-O-saccharide de constituant de LPS de B. cepacia et composé majoritairement de D-rhamnose, ainsi que des fragments du motif répétition de l'exopolysaccharide du CBC ont été synthétisés. Des méthodes de synthèses orthogonales ont été optimisées avec de hauts rendements sur les cinq types de sucres du CBC, spécifiquement le D-rhamnose, et l'acide glucuronique ainsi qu'une série de glycosylations. La synthèse linéaire en 18 étapes conduit à l'α-D-Rhap-(1→4 )-α-D-Galp-(1→3)-α-D-Rhap avec 11.3% de rendement global. La dernière étape sera la conjugaison de Tc-épitope par ce dernier afin d'obtenir un vaccin entièrement synthétique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Vaccin synthétique, T-cell épitope, Burkholderia cepacia, Fibrose kystique, Oligosaccharide, D-rhamnose, Complexe B. cepacia.

L’un des objectifs principal de la biologie synthétique est de reprogrammer les organismes vivants pour résoudre des challenges mondiaux actuelles dans le domaine industriel, environnemental et de la santé. Tandis que de nombreux types de portes logiques génétiques ont été conçus, leur extensibilité reste limitée. Effectivement, la conception de portes logiques reste en grande partie un processus fastidieux et repose soit sur l’intuition humaine, soit sur des méthodes computationnelles de force brute. De plus, les circuits conçus sont généralement de grande taille et ne sont donc pas faciles à implémenter dans les organismes vivants.Durant ma thèse, mon objectif a été d’augmenter la puissance de calcul des circuits logiques utilisant des intégrases tout en permettant aux chercheurs d’implémenter simplement ces circuits à un large éventail d'organismes et d’entrées.Tout d’abord, j’ai développé un cadre extensible et composable pour le design systématique de systèmes multicellulaires implémentant de la logique Booléenne et histoire dépendent. Ce design est basé sur l'utilisation de sérine intégrases et peut intégrer un nombre arbitraire d’entrée. J’ai implémenté dans Escherichia coli des circuits logiques Booléens multicellulaires jusqu’à quatre entrées et des circuits histoire-dépendent jusqu’à 3 entrées. En raison de son extensibilité et de sa composabilité, ce design permet une implémentation simple et directe de circuits logiques dans des systèmes multicellulaires.J’ai également poussé le compactage des circuits logiques biologiques. Pour cela, j’ai généré une base de données complète de tous les circuits logiques unicellulaires possibles pour l’implémentation de fonctions booléennes à deux, trois et quatre entrées. La caractérisation d’un ensemble réduit des circuits de cette base de données devra être effectuée pour prouver la faisabilité de leur implémentation.Je pense que ces différentes stratégies de conception et les différents outils distribués (pièces biologiques et interface web) aideront les chercheurs et les ingénieurs à reprogrammer le comportement cellulaire de manière simple pour diverses applications. / A major goal of synthetic biology is to reprogram living organisms to solve pressing challenges in manufacturing, environmental remediation, or healthcare. While many types of genetic logic gates have been engineered, their scalability remains limited. Indeed, gate design remains largely a tedious process and relies either on human intuition or on brute-force computational methods. Additionally, designed circuits are usually large and therefore not straightforward to implement in living organisms.Here, I aimed at increasing the computation power of integrase-based logic circuits while permitting researchers to simply implement these circuits to a large range of organisms and of inputs.First, I developed a scalable composition framework for the systematic design of multicellular systems performing integrase-based Boolean and history-dependent logic and integrating an arbitrary number of inputs. I designed multicell Boolean logic circuits in Escherichia coli to up to 4 inputs and History-dependent circuits to 3 inputs. Due to its scalability and composability, this design framework permits a simple and straightforward implementation of logic circuits in multicellular systems.I also pushed forward the compaction of biological logic circuits. I generated a complete database of single-cell integrase-based logic circuits to obtain all possible designs for the implementation of up to 4-input Boolean functions. Characterization of a reduced set of circuits will have to be performed to prove the feasibility of the implementation of these circuits.All these design strategies can be implemented via easily accessible web interfaces, and open collections of biological components that are made available to the scientific community. These tools will enable researchers and engineers to reprogram cellular behavior for various applications in a streamlined manner.

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