Parmi les méthodologies d’appréciation du danger ayant connu une forte croissance ces dernières décennies figurent le Control Banding (CB). Selon une estimée du NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health), cette approche qualitative a été développé dans l’industrie pharmaceutique dans un but concret de protéger près de 90% de travailleurs n’ayant pas accès à des services de santé, de sécurité et d’hygiène au travail. Actuellement, cette approche peut être adaptée aux spécificités des nanomatériaux (NMs) pour lesquelles peu de connaissances scientifiques sont disponibles sur les risques potentiels pour la santé et pour la sécurité des travailleurs. Au cours des dernières années, différentes études ont porté sur l’application de l’approche CB et plusieurs pays ont développé leur propre méthode adaptée aux NMs. Par contre, tous les modèles développés sont basés sur des critères qualitatifs du danger et de l’exposition. Une approche semi-quantitative permettrait de mieux gérer les dangers liés à la manipulation des NMs. L’objectif de ce mémoire était de développer une approche semi-quantitative d’évaluation des dangers sur la base d’une approche de CB. Pour ce faire, une analyse systématique de la littérature scientifique des 20 dernières années sur l’approche de CB a été effectué. Les bases de données Toxline, Pubmed et Google Scholar ont été consultées, couvrant la période de janvier 1996 à novembre 2016, en utilisant 4 mots-clés: control banding, nanomaterials, physicochemical, biological characteristics. Cette recherche a permis d’identifier 982 articles, dont 11% (91) furent retenus en première intention pour au final en garder 6 % (51/982). Il ressort de cette revue que le CB est une approche complémentaire aux méthodes d’évaluation quantitative et que les outils CB développés pour les NMs sont tous de nature qualitative, en réponse à une exposition. Une approche semi-quantitative où il y a maillage entre la caractérisation biologique avec les tests in vitro et la caractérisation physicochimique par des analyses chimiques pour mieux caractériser le niveau de dangérosité des NMs tel que présenté dans le présent mémoire permettrait une utilisation plus judicieuse du CB. Cette approche novatrice du CB dépasse largement l’utilisation que l’on en fait actuellement en hygiène du travail, devrait accroître la confiance dans le jugement des experts en santé au travail, afin d’orienter les travailleurs et la population générale vers une utilisation sécuritaire des NMs. / Among the hazards assessment methodology that has grown exponentially during the last decade, mention Control Banding (CB). According to the National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), this qualitative approach originally developed in the pharmaceutical industry, aims to protect approximately 90% or 2.7 billion workers that do not have access to occupational safety, health, and hygiene. Currently, this approach can be adapted to the specificities of nanomaterials (NMs), considering the significant lack of scientific knowledge about their potential health and safety risks to workers. In recent years, several CB models have been developed, and many countries have created their own nano-specific CB instruments. However, a semi-quantitative approach would better managing the hazards of handling nanomaterials in the workplace. This thesis aimed to perform a systematic literature review over the past 20 years about the CB approach and then to suggest a semi-quantitative hazard assessment. The official Web pages of the databases Toxline, Pubmed and Google Scholar were used, covering the literature from January 1996 to November 2016, with use of the 4 keywords to locate relevant articles: Control Banding, nanomaterials, physico-chemical, biological characteristics. These searches yielded a total of 982 articles, 11% (91) were retained to eventually retain 6% (51/982). This review shows that the CB approach is an interesting and complementary methodology to quantitative evaluation methods and the CB tools developed for NMs are all qualitative in nature, in response to an exposure and adapted to different work environments. It is possible to make better use by proposing a semi-quantitative approach based on physicochemical and toxicity parameters of NMs to better characterize their degree of dangerousness. We propose here an original methodology proposing the interaction of in vitro tests and chemical analyzes. This innovative Control Banding approach should increase confidence in the judgment of experts and industry, as well as to guide both exposed workers and the uses of NMs in this industry.

Cette thèse s’articule autour de deux séries de travaux motivés par des expériences sur des fourmis. Bien qu’inspirés par labiologie, les modèles que nous développons utilisent une terminologie et une approche typique de l’informatique théorique.Le premier modèle s’inspire du transport collaboratif de nourriture au sein de l’espèce P. Longicornis. Certains aspectsfondamentaux du processus peuvent être décrits par un problème de recherche sur un graphe en présence d’un certain typed’indications bruitées à chaque noeud. Ces indications représentent de courtes traces de phéromones déposées devant l’objettransporté afin de faciliter la navigation. Dans cette thèse, nous donnons une analyse complète du problème lorsque le graphesous-jacent est un arbre, une hypothèse pertinente dans un cadre informatique. En particulier, notre modèle peut être vucomme une généralisation de la recherche binaire aux arbres, en présence de bruit. De manière surprenante, lescomportements des algorithmes optimaux dans ce cadre diffèrent suivant le type de garantie que l’on étudie : convergence enmoyenne ou avec grande probabilité.Le deuxième modèle présenté dans cette thèse a été conçu pour décrire la dissémination d’informations au sein de fourmis dudésert. Dans notre modèle, les échanges ont lieu uniformément au hasard, et sont sujets à du bruit. Nous prouvons une borneinférieure sur le nombre d’interactions requis en fonction de la taille du groupe. La borne, de même que les hypothèses dumodèle, semblent compatible avec les données expérimentales.Une conséquence théorique de ce résultat est une séparation dans ce cadre des variantes PUSH et PULL pour le problème du broadcast avec bruit. Nous étudions aussi une version du problème avec des garanties de convergence plus fortes. Dans cecas, le problème peut-être résolu efficacement, même si les échanges d’information au cours de chaque interaction sont très limités / This thesis is built around two series of works, each motivated by experiments on ants. We derive and analyse new models,that use computer science concepts and methodology, despite their biological roots and motivation.The first model studied in this thesis takes its inspiration in collaborative transport of food in the P. Longicornis species. Wefind that some key aspects of the process are well described by a graph search problem with noisy advice. The advicecorresponds to characteristic short scent marks laid in front of the load in order to facilitate its navigation. In this thesis, weprovide detailed analysis of the model on trees, which are relevant graph structures from a computer science standpoint. Inparticular our model may be viewed as a noisy extension of binary search to trees. Tight results in expectation and highprobability are derived with matching upper and lower bounds. Interestingly, there is a sharp phase transition phenomenon forthe expected runtime, but not when the algorithms are only required to succeed with high probability.The second model we work with was initially designed to capture information broadcast amongst desert ants. The model usesa stochastic meeting pattern and noise in the interactions, in a way that matches experimental data. Within this theoreticalmodel, we present in this document a strong lower bound on the number of interactions required before information can bespread reliably. Experimentally, we see that the time required for the recruitment process of even few ants increases sharplywith the group size, in accordance with our result. A theoretical consequence of the lower bound is a separation between theuniform noisy PUSH and PULL models of interaction. We also study a close variant of broadcast, without noise this time butunder more strict convergence requirements and show that in this case, the problem can be solved efficiently, even with verylimited exchange of information on each interaction.

Le développement des Interventions Médicales Assistées par ordinateur (CAMI) est le résultat d'évolutions convergeantes dans les domaines de la médecine, physique, biomatériaux, électronique, informatique et robotique. CAMI visent à fournir les outils qui permettent au clinicien d'utiliser des données multi-modales de manière rationnelle et quantitative pour planifier, simuler et exécuter des interventions médicales mini-invasives avec précision et sans risque. Parallèlement, les avancées technologiques dans les domaines de l’automatisation, la miniaturisation, la conception assistée par ordinateur et l'usinage ont aussi mené au développement des technologies telles que la bioimpression assistée par ordinateur permettant une impression couche par couche de biomatériaux avec une géométrie contrôlée dans l’espace. Ces résultats ouvrent la voie pour l’utilisation des technologies de bioimpression pour des Interventions Médicales Assistées par ordinateur plus précises et sans risque. Dans ce travail, nous montrons que des constructions tissulaires 3D peuvent être imprimées in vivo et in situ et adaptées à la morphologie d’un défaut. Les résultats ont montré que l'impression de cellules in situ avec une résolution à l’échelle cellulaire a tendance à orienter la réparation tissulaire. / The development of Computer-Assisted Medical Interventions (CAMI) results from converging evolutions in medicine, physics, materials, electronics, informatics and robotics. CAMI aim at providing tools that allow the clinician to use multi-modal data in a rational and quantitative way in order to plan, simulate and execute mini-invasive medical interventions accurately and safely. In parallel, technological advances in the fields of automation, miniaturization and computer aided design and machining have also led to the development of bioprinting technologies which could be defined as the computer-aided, layer-by-layer deposition, transfer and patterning of biologically relevant materials. These results pave the way of using bioprinting technologies for Computer-Assisted Medical Interventions. More precisely, we show that 3D tissue constructs can be printed in vivo and in situ in relation with defect morphology. Interestingly, we demonstrate that printing cells in situ with a cell-level resolution tends to orientate tissue repair.

La résistance aux antibiotiques ou la difficulté de plus en plus croissante à traiter les maladies actuelles avec les composés disponibles sur le marché ont contraint les chercheurs à trouver de nouvelles sources de molécules actives. Les lichens produisent divers composés biologiquement actifs en raison de la grande diversité de leur écosystème. Ils représentent ainsi une source prometteuse de composés bioactifs. Le profilage chimique de Nephroma laevigatum a été effectué. Une analyse LC-MS/MS avec des approches en réseaux moléculaires ont permis d’appréhender la diversité chimique de ce lichen et quatre composés différents ont été isolés et identifiés par RMN puis testés pour leur activité antiproliférative. Cependant, les ressources en lichens sont limitées, ce qui restreint leur utilisation. De plus, le thalle lichénique constitue une niche écologique de choix pour d’autres microorganismes, ce qui en fait une source potentielle de nouvelles molécules d’intérêts. La culture de champignons endolichéniques a été entreprise. Ainsi, 46 souches ont été isolées et identifiées par DNA barcoding (amorces ITS4 et ITS5). Les souches identifiées appartiennent au genre Nemania, Daldinia, Peziza et Coniochaeta. Une investigation biologique a été réalisée sur six souches sélectionnées appartenant à deux espèces (Nemania aenea var. aureolatum et N. serpens). Ainsi, deux souches se sont démarquées par leurs activités antiprolifératives et anti-biofilms. Des études chimiques et biologiques plus approfondies de ces dernières (Gir_20 N. aenea var. aureolatum et Cor_08 N. serpens) ont été par la suite effectuées et huit composés différents ont été isolés et identifiés par RMN 1D et 2D. L’étude de l’effet des extraits sur les lignées cancéreuses humaines HT- 29, HCT116, PC-3 et DU145 a permis de mettre en évidence des changements morphologiques au niveau cellulaire. L’analyse de l’expression de marqueurs protéiques pro- et anti-apoptotiques ainsi que la fragmentation de l’ADN mettent en évidence l’induction de l’apoptose. Le profilage chimique par LC-MS/MS de ces souches a ensuite été réalisé et comparé par des approches en réseaux moléculaires permettant ainsi de visualiser la diversité chimique entre les deux espèces de champignons endolichéniques. / Antibiotics resistance or increase of difficulty to treat for current diseases with commercially available compounds has obligated researchers to find new sources of active molecules. Lichens produce various biologically active compounds due to the great diversity of their ecosystem. Thus, they represent a promising source of bioactive compounds. Chemical profiling of Nephroma laevigatum was performed. LC-MS/MS analysis with molecular network approach allowed understanding chemical diversity of this lichen and four different compounds were isolated and identified by NMR and tested for their antiproliferative activity. However, lichen resources are limited, which limits their use. In addition, lichen thalli are an ecological niche for other microorganisms and a wide reservoir for access to bioactive molecules. Cultivation of endolichenic fungi was undertaken. Thus, 46 strains were isolated and identified by DNA barcoding (primers ITS4 and ITS5). The isolated fungi belong to genus Nemania, Daldinia, Peziza and Coniochaeta. Biological investigation was carried out on six selected strains belonging to two species (Nemania aenea var. aureolatum and N. serpens). So, two strains distinguished by their antiproliferative and anti-biofilm activities. Further chemical and biological studies of these strains (Gir_20 N. aenea var. aureolatum and Cor_08 N. serpens) were subsequently performed and eight different compounds were isolated and identified by 1D and 2D NMR. Study of effect of the extracts on the human cancer lines HT-29, HCT116, PC-3 and DU145 made it possible to highlight morphological changes at the cellular level. Analyses of the expression of pro- and anti-apoptotic protein markers as well as DNA fragmentation demonstrate the induction of apoptosis. LC-MS/MS chemical profiling of these strains was performed and compared with molecular network approach, to visualize chemical diversity between the two species of endolichenic fungi.

La présente étude s’attache à étudier l’effet d’une source de carbone organique sélectionnée sur la croissance et la production de métabolites de la microalgue rouge Porphyridium marinum. Cette dernière s’est montrée incapable de se multiplier en hétérotrophie, en absence totale de lumière. Cependant, en condition mixotrophique la production de biomasse, lipides et de phycobiliprotéines par P. marinum a été améliorée en comparaison avec la condition autotrophique. Les teneurs en exopolysaccharides ont été presque similaires dans les deux conditions. Dans le but de valoriser ces métabolites, l’effet antioxydant, antibactérien, antibiofilm et anticancéreux ont été testés. L’exopolysaccharide de P. marinum ainsi que ses dérivés de faible poids moléculaire (EPS-2P et EPS-5P) ont tous présenté des activités antibactériennes et antibiofilm à différentes concentrations. Cependant l’EPS-2P et l’EPS-5P ont été jugés plus efficaces pour l’activité anticancéreuse contre les cellules de cancer de sein. D’autre part, la production du pigment majoritaire des microalgues rouges, la B-phycoerythrine (B-PE), a été optimisée moyennant des plans d’expériences adaptés. Une teneur de 40 mg/g MS a été obtenue en faisant varier la concentration en NaNO3, K2HPO4 et solution métallique ainsi que l’intensité lumineuse. Après purification, la molécule optimisée a montré une activité antioxydante en termes de piégeage des radicaux libres DPPH, chélation et réduction des ions de fer et inhibition de la décoloration du β-carotène. Nos données suggèrent alors que les métabolites produits par la microalgue rouge P. marinum peuvent être potentiellement utilisé dans plusieurs applications à savoir cosmétiques et pharmaceutiques. / The present study investigates the effect of a selected organic carbon source on the growth and production of metabolites of the red microalga Porphyridium marinum. The latter has been unable to multiply in heterotrophy, in total absence of light. However, in mixotrophic condition the productions of biomass, lipids and phycobiliproteins by P. marinum have been improved in comparison with the autotrophic condition. The contents of exopolysaccharide were almost similar under both conditions. In order to valorize these metabolites, the antioxidant, antibacterial, antibiofilm and anticancer effect were tested. The exopolysaccharide of P. marinum as well as its low molecular weight derivatives (EPS-2P and EPS-5P) have all exhibited antibacterial and antibiofilm activities at different concentrations. However, EPS-2P and EPS-5P were found to be more effective for anti-cancer activity against breast cancer cells. On the other hand, the production of the majority pigment of red microalgae, B-phycoerythrin (B-PE), has been optimized by means of adapted experimental plans. A content of 40 mg/g DW was obtained by varying the concentration of NaNO3, K2HPO4 and metal solution as well as the light intensity. After purification, the optimized molecule showed antioxidant activity in terms of free radical scavenging DPPH, chelation and reduction of iron ions and β-carotene bleachinginhibition. Our data suggest that the metabolites produced by the red microalga P. marinum may be potentially used in several applications namely cosmetic and pharmaceutical.

Dans cette thèse, nous présentons un cadre théorique pour étudier les systèmes de particules actives fonctionnant avec une quantité discrète d'états internes qui contrôlent le comportement externe de ces objets. Les concepts théoriques développés dans cette thèse sont introduits afin de comprendre un grand nombre de systèmes biologiques multi-agents dont les individus présentent différents types de comportements se succédant au cours du temps. Par construction, le modèle théorique suppose que l'observateur extérieur a accès uniquement au comportement visible des individus, et non pas à leurs états internes. C'est seulement après une étude détaillée de la dynamique comportementale que l'existence de ces états internes devient évidente. Cette analyse est cruciale pour pouvoir associer les comportements observés expérimentalement avec un ou plusieurs états internes du modèle. Cette association entre les états et les comportements doit être faite selon les observations et la phénoménologie du système biologique faisant l'objet de l'étude. Les scénarios qui peuvent être observés en utilisant notre modèle théorique sont déterminés par la conception du mécanisme interne des individus (nombre d'états internes, taux de transition, etc…) et seront de nature markovienne par construction. Tous les travaux expérimentaux et théoriques contenus dans cette thèse démontrent que notre modèle est approprié pour décrire des systèmes réels montrant des comportements intermittents individuels ou collectifs. Ce nouveau cadre théorique pour des particules actives avec états internes, introduit ici, est encore en développement et nous sommes convaincus qu'il peut potentiellement ouvrir de nouvelles branches de recherche à l'interface entre la physique, la biologie et les mathématiques. / In this thesis we introduce a theoretical framework to understand collections of active particles that operate with a finite number of discrete internal states that control the external behavior of these entities. The theoretical concepts developed in this thesis are conceived to understand the large number of existing multiagent biological systems where the individuals display distinct behavioral phases that alternate with each other. By construction, the premise of our theoretical model is that an external observer has access only to the external behavior of the individuals, but not to their internal state. It is only after careful examination of the behavioral dynamics that the existence of these internal states becomes evident. This analysis is key to be able to associate the experimentally observed behaviors of individuals with one or many internal states of the model. This association between states and behaviors should be done accordingly to the observations and the phenomenology displayed by the biological system that is being the subject of study. The possible scenarios that can be observed using our theoretical model are determined by the design of the internal mechanism of the individuals (number of internal states, transition rates, etc...) and will be of markovian nature by construction. All the experimental and theoretical work contained in this thesis is evidence that our model is suitable to be used to describe real-life systems showing individual or collective intermittent behaviors. This here-introduced new framework of active particles with internal states is still in development and we are convinced that it can potentially open new branches of research at the interface between physics, biology and mathematics.

L’agriculture biologique (AB) est souvent présentée comme une alternative prometteuse à l’agriculture conventionnelle, permettant des systèmes alimentaires durables tout en minimisant les impacts environnementaux. La capacité de l’AB à satisfaire la demande alimentaire mondiale reste néanmoins fortement débattue. Plusieurs études ont conclu que l’AB pourrait satisfaire la demande alimentaire globale à condition de réduire simultanément la consommation de produits animaux et les gaspillages. Cependant, ces études n’ont pas pleinement pris en compte les changements d’assolement et de choix d’espèces lorsque les systèmes conventionnels sont convertis en AB. Surtout, ils ont ignoré le rôle clé de la disponibilité en azote (N) dans le maintien des rendements en AB. Dans cette étude, nous avons d’abord réalisé une méta-analyse comparant les rotations de cultures en agriculture biologique et conventionnelle à l’échelle mondiale. Sur la base de ces résultats, nous avons développé une cartographie des espèces cultivées à l’échelle globale sous un scénario de fort développement de l’AB. Nous avons ensuite estimé la production alimentaire grâce au développement de GOANIM (Global Organic Agriculture NItrogen Model), un modèle biophysique et spatialement explicite d’optimisation linéaire simulant le cycle de l’azote (N) et ses effets sur la production alimentaire globale. GOANIM est adapté au cas de l’AB et simule les flux d'azote entre les terres cultivées, les animaux d'élevage et les prairies permanentes, ainsi qu’entre les systèmes agricoles biologiques et conventionnels. Le modèle optimise les populations d’élevage à l’échelle locale afin de maximiser l’approvisionnement en N provenant du fumier, ce qui maximise la production issue des terres cultivées, tout en minimisant la concurrence exercée par les animaux pour les ressources alimentaires. GOANIM a été utilisé pour simuler l’offre alimentaire sous plusieurs scénarios de conversion à l’AB. Ces résultats ont été comparés à différentes estimations de la demande alimentaire mondiale. Nous montrons que la carence en N risque d’être un facteur limitant majeur de la production en AB, entraînant une réduction de -37% de la disponibilité alimentaire à l’échelle globale sous un scénario de conversion à l’AB de 100%. Nous montrons que des taux de conversions inférieurs (jusqu'à 60% des terres agricoles), en coexistence avec l'agriculture conventionnelle, permettent de satisfaire la demande alimentaire mondiale si cette conversion est associée à une évolution conjointe de la demande, telle que la réduction de l'apport énergétique par individu ou du gaspillage alimentaire. Ces travaux contribuent de manière substantielle à mieux comprendre le rôle que l’AB peut jouer dans la transition vers des systèmes alimentaires équitables et durables. Ils indiquent également des voies à suivre pour parvenir à la sécurité alimentaire mondiale. / Organic agriculture is often proposed as a promising approach to achieve sustainable food systems while minimizing environmental impacts. Its capacity to meet the global food demand remains, however, debatable. Some studies have investigated this question and have concluded that organic farming could satisfy the global food demand provided that animal product consumption and food waste are reduced. However, these studies have not fully considered the changes in the type of crops grown that occur when conventional farming systems are converted to organic farming. Most importantly, they also have missed a critical ecological phenomenon by not considering the key role that nitrogen (N) cycling plays in sustaining crop yields in organic farming. In this study, we first carried out a global meta-analysis comparing organic vs conventional crop rotations. Based on these results, we developed global spatial explicit maps of the type of crop grown if organic farming was to drastically expand. We then estimated organic global food production using GOANIM (Global Organic Agriculture NItrogen Model), a spatially explicit, biophysical and linear optimization model simulating N cycling in organically managed croplands and its feedback effects on food production. GOANIM explores N flows between croplands, livestock animals and permanent grasslands, and with conventional farming systems. The model optimizes livestock populations at the local scale in order to maximize N supply from livestock manure – hence maximizing cropland production –, while minimizing the animals’ competition for grain food resources. We used GOANIM to simulate several supply-side scenarios of global conversion to organic farming. We then compared the outcomes of these scenarios with different estimates of the global demand, thus leading to complete exploration of the global production-demand options space. We show N deficiency would be a major limiting factor to organic production in a full organic world, leading to an overall -37% reduction in global food availability. Nevertheless, we also show that lower conversion shares (up to 60%) would be feasible in coexistence with conventional farming when coupled with demand-side solutions, such as reduction of the per capita energy intake or food wastage. This work substantially contributes to advancing our understanding of the role that organic farming may play to reach fair and sustainable food systems, and it indicates future pathways for achieving global food security.

Cette thèse se déploie dans un espace de discours et de pratiques revendicatrices, à l’inter- section des cultures amateures informatiques et biotechniques, euro-américaines contempo- raines. La problématique se dessinant dans ce croisement culturel examine des métaphores et analogies au coeur d’un traffic intense, au milieu de voies de commmunications imposantes, reliant les technologies informatiques et biotechniques comme lieux d’expression médiatique. L’examen retrace les lignes de force, les médiations expressives en ces lieux à travers leurs manifestations en tant que codes —à la fois informatiques et génétiques— et reconnaît les caractères analogiques d’expressivité des codes en tant que processus de convergence. Émergeant lentement, à partir des années 40 et 50, les visions convergentes des codes ont facilité l’entrée des ordinateurs personnels dans les marchés, ainsi que dans les garages de hackers, alors que des bricoleurs de l’informatique s’en réclamaient comme espace de liberté d’information —et surtout d’innovation. Plus de cinquante ans plus tard, l’analogie entre codes informatiques et génétiques sert de moteur aux revendications de liberté, informant cette fois les nouvelles applications de la biotechnologie de marché, ainsi que l’activité des biohackers, ces bricoleurs de garage en biologie synthétique. Les pratiques du biohacking sont ainsi comprises comme des individuations : des tentatives continues de résoudre des frictions, des tensions travaillant les revendications des cultures amateures informatiques et biotechniques. Une des manières de moduler ces tensions s’incarne dans un processus connu sous le nom de forking, entrevu ici comme l’expérience d’une bifurcation. Autrement dit, le forking est ici définit comme passage vers un seuil critique, déclinant la technologie et la biologie sur plusieurs modes. Le forking informe —c’est-à-dire permet et contraint— différentes vi- sions collectives de l’ouverture informationnelle. Le forking intervient aussi sur les plans des iii semio-matérialités et pouvoirs d’action investis dans les pratiques biotechniques et informa- tiques. Pris comme processus de co-constitution et de différentiation de l’action collective, les mouvements de bifurcation invitent les trois questions suivantes : 1) Comment le forking catalyse-t-il la solution des tensions participant aux revendications des pratiques du bioha- cking ? 2) Dans ce processus de solution, de quelles manières les revendications changent de phase, bifurquent et se transforment, parfois au point d’altérer radicalement ces pratiques ? 3) Quels nouveaux problèmes émergent de ces solutions ? L’effort de recherche a trouvé ces questions, ainsi que les plans correspondants d’action sémio-matérielle et collective, incarnées dans trois expériences ethnographiques réparties sur trois ans (2012-2015) : la première dans un laboratoire de biotechnologie communautaire new- yorkais, la seconde dans l’émergence d’un groupe de biotechnologie amateure à Montréal, et la troisième à Cork, en Irlande, au sein du premier accélérateur d’entreprises en biologie synthétique au monde. La logique de l’enquête n’est ni strictement inductive ou déductive, mais transductive. Elle emprunte à la philosophie de la communication et de l’information de Gilbert Simondon et découvre l’épistémologie en tant qu’acte de création opérant en milieux relationnels. L’heuristique transductive offre des rencontres inusitées entre les métaphores et les analogies des codes. Ces rencontres étonnantes ont aménagé l’expérience de la conver- gence des codes sous forme de jeux d’écritures. Elles se sont retrouvées dans la recherche ethnographique en tant que processus transductifs. / This dissertation examines creative practices and discourses intersecting computer and biotech cultures. It queries influential metaphors and analogies on both sides of the inter- section, and their positioning of biotech and information technologies as expression media. It follows mediations across their incarnations as codes, both computational and biological, and situates their analogical expressivity and programmability as a process of code conver- gence. Converging visions of technological freedom facilitated the entrance of computers in 1960’s Western hobbyist hacker circles, as well as in consumer markets. Almost fifty years later, the analogy drives claims to freedom of information —and freedom of innovation— from biohacker hobbyist groups to new biotech consumer markets. Such biohacking practices are understood as individuations: as ongoing attempts to resolve frictions, tensions working through claims to freedom and openness animating software and biotech cultures. Tensions get modulated in many ways. One of them, otherwise known as “forking,” refers here to a critical bifurcation allowing for differing iterations of biotechnical and computa- tional configurations. Forking informs —that is, simultaneously affords and constrains— differing collective visions of openness. Forking also operates on the materiality and agency invested in biotechnical and computational practices. Taken as a significant process of co- constitution and differentiation in collective action, bifurcation invites the following three questions: 1) How does forking solve tensions working through claims to biotech freedom? 2) In this solving process, how can claims bifurcate and transform to the point of radically altering biotech practices? 3) what new problems do these solutions call into existence? This research found these questions, and both scales of material action and agency, in- carnated in three extensive ethnographical journeys spanning three years (2012-2015): the first in a Brooklyn-based biotech community laboratory, the second in the early days of a biotech community group in Montreal, and the third in the world’s first synthetic biology startup accelerator in Cork, Ireland. The inquiry’s guiding empirical logic is neither solely deductive or inductive, but transductive. It borrows from Gilbert Simondon’s philosophy of communication and information to experience epistemology as an act of analogical creation involving the radical, irreversible transformation of knower and known. Transductive heuris- tics offer unconvential encounters with practices, metaphors and analogies of code. In the end, transductive methods acknowledge code convergence as a metastable writing games, and ethnographical research itself as a transductive process.

Dans cette thèse, des complexes [Re(N^N)(CO)3X]n+ ont été conçus pour différentes applications. Dans le premier chapitre, l’impact de différentes modifications sur le ligand N^N ou le ligand X sur les propriétés photophysiques des complexes a été étudié. Dans le second chapitre, une série de nouveaux complexes a été conçue et étudiée comme catalyseurs homogènes/hétérogènes pour l’électroréduction du CO2. Dans le dernier chapitre, nous avons introduit un ligand diimine pour la coordination au Re en tant que lien dans la macrocyclisation de peptidomimétiques pour la modulation d’interaction protéine-protéine. / In this thesis, [Re(N^N)(CO)3X]n+ complexes were designed towards different applications. In the first chapter, the impact of different modifications on either the N^N ligand or the X ligand on the photophysical properties were studied experimentally and computationally. In the second chapter, we designed and studied a series of new Re complexes as homogeneous/heterogeneous catalysts for CO2 electroreduction and their catalytic abilities were evaluated. In the last chapter, the introduction of a Re complex as macrocyclic linker in macrocyclic peptidomimetics is used to both stabilize the active secondary structure and introduce imaging modalities towards modulation of protein-protein interactions.

Les urgences écologiques actuelles, résultant des dérives de l'industrialisation et de la mondialisation, mènent la recherche fondamentale à se préoccuper hâtivement de la biologie de certains organismes comme les dinoflagellés. Ces organismes sont à la base de la chaîne alimentaire, et certaines espèces sont impliquées dans la formation des récifs coralliens. De plus, la prolifération incontrôlée de certaines espèces de dinoflagellés engendrée par l'eutrophisation industrielle est responsable des marées rouges qui menacent d'une part la flore et la faune aquatiques. Certaines des toxines produites par ces efflorescences algales ont un effet sur la santé publique, car elles peuvent rendre dangereuse la consommation alimentaire de poissons ou de fruits de mer contaminés. Nous avons examiné le comportement de l’espèce Lingulodinium polyedra à travers des cycles diurnes. Dans un premier projet, le protéome dans des extraits d'algues récoltés sur un cycle de 24 heures en conditions de 12 heures de jour suivies de 12 heures de nuit (un cycle LD) a été examiné. Nous avons identifié treize protéines clés qui ont montré des variations quantitatives synchronisées avec les temps de réalisation des rythmes biologiques les impliquant. Deux protéines déjà connues de varier faisait partie de ce groupe, tandis que les autres protéines sont impliquées dans des processus rythmiques nouveaux. Nous avançons l’hypothèse qu’une augmentation quantitative des protéines clés permettrait à l'accomplissement des différents processus cellulaires à différents moments de la journée. Dans un second projet, nous avons examiné la vitesse de synthèse des protéines qui pourrait expliquer ces variations quantitatives protéiques. En appliquant la technique du profilage ribosomal ( « ribosome profiling ») sur des échantillons algaux collectés d’abord à trois temps, puis ensuite sur tout le cycle LD, nous avons confirmé des variations de vitesse de synthèse des protéines identifiées dans notre étude protéomique et des protéines dont la vitesse de synthèse a déjà été mesurée par l’incorporation de méthionine radioactive in vivo. De plus, nous avons identifié plusieurs milliers d’autres séquences dont la vitesse de synthèse varie. Une classification des séquences dans les catégories GO nous a permis d’identifier un rythme diurne dans la synthèse des acides aminés qui pourrait aider à comprendre le métabolisme du nitrate. Nous proposons que des variations de vitesse de synthèse entraînent des augmentations quantitatives des protéines aux niveaux inférieurs à ce que l’on a pu détecter par la spectroscopie de masse. La variation dans les niveaux de protéines clés pourrait aider l'accomplissement des rythmes diurnes chez le dinoflagellé Lingulodinium. Ces avancées dans la compréhension de la régulation des rythmes biologiques du dinoflagellé Lingulodinium d'une part permettront de mieux penser la recherche concernant la lutte écologique contre les marées rouges et d'autre part ouvriront de nouvelles perspectives dans l'entendement de la régulation des rythmes biologiques des autres organismes y compris ceux de l'Homme dont les troubles impliquent de nombreuses maladies. / Industrialization and globalization has led to industrial eutrophication in many regions of the oceans resulting in different types of ecological emergencies. One of these is the uncontrolled proliferation of dinoflagellates which are responsible for the harmful algal blooms called “red tides”. Certain species release toxins which can harm aquatic flora and fauna and, through consumption of contaminated fish or seafood, can affect public health. Dinoflagellates are also at the base of the food chain in the marine environment, and certain species form symbioses with anthozoans thus allowing growth of coral reefs. There is thus a strong need for fundamental research on dinoflagellate biology. Using the dinoflagellate Lingulodinium polyedra as a model, we have examined how cells adapt to the daily changes in light and dark. In particular we have examined changes in protein amounts as well as changes in protein synthesis rates to gain insight into how cells differ during the day and night. In a first project, the daily proteome was examined by mass spectrometry using algae extracts harvested over a 24 hour cycle in conditions of 12 hours of day followed by 12 hours of night. Key proteins involved in biological rhythms have shown quantitative variations synchronized with the times of the biological rhythms involving them, ie a quantitative increase in key proteins is necessary for the accomplishment of the various cellular processes. Thirteen proteins were identified, of which two were previously documented to change in amount over the daily cycle. In a second project we addressed the origin of these quantitative protein variations. By applying the technique of ribosome profiling on algal samples, first collected in triplicate at three times and then at two hour intervals throughout the 24 h cycle, we have identified iv variations in the synthesis rate of thousands of proteins. These include the proteins found in the proteomic analysis as well as four proteins whose synthesis rate variations had already been observed using in vivo metabolic labeling. Interestingly, classification of the regulated proteins into GO categories also revealed a late night increase in the synthesis of many amino acid biosynthetic enzymes, potentially linking amino acid synthesis associated with the daily metabolism of nitrate. These advances in our understanding of the regulation of the daily rhythms of the dinoflagellate Lingulodinium will provide new tools in the ecological fight against red tides. They may also open new perspectives in understanding the daily rhythms of other organisms.