Les systèmes plastiques à usage unique sont destinés aux industries biopharmaceutiques et biotechnologiques. Ils sont composés de polymères et sont appréciés pour leurs propriétés barrières au gaz et à la vapeur d’eau assurant une préservation des solutions contenues dans ces systèmes. Ces dispositifs présentent de nombreux avantages pour les industriels : ils permettent d’éviter un nettoyage des cuves en inox et ainsi de limiter des risques de contamination croisée. En vue de leur utilisation, ces dispositifs sont stérilisés par irradiation γ. Le but de cette étude est de mettre en évidence l'impact de la stérilisation γ sur certains polymères et sur certains antioxydants utilisés dans la fabrication des polymères. Plusieurs échantillons sont analysés avant et après la stérilisation en utilisant différentes doses de rayonnement γ et au cours du temps (vieillissements naturels). Les modifications de structure des polymères γ-irradiés (EVA, PE et EVOH) ont été caractérisées par diverses méthodes analytiques : IRTF, spectroscopie Raman, RPE, chromatographie… Les résultats sont traités en utilisant des méthodes chimiométriques, comme l’ACP (Analyse en Composantes Principales), l’AComDim (ANOVA Common Dimensions) et SIMPLISMA (Simple-to-use interactive self-modeling mixture analysis). L’ACP a permis de mettre en évidence l’impact de la dose d’irradiation sur le polymère. L’AComDim a conduit à identifier les facteurs responsables de l’évolution des structures (la dose γ, les temps et l’interaction dose γ × temps), alors que les différents lots n’induisent pas de déviation. Enfin, la méthode de résolution de courbe SIMPLISMA a été appliquée pour l’étude du cœur du matériau. / The single use plastic systems are designed for biopharmaceutical and biotechnology industries. They are principally made of polymers and they are very appreciated for their barrier properties to gas and water vapor ensuring preservation of the solutions contained in these single-use systems. These devices have many advantages for industrial: they avoid cleaning stainless steel tanks and thus limit the risk of cross-contamination. In view of their future use, these devices are sterilized by γ-irradiation. The purpose of this study is to highlight the impact of γ sterilization on some polymers and on some antioxidants used in the manufacture of polymers. The samples are analyzed before and after sterilization using different γ-doses and over time (natural ageing). The structural modifications of γ-irradiated polymers (EVA, EVOH and PE) were characterized by various analytical methods: FTIR, Raman spectroscopy, ESR, chromatography… Some results are analyzed using chemometric methods such as PCA (Principal Component Analysis), AComDim (ANOVA Common Dimensions), and SIMPLISMA (Simple-to-use interactive self-modeling mixture analysis). The PCA allowed to highlight the impact of the irradiation dose on the polymer. The AComDim method led to the identification of the factors contributing to the evolution of structures (γ-dose, ageing and γ × ageing interaction), whereas the several lots do not involve variation. Finally, the curve resolution method, SIMPLISMA, was applied to the study of the core of the material.

Le recours aux solvants eutectiques profonds se présente comme une alternative potentielle aux limitations rencontrées en milieux aqueux pour la réalisation de dépôts électrochimiques. La transposition des procédés électrochimiques des milieux conventionnels vers ces nouveaux milieux n’est pas immédiate et nécessite d’entreprendre des études fondamentales visant à comprendre l’impact de la nature des solvants eutectiques profonds sur différents processus survenant à l’interface électrochimique. Dans cette optique, le présent travail examine les mécanismes impliqués dans la formation de dépôts d’argent, de palladium et du mélange Ag-Pd en solvants eutectiques profonds à l’aide de plusieurs techniques voltampérométriques (voltampérométries cyclique, différentielle, alternative, hydrodynamique, à balayage linéaire) et de mesures chronoampérométriques. Le choix du dépôt d’argent a été retenu comme système modèle et a été étendu à la réalisation d’alliage Ag-Pd qui présente un intérêt plus appliqué. Les solvants eutectiques profonds sélectionnés pour cette recherche sont obtenus en mélangeant du chlorure de choline avec de l’urée (ChCl-U) ou avec de l’acide oxalique (ChCl-Ox). Le comportement électrochimique de AgCl en ChCl-U est fortement affecté par la nature de l’électrode. Sur carbone et platine, une importante surtension pour le dépôt à 3D est requise, alors qu’aucune surtension n’est nécessaire sur électrode d’or en raison d’un processus de dépôt à 2D (dépôt en soustension) de l’argent sur l’or. Ce mécanisme de dépôt en sous-tension est peu sensible à la nature du solvant eutectique profond et très similaire à celui obtenu en solution aqueuse avec une concentration équivalente en chlorures. Le recours à des monocristaux a permis d’examiner l’influence de la cristallographie sur le dépôt en sous-tension. Une attention particulière a été portée à la présence de thiourée en milieu ChCl-U et celle-ci affecte profondément les dépôts métalliques d’Ag en modifiant la coordination des espèces Ag(I) et l’adsorption des espèces constitutives du ChCl-U à la surface d’une électrode d’or. Les mesures voltampérométriques du PdCl2 en ChCl-U ont permis de distinguer quatre régions en potentiel où ont lieu respectivement (des potentiels les plus positifs vers les plus négatifs) un dépôt en sous-tension confirmé par des mesures de désorption oxydative de CO, un dépôt à 3D, la formation d’hydrure de palladium (PdHx) et, à des potentiels bien inférieurs, un processus d’inhibition du dépôt. L’utilisation du ChCl-Ox a mis en évidence que la formation de PdHx dépendait du pH apparent du solvant eutectique. L’étude du mélange de AgCl et de PdCl2 a révélé la coexistence de phases distinctes associées à des alliages de différentes compositions formés lors du dépôt électrochimique. Les proportions entre les différentes phases sont très sensibles aux conditions de température, potentiel de dépôt et concentration des précurseurs métalliques, et l’influence de ces différents paramètres est discutée en détail. De plus, un processus de remplacement galvanique de l’argent par le palladium a également été mis en évidence avec l’appui de mesures XPS. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Même si les anticorps sont plus connus pour leur capacité à neutraliser les agents infectieux en se liant aux antigènes via leurs paratopes, leurs fragments cristallisables (Fc) sont aussi impliqués dans la signalisation des réponses immunitaires en se liant à des récepteurs spécifiques. Les interactions entre les récepteurs et les anticorps sont reconnues pour être affectées par la glycosylation des anticorps. Pour observer la cinétique de telles interactions biologiques, une des méthodes les plus utilisées est la spectroscopie de résonance des plasmons de surface (SPR). La synthèse et l’analyse, via SPR, d’anticorps en laboratoire sont un procédé long et exigeant si toutes les étapes sont réalisées manuellement. La possibilité d’effectuer le couplage d’un appareil SPR commercial à un bioréacteur pourrait être envisagée, mais le coût d’achat et d’opération d’un tel appareil SPR limiterait l’utilité d’un tel projet pour une possible utilisation à plus grande échelle. C’est pourquoi le couplage d’un appareil SPR de faible coût et d’un bioréacteur serait avantageux. Cela permettrait de superviser la synthèse des anticorps et leur affinité au récepteur en temps ‘’réel’’. Ce mémoire de maîtrise explorera le développement de deux des composantes nécessaires pour la réalisation de ce couplage entre le SPR et un bioréacteur, soit la chimie de surface pour passiver le capteur SPR et un algorithme d’optimisation par nuée de particules (Particles swarm Optimisation) évolutive. L’algorithme réalisera une corrélation du signal obtenue d’un instrument P4-SPR aux équations cinétiques décrivant les interactions entre les anticorps et leurs récepteurs dans le but d’obtenir les constantes cinétiques et thermodynamiques (Kd,kon,koff). De plus, ce mémoire présentera une étude qui a été réalisée afin de minimiser l’adsorption non spécifique des molécules composant le biocapteur et maximiser le signal de l’anticorps Trastuzumab (TZM), utilisé dans le couplage de l’instrument P4-SPR au bioréacteur, sur des monocouches de composition variée. / While antibodies are best known to help the neutralization of pathogens by binding to the antigens with their paratope, their crystallizable fragment region (Fc region) is also used to trigger immune response by binding to specific receptors. Interactions between receptors and antibodies are known to be affected by the glycosylation the antibodies. To observe the kinetic of those interactions, one of the favored method is surface plasmon resonance (SPR). However, a substantial time may have elapsed between synthesis of a modified antibody and its test in a SPR apparatus as the two are not coupled and oftentimes in different laboratories. The coupling of a SPR and a bioreactor would accelerate the process, but using a commercial instrument would limit it usefulness due to the high price and high cost of use of these SPR instruments. This is why the coupling of a low-cost SPR to a bioreactor is of interesting in the context of glycosylated antibody production. This could permit to monitor the synthesis of the antibody and it affinity to the target receptor in near real time. This masters’ thesis will show the development of two of the essential components, consisting in the surface chemistry to passivate the SPR chip and an algorithm using an evolving PSO (Particles Swarm Optimisation), to estimate kinetic and thermodynamics constants (Kd,kon,koff) by correlating the signal obtained of a P4-SPR instrument to the kinetic and thermodynamics equations describing the interactions between antibodies and their receptors. The thesis also presents the results of the tests while trying to minimize nonspecific adsorption of the molecules used for the biosensor on multiple self-assembled monolayers (SAM) and maximize signal of the antibody named Trastuzumab (TZM) and used in the coupling of the P4-SPR to the bioreactor.

L’utilisation intensive de certains pesticides et leur relative persistance vont de pair avec la présence de résidus dans l’eau de surface et l’eau potable mais aussi dans les produits agricoles disponibles pour les consommateurs, y compris les denrées alimentaires. À l’heure actuelle, les effets des pesticides sur la vie aquatique et d’autres organismes non ciblés sont relativement bien connus, et la possibilité des effets sur l’être humain fait débat. Des normes de qualité ont été proposées pour l’eau, que ce soit des critères pour l’eau potable ou des critères de protection de la vie aquatique pour l’eau de surface. Des limites maximales de résidus (MRL) de pesticides ont également été établies pour certains produits, notamment les fruits et légumes. Un des défis pour les chercheurs est la mise en œuvre de nouvelles méthodes analytiques sensibles et robustes pour la quantification ultra-trace de ces composés, afin de déterminer si les différents échantillons sont conformes aux directives ou aux MRL. L’analyse des pesticides modérément polaires dans des matrices complexes repose tout d’abord sur la méthode d’extraction. Plusieurs options sont disponibles, telles que l’extraction liquide-liquide ou en phase solide (SPE, Solid Phase Extraction) pour les matrices aqueuses, ou encore dSPE de type QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe) pour les matrices solides. Actuellement, la chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem représente un choix pertinent pour les analyses ultra-traces, mais sa mise en œuvre peut présenter certains défis. Dans ce contexte, les principaux objectifs de ce travail de recherche sont les suivants : i) proposer des méthodes analytiques rapides, sensibles et robustes pour déterminer des pesticides multi-classes aux niveaux d’exposition que l’on retrouve dans différentes matrices comme l’eau potable, les denrées alimentaires et l’urine comme matrice biologique, et ii) évaluer le lien entre les sources de contamination des divers pesticides et leur mobilité afin de documenter la distribution spatiale et temporelle dans l’eau de surface et l’eau potable au Québec. Pour les échantillons aqueux, une méthode SPE en ligne entièrement automatisée couplée à la chromatographie liquide haute performance et spectrométrie de masse en tandem a été développée. La méthode proposée est rapide (8 min par échantillon) avec des limites de détection comprises entre 0.1 et 5 ng L-1 pour les pesticides de la famille des néonicotinoïdes et l’atrazine. Pour les produits alimentaires tels que les fruits et légumes, l’optimisation d’une méthode de type QuEChERS a été réalisée. La méthode permet d’atteindre des niveaux de détection entre 0.05 ng g-1 et 2 ng g-1 pour une gamme de 22 pesticides couvrant 7 classes différentes, incluant les organophosphorés, les carbamates, les néonicotinoïdes et les triazines, entre autres. La robustesse des diverses méthodes a été démontrée par des expériences de contrôle qualité inter- et intra-journaliers afin de garantir l’exactitude, la précision et l’absence d'effets matriciels pour de longues séquences d’analyse. Les méthodes validées ont été appliquées à des échantillons réels, y compris des échantillons d’eau du robinet couvrant 52 villes de la province du Québec (Canada), 68 échantillons d’eau de surface (fleuve Saint-Laurent et tributaires), et 133 échantillons de laitue, pomme, raisin et tomates achetés sur les marchés locaux. Les résultats indiquent une forte occurrence de l’atrazine, la thiaméthoxame, la clothianidine et l’imidaclopride dans les échantillons d’eau et les quatre produits alimentaires. / The extensive use of certain pesticides and their relative persistence go on par with the presence of residue levels in surface water and drinking water, but also in agricultural products available to consumers (including foodstuffs). There are potential effects on aquatic life and non-target organisms, and the possibility of effects in humans remains a topical issue. Quality standards have been proposed for water, including criteria for drinking water and criteria for the protection of aquatic life (surface water). Maximum residue limits (MRLs) for pesticides have also been established for foodstuff, including fruits and vegetables. One of the challenges for researchers is the implementation of sensitive and robust analytical methods for the ultra-trace quantification of these compounds, with a view to determining whether the samples are compliant with guidelines or MRLs. The analysis of moderately polar pesticides in complex matrices relies notably on the extraction method. Diverse options are available, including liquid-liquid or solid phase extraction (SPE) for aqueous samples, and dSPE approaches such as QuEChERS (Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe) for solid samples. Liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry is usually selected for separation and detection at the ultra-trace level, but there are some pitfalls. In this context, the main objectives of the present research were as follows: i) to propose fast and robust analytical methods to determine multi-class pesticides at different exposure routes including drinking water and food, and ii) to evaluate the link between the contamination sources of various pesticides and their mobility to document their distribution in surface water and tap water in Quebec. For water samples, a fully automated on-line SPE method coupled to ultra-highperformance liquid chromatography tandem mass spectrometry was developed. The proposed method is rapid (8 min per sample) with detection limits between 0.1 and 5 ng L- 1 for neonicotinoids and atrazine. For food products (fruits and vegetables), a QuEChERS method was investigated. The optimized procedure shows limits of detection between 0.05 ng g-1 and 2 ng g-1 for a total of 22 pesticides encompassing 7 different classes, including organophosphorus compounds, carbamates, neonicotinoids and triazines, among others. The robustness of the various methods has been demonstrated by inter-day and intra-day iv quality control experiments to ensure suitable accuracy, precision, and the absence of matrix effects in long LC-MS batch sequences. The validated methods were applied to real samples, including tap water samples from 52 municipalities in the province of Quebec (Canada), 68 surface water samples from the St. Lawrence River and its main tributaries, and 133 fruits and vegetables samples (lettuce samples, apples, grapes and tomatoes) purchased from local markets. The results indicate a high occurrence of atrazine, thiamethoxam, clothianidin, and imidacloprid in the water samples and the four food products.

Depuis une cinquantaine d’années, de nombreuses études ont décrit les spongiaires comme de formidables ressources de produits naturels originaux. Ces découvertes ont attisé la curiosité de nombreux scientifiques issus de domaines variés (chimie, biochimie, biologie moléculaire) qui mettent leurs connaissances en commun afin de comprendre le fonctionnement de ces animaux si particuliers. Les travaux envisagés dans ce manuscrit portent sur les éponges du genre Haliclona issu de l’ordre des Haplosclérides. En effet, ce groupe taxonomique révèle des familles de molécules très particulières, notamment les alcaloïdes 3-AP et les polyacétylènes, qui présentent un potentiel pharmacologique à exploiter. En outre la diversité chimique retrouvée au sein de ce genre remet en question la validité de la classification actuelle des Haplosclérides déjà discutée par les données de biologie moléculaire. L’intérêt particulier porté à ces composés originaux concerne également les voies métaboliques permettant d’aboutir à leur biosynthèse. Ainsi les alcaloïdes 3-AP ne trouvant aucun équivalent notamment dans le monde terrestre, la description de leur voie de biosynthèse n’a alors été envisagée que sous forme d’hypothèses. Afin d’éclaircir les différentes problématiques posées par ce groupe de spongiaires, les études menées pendant ce doctorat ont fait appel à des méthodes et techniques variées tels que les méthodes d’extraction et d’analyses de la chimie des produits naturels classique, l’outil récent qu’est la métabolomique ou encore les expériences de « feeding » et l’utilisation de composés radio-marqués / Since about fifty years, several studies described sponges as astounding resources of original natural products. These discoveries aroused scientist’s curiosity in various areas (chemistry, biochemistry, molecular biology) and to understand these animal’s functioning, they share their knowledge. The proposed work in this manuscript, focus on sponges of genus Haliclona from the order Haplosclerida. Indeed, this taxonomic group reveal peculiar chemical families, including 3-AP alkaloids and polyacetylenic compounds, displaying pharmacological potential to be exploited. Besides, chemicalDépôt de thèseDonnées complémentairesdiversity encountered in this genus challenge the actual classification of Haplosclerida group already disputed by biomolecular data. The particular interest in these original compounds also concerns metabolic pathways leading to their biosynthesis. In this way, 3-AP alkaloids, which don’t have any equivalent particularly in terrestrial area, the description of their biosynthesis pathway was only considered by hypothesis. To resolve various problematics proposed by this sponges’ group, studies conducted through this PhD appeal to several methods and technics like usual natural products chemistry extraction and analytical technics, recent tool named metabolomic or feeding experiments with radiolabelled compounds

Les erreurs innées du métabolisme sont des maladies héréditaires pouvant affecter, entre autres, la synthèse et le transport des neurotransmetteurs. Le diagnostic de ces pathologies repose essentiellement sur l’analyse par chromatographie d’un fluide biologique [plasma, urine, liquide céphalorachidien (LCR)]. L’objectif de cette thèse était de développer des méthodes simples et rapides pour le diagnostique des troubles de la neurotransmission. Dans un premier temps, nous avons développé et validé le dosage simultané, en moins de 10 minutes, des métabolites de la dopamine, de la sérotonine et de la tétrahydrobioptérine (BH4) par chromatographie liquide ultra-haute pression (UHPLC) couplée à une détection séquentielle électrochimique et fluorimétrique. Cette méthode a été appliquée à l’analyse de 1372 échantillons de LCR, permettant ainsi d’établir les valeurs fréquentes de la population française. Afin de transposer la méthode précédente en UHPLC couplée à la spectrométrie de masse (MS), nous avons étudié les mécanismes d’auto- et d’électro- oxydation de la BH4, par mobilité ionique différentielle couplée à la MS haute résolution (résonance cyclonique ionique FTICR) et à la photodissociation Infra-rouge. Ce travail nous a permis d’isoler et de caractériser pour la première fois la qBH2, intermédiaire réactionnel fugace de la BH4, impliqué dans le mécanisme d’action de cette dernière. La méthode UHPLC-MS/MS développée, permet en outre le dosage simultané du 5-Méthyl-tétrahydrofolate. / Inborn errors of metabolism are inherited diseases that can alter the synthesis and transport of neurotransmitters. The diagnosis of these conditions is currently based on the chromatographic analysis of a biological fluid [plasma, urine, cerebrospinal fluid (CSF)]. The aim of this thesis was to develop simple and rapid methods for the diagnosis of neurotransmitter disorders. Firstly, we developed and validated the simultaneous determination of dopamine, serotonin, and tetrahydrobiopterin (BH4) metabolites by ultrahigh pressure liquid chromatography (UHPLC) coupled to sequential electrochemical and fluorimetric detection. This method was applied to the analysis of 1372 CSF samples, thus establishing the frequent ranges of the French population. In order to transpose the previous method into UHPLC coupled to mass spectrometry (MS), we studied the mechanisms of auto- and electro- oxidation of BH4, by Differential Ion Mobility coupled to high resolution MS (FTICR) in conjunction with Infra-Red photo-dissociation. This work allowed us to isolate and characterize qBH2, the transient reaction intermediate of BH4, involved in the mechanism of action of the latter. The proposed UHPLC-MS/MS method also allows the simultaneous determination of 5-methyltetrahydrofolate.

La propolis est un produit de la ruche à base de résine de plantes et d’arbres mélangée à de la cire d’abeille. Elle est utilisée pour polir les murs de la ruche et la protéger contre les intrus provenant de l’extérieur. Elle contient un grand nombre de composés incluant les métabolites des plantes, alors elle est un ingrédient des médicaments naturels, des additifs alimentaires et des produits cosmétiques en raison de sa richesse en polyphénols qui lui confèrent ses propriétés anti-oxydantes, anti-inflammatoires et antibiotiques. La composition de la propolis est cependant complexe et très variable en raison de la région de provenance qui est étroitement liée aux résines utilisées par les abeilles. De plus, la présence de contaminants dans l’environnement, comme les pesticides et les éléments traces d’origine anthropique, incluant des métaux lourds, donne un risque d’exposition à ces substances en consommant la propolis ou les extraits de propolis. Plusieurs échantillons de propolis brute ainsi que des teintures commerciales et artisanales provenant du Canada, de la Roumanie et du Brésil ont été analysés. L’extraction des polyphénols totaux des échantillons bruts a été faite 3 fois dans l’éthanol (EtOH) 70 % (v/v) à 70 ̊C, et les teintures ont quant à elles été diluées dans l’EtOH 70 %. Les polyphénols totaux ont ensuite été analysés par spectroscopie moléculaire UV-Vis en utilisant la méthode de Folin- Ciocalteu. Des analyses chromatographiques préliminaires par la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS) ont permis de comparer des polyphénols et des pesticides dans deux sources de propolis du Québec, avec une grande similarité entre les deux extraits. Des échantillons bruts ainsi que des extraits éthanoliques et des teintures ont été analysés suite à l’ionisation par plasma à couplage inductif (ICP-MS) et la spectroscopie de fluorescence atomique à vapeur froide (CVAFS) pour déterminer des concentrations de certains éléments traces présents à l’état de trace incluant l’As, le Cd, le Pb et le Hg total. / Propolis is a honeybee product made of plant and tree resins mixed with beeswax. It is used to build and repair the walls of the hive and to protect it from outside invaders. It contains a large number of compounds including plant metabolites, and is thus used in natural medications, cosmetic products and as food additives due to its richness in polyphenols, which confer its antioxidant, anti-inflammatory and antibiotic properties. However, the composition of propolis is complex and highly variable because of the geographical location of the resins used by the bees. Furthermore, the presence of contaminants in the environment, such as pesticides and trace elements of anthropogenic origin, brings a risk of exposure to these substances when consuming the propolis. Various raw propolis samples as well as commercial and homemade tinctures from Canada, Romania and Brazil were analysed. The raw samples were extracted 3 times in 70 % EtOH (v/v) at 70 ̊C, whereas the tinctures were diluted in 70 % EtOH. The total polyphenol content was determined by UV-Vis spectroscopy using the Folin-Ciocalteu method. Preliminary chromatography analyses by LC-MS on two propolis samples from Québec showed that the detected polyphenols and pesticides in their extracts were very similar, with only a few compounds found exclusively in either one or the other sample. Several raw propolis samples, their extracts and some tinctures were analyzed by ICP-MS and CVAFS to determine trace concentrations of heavy metals including As, Cd, Pb and total Hg.

Cette thèse est consacrée au développement d'assemblages supramoléculaires, qui miment la nature amphiphile des membranes cellulaires. A cette fin, des bicouches lipidiques supportées (SLB) ont été conçues pour l'insertion de la FhuA (protéine de membrane externe d'E. coli). L'interaction de FhuA présente dans la SLB, avec le pb5 (la protéine du bactériophage T5) a ensuite été étudiée par QCM-D. De plus, des bicouches lipidiques suspendues (tBLM) ont été construites sur des monocouches auto-assemblées (SAM) d'un nouveau thiol d'ancrage. Dans cette étude, la formation de tBLM a été minutieusement étudiée par différentes techniques telles que la QCM-D, l'AFM et l'EIS, afin de déduire le rôle du thiol d'ancrage dans le processus de formation de tBLM. En outre, un amphipol biotinylé (B-PCApol), a été employé pour l'immobilisation des protéines membranaires, par exemple la FhuA et de l'intégrine avß3 (humain) sur des surfaces contenant la streptavidine. Avec leurs assemblages respectifs, la constante de dissociation du complexe FhuA-pb5 a été déterminée, tandis que les interactions de l'intégrine avec vitronectine (son ligand naturel) ont été étudiées par SPR. La dernière partie de cette thèse est dédiée à l'étude d'événements de reconnaissance biomoléculaire entre une lectine (ConA) et des sucres multivalents présentés sur un châssis moléculaire, RAFT.

La théorie de la fonctionnelle de la densité classique est utilisée pour étudier la solvatation de solutés quelconques dans le solvant eau. Une forme approchée de la fonctionnelle d'excès pour l'eau est proposée. Cette fonctionnelle nécessite l'utilisation de fonctions de corrélation du solvant pur. Celles-ci peuvent être calculées par simulations numériques, dynamique moléculaire ou Monte Carlo ou obtenues expérimentalement. La minimisation de cette fonctionnelle donne accès à l'énergie libre de solvatation ainsi qu'à la densité d'équilibre du solvant. Différentes corrections de cette fonctionnelle approchée sont proposées. Une correction permet de renforcer l'ordre tétraédrique du solvant eau autour des solutés chargés, une autre permet de reproduire le comportement hydrophobe à longue distance de solutés apolaires. Pour réaliser la minimisation numérique de la fonctionnelle, la théorie a été implémentée sur une double grille tridimensionnelle pour les coordonnées angulaires et spatiales, dans un code de minimisation fonctionnelle écrit en Fortran moderne, mdft. Ce programme a été utilisé pour étudier la solvatation en milieu aqueux de petits solutés atomiques neutres et chargés et de petites molécules polaires et apolaires ainsi que de solutés plus complexes, une argile hydrophobe et une petite protéine. Dans chacun des cas la théorie de la fonctionnelle de la densité classique permet d'obtenir des résultats similaires à ceux théoriquement exacts obtenus par dynamique moléculaire, avec des temps de calculs inférieurs d'au moins trois ordres de grandeurs.

Les aérosols atmosphériques (par exemple les matières particulaires ou PM) sont une source majeure d’incertitude dans les modèles climatiques. Plusieurs études ont démontré que des concentrations élevées de PM réduisent l’espérance de vie. Les aérosols organiques secondaires (Secondary Organic Aerosols en anglais, SOA) sont formés dans l’atmosphère à partir des précurseurs gazeux à travers les réactions chimiques et les SOA représentent des composants majeurs de la masse des PM à l’échelle mondiale. Afin de mieux comprendre les processus chimiques responsables de la formation des SOA, un modèle en 0-D est élaboré pour simuler dynamiquement l’évolution des espèces organiques dans une parcelle d’air qui subit une oxydation photochimique produisant des SOA. Le modèle incorpore des paramètres récemment publiés pour la formation des SOA à partir des composés organiques volatiles (VOCs), ainsi que des composés organiques semi-volatiles et des composés organiques à volatilité intermédiaire (SVOCs et IVOCs). Le modèle est restreint par plusieurs mesures de précurseurs, incluant des mesures récemment développées qui fournissent des contraintes grandement améliorées sur les concentrations des précurseurs, et les prédictions sont comparées par rapport aux mesures des SOA prises au cours de la campagne CalNex. Lorsque les effets des pertes sur les parois des chambres à smog sont considérés pour les rendements des VOCs, la quantité et la vitesse de la formation des SOA dans le modèle sont plus en accord avec les observations. Les résultats de cette étude indiquent que les SVOCs et les IVOCs primaires sont responsables de la majorité (70 à 86 %) de la masse de SOA modélisée, accentuant leur grande contribution en tant que précurseurs des SOA. Cependant, la masse de SOA simulée est sous-estimée à des temps courts d’oxydation lorsque comparée aux données sur le terrain, mais à des temps plus longs, un accord modèle/mesures est observé. Cet écart peut être dû à un ΔIVOC/ΔCO ratio d’émission bas ou une sous-estimation basse des constantes d’oxydations des IVOCs, ce qui met en évidence la nécessité de poursuivre les études sur le terrain et dans les laboratoires de ces composés. / Atmospheric aerosols (i.e. particulate matter or PM) are a major source of uncertainty in climate models. Many studies have also shown that elevated concentrations of PM reduce life expectancies. Secondary organic aerosol (SOA) is formed in the atmosphere from gaseous precursors through chemical reactions and SOA represents a major component of PM mass globally. To better understand the chemical pathways responsible for SOA formation, a box model is designed to simulate dynamically the evolution of organic species in an air parcel as it undergoes photochemical oxidation producing SOA. The model incorporates recently published parameterizations for the formation of SOA from volatile organic compounds (VOCs), as well as from semi-volatile and intermediate-volatility organic compounds (SVOCs and IVOCs). The model is constrained by several measurements of precursors, including recently developed measurements that provide greatly improved constraints on precursor concentrations, and the predications are compared against measurements of SOA taken during the CalNex campaign. When accounting for the effect of chamber wall-losses on VOC yields, the amount and rate of SOA formation in the model is more consistent with observations. The results of this study also indicate that the primary SVOCs and IVOCs are responsible for a majority (70 – 86 %) of the model SOA mass, emphasizing their high contribution as SOA precursors. However, the SOA mass predicted is underestimated at shorter photochemical ages when compared to field measurements, but at longer ages, model/measurement agreement is observed. This bias may be due to low IVOC/CO emissions ratios or low estimated IVOC oxidation rate constants, which highlights the need for further field and laboratory studies of these compounds.