Die DNA-Sequenzierung nimmt in der molekulargenetischen Diagnostik seit vielen Jahren einen großen Stellenwert ein. Zeit- und kosteneffektivere Methoden wie die DHPLC wurden seither für verschiedene Gene etabliert. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung der DHPLC für das ATRX-Gen bei Patienten mit Verdacht auf das ATRX-Syndrom. Nach erfolgreicher Etablierung der DHPLC sollten im Rahmen dieser Arbeit 38 Patientenproben des Instituts für Humangenetik der Universität Leipzig mit Verdacht auf das ATRX-Syndrom mittels DHPLC und Sequenzierung untersucht werden. Die Etablierung der DHPLC gelang in der vorliegenden Arbeit für alle - das ATRX-Gen vollständig umspannenden - 42 Fragmente. Jede der vorliegenden Sequenzvariationen konnte nach Abschluss der Arbeit detektiert werden. Unter Verwendung von Maxima® stellten sich initial 22 von 24 verschiedenen Sequenzvariationen zum Wildtyp different dar. Die verbleibenden zwei Mutationen p.R246C und p.A238P im Fragment 9 wurden unter Verwendung höherer Temperaturen, eines kürzeren Fragmentes oder anderer Polymeraseenzyme (AmpliTaq Gold® bzw. HighFidelity) detektiert. Nach Abschluss der Etablierung der DHPLC konnte eine Sensitivität und Spezifität von 100% erreicht werden. In den Patientenuntersuchungen des Instituts für Humangenetik der Universität Leipzig fanden sich bei 38 Patientenproben vier verschiedene als benigne beschriebene Polymorphismen bei insgesamt 19 Patienten, ein noch nicht veröffentlichter Polymorphismus im Intron 26 sowie eine bis dato nicht beschriebene und als pathogen einzustufende Mutation im Exon 34. In 100 Kontrollen der DNA-Bank des Instituts für Humangenetik der Universität Leipzig konnte der bisher nicht publizierte Polymorphismus im Intron 26 sieben Mal gefunden werden. Die bis dato nicht beschriebene Deletion p.2385_2395del im Exon 34 führt zu einem vorzeitigen Abbruch des ATRX-Proteins und ist somit als sicher pathogen einzustufen. Die Untersuchung der Mutter des Patienten konnte den Konduktorenstatus nachweisen. Für die Familie des betroffenen Patienten konnte mit der vorliegenden Arbeit die Diagnose des ATRX-Syndroms gesichert werden. Die DNA-Proben der Patienten bei denen keine Mutation nachgewiesen werden konnte, sollten bei weiterhin dringendem Verdacht auf das ATRX-Syndrom mittels qRT-PCR bzw. MLPA untersucht werden, um große Deletionen, Insertionen oder Duplikationen auszuschließen. Mithilfe dieser Arbeit gelang die Etablierung der DHPLC für das ATRX-Gen als ökonomische, sehr sensitive und effiziente Methode zur Diagnostik des ATRX-Syndroms. Die Entscheidung, in welcher Form und mit welcher Methode DNA-Proben bei Verdacht auf ATRX-Syndrom untersucht werden, bleibt jedoch eine individuelle Entscheidung jedes Instituts unter Betrachtung der jeweiligen Gegebenheiten vor Ort.

Résumé : La pollution de l'environnement est devenue un problème mondial majeur. Le développement rapide des industries de procédés conduit à une augmentation constante des quantités d'eaux usées et des liqueurs contaminées rejetées. Les acides carboxyliques représentent une part importante de la charge organique des polluants dans les eaux usées et dans les solutions aqueuses industrielles. Une technologie efficace et respectueuse de l'environnement est donc requise pour réduire les effets négatifs de l'industrialisation sur l'environnement et pour éliminer les polluants des eaux usées et des liqueurs industrielles contaminées. Le plasma thermique submergé à courant continu (CC) est l'une des technologies proposées pour éliminer les contaminants des liquides et des solutions. Le réacteur au plasma thermique submergé à courant continu est un nouveau réacteur dans lequel le contact direct entre le plasma et la solution est établi. Une caractéristique importante du plasma thermique type CC est le gaz de plasma. Selon le type du gaz plasmagène, les plasmas thermiques CC présentent différents taux de décomposition, d’espèces réactives, d’enthalpies, de conductivités thermiques, et de temps de vie des électrodes. Parmi les différentes torches des plasmas thermiques CC, la torche à plasma thermique à mélange gazeux à base de CO[indice inférieur 2], récemment inventée, présente une amélioration très significative de la performance, c'est-à-dire une enthalpie plasmatique et une conductivité thermique élevées par rapport à celles des gaz de plasma concurrents. Une approche principalement expérimentale a permis d’étudier la faisabilité et le mécanisme de décomposition de l'acide carboxylique à haut poids moléculaire dans des solutions via les différents plasmas thermique submergés à CC. L'acide sébacique, un acide carboxylique à haut poids moléculaire a été choisi comme représentant de contaminant de type organique dans la liqueur Bayer. Deux différentes torches de plasma, incluant la torche à plasma oxygène et air ainsi que la torche à plasma CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] nouvellement conçues ont été utilisées. L'effet des différentes conditions de fonctionnement en incluant le temps de traitement, le pH initial de la solution, et la pression du réacteur, ainsi que le rôle des agents oxydants tels que le H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2], ont été étudiés sur la décomposition de l'acide sébacique. Pour identifier le rôle des différents gaz de plasma et des conditions opérationnelles sur le mécanisme de décomposition et sur les produits intermédiaires, une caractérisation qualitative et quantitative a été réalisée sur les solutions traitées avec la méthode de chromatographie ionique couplée à la spectrométrie de masse (IC/MS). L'effet thermochimique des gaz de plasma sur la décomposition de l’acide sébacique et sur les produits intermédiaires a également été étudié. À travers les différents essais réalisés dans cette étude, il a été montré pour la première fois que la décomposition de l'acide carboxylique de poids moléculaire élevé est réalisable avec le plasma thermique submergé en utilisant des gaz de plasmas différents. Le taux de décomposition d'acide sébacique lors de l’utilisation d’un plasma thermique à oxygène en milieu basique est plus élevé par rapport aux autres plasmas thermiques (air, et CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4]) en mode submergé. Il a été constaté que cela est dû principalement à sa forte concentration en espèces oxydantes telles que l’ozone. Il a été observé que la décomposition de l'acide sébacique en milieu basique par l’utilisation de plasma d’oxygène et de plasma à air se produit par un mécanisme d'oxydation consécutif jusqu'à la production finale d'acides di-carboxyliques de plus faibles poids moléculaires et de CO[indice inférieur 2] (dissous dans la solution sous la forme de carbone inorganique). Il a été trouvé aussi pour la première fois que le plasma thermique submergé CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4], peut décomposer l'acide carboxylique de poids moléculaire élevé sur la base d’un mécanisme séquentiel de photo-oxydation en raison de sa forte intensité de rayonnement ultraviolet. Le plasma de CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] a montré une vitesse de décomposition supérieure dans le milieu neutre. Par contre, en milieu basique, le plasma d'oxygène et le plasma d'air ont montré une vitesse de décomposition plus élevée. Il a également été montré que l'ajout d'H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2] en milieu basique a augmenté la vitesse de décomposition de l'acide sébacique avec le plasma CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] jusqu’à la même vitesse de décomposition que le plasma d'oxygène dû à une plus grande intensité de rayonnement UV du plasma de CO[indice inférieur 2] en comparaison avec celle du plasma d'oxygène. Dans une perspective plus générale, à travers différentes expériences, il a été montré que le plasma de CO[indice inférieur 2]/CH[indice inférieur 4] peut offrir une grande vitesse de décomposition des acides carboxyliques de poids moléculaire élevés dans un milieu acide et neutre, et également en milieu basique en présence de peroxyde d'hydrogène. Cela permettra le traitement des contaminants dans une grande variété de conditions de solution à l'aide de plasma du gaz CO[indice inférieur 2]. Les résultats de cette thèse aident à mieux comprendre la décomposition des contaminants organiques à hauts poids moléculaires dans les solutions utilisant les plasmas thermiques submergés. De plus, ces résultats proposent une application potentielle pour la torche à plasma de CO[indice inférieur 2] pour le traitement des eaux usées. // Abstract : Environmental pollution has become a major global problem. Rapid development of process industries leads to a constant increase in amounts of wastewater and contaminated industrial process liquors. Carboxylic acids represent a significant portion of the organic load of pollutant in wastewater and industrial aqueous solutions. An effective and environmentally friendly technology is therefore required to reduce the negative effects of industrialization on the environment and subsequently remove pollutants from wastewater and contaminated industrial liquors. DC (Direct Current) submerged thermal plasma is one of the proposed technologies for removing contaminants from liquids and solutions. DC submerged thermal plasma reactor is a novel reactor in which the direct contact between plasma and solution is established. An important characteristic of typical DC thermal plasma is the plasma gas. Depending on the type of plasma gas, DC thermal plasmas present different decomposition rates, reactive species, enthalpy, thermal conductivity, and electrode life time. Among different DC thermal plasma torches, the recently invented CO[subscript 2]-based gas mixture thermal plasma torch exhibits a very significant performance improvement, i.e. high plasma enthalpy and high thermal conductivity in comparison with competing plasma gases. In this study, by a mainly experimental approach, the feasibility and decomposition mechanism of high molecular weight carboxylic acid in solution via different DC submerged thermal plasmas has been investigated. Sebacic acid, a high molecular weight carboxylic acid, was selected as a representative of a typical organic contaminant in Bayer liquor. Two different DC plasma torches have been used including oxygen DC plasma torch and the newly designed CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma torch. The effect of different operational conditions including treatment time, initial solution pH, and the reactor pressure as well as the role of oxidizing agents such as H[subscript 2]O[subscript 2], were investigated on the decomposition of sebacic acid. To identify the role of different plasma gases and operational conditions on the decomposition mechanism and its intermediate products, qualitative and quantitative characterization was done on the treated solutions with IC/MS (Ion Chromatography/Mass Spectrometry) method. The thermochemical effect of the plasma gases on the decomposition of sebacic acid and its intermediate products was also investigated. Through different experiments, it was shown for the first time that decomposition of high molecular weight carboxylic acid is feasible with submerged thermal plasma by using different plasma gases. The decomposition rate of sebacic acid by using oxygen thermal plasma in basic medium was higher compared with other thermal plasmas (air, and CO[subscript 2]/CH[subscript 4]) in submerged mode. It was found that the higher decomposition rate with oxygen plasma is mostly due to its high concentration of oxidant species such as ozone. The decomposition of sebacic acid in basic medium with oxygen and air plasma was revealed to occur with a consecutive oxidation mechanism up to the final production of the lowest molecular weight di-carboxylic acids and CO[subscript 2] gas (dissolved in solution in the form of inorganic carbon). It was found for the first time that the CO[subscript 2]/CH[subscript 4] submerged thermal plasma can decompose well high molecular weight carboxylic acid based on a sequential photo-oxidation mechanism due to its high ultraviolet (UV) radiation intensity. The CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma showed higher decomposition rate in neutral medium, however oxygen and air plasma showed higher increased the sebacic acid decomposition rate with the CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma up to the same decomposition rate of the oxygen plasma due to higher UV radiation intensity of the CO[subscript 2] plasma than that of the oxygen plasma. In a more general perspective, through different experiments, it was shown that CO[subscript 2]/CH[subscript 4] plasma can offer high decomposition rate for high molecular weight carboxylic acids in acidic and neutral medium and also in basic medium in the presence of hydrogen peroxide. This will allow using plasma for treatment of contaminants in a wide variety of solution conditions by using CO[subscript 2] gas. The findings of this thesis therefore will shed light on the decomposition of large organic contaminants in solutions with submerged thermal plasmas. Also, it provides a potential application for CO[subscript 2] plasma torch in wastewater treatment.

Les régions terminales (les télomères) des chromosomes de la plupart des organismes sont<br />essentielles au maintien de l'intégrité des chromosomes et sont impliquées dans la cancérogenèse et<br />le vieillissement cellulaire. Les télomères sont formés d'un brin riche en guanines et d'un brin<br />complémentaire riche en cytosines. In vitro, chaque brin s'organise en une structure repliée, le<br />quadruplexe de guanines pour l'un, le motif i pour l'autre, ce qui pose la question du rôle<br />biologique de ces structures. Plusieurs protéines s'associant au brin G et favorisant la formation de<br />quadruplexes de guanines sont connues. Deux protéines reconnaissant spécifiquement le brin C de<br />l'ADN télomérique humain viennent d'être identifiées (ASF/SF2 et hnRNP K).<br />Nous avons voulu contribuer à la compréhension des mécanismes de régulation des<br />télomères en recherchant une protéine se liant spécifiquement à une séquence d'ADN télomérique<br />riche en cytosines. Cette étude a été entreprise sur un organisme eucaryote, la levure<br />Saccharomyces cerevisiae.<br />Nous avons commencé par montrer que le fragment d'ADN télomérique de levure,<br />d[(CCCACA)3CCC], pouvait former un motif i in vitro. Nous avons observé par migration<br />électrophorétique non dénaturante, la formation d'un complexe ADN-protéine sur lequel nous<br />avons focalisé nos efforts. La masse moléculaire de cette protéine (~ 250 kDa) a été déterminée par<br />passage sur tamis moléculaire. L'association ADN-protéine a été observée pour une gamme de pH<br />allant de 6 à 8. Un duplexe d'ADN B d(CGCGATCGCG) ou une petite suite de cytosines d(CCC)<br />ne sont pas compétiteurs et le signal retardé est atténué de moitié pour un rapport monobrin<br />d(T14)/sonde de 4000. L'ADN d'E. coli, coupé en fragments de 10 à 1000 bases, est compétiteur<br />(50%) pour un rapport compétiteur/sonde égal à 1000. Mais toutes les séquences d'oligomères<br />testées formant in vitro un motif i monomérique (séquences comptant 4 répétitions de 2, 3, 4 ou 5<br />de désoxycytidines, dont des séquences télomériques ou centromériques naturelles), entrent en<br />compétition avec la séquence d[(CCCACA)3CCC], notamment dans des conditions (pH,<br />température, force ionique,..), où le motif i est observé in vitro.<br />Pour identifier les protéines impliquées dans l'association avec l'ADN télomérique, nous<br />avons utilisé des billes de streptavidine greffées ou non avec la séquence d'ADN. Nous avons<br />identifié les protéines liées à l'ADN par spectrométrie de masse MALDI-TOF et Q-TOF MS/MS. Il<br />s'agit de trois protéines Yhr216p, Ylr432p et Yml056p, dont les séquences sont très proches. Cette<br />identification a été confirmée par séquençage par dégradation d'Edman de peptides internes. Les<br />séquences de ces protéines sont similaires (~ 78 %) aux deux inosine 5'-monophosphate<br />déshydrogénases humaines (IMPDH 1 et 2 (masse de ~ 56 kDa)) connues pour leur implication<br />dans le métabolisme des purines. Celles-ci sont habituellement observées sous forme tétramérique<br />(masse > 200 kDa). Malgré la présence dans des extraits nucléaires humains HeLa d'une protéine<br />ayant des caractéristiques de migration natives identiques à celles observées chez la levure, et<br />différentes des protéines ASF/SF2 et hnRNP K déjà identifiées, nous avons montré que les<br />protéines IMPDH 1 et 2 purifiées ne sont pas capables de fixer seules l'ADN télomérique humain.<br />Nous montrons également que les protéines identifiées (Yhr216p, Ylr432p et Yml056p)<br />s'associent au brin complémentaire riche en G. Des migrations électrophorétiques en présence de<br />compétiteurs montrent que cette association est spécifique. A notre connaissance, il s'agit des<br />premières protéines de levures interagissant séparément avec chacun des deux brins télomériques<br />dans des conditions d'incubation où l'on observe la formation de quadruplexes de guanines et de<br />motif i.

Des études de sorption/désorption ont été effectuées pour neuf contaminants émergents sélectionnés (caféine, sulfaméthoxazole, déséthylatrazine, carbamazépine, atrazine, estradiol, éthinylestradiol, noréthindrone et diclofénac) dans les boues usées provenant de trois systèmes différents. Les contaminants incluent une variété de classes de composés (pesticides, hormones et pharmaceutiques) qui possèdent des propriétés physicochimiques différentes. L’objectif de ces travaux est de modéliser leur comportement dans une station d’épuration, en présence d’une phase particulaire et d’une phase aqueuse, et du même coup, de mieux comprendre leur devenir lors de leur rejet dans l’environnement. Le coefficient octanol-eau (log Kow) permet de bien interpréter les résultats et nous permet de classer les composés selon deux types de comportements observés : les composés avec un log Kow inférieur à 3 montrent peu ou pas de sorption alors que les composés avec un log Kow supérieur à 3 montrent une sorption variant de 30 à 90 % durant les premières minutes, suivi d’une sorption lente durant les heures suivantes. Une augmentation du contenu organique favorise la sorption des composés hydrophobes alors qu’un changement de pH peut modifier la charge à la surface des particules et également la charge des analytes. Les résultats ont montré que seul le diclofénac était sensible aux variations de pH étudiés. Dans une telle situation, il est nécessaire d’utiliser le facteur d’hydrophobicité corrigé en fonction du pH (log Dow). Le coefficient de distribution solide-eau (log Kd) a été déterminé pour chaque composé à la fin de chaque expérience de sorption et se situe entre -0.3 et 2.6. Avec l’augmentation de l’hydrophobicité, la désorption diminue avec le temps et avec l’étape de rinçage. Pour simuler le relargage dans les systèmes aquatiques, les facteurs de rinçage ont été déterminés pour estimer le nombre de rinçages qui seraient nécessaire pour désorber 50 et 99 % de la concentration initialement sorbée. Les bilans de masse ont été effectués après chaque expérience dans le but de ne pas surestimer les capacités de sorption d’un composé et se situent entre 7 et 25 % pour l’estradiol, la noréthindrone et le sulfaméthoxazole et entre 44 et 103 % pour l’éthinylestradiol, l’atrazine, la déséthylatrazine, la carbamazépine, la caféine et le diclofénac. / Sorption/desorption studies were performed for nine selected emerging contaminants (caffeine, sulfamethoxazole, desethylatrazine, carbamazepine, atrazine, estradiol, ethinylestradiol, norethindrone and diclofenac) in sewage sludge from three different systems. Contaminants include a variety of compound classes (pesticides, hormones and pharmaceuticals) with different physicochemical properties. The objective of this work is to model their behavior in a treatment plant in the presence of a particulate phase and an aqueous phase, and at the same time, understanding their fate upon their release into the environment. The octanol-water partition coefficient (log Kow) allowed a good understanding of the results and allowed us to classify the compounds according to the two types of behavior observed: compounds with log Kow below 3 showed little or no sorption while compounds with log Kow over 3 showed a 30 to 90% sorption within the first few minutes, followed by a slow sorption during the next hours. An increase of the organic content promotes the sorption of hydrophobic compounds while a change in the pH can modify the charge on the surface of the particles and also the charge of the analytes. Only diclofenac was found to be sensitive to the different pH studied. In such a situation, it is necessary to use the pH-corrected hydrophobicity factor (log Dow). The solid-water distribution coefficient (log Kd) were determined for each compound at the end of each sorption experiment and ranged from 0.2 to 2.9. With increasing compounds hydrophobicity, desorption decreased with time and rinsing step. To simulate releases into aquatic systems, rinsing factors were determined to estimate the number of rinsing that would be needed to desorb 50 and 100 % of the sorbed concentration. Mass balances were performed after each experiment in order to not overestimate the sorption capacity of the compound and ranged from 7 to 25 % for estradiol, norethindrone and sulfamethoxazole and from 44 to 103 % for ethinylestradiol, atrazine, desethylatrazine, carbamazepine, caffeine and diclofenac.

L'objectif de cette thèse est le développement d'outils technologiques et logiciels permettant un monitoring de la qualité de l'air intérieur. Cela comprend la conception de capteurs miniaturisés permettant la détection simultanée d'un grand nombre de polluants, ainsi que le développement de modèles numériques inverses utilisant les données issues de ces capteurs et permettant la reconstruction de sources de polluants. Ces travaux ont mené à l'élaboration d'un prototype fonctionnel de micro-chromatographe en phase gazeuse, système d'analyse chimique miniaturisé permettant la détection de multiples polluants. La colonne de séparation fabriquée en technologie MEMS a permis la séparation de divers composés organiques volatils en quelques dizaines de secondes. Le micro-détecteur TCD, fondé sur une mesure 4-pointes couplée à un circuit d'asservissement en température original, a permis la détection des composés séparés dans la colonne. Afin d'améliorer et de tirer au mieux parti des micro-chromatographes, des méthodes d'injections stochastiques ont été développées. Il a été démontré que ces méthodes ont plusieurs intérêts. D'une part, elles permettent facilement un gain de rapport signal/bruit de l'ordre de la décade, ce qui permet la détection de polluants plus faiblement concentrés. Il a été observé d'autre part qu'il est possible de suivre en temps réel l'évolution moyenne de la concentration des polluants alors que cela n'est pas possible lorsque le chromatographe est utilisé de manière standard. Enfin, une méthode d'injection et de traitement du signal permettant l'analyse simultanée de plusieurs échantillons avec un unique capteur a été développée. Enfin, ces travaux ont été complétés par le développement de modèles inverses 2D permettant, à partir de données issues de micro-chromatographes placés dans l'espace, la reconstruction de sources de polluants et de champs de vitesses par méthode des gaz traceur. Ces modèles sont fondés sur une approche de contrôle optimal et utilisent une résolution des équations de Navier-Stokes et de diffusion-advection par la méthode éléments finis. L'utilisation de bases orthonormées obtenues par POD a permis de régulariser ces modèles inverses / The goal of this thesis is the development of technological and numerical tools for the monitoring of indoor air quality. That comprises the design of miniaturized sensors capable of detecting a large number of pollutants, and the development of inverse models allowing the reconstruction of pollutant sources from concentration measurements. In this work we present the realization of a micro-gas chromatograph, miniaturized chemical-analysis system fabricated with silicon-based MEMS technology. The separation column can separate multiple volatile organic compounds in less than a minute. The integrated thermal conductivity detector, based on a 4-points measurement technique coupled with an original temperature control circuit, can detect compounds separated in the column. In order to improve the performances of such micro-chromatographs, stochastic injection techniques have been developped. We have shown that these techniques easily allow to reduce the detection noise by an order of magnitude so that low-concentrated pollutants can be detected. We also observed that it is possible to follow in real time the mean evolution of the concentration with such techniques. We finally developped an original multiplexing technique that allows to monitor multiple sample streams simultaneoulsy with a single sensor. Finally, this work is completed by the development of 2D inverse models that allow, from data measured by micro-chromatographs placed in a room, to reconstruct pollutant sources, concentration fields or airflow patterns. Those models are based on an optimal control approach and use the resolution of Navier-Stokes and diffusion-advection equations with the finite element method. POD orthonormal basis are used for the regularization of the problem

Les procédés chromatographiques multicolonnes continus se sont imposés comme technique séparative dans l’industrie pharmaceutique en raison de leur productivité élevée et de leur développement rapide. De nos jours, la modélisation, le dimensionnement et l’optimisation des procédés LMS et Varicol sont considérés comme établis. Le fonctionnement automatique optimisé et robuste de ces procédés reste cependant un sujet de recherche. Le plus souvent, les paramètres opératoires sont choisis en deçà du réglage optimal afin d’inclure une marge de robustesse. Ils sont ajustés manuellement par un opérateur expérimenté pour maintenir les produits à leurs spécifications de pureté. Le nombre élevé de séparations chromatographiques rend crucial le développement d’une application d’un contrôle avancé de ces procédés. Récemment, plusieurs méthodes de contrôle des procédés LMS ont été proposées. Ce travail de thèse présente une nouvelle approche de contrôle avancé. Cette commande ajuste les paramètres opératoires d’une séparation grâce à deux types de mesure : une mesure en ligne et une mesure hors ligne. Une validation expérimentale du schéma de contrôle a été effectuée sur un procédé Varicol. Les résultats présentés démontrent que la commande permet d’amener la pureté des produits à leurs spécifications, d’optimiser les performances du procédé et de répondre aux perturbations, tout en sécurisant la pureté du produit cible / Multicolumn continuous chromatographic processes became a key separation technology in the areas of pharmaceutical industry thanks to high productivity and short process development times. Today, modeling, design, and optimization of SMB and Varicol, are well established. However a robust and optimized operation of processes is still an open issue. The common practice is to operate processes under suboptimal operating conditions in order to gain the necessary robustness. The operating parameters are tuned manually by experienced operators in order to maintain the product specifications. Therefore, as chromatographic applications spread, process control problem becomes increasingly important. Recently, several control methodologies of SMB process have been proposed. This thesis work introduces a new advanced control system approach. This system adjusts operating parameters thanks to two kinds of measurements : an in-line measurement and an at-line measurement. The performance of this control scheme is demonstrated through several experiments on Varicol. The reported results aim to demonstrate that the controller is able to deliver the products within the specifications, to optimize the process performance and to answer to disturbances while protecting the key product

Ce manuscrit expose le développement de méthodes bidimensionnelles en ligne pour l'analyse de composés chargés en couplage avec la spectrométrie de masse. Le contexte de l'étude et les principes théoriques de la chromatographie en phase liquide unidimensionnelle et bidimensionnelle sont tout d'abord présentés. Les conditions expérimentales telles que l'instrumentation, les colonnes, les composés étudiés sont détaillés. Des études unidimensionnelles ont été effectuées afin de connaître le comportement cinétique des petites molécules ionisables et des peptides selon la phase mobile et la température. L'orthogonalité de systèmes chromatographiques et les capacités de pics générées ont ensuite été étudiés afin de connaître les conditions expérimentales les plus intéressantes pour l'analyse des composés chargés. Les comparaisons de systèmes ont été effectuées avec de nouveaux descripteurs d'orthogonalité et de capacité de pic effective qui ont été établit. Les systèmes bidimensionnels LCxLC ont ensuite été mis en place. L'utilité d'un split pour réduire le volume injecté en seconde dimension est envisagée. Des limites en termes de volume injecté dans la seconde dimension ont été définies en RPLC et en HILIC. Des mélanges de peptides ont été séparés par RPLCxRPLC(-MS), RPLCxHILIC(-MS) et HILICxRPLC. Le couplage avec la spectrométrie de masse est optimisé. L'intérêt des séparations bidimensionnelles est mis en évidence par rapport à des séparations LC-MS classiques / This manuscript is dedicated to the development of on-line two-dimensional liquid chromatography for the analysis of charged compounds with mass spectrometry coupling. The context of the study and the theoretical principles of liquid chromatography in one or two dimensions are presented. Experimental conditions such as instrumentation, columns, studied compounds are detailed. Some one-dimensional studies have been experimented to know the kinetic behaviour of small ionisables molecules and peptides depending on conditions. The orthogonality of chromatographic system and generated peak capacity have then been studied in order to know which experimental conditions are the most interesting for the analysis of charged compounds. The comparisons of systems have been done with new descriptor for orthogonality and effective peak capacity. Two-dimensional systems were then set up. Some limits in term of injected volume in the second dimension have been established in RPLC and in HILIC. The usefulness of a split to reduce the injected volume in second dimension has been studied. Some peptides mixtures have been separated by RPLCxRPLC(-MS), RPLCxHILIC(-MS) and HILICxRPLC. The MS coupling has been optimized. The interest of two dimensional separations is underlined compared to classical LC-MS separations

La gestion de la douleur neuropathique reste un challenge en médecine, malgré le nombre de traitements actuellement disponible. L'expérimentation animale a généré beaucoup d'informations concernant la douleur, mais ces connaissances demeurent insuffisantes pour développer de nouveaux analgésiques plus efficaces tout en restant sécuritaires. La douleur est un symptôme clinique complexe avec de multiples origines, et les mécanismes de douleur centraux et périphériques dépendent de l'évolution de la pathologie. Il est donc essentiel d'investiguer plus profondément les mécanismes moléculaires responsables de l'initiation et du maintien de la douleur, afin de cibler de nouvelles voies de transmission de la nociception plus prometteuses pour soulager la neuropathie et développer de meilleures stratégies thérapeutiques. Ce projet s'est donc intéressé plus particulièrement à la famille des tachykinines issues du gène TAC1 (substance P, ses précurseurs et métabolites, et neurokinine A sont les peptides ciblés pour ce projet de recherche), une famille de neuropeptides qui joue un rôle critique dans la transmission nociceptive. Pour réaliser cette étude, nous avons d'abord développé une stratégie de quantification afin de quantifier les expressions des différents neuropeptides bioactifs cibles, par HPLCMS/ MS. Puisqu'il existe différentes stratégies de quantification des peptides par HPLCMS/ MS, une méthode analytique fiable et robuste était nécessaire pour répondre aux objectifs de recherche. Nous avons développé une méthode utilisant la quantification relative avec un étalon interne stable marqué isotopiquement. En effet, pour quantifier les neuropeptides d'intérêt de l'étude, c'est la stratégie qui s'est avérée la plus reproductible et précise. Suite à la mise au point de la stratégie de quantification, nous avons utilisé des modèles animaux, souvent nécessaires pour faire progresser la recherche scientifique sur la compréhension de la douleur / The management of neuropathic pain remains a challenge in medicine, despite the availability of numerous drugs. Animal experimentation has generated a tremendous amount of information about pain, but this knowledge is still insufficient for new more efficient and safe analgesics. Pain is a complex clinical symptom with multiple origins, and peripheral and central pain mechanisms depend on the pathology evolution. Thus, it is essential to further investigate the mechanisms responsible for the initiation and maintenance of pain in order to develop better effective therapies. This project is particularly focused on the tachykinin family encoded by TAC1 gene (substance P, its precursors and metabolites, neurokinin A), a family of neuropeptides that plays a critical role in nociceptive transmission. We initially developed a quantification strategy in order to study the targeted bioactive neuropeptide expression modulation by HPLC-MS and HPLC-MS/MS. And it is critical to develop reliable and robust analytical methods to reach the objectives. So, we developed a method using relative quantification with stable isotopic labeled internal standards. In fact, in order to quantify target neuropeptides, this strategy was the most reproducible and accurate. Following the development of the relative quantification strategy, we used validated animal models, fundamental to better knowledges of painful molecular mechanisms

Cette thèse se concentre sur des aspects multiorbitales des systèmes fermioniques fortement corrélés. En particulier, sur l'existence d'une différentiation orbitale dans laquelle la coexistence de caractère itinérant et localisé peut être associée à différentes orbitales. Cette problématique est examinée dans le contexte des atomes froids et des matériaux, offrant un pont entre les deux communautés.Dans la première partie de la thèse, nous donnons un aperçu du problème des corrélations fortes dans les matériaux, et nous introduisons le concept de 'transition de Mott sélective en orbitales'. Nous fournissons également les principaux outils pour comprendre comment les matériaux peuvent être simulés avec des atomes froids, et nous présentons des résultats importants liés à la transition métal-isolant de Mott. Les aspects techniques, basées sur la théorie du champ moyen dynamique sont également discutés, et la solution de deux principaux modèles de systèmes fermioniques fortement corrélés, à savoir le modèle d'Hubbard (HM) et le modèle de Falicov-Kimball (FKM), sont passés en revue.Ensuite, nous étudions en détail la physique de deux espèces fermioniques en interaction forte avec des masses différentes dans un réseau optique. Nous établissons les différentes phases (avec et sans ordre à longue portée) en termes de la force des interactions (U), du rapport des masses et de la température (T), et aussi nous discutons les variables thermodynamiques, qui sont pertinentes pour les expériences d'atomes froids. Nous montrons que dans la phase métallique (U inférieure à une valeur critique) et avec un certain degré de différence de masses, un 'crossover' apparaît entre un état métallique du type de liquide de Fermi à basse T, et un état avec différentiation orbital à haute T, où les fermions lourds se localisent tandis que les fermions légers restent itinérant. Par conséquent, nous proposons ce modèle minimal pour étudier la physique des systèmes qui présentent une différentiation orbitale avec des expériences d'atomes froids.Basé sur les propriétés du modèle étudié, nous proposons la 'chromatographie entropique' comme une nouvelle méthode pour refroidir des atomes fermioniques dans les réseaux optiques. Nous discutons son efficacité et ses limites, et fournissons quelques idées afin de les surmonter.Dans la dernière partie de la thèse, nous généralisons le modèle précédent aux matériaux corrélés à plusieurs bandes qui permet d'afficher la différentiation orbitale. Nous montrons que l'état de Mott sélectif en orbital peut être stable sous les distorsions du réseau, modélisées par une hybridation locale entre les orbitales. Cependant, l'état de Mott est caractérisé par un pseudo-gap, où les fluctuations de charge sont brusquement réduites, mais l'état reste compressible. En relation au modèle précédent, nous discutons le 'crossover' entre l'état métallique et l'état sélectif induit par des effets température, nous comparons nos résultats avec les expériences de photoémission, et nous prédisons ce qui se passerait dans les matériaux qui présentent une hybridation locale entre les bandes. / This thesis focuses on multiorbital aspects of strongly correlated fermionic systems. In particular, it focuses on the existence of orbital differentiation in which coexistence of itinerant and localized character can be associated to different orbitals. This subject is discussed in the context of cold atoms and materials, providing a bridge between both communities.In the first part of the thesis, we give an insight into the problem of strong correlations in materials, and we introduce the concept of 'orbital-selective Mott transition'. We also provide the main tools to understand how materials can be simulated with cold atoms experiments, and we present important related results in the context of the metal-Mott insulator transition. The technical aspects, based on dynamical mean-field theory are also discussed, and the solution of two key models of strongly correlated fermionic systems, i.e., the Hubbard model (HM) and the Falicov-Kimball model (FKM), are reviewed.Then we study in detail the physics of two interacting fermionic species with different masses in an optical lattice. We establish the different phases (with and without long-range order) in terms of the interactions strength (U), mass ratio and temperature (T), and also discuss the thermodynamic variables, which are relevant in cold atoms experiments. We show that in the metallic phase (U below a critical value) and for some degree of mass imbalance, a crossover appears between a Fermi-liquid metallic state at low T, and an 'orbital-selective' state at higher T, where the heavy fermions effectively localize while the light species remain itinerant. Hence, we propose this minimal model for addressing orbital-selective physics with cold atoms experiments.Based on the properties of the studied model, we propose the 'entropic chromatography' as a new method for cooling fermionic atoms in optical lattices. We discuss its efficiency and limitations, and provide some ideas in order to overcome them.In the last part of the thesis we generalize the previous model to a model relevant for multiband correlated materials that can display orbital differentiation. We show that the orbital-selective Mott state can be stable under lattice distortions modeled by local hybridization between the orbitals. However, the Mott state is characterized by a pseudogap, where charge fluctuations abruptly reduce, but the state remains compressible. In connection with the previous model, we discuss the temperature-induced orbital-selective crossover in this problem, we compare our results with photoemission experiments, and predict what would happen in materials that display local hybridization between the bands.

Le développement de nouveaux donneurs d’oxyde nitrique (NO) dans le traitement chronique des maladies cardiovasculaires nécessite l’étude de leur biodisponibilité après administration par voie orale. Les S-nitrosothiols (RSNOs) apparaissent d’intéressants candidats médicaments pour ce faire, et l’étude de leur perméabilité intestinale est une première étape indispensable. Il est nécessaire de disposer d’une méthodologie analytique suffisamment sensible et sélective, en particulier permettant de différencier entre la production endogène de NO, l’apport alimentaire en ions nitrites et nitrate et le médicament lui-même. Nos travaux de thèse ont consisté à utiliser le S-nitrosoglutathion (GSNO) comme modèle après son marquage par l’isotope stable 15 de l’azote (15N). La dérivation du 15NO libéré par deux méthodes conventionnelles (méthode de Griess conduisant à la formation d’un adduit azoïque ; réaction avec le 2,3-diaminonaphtalène (DAN) formant l’adduit 2,3-naphtotriazole (NAT)) et l’étude de la fragmentation en spectrométrie de masse tandem (MS/MS) des deux adduits correspondants ont mené à sélectionner la dérivation par le DAN comme étant la plus sensible. Une transition originale résultant de la fragmentation du NAT en mode Higher-energy Collisional Dissociation (HCD) au lieu du mode conventionnel Collisionally Induced Dissociation (CID) a été mise en évidence ; elle permet d’atteindre une limite de quantification de 5 nM (soit 20 fois plus basse que celle offerte par la fluorescence). La méthode LC-MS/MS a été validée et appliquée à l’étude de la perméabilité intestinale du GS15NO par deux modèles : l’un in vitro (monocouche de cellules épithéliales type Caco-2), l’autre ex vivo (intestin de rat isolé (ileum) dans une chambre de Ussing). Les valeurs de perméabilité apparente calculées à partir des concentrations des métabolites du GS15NO (ions nitrites, nitrates et RSNOs) le classent comme un médicament de perméabilité intermédiaire. En outre, des études sur les mécanismes de dénitrosation du GSNO ont été menées sur intestin isolé, démontrant en particulier le rôle d’enzymes telles que la γ-glutamyltransférase et la protein disulfide isomerase / The development of innovative nitric oxide (NO) donors for the chronic treatment of cardiovascular diseases implies their bioavailability studies after oral administration. S-nitrosothiols (RSNOs) look interesting drug candidates for this purpose and evaluating their intestinal permeability appears the first step to be realized. Thus, an analytical method offering high sensitivity is needed; moreover this method should be selective by differentiating between the endogenous production of NO, the intake of nitrite and nitrate ions via the diet, and the drug itself. Our work consisted in using S-nitrosoglutathione (GSNO) labeled with the stable nitrogen isotope 15 (15N) as a model. Released 15NO species were derivatized by two conventional methods: Griess method leading to the formation of an azo adduct; reaction with 2,3-diaminonaphthalene (DAN) producing 2,3-naphtotriazole (NAT); fragmentation studies of the two adducts by tandem mass spectrometry (MS/MS) allow the selection of DAN method because it provides the highest sensitivity. An original transition resulting from the NAT fragmentation in Higher-energy Collisional Dissociation (HCD) mode instead of the conventional Collisionally Induced Dissociation (CID) mode was pointed out and permitted to reach a limit of quantification of 5 nM (20 fold less than when using fluorescence). The LC-MS/MS method was validated and applied to the GS15NO intestinal permeability studies with two models: in vitro (a monolayer of Caco-2 epithelial cells), and ex vivo (isolated intestine of rat (ileum) in an Ussing chamber). The apparent permeability values calculated with concentrations of GS15NO metabolites (nitrite, nitrate ions and RSNOs) classify it as a middle permeable drug. Studies on GSNO denitrosating processes using isolated rat intestine demonstrate that the enzymes γ-glutamyltransferase and protein disulfide isomerase play a pivotal role