Les Technosols issus de l’arrêt des activités industriels présentent des propriétés physico-chimiques très contrastées de celles de sols naturels et peuvent renfermer de fortes teneurs en polluants organiques (e.g. composés aromatiques polycycliques (CAP)). Leur abandon pendant des décennies a entrainé l’apparition d’une pédogenèse, particulièrement sous l’influence de facteurs climatiques et supposé entrainer un phénomène d’atténuation naturelle des polluants organiques bien que ces effets ne soient rarement identifiés. Nous proposons ainsi de modéliser l’évolution de la disponibilité des CAP au cours du temps et sous l’influence du facteur climatique. La première étape a été de transcrire des données climatiques atmosphériques en conditions pédoclimatiques et ce, selon les effets de la localisation à l’échelle mondiale, de scénarios de changements climatiques (GIEC), des propriétés des sols et de la profondeur. L’effet de modalités pédoclimatiques sur la disponibilité des CAP a ensuite été testée en conditions contrôlées et sur 11 terres industrielles contrastées (cokeries, usines à gaz). Les conséquences de ces variations de disponibilité des CAP sur la toxicité des sols ont ensuite été validées par un test de croissance de Zea mays L sur les terres vieillies. Les résultats ont été incrémentés dans les modélisations des pédoclimats permettant ainsi de prédire l’évolution de la disponibilité des CAP. Si les conditions climatiques actuelles participent à une diminution de la disponibilité des CAP, le phénomène inverse se produit suite à un réchauffement climatique, que nous définirons comme amplification naturelle, soulignant à nouveau les risques potentiels liés aux changements climatiques sur les sols / Technosols linked with the end of industrial activities depict contrasted properties from those of natural soils and may contain high concentration of organic pollutants (e.g. polycyclic aromatic compounds (PAC)). Their neglect led to the apparition of pedogenetic processes particularly under the influence of climate which potentially contribute to the natural attenuation phenomenon. Hence, we suggest a new method to predict the evolution of PACs’ availability over time and under the influence of climate. The first step was to build a transcription model to predict the pedoclimate evolution derived from weather datasets and under the influence of climate location, climate change scenarios (IPCC), soil properties and depth. The effect of pedoclimatic events on the evolution of PAC availability was then tested in controlled conditions and on 11 contrasted industrial soils (coking plant and gas plant). This allowed predicting the frequency and occurrence of major pedoclimatic events (e.g. freeze-thaw, wetting-drying cycles and periods of high temperature) that drive pedogenesis. The consequence of these availability variation on toxicity were then tested using a growth test of Zea mays L. on aged soils, confirming that PAC availability and soil phytotoxicity are linked. The aging results were then incremented into the pedoclimate model to predict the evolution of PAC availability over time. As the current climatic conditions lead to a decrease in PAC availability (natural attenuation), the opposite effect is observed under the warmer climate of 2100. We described this phenomenon as natural amplification which underlines the upcoming threat of climate change on soils

Les maladies inflammatoires et auto-immunes sont parmi les maladies les plus morbides et mortelles puisqu’elles sont responsables de plus de 60% des décès mondialement. La plupart des médicaments traitant ces pathologies sont peu efficaces et/ou sont responsables d’un grand nombre d’effets secondaires. Ce projet de recherche comporte deux objectifs principaux, soient la synthèse de nouveaux dérivés d’urées aromatiques substituées (UAS) ainsi que de leurs bioisostères, et l’évaluation du potentiel anti-inflammatoire de ces derniers afin d’identifier ceux qui sont efficaces contre certains mécanismes responsables des processus inflammatoires. Notre hypothèse est que des modifications structurales apportées à ces urées permettra d’augmenter leur potentiel anti-inflammatoire dans des modèles in vitro et in vivo. La synthèse d’une chimiothèque renfermant des structures entièrement nouvelles et diversifiées a été développée. Les molécules ont été synthétisées, purifiées par chromatographie liquide et caractérisées par RMN 1H, 13C, point de fusion et par HPLC-MS. Par la suite, des essais biofonctionnels ont été réalisés sur différentes lignées cellulaires primaires et cancéreuses. La majorité de nos composés n’ont pas d’effet marqué sur la prolifération cellulaire et n’influencent pas la progression du cycle cellulaire, ce qui témoigne de leur innocuité potentielle. Le potentiel antiinflammatoire des molécules a ensuite été évalué sur des kératinocytes humains, où nous avons déterminé leur capacité à inhiber la production d’interleukine 6 (IL6), une cytokine étroitement liée à l’inflammation. Certains de nos composés inhibent à plus de 80% la production d’IL-6. Le mécanisme anti-inflammatoire que pourrait avoir nos composés a ensuite été étudié et une cible thérapeutique potentielle a ensuite été déterminée et évaluée. En plus d’UASs montrant une forte inhibition de l’expression d’IL-6 certaines inhibent l’activité de l’époxyde hydrolase soluble (sEH)à plus de 80% à 250 nM. Ce projet de maîtrise a également permis le développement de méthodes de Ce projet de maîtrise a également permis le développement de méthodes de synthèse des UASs et de leurs bioisostères à la fois simples, rapides et efficaces. Ces molécules montrent une activité anti-inflammatoire indiscutable dont les relations structure-activité et le mécanisme d’action anti-inflammatoire ont été étudiés. / Inflammatory and autoimmune diseases are among the most morbid and deadly treats to human health. The aims of our project are to synthesize, characterize and screen a chemolibrary of new aromatic substituted ureas (UASs) as well as some of their bioisosteres to identify “hit compounds” that are effective against inflammatory processes. Our hypothesis is that structural modifications of these ureas will improve their anti-inflammatory potential both in vitro and in vivo. The synthesis of a chemolibrary containing entirely new and diversified structures has been developed. The molecules have been synthesized, purified by flash chromatography and fully characterized by 1H, 13C NMR and HPLC-MS. Subsequently, their antiproliferative activity was examined on various normal and cancer cell lines. The anti-inflammatory potential of these molecules was evaluated by investigating their potential to inhibit IL-6 production using an ELISA assay. More than a hundred urea derivatives have been synthesized, the latter proposing completely new and diversified structures. Some of our compounds inhibit by more than 80% of IL-6 production in human keratinocytes. The majority of these compounds showed no marked antiproliferative effects on the cell lines tested so far, suggesting their potential innocuity. Moreover, all the synthesized compounds do not impact the cell-cycle progression. Structural analyzes predicted that the new compounds could inhibit an enzyme involved in inflammation namely the soluble epoxide hydrolase (sEH). Several UASs reduce sEH) activity by displaying more than 80% inhibition at the nanomolar level. Moreover, UAS-1025 has an IC50 of 3.6± 0.7 nM on the human sEH and UAS-1008 an IC50 of 6.9± 0.7 nM on the murine sEH. This research has led to the development of simple, fast and efficient synthetic methods to produce potent anti-inflammatory UASs and their bioisosteres. Several VI of these molecules exhibit significant anti-inflammatory and anti-psoriatic activities whose structure-activity relationships and mechanism of action are currently under study. / Texte principalement en français, comprend quelques extraits en anglais

Contexte : Les acides aminés à chaîne ramifiée (AAcr) et aromatiques (AAar) constituent des marqueurs métaboliques précoces de l’obésité et de l’insulino-résistance (IR). À ce jour, aucune étude n’a analysé les changements (Δ) métaboliques en lien avec des changements corporels spécifiques chez les adolescents, soit l’analyse concomitante de la masse grasse (MG) et la masse maigre (MM). Nous profitons d’une intervention ayant eu lieu en Polynésie française chez des adolescents pour combler ces évidences. Objectifs : Mesurer les changements dans les concentrations d’AAcr et d’AAar et des marqueurs cardiométaboliques (CMB) chez des adolescents polynésiens en fonction du statut pondéral, de l’IR et de changement de composition corporelle après une intervention de 5 mois. Méthodologie : 226 adolescents ont participé à RASA (Ressources Alimentaires et Santé aux Australes), une intervention d’une durée de 5 mois sur l’activité physique et l’alimentation. Quatre catégories de changement de composition corporelle ont été constituées en combinant la perte (-) ou le gain (+) du type de masse (MG+/MM-, MG+/MM+, MG-/MM-, MG-/MM+). À l’aide de l’analyse de covariance, nous avons analysé les changements d’AAcr, d’AAar selon le statut pondéral initial, les tertiles d’HOMA-IR2 (homeostasis model assessment of insulin resistance) et les catégories de changement de composition corporelle. Résultats : Au point de départ, les concentrations d’AAcr et d’AAar étaient positivement associées au statut pondéral et tertiles d’HOMA-IR2. Pour les quatre catégories de Δ corporels après 5 mois d’intervention, le ΔHOMA-IR2 (IC95%) était de 0,24 (0,05; 0,43) pour MG+/MM, 0,23 (0,06 ; 0,40) pour MG+/MM+, -0,41 (-0,78; -0,04) pour MG-/MM- et -0,40 (-0,63; -0,16) pour MG-/MM+. Le ΔAAcr n’était pas significatif pour MG+/MM- [-0,86 (-3,68; 1,97)], alors qu’il a diminué pour MG-/MM- [-4,95 (-9,04; -0,87)]. Le ΔAAar de -0,86 (-3,68; 1,97) n’était pas significatif pour MG+/MM-, alors qu’il a diminué significativement de -1,48 (-2,65; -0,31) pour MG+/MM+, de -2.51 (-4,40; -0,63) MG-/MM -, et de -3,38 (-4,50; -2,25) pour MG-/MM+. Conclusion : Une perte de MG entraine une diminution des marqueurs métaboliques et de l’HOMA-IR2. Un gain de MM accompagnant la perte de MG aurait un effet additif sur l’amélioration des marqueurs métaboliques. Nos résultats montrent la pertinence de la prise en compte des changements concomitants de la MG et MM dans les études examinant l’impact d’interventions contre l’obésité sur le métabolisme. / Background: Branched-chain amino acids (BCAA) and aromatic amino acids (AAA) are perceived as early metabolic markers of obesity and insulin resistance (IR). No study has examined the changes (Δ) in the early metabolic markers after to specific body composition changes in adolescents, i.e. concomitant analysis of fat mass (FM) and fat free mass (FFM). We assessed data of a school-based intervention carried out in French Polynesia to bring out those evidences. Objectives: To assess changes in BCAA, AAA and cardiometabolic (CMB) markers in French polynesian adolescents according to weight status and IR , and changes in FM and FFM after a 5-month intervention. Methods : 226 adolescents participated in a school-based intervention on diet and physical activity (RASA). Four categories of body composition changes were formed (FM+/FFM-, FM+/FFM+, FM- /FFM-, FM-/FFM+) for the concomitant analysis. Analysis of covariance was used to obtain mean Δ of BCAA, AAA and CMB markers concentrations according to weight status and HOMA-IR2 (homeostasis model assessment of insulin resistance) tertiles at baseline, and according to the categories of body composition changes. Results : At baseline, BCAA and AAA concentrations were positively associated with weight status and HOMA-IR2 tertiles. For categories of body composition changes after the 5-month intervention, ΔHOMA-IR2 (95% IC) was 0.24 (0.05; 0.43) for FM+/FFM-, 0.23 (0.06; 0.40) for FM+/FFM+, -0.41 (-0.78; -0.04) for FM-/FFM-, and -0.40 (-0.63; -0.16) for FM-/FFM+. ΔBCAA was not significant for FM+/ FFM- [-0.86 (-3.68; 1.97)], but descreased signicantly for FM-/ FFM- [-4.95 (-9.04; -0.87)]. ΔAAA of -0.86 (-3.68; 1.97) was not signicative for FM+/FFM-, but decreased significantly by -1.48 (-2.65; -0.31) for FM+/FFM +, -2.51 (-4.40; -0.63) for FM-/FFM-, and -3.38 (-4.50; -2.25) for FM-/FFM+. Conclusion: FM loss was associated with a reduced concentration of metabolic markers of obesity and HOMA-IR2. A FM loss concomitant to FFM gain has an additive effect on improvement of metabolic markers. Our findings indicate the relevance of taking into account changes in both FM and FFM when investigating metabolic changes induced by obesity interventions.

Les nanorubans de carbone présentent aujourd’hui un grand intérêt en tant que segments de graphène aux propriétés électroniques modulables. Alors que des techniques de synthèse destructives top down donnent des rubans de très grande taille, d’autres techniques constructives bottom up, par synthèse organique, pourraient former des nanorubans bien définis de géométries contrôlées. Dans cette optique, la réaction de Scholl est un outil chimique précieux car elle permet la graphénisation de longs précurseurs flexibles de type polyphénylène.Etonnamment, des structures distordues peuvent être obtenues majoritairement même si des isomères plans moins encombrés sont a priori favorisés. Nous avons ainsi montré que contre toute attente même un encombrement stérique important n’a aucun effet notoire sur la régiosélectivité et que des composés aromatiques polycycliques courbés sont préférentiellement formés. Ainsi, des structures particulièrement tordues, tel que l’hexabenzotriphénylène (HBTP) peuvent être facilement obtenues à partir de précurseurs de type polyphénylène.Après avoir découvert cette régiosélectivité inattendue, nous en avons tiré parti pour former des composés de type polyhélicène. Plusieurs tentatives de formation de l’hexaphénanthrotriphénylène (HPTP) furent infructueuses à cause de problèmes de réactivité lors des synthèses des précurseurs flexibles correspondants. En mettant au point une stratégie de synthèse versatile fondée sur un précurseur commun, plusieurs substrats flexibles de symétrie C3 ont été synthétisés puis soumis à la réaction de Scholl. Des produits de réarrangement ont cependant été obtenus au détriment des [6]hélicènes attendus. Toutefois, un HBTP fonctionnalisé par des groupements TMS a pu être efficacement préparé, ainsi qu’un hexabenzocoronène (HBC) dont l’exceptionnelle solubilité est due à la distorsion du coeur aromatique sous l’effet des groupements encombrants situés dans les régions baie.Ce fragment [5]hélicène favorisé a enfin été incorporé dans la formulation de nanorubans de carbone tordus, alors composés d’une succession de ce motif. En tant que réactions test, les synthèses du monomère et du dimère correspondants ont été effectuées avec d’excellents rendements et les deux composés entièrement caractérisés. Leurs structures ont été déterminée par diffraction de rayons X sur monocristaux et ont fourni d’intéressantes informations complémentaires quant à leurs configurations. Une stratégie plus générale a enfin été développée et optimisée pour la synthèse systématique d’oligomères plus longs de nanorubans de carbone tordus. En utilisant cette technique les trimère et tétramère correspondants ont été synthétisés et caractérisés par spectrométrie de masse. / Carbon nanoribbons are today of great interest as graphene segments with modulable electronic properties. Whilst top down techniques give giant ribbons, bottom-up organic synthesis may lead to exactly designed nanoribbons of controlled geometries. The Scholl reaction is a precious chemical tool for that purpose since it yields efficiently to the graphitization of long and flexible polyphenylene precursors.Surprisingly, twisted structures may be obtained preferentially even if less crowded isomers are also feasible. It has been shown that, against all expectation, even a strong steric hindrance has no marked effect on regioselectivity and highly twisted polycyclic aromatic hydrocarbons are sometimes preferentially formed, whereas their flat and more symmetrical isomers are only obtained in minority. Highly twisted structures such as hexabenzotriphenylene (HBTP) may then be obtained very easily from flexible polyphenylene precursors.After discovering this unexpected regioselectivity, we used it on purpose to form polyhelicenic species. Attempts to prepared hexaphenanthrotriphenylene (HPTP) were unsuccessful due to reactivity issues when synthesizing the corresponding flexible precursors. By using a new versatile strategy leading to an advanced common precursor, several C3-symmetrical flexible substrates have been synthesized and submitted to Scholl reaction. The expected [6]helicenes were not obtained and rearranged products were formed instead, but TMS-bearing HBTP could be prepared, as well as a hexabenzocoronene (HBC) which exceptionnal solubility is due to the distortion of the aromatic core under the effect of bulky tert-butyl substituents in bay regions.The easily formed [5]helicene fragment has been incorporated in the design of twisted carbon nanoribbons that would be composed of a succession of such motifs. As a test reaction, the corresponding monomer and dimer have been synthesized with an excellent yield and fully characterized. Their X-ray structures have even been determined, giving interesting information about their configuration. A more general strategy has then been developed and optimized for the systematic synthesis of longer oligomers of twisted nanoribbons. Using this technique, the trimer and tetramer have been synthesized and characterized by mass spectrometry.

L'azote est essentiel au développement de toutes les cellules vivantes. Il est un des facteurs limitant de la croissance végétale. La seule source d'azote abondante est l'atmosphère contenant 80 % de diazote mais cette forme n'est assimilable que par certains procaryotes. Ces microorganismes sont capables de fixer l'azote atmosphérique sous leur forme libre ou en symbiose avec des plantes. Ainsi, ils fournissent à leur plante partenaire des substrats azotés, sous forme d'ammoniaque, tandis qu'en retour celle-ci fournit à la bactérie des substrats carbonés issus de sa photosynthèse. Il s'agit d'une association à bénéfices réciproques. Il existe deux grands types de symbiose fixatrice d'azote : la symbiose rhizobienne, impliquant diverses Protéobactéries et la symbiose actinorhizienne impliquant une Actinobactérie, Frankia. Les bactéries pénètrent les cellules des plantes pour former un nouvel organe, la nodosité dans laquelle va avoir lieu la fixation d'azote. Les bases moléculaires à l'origine de la symbiose rhizobienne sont très bien caractérisées tandis que celles de la symbiose actinorhizienne restent en grande partie inconnue, de par l'absence d'outils génétiques. Toutefois, les premières étapes de mise en place de la symbiose présentent des similarités. Les deux bactéries sont capables d'induire la déformation du poil racinaire en sécrétant un facteur déformant, le facteur Nod pour la plupart des symbioses rhizobiennes et un facteur encore non caractérisé dans le cas de la symbiose actinorhizienne. La problématique de mes travaux de thèse est de savoir si le dialogue moléculaire s'établissant entre la plante et la bactérie est basé sur des composants universels. Ce travail a utilisé deux approches. Une approche ciblée visait à mettre en évidence la fonction. Une approche non-ciblée par le biais des puces transcriptomiques chez Frankia a permis de comparer l'expression génétique entre des conditions de vie libre et des conditions de vie symbiotique. Enfin, une dernière approche a concerné les composés aromatiques chez Frankia. Il s'agissait d'établir si Frankia était capable de cataboliser différents composés aromatiques. En effet, beaucoup d'entre eux sont impliqués dans les interactions plante-bactérie, notamment dans les réactions de défense de la plante / Nitrogen is essential for cells development. It's one of the limiting factors of plant growth. The only abundant source of this component is the atmosphere which contains 80 % of dinitrogen, but this form can only be assimilated by some prokaryotes. These microorganisms are able to fix atmospheric nitrogen under freeliving condition or in symbiosis with some plants. Thus, they provide nitrogen substrates to the plant in the form of ammonium, and in return the plant provides carbon substrates from photosynthesis. It is an association with reciprocal profits for both partners. There are two major nitrogen-fixing symbioses: rhizobial symbiosis, which involves various Proteobacteria and actinorhizal symbiosis, which involves the Actinobacterium, Frankia. Bacteria enter plant root cells and develop a new organ, the nodule where nitrogen fixation takes place. Molecular bases are well characterized for rhizobial symbiosis, whereas little is known about the actinorhizal symbiosis. This fact is in part due to absence of genetic tools for Frankia. However, early steps of the interaction show some similarities. These two bacteria are able to induce root hair deformation by secreting a deforming factor, Nod factor in most rhizobial symbioses and a noncharacterized factor in the actinorhizal symbiosis. The aim of this thesis was to determine if molecular dialogue between plant and bacteria is based on universal components. This work used two approaches. One was targeted on nodC-like gene from Frankia alni ACN14a. We tried to characterize their function. Another used trancriptomic microarrays in Frankia. This technique allowed us to compare transcripts from 2 conditions: free-living cells and symbiosis. A last approach focused on aromatic compounds in Frankia. We wanted to determine if Frankia was able to use different aromatic compounds to grow. Indeed, a lot of aromatic compounds are involved in plant-bacteria interaction such as plant defense

Le sol est une ressource rare remplissant de nombreuses fonctions nécessaires au bon fonctionnement des écosystèmes et de nos sociétés. Malgré tout, il subit des pressions anthropiques à l’origine de sa déterioration. Ainsi en Europe, 16% du territoire est sujet à des degradations des sols. Une des menaces affectant l’homeostasie des sols est la contamination chimique issue des sites à activités industrielles. Ces sites contaminés, estimés au nombre 2,5 millions en Europe sont à l’origine d’un risque pour la santé humaine et environnementale. Malheureusement, à l’heure actuelle, il n’existe pas de cadre réglementaire européen commun concernant la gestion de ces sites, dont les diagnostics sont réalisés uniquement sur des listes restreintes de molécules et les polluants prioritaires. Cependant, la contamination des sols est généralement issue de mélanges complexes dont la toxicité est due à un ensemble de contaminants. L’objectif de cette thèse concerne l’identification de composés à l’origine de la toxicité des sols pollués en appliquant une analyse dirigée par l’effet (EDA), une technique qui combine des analyses biologiques et chimiques à un fractionnement physico-chimique. Après le développement de l’EDA pour les matrices solides, cette approche a été utilisée sur site afin d’identifier des composés liant le recepteur des hydrocarbures aromatiques (AhR). Ceci à permis de mettre au jour des contaminants à activité biologique non pris en compte dans les diagnostics des sols pollués tels que des hydrocarbures aromatiques polycycliques non prioritaires selon l’US-EPA, leurs produits d’oxydation ainsi que des composés contenant des N-,S-,O-Heterocyles. / The soil is a scarce resource fulfilling many functions necessary for the proper functioning of ecosystems and societies. Nevertheless, it suffers human pressures causing its deterioration. In Europe, 16% of the territory is subject to soil degradations. One of the threats to the soil homeostasis is the chemical contamination from industrial activity sites. These contaminated sites, estimated to number of 2.5 million in Europe are causing a risk to human and environmental health. Unfortunately, at present there is no common European regulatory framework for the management of these sites, whose diagnoses are made only on short lists of molecules and priority pollutants. However, soil contamination generally comes from complex mixtures whose toxicity is due to a combination of contaminants. The aim of this work concerns the identification of compounds responsible for the toxicity of the contaminated soil by applying an effect-directed analysis (EDA), a technique which combines biological and chemical analyzes to a physico-chemical fractionation. After the development of EDA on the solid matrices, this approach has been used on polluted sites to identify the compounds binding to the aryl hydrocabon receptor (AhR). This allowed to highlight contaminants with a biological activity not included in the diagnoses of polluted soils such as polycyclic aromatic hydrocarbons non-priority according to US-EPA, their oxidation products and compounds containing N -, S-, O-heterocycles.

La fonctionnalisation tardive de molécules (Late stage functionalization – LSF) offre l’opportunité d’explorer l’espace chimique plus efficacement, en particulier en considérant les liaisons C-H aromatiques comme des points potentiels de diversification pour générer de nouveaux analogues directement en une seule étape au lieu de faire une synthèse totale dite de novo. La fonctionnalisation directe de composés élaborés peut en particulier se faire en utilisant la technologie superacide comme démontré par les nombreux travaux du professeur Jacquesy. L’un des meilleurs exemples de cette stratégie est certainement la transformation directe de la vinorelbine (Navelbine®) par fluoration en conditions superacides pour conduire à son analogue difluoré (Vinflunine), commercialisé par les laboratoires Pierre Fabre comme agent anticancéreux Javlor®. C’est dans ce contexte que ce travail de thèse a porté sur le développement de nouvelles méthodes de fonctionnalisation directe de composés aromatiques azotés.Il s’agissait effectivement de développer de nouveaux outils de synthèse en conditions superacides afin :1. d’hydroxyler directement des composés aromatiques par voie électrophile;2. d’halogéner des composés aromatiques azotés allant d’anilines simples à des composés élaborés naturels ou de synthèse;3. d’appliquer ces méthodes à la synthèse de molécules marquées par des isotopes stables. / Late-stage functionalization can now be considered as a synthetic tool of choice to create molecular diversity, especially in a medicinal chemistry context. For example, aromatic C-H bonds can be regarded as functional groups and points of potential diversification to generate new analogs of a lead structure without resorting to de novo synthesis.The direct functionalization of elaborated compounds can also be done using superacid chemistry as demonstrated by the previous work of professor Jacquesy. One of the best examples of this strategy is certainly the direct transformation of vinorelbine (Navelbine®) by fluorination in superacid conditions to lead to its difluorinated analogue (Vinflunine), marketed by Pierre Fabre laboratories as an anticancer agent Javlor®.In this context, these studies focused on the development of new methods for the direct functionalization of aromatic nitrogen containing compounds.In particular, this work aimed at developing new synthetic tools in superacid for:1. the direct hydroxylation of aromatic compounds;2. the halogenation of aromatic nitrogen compounds from simple anilines to naturally occurring or synthetic compounds;3. the synthesis of labelled compounds with stable isotopes.

Dans un contexte de réchauffement climatique, une compréhension des mécanismes atmosphériques influençant le bilan radiatif terrestre est nécessaire. Les nuages peuvent participer à un refroidissement mais des incertitudes demeurent sur ces systèmes qui sont encore mal connus (notamment la composition de leur fraction organique). Depuis toujours, seules les réactions chimiques et surtout celles radicalaires sont considérées comme importantes pour jouer sur la composition des nuages. Cependant la découverte de microorganismes métaboliquement actifs pose la question de leur rôle en tant que biocatalyseurs. Ces microorganismes sont en effet à même d'utiliser des molécules carbonées comme nutriments, de dégrader des molécules précurseur des radicaux (H2O2) et de se prémunir contre le stress oxydant. L'objectif de ce travail est de mesurer l'impact des processus photochimiques et biologiques sur la composition chimique du nuage. Pour cela, la quantification de •OH, le radical responsable de la réactivité diurne, et l’évaluation de l’impact des microorganismes sur cette concentration à l’état stationnaire ont été entreprises. Après un développement en milieu modèle, la méthode a été appliquée à des eaux atmosphériques (eaux de pluies et eaux de nuages). Les concentrations obtenues sont de l'ordre de 10-17 à 10-15 M et ne sont pas modifiées en présence de microorganismes. Ces concentrations sont plus faibles que celles obtenues dans les modèles de chimie atmosphérique, ceci peut s’expliquer par un manque de connaissance sur la matière organique. Pour mieux caractériser cette dernière, des composés aromatiques simples présents dans des eaux de nuages ont été identifiés, le phénol a été retrouvé dans les 8 échantillons analysés. Une étude approfondie sur sa dégradation a donc été entreprise. Nous avons montré que des transcrits d’enzymes intervenant dans sa biotransformation sont synthétisés par les bactéries in situ dans l’eau de nuage. De plus, 93% des souches bactériennes testées, isolées de ce milieu, dégradent le phénol. Pour évaluer l'impact relatif des processus de dégradation biotique et abiotique du phénol, une expérience de photobiodégradation avec une souche modèle (Rhodococcus erythropolis PDD-23b-28) a été entreprise. Ces deux processus interviennent avec une importance de même ordre de grandeur. Ces résultats suggèrent que les microorganismes et les radicaux interviennent dans la remédiation naturelle de l'atmosphère. / In the context of global warming, more precise knowledge of atmospheric processes is needed to evaluate their impact on the Earth radiative budget. Clouds can limit the increase of temperature but this retroaction is not well understood due to a lack of knowledge of cloud media (like organic fraction composition). From the beginning of atmospheric studies, only chemical, especially radical, reactions was taken into account. However microorganisms metabolically active were found in cloud water arising questions about their role as biocatalyst. They are able to use carboxylic acids as nutriments, to degrade radical precursor (like H2O2) and to survive oxidative stress. The aim of this work is to quantify the impact of photochemical and biological processes on cloud chemistry composition. First, the concentrations of •OH, the most reactive radical, were evaluated and the influence of microorganisms on the concentrations were studied. A new method was developed in artificial medial before direct quantification of steady state •OH concentration in atmospheric waters (rain and cloud waters). Concentrations ranged from 10-17 to 10-15 M and did not change in presence of microorganisms. These measures were lower than concentrations estimated by chemical atmospheric models. A possible explanation was an underestimation of the main sink of this radical (organic matter). To better characterize this fraction, simple aromatic compounds were identified in cloud waters, phenol was found in the 8 samples analyzed. To go further, we studied phenol degradation in detail. Enzyme transcripts involved in phenol degradation were present in cloud water samples showing in situ activity of native bacteria. 93% of tested cultural strains, isolated from cloud waters, were able to degrade phenol. To quantify the relative contribution of radical versus microbial processes allowing phenol degradation, we performed photo-biodegradation experiment with a model strain (Rhodococcus erythropolis PDD-23b-28). Our results showed that these two processes participated equally to phenol degradation, suggesting that microorganisms and radicals can be involved in atmospheric natural remediation.

Les adduits exocycliques à l’ADN paraissent être la conséquence indirecte, sous la médiation de la peroxydation lipidique, du stress oxydant cellulaire induit par les composés aromatiques nitrés (CANs) de l’environnement. Ces derniers, formés le plus souvent in situ dans les environnements complexes sont un sujet de préoccupation croissante en santé environnementale. Le but étant de comprendre les mécanismes de formation et de dégradation de ces adduits afin d’en apprécier leur place dans la toxicité des CANs et leur intérêt en tant que biomarqueurs du stress oxydant induit par l’environnement.Nous avons réalisé la synthèse de deux adduits exocycliques : le 1,N²-éthéno-2’-déoxyguanosine (εdG) et le 1,N²-propano-2’-déoxyguanosine (pdG-HNE) et étudié leurstabilité en présence d’une oxydation radicalaire. Il est apparu que le pdG-HNE semble être lemeilleur candidat en tant que biomarqueur du stress oxydant.Pour approcher au mieux la chimie du vivant, nous nous sommes posés la question dela stabilité de ces adduits en milieu cellulaire. Une étude préliminaire de génotoxicité a étéréalisée et montre que seuls les hydrocarbures aromatiques polycycliques nitrés présententune potentialité mutagène significative. Nous avons donc étudié le pyrène et ses dérivés nitrés(1-Nitropyrène/1,3-Dinitropyrène/1,6-Dinitropyrène/1,8-Dinitropyrène) afin d’étudier leurcapacité à générer des adduits dans les lymphocytes humains.Nos résultats montrent que le 1-Nitropyrène génère in vitro des adduits stables dans letemps ; ce qui pose la question de leur réparabilité par les systèmes cellulaires et de leurspotentialités cancérogènes pour l’homme. / Exocyclic DNA adducts seem to be the indirect consequence, mediated by lipidperoxidation, of oxidative stress induced by nitro aromatic compounds (NACs). The latterusually formed in situ in environmental complex mixtures are a matter of concern inenvironmental health. The aim is to understand the mechanisms of formation and degradationof these adducts to assess their place in toxicity of NACs and their importance as oxidativestress biomarkers induced by the environment.We synthesized two exocylic adducts: 1, N²-etheno-2’-deoxyguanosine (εdG) and 1,N²-propano-2'-deoxyguanosine (pdG-HNE) and studied their stability when a radicaloxidation is present. It appeared that pdG-HNE seems a suitable biomarker of oxidative stress.To come close to life chemistry, we were wondering whether these adducts are stablein cellular environment. A preliminary study of genotoxicity was carried out and showed thatonly nitro polycyclic aromatic hydrocarbons have a significant mutagenic potency. Thereforewe studied pyrene and nitropyrenes (1-Nitropyrene/1,3-Dinitropyrene/1,6-Dinitropyrene/1,8-Dinitropyrene) to examine their ability to produce adducts in human lymphocytes.Our results show that 1-Nitropyrene give rise to stable adducts in vitro, which raisesthe question of their repairability by cellular systems and their potential carcinogenic tohumans.

De nombreux sites pollués par des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont recensés dans les pays industrialisés. Associés aux 16 HAP US-EPA réglementaires, d’autres composés aromatiques polycycliques (CAP), notamment les CAP polaires (oxygénés et azotés) sont présents. Ils proviennent des mêmes sources que les HAP et peuvent être également formés par des processus biotiques ou abiotiques de transformation des HAP (atténuation naturelle ou procédés de dépollution). Ces CAP, plus polaires que les 16 HAP US EPA, sont plus solubles dans l’eau, induisant potentiellement une mobilité accrue dans les sols et de ce fait un risque pour l’Homme et l’environnement. Il est donc indispensable d’enrichir nos connaissances sur la mobilité des CAP polaires dans les sols et leur transfert vers les eaux souterraines. Ainsi l’objectif de ce projet était d’identifier les mécanismes contrôlant la mobilisation des CAP polaires dans les sols en relation avec les 16 HAP US EPA, et leurs modes de transfert en combinant approches laboratoire et in situ. Nos travaux confirment une mobilisation préférentielle des CAP polaires par rapport aux HAP. La mobilisation dans les sols des CAP polaires ainsi que celle des HAP de faible poids moléculaire est essentiellement pilotée par des processus de dissolution des goudrons (loi de Raoult). Néanmoins, alors que les prédictions de mobilisation des CAP polaires sont satisfaisantes dans le cadre de pollutions « fraiches », un paramètre fondamental doit être pris en compte pour les pollutions historiques ayant subi un effet d’aging : la disponibilité. En effet, quelles que soient les conditions de mobilisation (statique-batch ou dynamique-colonne) la teneur en CAP dans les eaux est fortement dépendante de la disponibilité de la pollution. De plus, pour une forte disponibilité des CAP, les autres paramètres testés (force ionique, température) ont une influence limitée sur la mobilisation alors que pour une faible disponibilité, ils peuvent avoir une influence notable. Par ailleurs, la mobilisation des CAP polaires par les colloïdes semble limitée alors qu’elle est prépondérante pour les HAP de hauts poids moléculaires notamment dans le cas d’une eau présentant une force ionique faible. Les essais réalisés sur une colonne lysimétrique (2 m3) remplie avec une terre de cokerie contaminée au 2/3 supérieure et avec une terre prélevée sur le même site mais non contaminée pour le 1/3 inferieur confirment une mobilisation des CAP selon un mécanisme de dissolution des goudrons avec toutefois des concentrations largement inférieures à celles prédites par la loi de Raoult. Aux différentes échelles expérimentales utilisées (batch, colonnes de laboratoire et lysimétrique), il a été clairement mis en évidence que la composante biologique a une influence très forte. Ainsi, une fois sous forme dissoute, les HAP mais également les CAP polaires sont fortement biodégradés sans que des sous-produits (notamment CAP oxygénés) n’aient pu être détectés / In industrial countries, many sites have been diagnosed polluted by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). In addition to the regulated 16 US-EPA PAHs, other polycyclic aromatic compounds (PACs), especially polar PACs (oxygenated and nitrogenated) occur. They come from the same sources as PAHs but they may also be formed due to PAH degradation under biotic or abiotic processes (natural attenuation or remediation treatment). These PACs, more polar than the 16 US-EPA PAHs, are more soluble in water, resulting in a potentially increased mobility in soils and a higher risk for Humans and Environment. Thus, there is a need to increase our knowledge on polar PAC mobility in soils and their transfer to the groundwater. Combining laboratory and in situ works, this project aimed at identifying the mechanisms involved in the release and transfer mode of polar PACs in soils compared to the 16 US-EPA PAHs. Our works confirm a preferential release of polar PACs compared with PAHs. Polar PACs and low molecular weight PAHs (LMW-PAHs) are mainly released according to a coal tar dissolution mechanism (Raoult law). While satisfactory predictions are obtained for polar PAC release when the pollution is “fresh”, availability is a major parameter that needs to be taken into account for historical contamination impacted by aging. Indeed, whatever the leaching conditions (static-batch and dynamic-column), the PAC concentration in water is highly dependent on the availability level of the pollution. In addition, for a high level of PAC availability, the other parameters studied in the project (ionic strength and temperature) have a limited impact on the PAC release whereas at low availability level, these parameters can show a greater influence. Moreover, the PAC release in association with colloids seems limited for polar PACs but dominating for high molecular weight PAHs (HMW-PAHs), especially under low ionic strength conditions. Leaching tests performed on a lysimeter column (2 m3) filled with a contaminated soil in the 2/3 upper part and with a non-contaminated soil in the 1/3 lower part, both soils being sampled on a former coking plant site, confirm a release of PACs according to a coal tar dissolution mechanism although PAC concentrations are widely lower compared to those predicted by the Raoult law. Whatever the experimental scale studied (batch, laboratory or lysimeter column), a clear influence of the biological compartment has been evidenced. Once the PAHs and polar PACs are dissolved into water, they are highly biodegraded. No by-products - especially oxygenated PACs - were detected