Deux processus majeures de la vie cellulaire, la transcription et la réplication, nécessitent l'ouverture de la double hélice d'ADN et agissent différemment sur les deux brins, ce qui génère des taux de mutation différents (asymétrie de mutation), et aboutit à des compositions en nucléotides différentes des deux brins (asymétrie de composition). Nous nous proposons de modéliser le programme spatio-temporel de réplication et son impact sur l'évolution des séquences d'ADN. Dans le génome humain, nous montrons que les asymétries de composition et de mutation peuvent être décomposées en deux contributions, l'une associée à la transcription et l'autre à la réplication. Celle associée à la réplication est proportionnelle à la polarité des fourches de réplication, elle-même proportionnelle à la dérivée du "timing" de réplication. La polarité des fourches de réplication délimite, le long des chromosomes humains, des domaines de réplication longs de plusieurs Mpb où le "timing" de réplication a une forme de U. Ces domaines de réplication sont également observés dans la lignée germinale, où ils sont révélés par une asymétrie de composition en forme de N, indiquant la conservation de ce programme de réplication sur plusieurs centaines de millions d'années. Les bords de ces domaines de réplication sont constituées d'euchromatine, permissive à la transcription et à l'initiation de la réplication. L'analyse de données d'interaction à longue portée de la chromatine suggère que ces domaines correspondent à des unités structurelles de la chromatine, au coeur d'une organisation hautement parallélisée de la réplication dans le génome humain.

Dans ce travail, nous exposons une méthode basée sur la détection localisée en couplage capacitif de la composante électrique du signal RMN via des micro/nano sondes spécifiquement développées. Dans la première étape de ce travail nous avons utilisé des NEMS à base de nanotube de carbone pour réaliser une détection du signal RMN à l'échelle nanométrique. En effet, grâce à un couplage électromécanique, nous avons caractérisé ces systèmes en émission de champ, déterminé expérimentalement leur fréquence de résonance et montré qu'ils sont capables de détecter un signal radiofréquence. Pour utiliser ces dispositifs en RMN, l'adaptation du champ statique B0 de l'aimant pour atteindre la valeur de la fréquence de Larmor d'un atome est nécessaire. L'excitation locale autour de ces systèmes permettra une caractérisation complète et fiable. Pour mettre en place cette excitation localisée, nous avons choisi, dans la deuxième étape de cette thèse, une sonde locale de champ électromagnétique à l'échelle micrométrique. D'abord, nous présentons des simulations autour de la microsonde, décrivant la propagation des champs électrique et magnétique injectée par la microsonde. Nous avons caractérisé la microsonde en mode collection. Nous montrons une décroissance de l'intensité du signal RMN, en fonction de la distance. Nous avons observé et modélisé démontrant ainsi que La microsonde est capable de détecter localement un signal RMN tandis que la bobine capte de façon globale. Nous présentons les premières expériences de l'utilisation de la microsonde en mode émission. Ces mesures nous fournissent un modèle qui décrit une excitation inhomogène, dûe à l'émission locale de la puissance (décroissance exponentielle de la puissance), proche de la microsonde. Une distribution des angles de basculement est répartie d'une façon inhomogène induisant une distribution des intensités du signal RMN autour de la microsonde. À la fin de cette thèse, nous avons réalisé deux expériences comme applications directes suite des études sur la caractérisation de la microsonde. La première consiste à imager un volume d'eau placé dans un bain d'huile de silicone. L'image est obtenue en déplaçant mécaniquement la microsonde et en réalisant pour chaque point une mesure de spectroscopie localisée. Dans la deuxième expérience, la microsonde est utilisée pour injecter dans ce volume d'eau des impulsions électromagnétiques et détecte à la suite le signal RMN. Notre étude sur la caractérisation de l'émission locale par une microsonde et la détection du signal radiofréquence par un NEMS à base de NTC, nous permet de proposer un nouveau type de dispositifs capable de détecter un signal RMN.

The framework of the studies presented in this thesis is the one-dimensional power spectrum of the transmitted flux in the Lyman-alpha forests. The Lyman-alpha forest is an an absorption pattern seen in the spectra of high redshift quasars corresponding to the absorption of the quasar light by the hydrogen clouds along the line of sight. It is a powerful cosmological tool as it probes relatively small scales, of the order of a few Mpc. It is also sensible to small non-linear effects such as the one induced by massive neutrinos.First, we have developed two independent methods to measure the one-dimensional power spectrum of the transmitted flux in the Lyman-alpha forest. The first method is based on a Fourier transform, and the second on a maximum likelihood estimator. The two methods are independent and have different systematic uncertainties. The determination of the noise level in the data spectra was subject to a novel treatment, because of its significant impact on the derived power spectrum. We applied the two methods to 13,821 quasar spectra from SDSS-III/BOSS DR9 selected from a larger sample of over 60,000 spectra on the basis of their high quality, large signal-to-noise ratio, and good spectral resolution. The power spectra measured using either approach are in good agreement over all twelve redshift bins from =2.2 to =4.4, and scales from 0.001 (km/s)^−1 to 0.02 (km/s)^−1. We carefully determined the methodological and instrumental systematic uncertainties of our measurements.Then, we present a suite of cosmological N-body simulations with cold dark matter, baryons and neutrinos aiming at modeling the low-density regions of the IGM as probed by the Lyman-alpha forests at high redshift. The simulations are designed to match the requirements imposed by the quality of BOSS and eBOSS data. They are made using either 768^3 or 192^3 particles of each type, spanning volumes ranging from (25 Mpc/h)^3 for high-resolution simulations to (100 Mpc/h)^3 for large-volume ones. Using a splicing technique, the resolution is further enhanced to reach the equivalent of simulations with 3072^3 = 29 billion particles of each type in a (100 Mpc/h)^3 box size, i.e. a mean mass per gas particle of 1.2x10^5 solar masses. We show that the resulting power spectrum is accurate at the 2% level over the full range from a few Mpc to several tens of Mpc. We explore the effect on the one-dimensional transmitted-flux power spectrum of 4 cosmological parameters (n_s, sigma_8, Omega_m ,H_0), 2 astrophysical parameters (T_0, gamma) related to the heating rate of the IGM and the sum of the neutrino masses. By varying the input parameters around a central model chosen to be in agreement with the latest Planck results, we built a grid of simulations that allows the study of the impact on the flux power spectrum of these seven relevant parameters. We improve upon previous studies by not only measuring the effect of each parameter individually, but also probing the impact of the simultaneous variation of each pair of parameters. We thus provide a full second-order expansion, including cross-terms, around our central model. We check the validity of the second-order expansion with independent simulations obtained either with different cosmological parameters or different seeds for the initial condition generation. Finally, a comparison to the one-dimensional Lyman-alpha forest power spectrum obtained in the first part with BOSS data shows an excellent agreement.Eventually, even if there are still some potential biases and systematic errors that need to be studied in our simulation, we performed cosmological fits combining our measurement of the one-dimensional power spectrum and other cosmological probes such as the CMB results provided by Planck. These preliminary results are very encouraging as they lead to some of the tighest cosmological constraints as of today, especially on the sum of the neutrino masses with an upper limit of 0.1 eV.

Cette étude a pour objectif de comprendre comment les effets de température, de cinétiques de croissance, ou les effets d'environnement peuvent influencer la structure (cristalline ou non cristalline) et la configuration chimique (mélange/ ségrégation/ séparation de phase) de nanoparticules supportées d'Ag et de CoAg. Pour cela, des nanoparticules de CoAg de différentes tailles et compositions ont été préparées par condensation sous ultravide selon différents modes de croissance (co-dépôt ou dépôts séquentiels des deux métaux). Afin d'accéder à l'ensemble des caractéristiques des nanoparticules, des techniques complémentaires ont été couplées: la diffusion de rayons X aux petits et aux grands angles en incidence rasante et les techniques de microscopie en mode d'imagerie haute résolution ou filtrée en énergie. L'analyse préliminaire de particules d'Ag a montré l'existence de structures cristallines et non cristallines (icosaédriques) pour les petites (2-2.5nm) et grandes tailles (6-8nm). Une dominance de la structure décaédrique a été montrée entre ces deux extrêmes. Cette dernière disparaît complètement lors de l'élaboration en température. Pour le système bimétallique Co-Ag, à température ambiante et indépendamment de la taille, de la composition et du mode d'élaboration, les nanoparticules présentent une ségrégation avec une configuration de type coeur d'argent entouré d'une coquille plus ou moins continue à base de Co métallique et d'oxyde de Co. Lorsque les échantillons sont soumis à un traitement thermique, une transition s'opère conduisant à une ségrégation plus importante de type Janus.

Cette étude a été motivée par les nombreux avantages du procédé de micromoulage, qui couple la croissance électrolytique et la localisation du film avec un moule en résine épaisse. Ce procédé permet en effet la réalisation de micro-objets, dont les dimensions sont uniquement dépendantes de la résolution des techniques de lithographie employées pour définir les moules en résine. Le micromoulage permet donc de réaliser des microstructures métalliques et est compatible avec la technologie MEMS. Nous avons mis en évidence l'influence de différents paramètres expérimentaux dans le cadre de l'étude de la croissance électrolytique du samarium-cobalt en solution aqueuse dans une cellule de Hull. Cette étude nous a permis de déterminer plusieurs points de fonctionnement conduisant à des teneurs en samarium et des épaisseurs élevées : jusqu'à 50 % de samarium et plusieurs microns d'épaisseur. En outre, un certain nombre d'hypothèse ont été émises, qui lient le procédé d'élaboration et le mécanisme de croissance. Nous avons aussi réussi a montré qu'il est possible de réaliser des micromotifs de plusieurs microns d'épaisseur contenant un rapport Sm/(Sm+Co) relativement élevé (10 %) et une faible contamination en oxygène (8 %).

L'électrorhéologie est un domaine où les possibilités d'accroître les performances en utilisant des composés hybrides organiques-inorganiques ont été explorées. Les fluides électrorhéologiques sont des dispersions de particules colloïdales facilement polarisables par un champ électrique dans un liquide non conducteur. Lorsqu'un champ électrique est appliqué les propriétés rhéologiques changent et la viscosité apparente peut augmenter ou diminuer en fonction du type de particules présentes dans le fluide. Ces fluides appartiennent à la classe des matériaux intelligents qui ont un grand potentiel technologique avec des applications dans de nombreux domaines comme l'automobile, l'hydraulique, les joints d'étanchéité, la robotique, le spatial et même en médecine. Dans ce travail on s'intéresse à trois différentes sortes d'hybride: des silicates avec des molécules organiques (ORMOSIL) modifiés par des groupements mercaptan, des liquides ioniques encapsulés dans la silice, et des fibres de sépiolite recouvertes de polyaniline. Pour la synthèse des particules à base de silice (ORMOSIL) et les liquides ioniques encapsulés dans la silice, on a utilisé le procédé sol-gel. Dans le cas de la polyaniline sur la sépiolite, deux méthodes de polymérisation ont été utilisées: en phase solide et en suspension. Tous les systèmes étudiés ont présenté une réponse électrorhéologique. Parmi eux l'hybride polyaniline/sépiolite a fourni la meilleure réponse électrorhéologique, sans doute à cause de la forme allongée des particules, qui donne une contrainte seuil plus grande que les formes sphériques obtenues pour les hybrides à base de silice.

Curling deformation of thin elastic surfaces appears in numerous natural and man-made structures where a spontaneous curvature is present. In this thesis, we couple theoretical approaches and macroscopic experiments on elastic ribbons to understand the dynamics of curling of opened bio-membranes, motivated by the need to better understand recent microscopic observations during egress of Malaria infected red blood cells (MIRBC) and bursting of artificial polymersomes.In a first part, we study theoretically pore stability and curling propagation of an initially opened spherical bio-membrane. We model geometrically curling deformation as the revolution of a decentered Archimedean spiral, leading to a prescribed toroidal wrapping of the membrane. In this configuration, we show how the stability of a pore to curling depends strongly on both line-tension and shear elasticity and we discuss these results in relation to the curling of MIRBCs membranes. Moreover, taking into account viscous dissipations, the consequent dynamics we calculate agrees quantitatively well with experimental data obtained during opening of MIRBCs. Our approach shows in particular how the membrane dissipation resulting from the surface redistribution dominates curling dynamics over outer viscous dissipation.However, the complexity of the spherical geometry and the lack of detailed images in microscopic observations hamper the development of more accurate models where the coupling between flow and deformation is fully understood. Subsequently, we study in a second part the curling deformation of macroscopic naturally curved elastic ribbons in different viscous media and elastic conditions. At high Reynolds numbers, due to the tendency of ribbons to localize bending deformations when a curling front travels down the material, we show that curling reaches rapidly a constant propagating velocity. In this regime, the ribbon wraps itself into a compact roll whose size is predicted through the solitary wave solution of the associated Elastica. At low Reynolds numbers, however, closer to the hydrodynamic conditions of curling in microscopic membranes, we show that the strong lubrication forces induce a non-compact curling. The overall size of the spiraling ribbon increases in time leading to a temporal decrease of the released elastic power and therefore a consequent decrease in velocity. We discuss how such discovery sheds a new light on the modeling of curling in MIRBCs and polymersomes.

Cette thèse s'intéresse au développement neuronal in vitro dans le but ultime d'enregistrer l'activité de réseaux de neurones à géométrie et connectivité contrôlées. Le développement neuronal est régi par un ensemble de régulations, intrinsèques mais également sous contrôle de facteurs extérieurs, qui permettent à la cellule d'adhérer à un substrat, de croître, et de se polariser. Une partie de ce travail de thèse explore deux types de contraintes physiques de l'environnement que sont la géométrie d'adhésion et la rugosité de surface. La première révèle l'implication des forces dans les stades précoces de développement neuronal régis par un phénomène de compétition neuritique, et permet in fine de contrôler la direction d'émission de l'axone, notamment par une inhibition de sa différenciation sur lignes ondulées. La seconde montre que la distribution des points d'adhésion peut accélérer la croissance jusqu'à favoriser la polarisation axonale. L'autre partie de ce travail s'attache à résoudre le problème technologique majeur qu'est le remplissage des sites d'adhésion par le biais d'une attraction magnétique, et démontre la possibilité de faire croître des réseaux neuronaux modèles sur nanotransistors.

Ce travail est dédié à l'étude de l'effet des champs magnétiques sur les propriétés magnétiques et le comportement à la solidification d'alliages à base de Cobalt en surfusion sous champ magnétique intense. Les alliages à base Co sont d'excellents candidats pour obtenir une surfusion en dessous ou proche du point de Curie sous champ intense en raison du faible écart entre ce point de Curie et la température du liquidus. Dans cette étude, un dispositif haute température de surfusion intégrant une mesure magnétique a été construit dans un aimant supraconducteur, et est utilisé pour la mesure in situ de l'aimantation de liquides surfondus et pour l'étude du sur-refroidissement et de l'évolution de la microstructure de solidification en champ intense. Le cobalt liquide en surfusion est fortement magnétique sous champ, et son aimantation est même supérieure à celle du solide au chauffage à la même température. L'aimantation de l'alliage proche eutectique Co-B en surfusion dépend de la température de surchauffe, tandis que le Co-Sn en surfusion est toujours paramagnétique. La surfusion moyenne et l'étendue de la recalescence de différents métaux et alliages est affectée par un champ externe. En champ magnétique uniforme, la surfusion du Cuivre est amplifiée, tandis que la surfusion du Cobalt et de Co-Sn reste identique. Cependant, l'étendue de la recalescence du Cobalt et de Co-Sn est réduite, et l'effet est d'autant plus important pour des teneurs supérieures en Cobalt. Le champ magnétique promeut la précipitation de la phase dendritique a-Co et la formation d'eutectique anormal dans la microstructure des alliages Co-Sn surfondus. Les processus d'évolution de la microstructure sont affectés par le champ magnétique, et dépendent de l'intensité du champ et de la surfusion. Ce travail offre de nouveaux horizons dans l'étude des propriétés magnétiques d'alliages métalliques en forte surfusion et dans l'étude de la solidification hors équilibre sous champ magnétique intense.

Crystallography is from far the most contributing technique for the structure analysis of macromolecules at atomic resolution. In this thesis, instrumentation development issues to improve and accelerate experimental procedures for X-ray diffraction experiments are tackled. Indeed the preparation steps of protein crystals for X-ray diffraction data collection are the main causes of forming a bottleneck towards automated pipelines from protein crystallization to structure resolution. Firstly, an emerging method in today macromolecular crystallography is the room temperature in situ X-ray diffraction of protein crystal samples in their crystallization drops, with proven benefits in crystal screening and also structure resolution. However, it requires a great number of crystals to be centered and diffracted in a row. Thus a fully automated system providing a solution to this requirement is presented and assessed in this manuscript as one of the results of this PhD studies. Secondly, in this manuscript, studies and developments on automating harvesting, cryo-protecting and flash-cooling steps of protein crystals preparation for X-ray diffraction are reported, as well as assessment experiments and results. With a new robotic approach, crystals are manipulated with a micro-gripper on a 6-axis robotic arm to prepare and to analyze crystals with 360° rotation possibility for cryo-temperature single wavelength X-ray diffraction. Lysozyme and NikA Fe-EDTA protein crystals has been prepared and diffracted with this new method. Structural comparisons show no differences between the new methodology and the manual one, while robustness, repeatability and experimental time are significantly improved. At last, different integration scenarios of the presented methodologies, highlights their interest in fully automated macromolecular crystallography pipelines.