La production à l'échelle industrielle et la diversité d'utilisation des nano-objets manufacturés, leurs agrégats et agglomérats (NOAA) et leur possible libération dans l'environnement aquatique naturel ont conduit à une préoccupation croissante parmi la communauté scientifique des sciences de l'environnement et des nanotechnologies. Parmi eux, les ciments photocalytiques sont basés sur la propriété photocatalytique de NOAA-TiO2 ajoutés dans la matrice du ciment. Lors de l'exposition au rayonnement UV, les NOAA-TiO2 provoquent l‘oxydation (i.e. dégradation) des composés adsorbés à la surface du ciment. Sa validation environnementale est requise, en termes d'impacts et risques associés à l'incorporation des NOAA-TiO2. Le but de cette étude est de déterminer les mécanismes de relargage des NOAA-TiO2 incorporés dans le ciment autonettoyant durant le processus de vieillissement et d’identifier les paramètres qui pourraient le contrôler. Les éléments relargués (fractions particulaires et solubles) et leurs cinétiques ont été quantifiés par ICP-OES et caractérisés par MET. Nous avons ensuite analysé la phase solide (du cœur à la couche altérée) en utilisant plusieurs techniques aux rayons X, la DRX (diffraction des rayons X), μ-XRF (micro X-Ray spectroscopie) et une combinaison sans précédent de nano et micro X-ray tomographie pour effectuer une caractérisation complète de la matrice du ciment altéré comprenant la structure de pores. / The industrial scale production and wide variety of applications of manufactured nano-object, their aggregates and agglomerates (NOAA) and their possible release into the natural aquatic environment have produced an increasing concern among the nanotechnology and environmental science community.Among them, the photocatalytic cements are based on the photocatalytic property of TiO2-NOAA added in the cement matrix. During continuous UV radiation exposure, TiO2-NOAA lead to the oxidation (i.e. degradation) of compounds adsorbed at the cement surface. Such NOAA application in building construction is promising as it exhibits improved properties but its environmental validation (in terms of impacts and risks associated with the incorporation of TiO2 NOAA) is also required.The aim of this study is to determine the mechanisms of TiO2-NOAA release from a self-cleaning cement during aging process and to identify cement parameters controlling it.. The elements released (particulate and soluble fractions) and their kinetic were quantified by ICP-OES and characterized with TEM. We analyzed the solid phase (core to altered layer) using several X-ray based techniques: XRD (X-Ray Diffraction), µ-XRF (micro X-Ray Spectroscopy) and an unprecedented combination of nano and micro X-ray computed tomography to perform a original and omplete altered cement matrix characterization including pore structure.

Au cours de son cycle de vie, le principe actif se retrouve en solution dans différentes situations : dans desformes pharmaceutiques liquides, dans l’organisme et dans les eaux usées. Or, par rapport à l’état solide, lamise en solution du principe actif l’expose davantage à des facteurs susceptibles de conduire à sa dégradation.Les transformations modifient sa structure chimique et donc potentiellement ses activités pharmacologiques ettoxicologiques.L’objectif de ce travail de thèse est de présenter une méthodologie et des études visant à prédire le devenir ensolution de principes actifs et les impacts potentiels consécutifs à leur dégradation.Trois principes actifs ont été sélectionnés pour la réalisation de ce travail. Ils ont en commun de présenter,d’une part, une activité pharmacologique élevée corrélée à une toxicité potentielle de leurs produits dedégradation et, d’autre part, l'absence de données sur leurs comportements en solution. Dans tous les cas,bien que le contexte soit singulier pour chaque molécule, l’approche méthodologique suivie intègre aussi biendes travaux expérimentaux que des études ab initio et in silico.La première étude porte sur le devenir de l’apixaban, principe actif actuellement commercialisé sous formeorale solide, en solution aqueuse. Les données expérimentales ont mis en évidence des groupementschimiques du principe actif pouvant contribuer à son instabilité. L’approche ab initio a permis d’expliquer larégio-spécificité de la réaction d’hydrolyse dépendamment du pH. À partir de la structure des produits dedégradation caractérisés, l’étude de leur potentiel toxique a été réalisée par approche in silico. Ces donnéesconcourent à la démarche d'analyse et évaluation des risques déployée lors de développements de formespharmaceutiques liquides ou des situations particulières impliquant la mise en solution de l'apixaban aumoment de l'administration.De telles approches ont également été employées pour caractériser les mécanismes de photodégradation del’argatroban et évaluer le potentiel toxique des produits de dégradation. Les processus initiant laphotodégradation ont fait l’objet d’études complémentaires reposant sur des calculs d’énergies. Cesconnaissances pourront apporter le rationnel nécessaire au choix de procédés capables de réduire laphotodégradation de l’argatroban et son impact sur les patients. Elles pourront également servir à anticiper lessituations d’écarts pouvant mettre en jeu le rapport bénéfice risque du médicament telles que le mésusage oula modification de la forme pharmaceutique administrée.Enfin, dans un contexte autre que le contexte pharmaceutique, une étude de dégradation du pémétrexed parphotocatalyse via un procédé d'oxydation avancée a été réalisée. Il s'agit d'un procédé particulièrement étudiépour sa capacité à réduire l’empreinte environnementale de composés organiques en accélérant leurdégradation. Le choix de ce principe actif utilisé comme anticancéreux a été justifié par son caractère toxiqueet rémanent dans les eaux de surface, ce qui en fait un produit à haut risque environnemental. Ce travail amontré que des produits de plus faible masse résultant de la transformation photocatalytique du pémétrexedsont malheureusement plus toxiques et encore plus rémanents que la molécule mère elle-même. Ces résultatscontribuent donc à souligner que les procédés d'oxydation avancée, bien qu'efficaces pour l'élimination despolluants médicamenteux, sont à évaluer au regard de l'existence d'un risque accru pour l'environnementavant toute perspective d'utilisation à grande échelle.Les approches et les résultats présentés dans cette thèse pourront être employés pour d’autres études visant àprédire, prévenir et réduire l’impact de la dégradation du principe actif sur le patient et l’environnement. / During its life cycle, an active substance is in solution for various reasons: in a liquid pharmaceutical form, in the body and in wastewater. However, compared to the solid state, the active substance in solution exposes it more to factors likely to cause its degradation. The transformations modify its chemical structure and thus potentially its pharmacological and toxicological activities.The objective of this thesis is to present a methodology and studies aiming to predict the fate in solution of active substances and the potential impacts following their degradation.Three active ingredients have been selected for this work. They have in common, on the one hand, a high pharmacological activity correlated to a potential toxicity of their degradation products and, on the other hand, the fact that there is little information on their behaviour in solution. In all cases, although the context is specific to each molecule, the methodological approach followed integrates both experimental work and ab initio and in silico studies.The first study concerns the fate of apixaban, an active substance currently marketed in solid oral form, in aqueous solutions. The experimental data made it possible to highlight chemical groups of the active ingredient that could contribute to its own instability. The ab initio approach explained the regio-specificity of the hydrolysis reaction as a function of pH. Based on the structure of the characterized degradation products, their toxic potential was studied using an in silico approach. These data contribute to the risk analysis and evaluation process deployed at different stages of development of liquid pharmaceutical forms or in particular situations involving the solution of apixaban at the time of administration.Such approaches have also been used to characterize the photodegradation mechanisms of argatroban and assess the toxic potential of degradation products. The processes that initiate photodegradation were also addressed by calculating the energies potentially involved. This knowledge provides a rational basis for the choice of processes and formulations to limit photodegradation of argatroban and its impact on patients. They also make it possible to anticipate situations where the benefit/risk ratio of the medicinal product may be modified, such as incorrect handling or modification of the pharmaceutical form administered.Finally, in a context other than the pharmaceutical context, a study of degradation of pemetrexed by photocatalysis via an advanced oxidation process was carried out. This process is particularly studied for its ability to reduce the environmental footprint of organic compounds by accelerating their degradation. The choice of this active substance as an anti-cancer agent was justified by its toxic and persistent nature in surface waters, making it a product with a high environmental risk. This work has shown that products of lower mass produced by photocatalytic transformation of pemetrexed are unfortunately more toxic and even more persistent than the parent molecule itself. These results underline the fact that advanced oxidation processes, although effective in removing drug pollutants, must be evaluated because of an increased risk to the environment before any prospect of large-scale use.The approaches and results presented in this thesis can be used for other studies to predict, prevent and reduce the impact of active ingredient degradation on the patient and the environment.

Cette thèse est centrée sur le bupirimate, utilisé dans la région de Souss Massa comme fongicide dans la culture de tomates et propose l'étude de différents aspects liés à son utilisation comme son élimination par voie électrochimique des effluents aqueux d'origine agricole et son impact environnemental dans l'atmosphère. L'étude de surveillance des résidus de pesticides sur les fruits de tomates dans cette région du Maroc proposée dans cette thèse montre que sur les 194 échantillons analysés, il y a présence de bupirimate (10%), endosulfan (7%), bifenthrine (4%), L. cyhalothrine (3%), iprodione (3%), procymidone (3%), deltamethrine (2%), tetradifon (2%), cypermethrine (1%), chlorothalonil (1%), tau-Fluvalinate (1%) et de composés dont les concentrations sont inférieures à la limite de détection (63%). Le bupirimate fortement utilisé, est donc susceptible de se retrouver dans les effluents de lavage agricole, d'où l'intérêt de l'étude de sa dégradation électrochimique en phase aqueuse. Nous avons ainsi mis en évidence que la cinétique de dégradation et les rendements de minéralisation de ce pesticide peuvent être significativement augmentés, par variation des différents paramètres expérimentaux (concentration de l'électrolyte, valeur du courant imposé, et température). Nous avons également déterminé au cours de ce travail que la constante cinétique d'oxydation du pesticide est de l'ordre de 109.10-4 min-1. Les analyses de DCO ont démontré que le taux de minéralisation par électrooxydation dépasse 70 %. Les résultats de l'étude de la minéralisation par la CPG montrent que la vitesse de l'électro-Dégradation du bupirimate est plus élevée que celle obtenue par la DCO. Le rendement d'élimination est de l'ordre de 86%. Ce résultat est confirmé par l'analyse UV. La réactivité hétérogène de bupirimate vis-À-Vis de l'ozone, en phase hétérogène, est également étudiée. Les résultats obtenus montrent que la valeur de la constante cinétique est de 3.07x10-18 cm3.molécules-1.s-1 vis-À-Vis de l'ozone. Cette valeur implique une durée de vie atmosphérique de l'ordre de quelques jours. Les spectres UV et la réactivité homogène vis-À-Vis des radicaux OH du 4-Méthylpyrimidine, de la pyrimidine, du pyrrole, et de la pyridine (produits gazeux attendus de la dégradation des pesticides), ont été déterminés. Les études cinétiques ont été réalisées dans plusieurs chambres atmosphériques. Les résultats obtenus montrent que pour les composés possédant des hétérocycles à 6 atomes, avec 1 ou 2 atomes d'azote, les constantes de vitesse avec le radical OH sont du même ordre de grandeur. La présence des atomes dans le cycle aromatique a un effet désactivant sur la réactivité de ces composés avec les radicaux OH. Par ailleurs, le composé hétérocyclique aromatique à 5 atomes est hautement plus réactif vis-À-Vis les radicaux OH. Les durées de vie atmosphériques de ces composés, déduites de nos mesures cinétiques et spectroscopiques montrent que ces espèces ont tendance à s'éliminer rapidement par les différentes voies photochimiques. / The research study discussed in this thesis concerns the determination of the kinetic rate constants of the electrochemical and heterogeneous degradations of bupirimate. In this study we report the atmospheric fate of four compound heterocyclique by ozone and OH-Radicals using the technique of a simulation chamber coupled to a different analytical system.194 samples tomato samples from an agricultural region of the souss (Agadir, Morrocco) were analyzed for bupirimate (10%) endosulfan (7%), bifenthrine (4%), L. cyhalothrine (3%), iprodione (3%), procymidone (3%), deltamethrine (2%), tetradifon (2%), cypermethrine (1%), chlorothalonil (1%), tau-Fluvalinate (1%) and the concentration of author compounds is less of limits of detection (63%).The electrochemical oxidation of bupirimate is examined by bulk electrolyses at boron doped diamond (BDD) electrode. The influence of operating conditions on the reaction trend is investigated and suitable conditions for oxidative demolition of Bupirimate are individuated. The study also presents the results from bupirimate oxidation at BDD and SnO2 anodes. The COD of bupirimate solution was observed to fall with the first-Order kinetics. We also determined during this work that the constant kinetics of pesticide is about 109.10-4 min-1. In this study, we highlighted that the kinetics of degradation and the outputs of mineralization of bupirimate could be significantly increased, by variation of the various experimental parameters (concentration of electrolyte, value of the imposed current, and concentration of pesticide). The results of mineralization showed that the speed of degradation of the bupirimate by proceeds electrochemical is higher, one has obtains an output of elimination of 84% by the analyses of chromatography.UV spectra and the homogeneous reactivity vis-À-Vis the OH group of 4-Methylpyrimidine, pyrimidine, pyrrole, and pyridine (gaseous products of expected degradation of pesticides), were determined. Kinetic studies were carried out in several atmospheric chambers. The results show that for compounds 6 atoms aromatic ring, with 1 or 2 nitrogen atoms, the rate constants with OH radicals are of the same order of magnitude. The presence of atoms in the aromatic ring has a deactivating effect on the reactivity of these compounds with OH radicals. Moreover, the heterocyclic aromatic having 5 atoms is more highly reactive with OH radicals. The atmospheric lifetimes of these compounds, derived from our spectroscopic and kinetic measurements show that these species tend to be eliminated rapidly by different photochemical ways.

Le combustible nucléaire usé, constitué d’uranium, de plutonium et de produits de fission (palladium, technétium, molybdène etc.), est traité industriellement en France par le procédé PUREX. Ce procédé hydrométallurgique permet d’extraire l’uranium et le plutonium à l’aide d’une phase organique composée de tri-n-butylphosphate (TBP) dilué dans un mélange d’hydrocarbures aliphatiques (TPH). Au cours des différents cycles d’extraction, la phase organique est soumise à des phénomènes d’hydrolyse acide et de radiolyse conduisant à la formation de produits de dégradation. Afin d’assurer le recyclage du solvant organique et le bon fonctionnement du procédé industriel, un traitement approprié permet d’éliminer ces produits. Néanmoins, après plusieurs décennies de fonctionnement des usines, des encrassements de certains équipements ont été observés. Ces solides contiennent les éléments palladium, carbone, oxygène et azote. Industriellement, une solution curative a été mise en œuvre pour éliminer ces crasses. Il convient toutefois de comprendre les phénomènes qui ont conduit à leur formation. Ce travail de doctorat a pour objectif d’étudier le comportement physico-chimique du palladium dans les cycles d’extraction et les mécanismes conduisant à la formation de solides. Pour cela, un système biphasique, constitué d’une phase organique de TBP dilué dans le TPH et d’une phase aqueuse d’acide nitrique contenant du nitrate de palladium(II), a été irradié par une source externe de rayonnement gamma afin de simuler le vieillissement du solvant d’extraction. Des précipités non radioactifs contenant du palladium et représentatifs des encrassements industriels ont été obtenus. Des analyses multi-techniques de ces précipités ont montré que les solides sont constitués d’un mélange complexe de cyanure de palladium(II), de carboxylate de palladium(II) et de divers produits organiques (di-n-butylphosphate (HDBP), composés à fonctions amines et hydrazine). Les produits menant à la précipitation du palladium proviennent de la dégradation du TBP et de celle du TPH et sont présents en phase aqueuse et en phase organique.Certains produits de dégradation formés lors de l’irradiation semblent favoriser l’extraction du palladium. Pour comprendre le rôle des produits de dégradation sur l’extraction du palladium, le solvant d’extraction utilisé dans le procédé PUREX a été dopé en composés organiques. Les composés testés sont des composés commerciaux représentatifs de produits de dégradation identifiés un solvant dégradé. De plus, les espèces testées sont des composés susceptibles d’interagir avec le palladium(II) (cétone, acide carboxylique, alcool, aldéhyde et alcène). Parmi ces composés, seul le 5-dodécène conduit à une augmentation significative de l’extraction du palladium(II) par rapport à une phase organique non dopée et à la formation d’un précipité noir constitué de palladium métal. Les analyses réalisées sur la phase organique dopée en 5-dodécène ont mis en évidence la formation d’un complexe ternaire dans lequel le palladium serait entouré de molécules de TBP, de 5-dodécène et d’ions nitrate. Par ailleurs, une fraction du palladium(II) extrait dans la phase organique oxyde le 5-dodécène en cétone et est réduit en palladium métal (précipité noir). Des voies de formation des différents composés constituant les crasses ont été proposées. Les alcènes, les cétones et l’acide nitreux apparaissent comme des précurseurs dans la formation de cyanure de palladium(II). Un carboxylate de palladium(II) serait formé par réaction de palladium(II) avec l’acide carboxylique correspondant. Les amines primaires pourraient se former par hydrogénation des nitroalcanes catalysé par la présence de palladium métal tandis que l’hydrazine pourrait se former par radiolyse des amines primaires. / The spent nuclear fuel composed of uranium, plutonium and fission products (such as palladium, technetium, molybdenum, etc.) is industrially processed in France by the PUREX process. This hydrometallurgical process allows separating uranium and plutonium by using an organic phase composed of tri-n-butyl phosphate (TBP) diluted in a mixture of aliphatic hydrocarbons (TPH = tetra propylene hydrogen). During the various extraction cycles, the organic phase is subjected to acid hydrolysis and radiolysis phenomena leading to the formation of degradation products. To ensure the recycling of the organic solvent and a normal operation of the industrial process, an appropriate treatment eliminates these degradation products. Nevertheless, after several decades of industrial operation of the factories, precipitates have been observed in some equipments. These solids contain palladium, carbon, oxygen and nitrogen atoms. Industrially, a curative solution has been found and allows eliminating these cruds containing in particular palladium. However, it is important to understand the formation of palladium precipitates in the liquid-liquid extraction cycles. This thesis aims to study the behavior of palladium in the extraction cycles and the mechanisms leading to the formation of solids.For this purpose, a biphasic system containing an organic phase of TBP diluted in TPH and a aqueous phase of nitric acid containing palladium(II) nitrate has been irradiated by an external source (gamma-irradiation). This irradiation allows simulating the aging of the extraction solvent. Nonradioactive precipitates which are representative of the industrial crud were obtained. A multi-technical analysis of these inactive precipitates has shown that the solids are composed of a complex mixture: (i) palladium cyanide(II), (ii) palladium(II) carboxylate and (iii) various organic products (di-n-butyl phosphate (HDBP)), compounds with amine functions and hydrazine. Moreover, we demonstrate that the degradation products leading to the precipitation of palladium come from either TBP or TPH and are present in the aqueous phase and in the organic phase.Some degradation products formed during irradiation seem to favor the extraction of palladium(II). To understand the role of degradation products on palladium extraction, the extraction solvent used in the PUREX process was doped with organic compounds. The compounds tested are commercial compounds representative of degradation products identified a degraded solvent. In addition, the compounds tested are species which can react with palladium(II) (ketone, carboxylic acid, alcohol, aldehyde and alkene). Among these compounds, only 5-dodecene leads to a significant increase in the extraction of palladium(II) in comparison with an undoped organic phase and the formation of a black precipitate composed of palladium metal. The analyses carried out on the 5-dodecene-doped organic phase revealed the formation of a ternary complex in which the palladium would be surrounded by TBP molécules, 5-dodecene and nitrate ions. In addition, a fraction of the palladium(II) extracted in the organic phase oxidizes the 5-dodecene to ketone and is reduced to palladium metal (black precipitate).Formation pathways of the various compounds present in the nonradioactive solids have been proposed. Alkenes, ketones and nitrous acid appear as precursors in the formation of palladium cyanide(II). A palladium(II) carboxylate would be formed by reaction of palladium(II) with the corresponding carboxylic acid. Primary amines could be formed by hydrogenation of nitroalkanes catalyzed by the presence of palladium metal while hydrazine could be formed by radiolysis of primary amines.Key word: palladium, radiolysis, PUREX process, degradation products, precipitates

Les systèmes à délivrance de médicaments sont des technologies conçues pour administrer des molécules actives de façon optimisée afin d’améliorer leurs effets thérapeutiques tout en minimisant les effets secondaires. En effet, ces systèmes permettent une libération au niveau d’une cible thérapeutique. Les particules de type «cage» ont récemment attiré une attention particulière en raison de leur capacité accrue à (co)incorporer et à protéger des molécules actives vis-à-vis de dégradations in vivo. Les cyclodextrines (CDs) sont des exemples type de molécules "cage", possédant une cavité hydrophobe et une surface extérieure hydrophile. Nous avons élaboré tout d’abord des assemblages supramoléculaires à base de CDs d'environ 100 nm par une méthode douce consistant à mélanger deux solutions aqueuses de polymères neutres : 1) polymère de β-CD et 2) dextrane greffé avec la benzophénone, molécule invitée formant des complexes d’inclusion avec les CDs. La procédure de préparation « verte» en une seule étape rend la formulation attractive, malgré sa relativement faible capacité d’encapsulation (5%pds). Afin d'améliorer cete charge, nous avons élaboré des particules hybrides organiques-inorganiques (MOFs) à base de CDs. Avantageusement, les CD-MOF comportent non seulement des cavités de CD, mais aussi de larges pores engendrés lors l’auto-assemblage de CDs. Le lansoprazole a été incorporé avec succès (23%pds) dans les CD-MOFs et nous avons montré que chaque CDs était capable d’accueillir une molécule de principe actif. Cependant, l’inconvénient majeur des CD-MOFs est leur faible stabilité en milieu aqueux, limitant leur domaine d’application. Une modification de surface est apparue donc nécessaire pour améliorer leur stabilité. Notre stratégie a été d’incorporer les CD-MOFs dans des matrices d'acide polyacrylique (PAA). Des microsphères composites d’environ 650 nm ont été élaborées avec succès et ont permis une bonne stabilité et une libération prolongée sur plus de 48 h. Avantageusement, ces particules composites n’étaient pas toxiques in vitro même à des concentrations élevées. Ainsi, nous nous sommes orientés vers l’étude comparative de MOFs plus stables dans l’eau, à base de trimesate de fer. Les MIL-100 (Fe) (Material of Institute Lavoisier) figurent parmi les premiers MOF étudiés en tant que nanomédicaments (nanoMOFs). Ces particules, parfaitement stables dans l'eau, se dégradent dans des milieux contenant des phosphates en perdant rapidement leur caractère cristallin et leurs ligands constitutifs. De façon étonnante, nous avons constaté que malgré leur dégradation, ces MOFs conservent leur taille intacte. Une analyse approfondie basée sur la microscopie de Raman a permis d’obtenir des informations pertinentes sur la morphologie et la composition chimique de particules individuelles. Ainsi, il a été montré qu’un front d'érosion délimitait nettement un cœur intact et une coquillé inorganique érodée. Cependant, ni l’encapsulation ni la modification de surface des MOFs n’altérait leur intégrité. Enfin, nous avons étudié la co-encapsulation de deux molécules actives utilisées en combinaison (amoxicilline et clavulanate de potassium) dans les nanoMOFs stables à base de MIL-100 (Fe). Les antibiotiques ont été incorporées par imprégnation et chaque molécule s’est localisée préférentiellement dans un compartiment (large ou petite cage) corroborant parfaitement les simulations par modélisation moléculaire. De plus, il a été découvert, de manière surprenante, qu’un grand nombre de nanoMOFs se localisait au voisinage des bactéries (S.aureus) dans des cellules infectées. En se dégradant dans ces cellules, les nanoMOFs contenant les antibiotiques ont réduit de manière importante la charge bactérienne intracellulaire. Ces études révèlent le potentiel des particules de type «cage» pour une incorporation efficace de molécules actives et leur libération contrôlée et ouvrent de nombreuses possibilités d’application. / Drug delivery systems are engineered technologies to administer pharmaceutical ingredients to improve their therapeutic effects, aiming at minimizing their side effects by means of targeted delivery and/or controlled release. “Cage” particles recently drew special attention since they could act as “drug containers” which potentially load large amount of drugs, improve their stability and offer the possibilities to co-encapsulate synergetic drugs. Cyclodextrins (CDs) are typical “cage” molecules with a hydrophobic cavity and a hydrophilic outer surface. Taking advantage of the host-guest interactions between β-CD and benzophenone (Bz), CD based nanoparticles (CD-NPs) were the first formulation investigated. CD-NPs of around 100 nm were instantaneously produced by mixing two aqueous solutions of neutral polymers: 1) poly-CD containing β-CDs, and 2) Bz grafted Dex (Dex-Bz). The “green” and facile preparation procedure makes it attractive formulation, whereas its limitation lies on the low drug payloads (~ 5 wt%). In order to improve the drug loading capacity of CDs, porous CD based metal organic frameworks (CD-MOFs) were synthesized, which contain not only CD cavities, but also large pores built up by CDs self-assembly. Lansoprazole (LPZ) was incorporated in CD-MOF microcrystals (~ 6 µm) reaching payloads as high as 23.2 ± 2.1% (wt). Remarkably, each CD cavity was able to host a drug molecule, offering new opportunities for the use of CD-MOFs for drug delivery purposes. However, these particles disassembled in aqueous media, which limits their application for oral and intravenous administration. Surface modification is therefore necessary to improve their stability in water. The drug loaded CD-MOF nanocrystals (~ 650 nm) were successfully embedded in polyacrylic acid (PAA) polymer matrices. The composite microspheres exhibited spherical shapes and sustained drug release over a prolonged period of time (over 48 h). Drug loaded MOF/PAA composite microspheres were not toxic in vitro (cell viability ~ 90%) even at very high concentrations up to 17.5 mg/mL. MOF/PAA composite microspheres constitute an efficient and pharmaceutically acceptable MOF-based carrier for sustained drug release. However, the process of surface modification was complicated and lead to larger particles and reduced drug payloads. Water-stable MOFs are a novel type of hybrid particles, showing a high potential as drug carriers. Iron trimesate MOFs, namely, MIL-100 (Fe) (MIL stands for Material of Institute Lavoisier) was among the first nano-scaled MOFs used for drug delivery. These particles were stable in water but degraded in phosphate buffer saline (PBS) losing their crystallinity and constitutive trimesate linkers. However, it was discovered that they kept their morphology intact. A thorough analysis based on Raman microscopy was carried on to gain insights on both the morphology and chemical composition of individual particles. It was evidenced the formation of a sharp erosion front during particle degradation. Noteworthy, the MOFs did not degrade during drug loading nor surface modification. Co-encapsulation of two synergic antibiotics (amoxicillin and potassium clavulanate) in MIL-100 (Fe) nanoMOFs was achieved following a “green” procedure by soaking nanoMOFs in aqueous solutions of both drugs. Molecular modelling showed that each drug preferentially located in a separate nanoMOF compartment. Surprisingly, nanoMOFs were prone to co-localize with bacteria once internalized in infected macrophages. NanoMOFs acted synergistically with the entrapped drugs to kill intracellular S. aureus, in vitro. These results pave the way towards the design of engineered nanocarriers in which each component synergistically plays a role in fighting the disease. These studies unravel the potential of “cage” particles for efficient drug entrapment and controlled release and open numerous possibilities for applications.

Les tourbières ombrotrophes se trouvent à être, à quelques exceptions près, les seuls écosystèmes de la Baie de James, Québec nordique (53° / 54° N - 77° / 78° O), possédant du pergélisol. L'utilisation de transects d'inventaire écologique au sein de 7 tourbières et de transects aériens couvrant la région d'étude a permis une description de la dynamique récente du pergélisol dans les tourbières ombrotrophes de la région, ainsi que les principaux facteurs qui en sont responsables. Les tourbières ombrotrophes lichéniques montrant des traces de la présence passée de pergélisol couvrent la zone du 52e jusqu'au 55e parallèle nord. Les tourbières ombrotrophes pergélisolées sont peu nombreuses actuellement et leur limite sud de répartition se trouve au sud du lac Yasinski (53° 10' N), ce qui correspond à une régression du pergélisol d'environ 130 km. La grande sensibilité au climat et tout particulièrement l'impact mineur de la fonte de ces petites palses sur les conditions hydrologiques du milieu s'expliquent principalement par leur faible contenu en glace. La dynamique reliée à la formation et à la dégradation des buttes pergélisolées est déterminée par différents facteurs locaux tels que la végétation et le couvert nival. Ce dernier, influencé par le vent et la topographie de la tourbière, est le principal facteur abiotique qui contrôle le développement et le maintien du pergélisol. Le rôle du feu dans la dynamique des tourbières ombrotrophes pergélisolées semble être limité à la succession de la végétation post-incendie. La présence de buttes pergélisolées peut toutefois permettre au feu de brûler une plus grande superficie au sein des tourbières ombrotrophes. Sans la présence de ces buttes sèches, le feu est bien souvent limité aux bordures de la tourbière, les conditions humides environnantes empêchant sa progression vers le centre.

Le but de ce travail est de faire l'étude des mécanismes de calcination sous air et de dégradation sous atmosphère inerte d'un copolymère à trois blocs de type EOxPOyEOx (x = 20, y = 70) dans un matériau mésostructuré de type SBA-15. Les matériaux de type SBA-15 ont été synthétisés selon la méthode de Zhao et al. à une température hydrothermique de 80 °C [2]. Deux différentes extractions dans l'éthanol et l'éthanol acidifié ont été effectuées afin d'obtenir des matériaux ayant des teneurs en agent tensioactif résiduel différentes. Les propriétés physicochimiques des matériaux ont été obtenues par volumétrie d'azote à 77 K, analyse élémentaire du carbone, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et par résonnance magnétique nucléaire du 13C. Les différentes étapes de dégradation de l'agent tensioactif ont été déterminées à l'aide de l'analyse thermogravimétrique et de la combustion en température programmée identifiée par spectrométrie de masse. Les résultats démontrent que sous les deux types de courants gazeux, l'élimination de la phase organique s'effectue par une fragmentation du polymère libérant successivement les mésopores primaires et les micropores. Par contre, sous atmosphère inerte, cette libération successive des différents types de porosité peut être facilement identifiée par spectrométrie de masse, ce qui en fait un outil de caractérisation prometteur pour les matériaux à paroi poreuse.

Introduction : Les patients atteints de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) ont une dysfonction importante au niveau des muscles locomoteurs caractérisés, entre autres, par de la faiblesse, de l’atrophie et des dommages oxydatifs. Certains auteurs ont également suggéré que la fonction mitochondriale soit altérée dans la MPOC, possiblement en lien avec le tabagisme. Objectifs : Évaluer la fonction et le nombre de mitochondries, ainsi que les dommages à l’ADN chez les sujets atteints de la MPOC et déterminer les effets du tabagisme sur les mitochondries et la qualité du muscle, indépendamment de la maladie. Méthodes/Résultats : Nous avons recruté 22 patients atteints de la MPOC et 23 sujets témoins. Tous sont ex-fumeurs et sédentaires. Une biopsie du quadriceps a été effectuée. Nous avons démontré que les sujets atteints de la MPOC ont une plus grande proportion de fibres dont le complexe IV de la chaine de transport des électrons ne fonctionne pas comparativement aux sujets témoins (p=0,032). Ils ont également une diminution de l’expression de la protéine SDHB (succinate dehydrogenase complexe iron sulfur subunit B) (complexe II) comparativement aux sujets témoins (p=0,002), mais celle de la protéine COX4 (cytochrome c oxidase subunit 4) (complexe IV) est similaire entre les deux groupes (p=0,076). Il n’y a pas de différence entre les deux groupes pour la présence de la délétion commune, la quantité de mitochondries, l’expression protéique de MFN1 (mitofusin-1), MFN2 (mitofusin-2), TFAM (mitochondrial transcription factor A) et Mn-SOD (manganese-dependent superoxide dismutase) et la quantité de 8-OHdG (8-hydroxy-2’- deoxyguanosine) présente dans l’ADN. Il y a une corrélation entre l’exposition cumulative au tabac (nombre de paquets-année) et la quantité de 8-OHdG (p=0,026), la proportion de fibres déficientes en COX (p=0,002), l’atténuation musculaire moyenne (p=0,041) et l’atténuation du muscle normal (p=0,020) lorsque tous les sujets (témoins et MPOC) sont regroupés. Conclusion : Nous avons démontré qu’il y a des anomalies de la fonction mitochondriale dans la MPOC. Il est intéressant de noter que le tabac affecte la fonction des mitochondries et la qualité du muscle de façon indépendante à la MPOC. / Rationale : Patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) demonstrate a locomotor muscle dysfunction characterized by weakness, atrophy and poor oxidative capacity. Some authors also suggested that the mitochondrial function might be altered in this disease, possibly linked with smoking. Objectives : To evaluate the function and the number of mitochondria, and DNA damage in patients with COPD and to determine the effects of smoking on the mitochondria and the quality of the muscle, independently of the disease. Methods/Results : We recruited 22 patients with COPD and 23 healthy subjects. All were exsmokers and sedentary. A biopsy of the quadriceps was performed. We demonstrated that patients with COPD had a larger proportion of COX (cytochrome c oxidase)-deficient fibers than healthy subjects (p=0.032). They also had a decreased expression of the protein SDHB (succinate dehydrogenase complex iron sulfur subunit B) (complex II) compared to controls (p=0.002), but no change in the expression of the protein COX4 (cytochrome c oxidase subunit 4) (complex IV) (p=0.076). There was also no difference between the two groups for the common deletion, the quantity of mitochondria, the protein expression of MFN1 (mitofusin-1), MFN2 (mitofusin-2), TFAM (mitochondrial transcription factor A) and Mn-SOD (manganese-dependent superoxide dismutase) and the quantity of 8-OHdG (8- hydroxy-2’-deoxyguanosine) in the DNA. There was a correlation between the cumulative smoking exposure (pack-year) and the quantity of 8-OHdG (p=0.026), proportion of COX-deficient fibers (p=0.002), mean muscle attenuation (p=0.041) and attenuation of the normal muscle (p=0.020) when all subjects (healthy and COPD) were regrouped. Conclusion : We demonstrated evidences of mitochondrial dysfunction in COPD. Interestingly, there was an effect of smoking on the mitochondria and the quality of the muscle, independently of COPD.

Cette étude se focalise sur la dégradation des sols organiques dans l'ouest de la Montérégie, une région vitale pour l'industrie horticole au Québec. Les pertes annuelles de sol et la baisse de productivité sont alarmantes et ont engendré plusieurs initiatives dont la création depuis 2018 de la chaire de recherche partenaire en conservation et restauration des sols organiques à l'Université Laval. La présente étude s'inscrit dans le cadre de la programmation de recherche de cette chaire et a pour objectif d'enrichir un modèle de recommandation et de suivi pour la santé des sols organiques cultivés en fournissant des données économiques. Cette étude effectue une caractérisation spatiale de la santé des sols organiques et analyse l'impact économique de l'adoption de différentes pratiques de gestion sur 144 champs. L'épaisseur de la tourbe est utilisée pour évaluer l'état de santé des sols organiques. Six scénarii (S1, S2, S3, S4, S5 et S6) sont proposés pour contrer la dégradation du sol et maintenir voire améliorer sa productivité. Les résultats montrent que la stratégie conventionnelle, jadis adoptée dans la plupart des champs, n'est pas rentable. Les scénarii S1 et S2 sont recommandés à l'échelle de la ferme, tandis que le scénario S6 est optimal à l'échelle régionale. La mise en œuvre de la stratégie de gestion optimale spatialisée S6 pourrait compenser plus de 400 millions de dollars canadiens de pertes sur 25 ans engendrées par la stratégie conventionnelle. De plus, les pratiques de gestion des sols organiques améliorent la valeur foncière. Les producteurs qui acceptent d'investir davantage dans la gestion de leurs sols organiques, outrepassant ainsi leurs pratiques conventionnelles, récolteront le fruit de leur effort à long terme. Cette recherche a une utilité directe pour le secteur agroenvironnemental et peut être appliquée dans d'autres régions confrontées à une problématique similaire. Mots clés : Sols organiques, caractérisation spatiale, pratiques de gestion, épaisseur de la tourbe, dégradation du sol, productivité, gestion optimale spatialisée, valeur foncière. / This study focuses on the degradation of organic soils in the western region of Montérégie, a vital area for the horticultural industry in Quebec. Annual soil losses and persistent declining productivity are alarming and have been subject of several initiatives, including the creation since 2018 of the Partnership Research Chair in Organic Soil Conservation and Restoration at Laval University. The present study is part of the research program of this chair and has for the objective to enrich a recommendation and monitoring model for the health of cultivated organic soils by providing economic data. This study conducts a spatial characterization of organic soil health and analyzes the economic impact of adopting various management practices on 144 fields. Peat thickness is used to assess the health status of organic soils. Six scenarios (S1, S2, S3, S4, S5, and S6) are proposed to counter soil degradation and maintain or improve productivity. The results indicate that the conventional strategy, formerly adopted in most fields, is not profitable. Scenarios S1 and S2 are recommended at the farm level, while scenario S6 is optimal at the regional level. Implementing the spatially optimized management strategy S6 could offset over 400 million Canadian dollars in losses over 25 years incurred by the conventional strategy. Furthermore, organic soil management practices enhance land value. Producers who are willing to invest more in managing their organic soils, thus surpassing their conventional practices, will reap the benefits in the long run. This research has direct relevance to agri-environmental sector and can be applied in other regions facing similar issues. Keywords: Organic soils, spatial characterization, management practices, peat thickness, soil degradation, productivity, spatially optimized management, land value.

Les processus mitochondriaux tels que la réplication et la traduction sont effectués par des complexes multiprotéiques. Par contre, le métabolisme et la voie de maturation des ARN mitochondriaux (p. ex précurseurs des ARNt et des ARNr) sont habituellement traités comme une suite de réactions catalysées par des protéines séparées. L’exécution fidèle et optimale de ces processus mitochondriaux, exige un couplage étroit nécessaire pour la canalisation des intermédiaires métaboliques. Or, les évidences en faveur de l'interconnexion postulée de ces processus cellulaires sont peu nombreuses et proviennent en grande partie des interactions protéine-protéine. Contrairement à la perception classique, nos résultats révèlent l’organisation des fonctions cellulaires telles que la transcription, la traduction, le métabolisme et la régulation en supercomplexes multifonctionnels stables, dans les mitochondries des champignons (ex Saccharomyces cerevisiae, Aspergillus nidulans et Neurospora crassa), des animaux (ex Bos taurus), des plantes (B. oleracea et Arabidopsis thaliana) et chez les bactéries (ex E. coli) à partir desquelles les mitochondries descendent. La composition de ces supercomplexes chez les champignons et les animaux est comparable à celle de levure, toutefois, chez les plantes et E. coli ils comportent des différences notables (ex, présence des enzymes spécifiques à la voie de biosynthèse des sucres et les léctines chez B. oleracea). Chez la levure, en accord avec les changements dûs à la répression catabolique du glucose, nos résultats révèlent que les supercomplexes sont dynamiques et que leur composition en protéines dépend des stimulis et de la régulation cellulaire. De plus, nous montrons que l’inactivation de la voie de biosynthèse des lipides de type II (FASII) perturbe l’assemblage et/ou la biogenèse du supercomplexe de la RNase P (responsable de la maturation en 5’ des précurseurs des ARNt), ce qui suggère que de multiples effets pléiotropiques peuvent être de nature structurale entre les protéines. Chez la levure et chez E. coli, nos études de la maturation in vitro des précurseurs des ARNt et de la protéomique révèlent l’association de la RNase P avec les enzymes de la maturation d’ARNt en 3’. En effet, la voie de maturation des pré-ARNt et des ARNr, et la dégradation des ARN mitochondriaux semblent êtres associées avec la machinerie de la traduction au sein d’un même supercomplexe multifonctionnel dans la mitochondrie de la levure. Chez E. coli, nous avons caractérisé un supercomplexe similaire qui inclut en plus de la RNase P: la PNPase, le complexe du RNA degradosome, l’ARN polymérase, quatre facteurs de transcription, neuf aminoacyl-tRNA synthétases, onze protéines ribosomiques, des chaperons et certaines protéines métaboliques. Ces résultats supposent l’association physique de la transcription, la voie de maturation et d’aminoacylation des ARNt, la dégradation des ARN. Le nombre de cas où les activités cellulaires sont fonctionnellement et structurellement associées est certainement à la hausse (ex, l’éditosome et le complexe de la glycolyse). En effet, l’organisation en supercomplexe multifonctionnel représente probablement l’unité fonctionnelle dans les cellules et les analyses de ces super-structures peuvent devenir la prochaine cible de la biologie structurale. / It is known that processes such as transcription, translation and intron splicing require a multitude of proteins (plus a few non-protein components) organized in large ‘molecular machines’. But, according to traditional views, processing of RNA precursors (e.g., tRNA and rRNA) and metabolic pathways are pools of individual enzymes (single proteins or small complexes), with sequential enzymatic reaction steps connected via diffusible metabolites. This perception is incompatible with the ‘molecular crowding’ in most cellular compartments (e.g., 60% in the mitochondrial matrix). It is also not in line with the cumulating indirect evidence from comprehensive studies of protein-protein interactions and affinity purification, showing that numerous protein complexes involving different metabolic and regulatory processes are interconnected. However, direct evidence of extensive cross-talk among diverse cellular processes remains to be clearly demonstrated. Here we show that in mitochondria of yeast and other fungi (Neurospora crassa and Rhizopus oryzae), animal (Bos taurus), plant (Brassica oleracea), and in E. coli (standing for the “bacterial ancestor” of mitochondria), metabolism is physically interlinked (in supercomplexes) with translation, replication, transcription and RNA processing. Further, the supercomplexes also contain a variety of helper proteins, in support of earlier reports that describe such proteins as important structural units assisting complex assembly. Whereas the composition of supercomplexes in fungi (e.g., Neurospora crassa), animals and yeast is relatively similar, plants and E. coli present substantial compositional differences (e.g., plant-specific enzymes involved in the biosynthesis of sugars and secondary metabolites). In yeast, the supercomplex pattern of glucose-repressed cells is completely different from that of cells grown on galactose/glycerol, and the protein composition perfectly correlates with known regulatory changes under glucose repression. The destabilization of the complex organization is also illustrated by the deletion of genes in the mitochondrial fatty acid type II biosynthetic pathway (mutant strain oar1Δ). Mutants have both, a defect in fatty acid synthesis and in 5’ processing of mitochondrial tRNA, and no longer have a supercomplex containing Oar1p and components of RNase P (5’ tRNA processing). The pleiotropic mutant phenotype is best explained by a structural (assembly) defect. Also in yeast mitochondria, we demonstrate that RNase P and tRNA Z activities are part of a large complex, which further includes the RNA degradosome complex, five additional RNA processing proteins, and several other mitochondrial pathways. 5’ and 3’ tRNA processing enzymes are also associated in a large, multifunctional supercomplex in E. coli that includes six out of the seven proteins of the RNA degradosome, nine aminoacyl-tRNA synthases, RNA polymerase plus four transcription factors, eleven ribosomal proteins plus four translation factors, several components of protein folding and maturation, and a small set of metabolic enzymes. Apparently, not only is RNA processing coordinated, but it is also structurally connected to aminoacylation, transcription and other cellular functions. The number of documented cases where functionally related activities are structurally integrated is definitely increasing (e.g., editosome, glycolysis complex, etc). Indeed, structural integration of related functions and pathways may turn out to be a principle and the analyses of such super-structures may become a next structural biology frontier.