Ce travail a porté sur l'étude théorique de modèles d'ADN, afin de mieux caractériser le processus de dénaturation thermique. Nous avons proposé trois modèles d'ADN basés sur des énergies d'empilement finies et dépendantes de la séquence, qui reproduisent très bien les résultats expérimentaux. Nous avons ensuite étudié l'amplification des fluctuations de température de l'ADN à la dissociation et mis en évidence une dépendance en 1/f du spectre des fluctuations. Nous avons également effectué une étude complète du comportement critique des modèles d'ADN à la limite thermodynamique : nous avons calculé les exposants critiques, démontré quantitativement la discontinuité de la transition et montré que deux lois d'échelle sur quatre ne sont pas vérifiées. Enfin, nous avons analysé les effets de finitude de taille sur la dénaturation de l'ADN et testé les hypothèses de la théorie de finite size scaling. Les études en cours portent sur l'effet du désordre sur la transition de dénaturation.

L'exposition à la chaleur, notamment lors d'incendies est particulièrement dévastatrice et dans le cas d'objets du patrimoine elle entraine la destruction de tout ou partie de ces témoins du passé. Notre étude porte sur les effets de la chaleur sur le cuir, matériau largement présent dans les collections patrimoniales.A ce jour, aucune méthode de restauration permettant d'inverser les effets de la chaleur n'a été développée. Le premier objectif de notre étude est d'évaluer les effets d'une exposition à une chaleur sèche par une caractérisation systématique d'échantillons avant et après exposition à la chaleur. Des échantillons modèles, issus d'une même peau de veau de tannage végétal connu, ont été utilisés et caractérisés à différentes échelles structurales par un large ensemble de techniques physico-chimiques et biochimiques avant et après chauffage.Au-delà du brunissement et de la rétraction visible du cuir, la chaleur induit de nombreuses altérations au niveau de la structure du matériau, notamment, une perte de masse, une fonte des structures cristallines, une augmentation de l'hydrophobie ainsi qu'une rigidification. Une partie de ces changements sont attribués à l'agrégation protéique mise en évidence par cette recherche.Le second objectif était de développer une méthode de restauration innovante basée sur l'utilisation de molécules biologiques afin de respecter la nature de l'objet. Des enzymes de type protéase, capables de rompre les agrégats protéiques ont été utilisées. Un des défis est d'apporter suffisamment d'eau, nécessaire pour l'activité de l'enzyme, sans mouiller le cuir pour éviter tout dommage supplémentaire. Plusieurs supports d'application de la protéase ont été testés. Avec une émulsion enzymatique les résultats obtenus ne mettent en évidence ni coloration, ni rétraction et dans certains cas un gain de souplesse est observé. Des résultats encourageants ont également été obtenus dans le cas d'un cuir de veau historique (XIXe siècle). Des mesures complémentaires ont fait attribuer ces propriétés principalement à l'émulsion elle-même, cependant des mesures à plus long terme semblent mettre en évidence un effet positif de l'enzyme sur le gain de souplesse. Sous réserve de nouvelles caractérisations à des temps plus longs, le traitement élaboré pourrait constituer un nouveau support de restauration par voie biologique.Mots clefs : cuir - dénaturation thermique – agrégation protéique – bio-restauration – protéases / Heat, induced by fire, is particularly devastating for cultural heritage objects as it causes the destruction of all or part of these witnesses of the past. In this study, we focused on leather, a material largely present in heritage collections. Until now, no restoration method has been developed to treat the damaging effects of heat.The first aim of our study was to evaluate the effects of dry heat on leather samples through a systematic characterization. Model samples from a calf skin vegetable tanned in known conditions were used and the consequences of heat exposure was characterized at different structural scales using a range of physical, chemical and biochemical methods.Besides the visible browning and shrinkage of leather, heat induces many changes including a loss of mass, the melt of the crystalline regions, an increase in both hydrophobicity and rigidity. Some of these changes result from the protein aggregation induced by exposure to heat and evidenced by our research.Our second goal was to develop an innovative restoration method based on the use of biological molecules in order to respect the nature of the object. Enzymes such as proteases, able to hydrolyze protein aggregates, were used. One of the challenges was to provide the water necessary for the enzyme activity without wetting the leather surface in order to avoid further damage of the leather. Several enzyme supports were tested. The use of an enzymatic emulsion reveals neither darkening nor retraction and in some cases a flexibility gain is observed. Encouraging results were also obtained in the case of an ancient book cover made from calfskin and dated from the nineteenth century. Additional measurements lead to attribute its effect mainly to the emulsion itself, however longer-term measurements appear to show a positive effect of the enzyme on the flexibility gain. Although further characterizations on the long term are required, the treatment may constitute a new support for leather bio-restoration.Keywords: leather – thermal denaturation – protein aggregation – bio-restoration - proteases

L'amélioration de la qualité nutritionnelle des produits carnés cuits nécessite une meilleure compréhension des changements physicochimiques des protéines induits au chauffage. Ce travail porte sur l'analyse des mécanismes à l'origine des changements d'état des protéines afin de développer un modèle stoechio-cinétique de prédiction de l'effet de la composition et de la température sur ces changements. Un modèle expérimental, représentant l'environnement physicochimique du tissu musculaire (pH et force ionique), a permis de quantifier l'incidence spécifique de la chaleur, de la composition en fibres, en oxydants (fer, peroxyde d'hydrogène et vitamine C) et en antioxydants (enzymatiques, vitaminique et peptidique) sur l'oxydation, la dénaturation thermique et l'agrégation des protéines. Le modèle stoechio-cinétique est constitué de 43 réactions, représentant l'ensemble des phénomènes mis en jeu dans le modèle expérimental : chimie de Fenton, attaques radicalaires des acides aminés et dénaturation thermique. La résolution du système d'équations différentielles permet de calculer les concentrations des composés au cours du chauffage ; 3 constantes de vitesse inconnues ont été ajustées à partir des cinétiques expérimentales. Les résultats expérimentaux montrent : (1) un effet synergique des oxydants et du chauffage sur les oxydations, (2) une incidence négligeable des oxydants sur la dénaturation thermique et l'agrégation, (3) une sensibilité accrue des protéines de fibres α-white aux oxydations et à la dénaturation thermique par rapport à celles de fibres β-red et (4) un important effet de la nature des oxydants et des antioxydants sur les taux d'oxydation. Les prédictions du modèle stoechio-cinétique permettent de reproduire les tendances expérimentales. En partant de cette base, les modèles expérimentaux et mathématiques pourront être complexifiés progressivement pour avoir un outil prédictif de la qualité nutritionnelle des viandes cuites. / Improving the nutritional quality of cooked meat products needs a better understanding of protein physicochemical changes induced by heating. This study aims to analyse the mechanisms responsible to protein state changes, in the goal to develop a predictive stoichio-kinetic model of effect of composition and temperature on these changes. An experimental model which represent the physicochemical environment of meat tissue (pH and ionic strength) allowed to quantify the specific effect of heating, composition in fibres, in oxidants (iron, hydrogen peroxide and vitamin C) and in antioxidants (enzymes, vitamins and peptides) on oxidations, thermal denaturation (hydrophobicity) and aggregation of proteins. The stoichio-kinetic model is composed of 43 reactions which represent all phenomenon involved in the experimental model : Fenton chemistry, radical attack on amino acids and thermal denaturation. A system of differential equation solver allows to determine the concentration of compounds during heating ; 3 unknown rate constants were adjusted with experimental kinetics. Experimental results show : (1) a synergistic effect of oxidants and heating on protein oxidation, (2) a negligible impact of oxidants on thermal denaturation and aggregation (3) a significant higher sensitivity to oxidation and thermal denaturation of protein from α-white than those from β-red, (4) an important effect of the composition in oxidants and antioxidants on the protein oxidation levels. Stoichio-kinetic model predictions reproduce experimental tendencies. From this base, experimental and stoichio-kinetic models could be progressively complexified to obtain a predictive tool of nutritional quality of meat.

La majorité des études structurales sur l’ADN avaient été réalisées par diffraction sur des fibres tandis que ses propriétés dynamiques thermiques avaient été étudiées en solution. Lorsque la double hélice d’ADN est chauffée elle présente des séparations locales des deux brins, dont la taille augmente avec la température jusqu’à la séparation complète des brins. Ce travail étudie différents aspects de ce phénomène. Les expériences présentées dans cette thèse ont été réalisées sur des films formés de fibres orientées d’ADN préparés par la méthode du ”filage humide“. La préparation et la caractérisation des échantillons en deux formes A et B de l’ADN ont constitué une partie importante de la recherche. Une méthode pour éliminer la contamination résiduelle de la forme B dans les échantillons de forme A a été mise au point. La bonne orientation des molécules d’ADN dans les échantillons nous a permis d’étudier les fluctuations dynamiques et la transition de dénaturation thermique de l’ADN par diffraction de neutrons, sensibles à la longueur de corrélation statique le long de la molécule en fonction de la température. La transition a été étudiée pour les formes A et B pour déterminer comment elle dépend de la conformation. De plus, après la première dénaturation thermique, les films d’ADN présentent un comportement typique d’un verre. Leur relaxation thermique a été étudiée par calorimétrie. La diffusion inélastique de neutrons et de rayons X (INS et IXS) avaient été utilisées antérieurement pour mesurer les phonons longitudinaux dans des fibres d’ADN, avec des désaccords entre les résultats. Des mesures INS récentes, complétées par des simulations, avaient été cruciales pour comprendre les différentes courbes de dispersion observées. Nous avons mené des expériences INS et IXS pour poursuivre cette analyse. Des tentatives pour observer les mouvements transversaux associés à la dénaturation thermique de l’ADN, jamais observés expérimentalement, ont également été faites. / The majority of structural studies on DNA have been carried out using fibre diffraction, while studies of its dynamics and thermal behaviour have been mainly performed in solution. When the DNA double helix is heated, it exhibits local separation of the two strands that grow in size with temperature and lead to their complete separation. This work has investigated various aspects of this phenomenon. The experiments reported in this thesis were carried out on films of oriented fibres of DNA prepared with the Wet Spinning Apparatus. Thus, sample preparation and characterisation are essential parts of the research. The structures of two forms of DNA, A and B, have been explored as a function of relative humidity at fixed ionic conditions. A method to eliminate traces of ever-present B-form contamination in A-form samples was established. The high orientation of the DNA molecules within the samples allowed us to investigate dynamical fluctuations and the melting transition of DNA using neutron scattering, which can provide the spatial information crucial to understand a phase transition, probing the static correlation length along the molecule as a function of temperature. The transition has been investigated for A and B-forms in order to understand its dependence on molecular configuration.Furthermore, after the first melting, denatured DNA films show typical glass behaviour. Their thermal relaxation has been explored using calorimetry.Neutron and X-ray inelastic scattering (INS and IXS) were used in the past to measure longitudinal phonons in fibre DNA, and the results shown disagreement. Recent INS measurements supported with phonon simulations have been crucial to understand the different dispersion curves reported to date. Experiments using INS and IXS have been carried out to continue with this investigation. Attempts to observe the transverse fluctuations associated to the thermal denaturing of DNA, never experimentally investigated before, have been made.