La spintronique antiferromagnétique est un domaine de recherche émergent dans le secteur des technologies de l'information. Ce domaine exploite la combinaison unique de propriétés dans les matériaux antiferromagnétiques. Leur grande fréquence d'excitation, leur robustesse face à des champs extérieurs, une aimantation totale nulle et la possibilité de générer de forts effets de magnéto-transport les rendent particulièrement intéressants. Le transfert de spin, le couplage spin-orbite et les effets caloritroniques constituent les phénomènes qui ont façonné une grande partie de la recherche et des développements récents en spintronique. Dans cette thèse, nous avons étudié les effets de transfert et de pompage de spin dans des antiferromagnétiques métalliques et isolants au moyen de la technique de résonance ferromagnétique, dans des tricouches du type injecteur de spin ferromagnétique - NiFe, CoFeB / (conducteur de spin - Cu / absorbeur de spin antiferromagnétique - IrMn, NiFeOx, NiO. Les mesures de la dépendance en température de la relaxation ferromagnétique ont révélé un nouvel effet de pompage de spin associé aux fluctuations linéaires lors de la transition de phase magnétique de l'antiferromagnétique, quel que soit l'état électronique et la nature du transport de spin. Cela ouvre de nouvelles voies pour un pompage de spin plus efficace, tout en fournissant une méthode polyvalente pour mesurer la température critique des films ultra-minces à aimantation totale nulle. Dans le but de mesurer à la fois les fluctuations de spin linéaires et non linéaires dans l'antiferromagnétique, nous avons effectué des mesures électriques dans une configuration de mesure du type ‘spin Hall’. Une dépendance en température non-monotone inédite de la tension dc transverse a parfois été observée. Elle est principalement associée aux propriétés d’un ferromagnétique spécifique: le Permalloy, sans rapport avec les effets de rectification de spin. Ces résultats s'ajoutent à une littérature croissante sur l'absorption d’un courant de spin, soulignant la capacité des ferromagnétiques à agir comme détecteurs de courant de spin émis à la suite de phénomènes impliquant une dynamique d’aimantation. Finalement, nous avons utilisé le couplage d'échange pour étudier et ensuite façonner les propriétés magnétiques et électriques de plusieurs antiferromagnétiques destinés à diverses applications spintroniques, y compris la lecture par magnétorésistance tunnel anisotrope. / Antiferromagnetic spintronics is an emerging research field in the area of information technology that exploits the unique combination of properties of antiferromagnets. It is their high excitation frequency, robustness against external fields, zero net magnetization and possibility of generating large magneto-transport effects that makes them so interesting. Spin transfer, spin-orbit coupling and spin caloritronics constitute the phenomena that have shaped much of the recent research and development towards pure antiferromagnetic spintronics. Here we investigate spin transfer torque and spin pumping in both metallic and insulating antiferromagnets by means of ferromagnetic resonance technique, in ferromagnetic spin injector – NiFe, CoFeB / (spin conductor – Cu) / antiferromagnetic spin sink – IrMn, NiFeOx, NiO trilayers. Temperature dependence measurements of the ferromagnetic relaxation revealed a novel spin pumping effect associated to the linear fluctuations at the magnetic phase transition of the antiferromagnet, regardless its electronic state and the nature of the spin transport. This opens new ways towards more efficient spin pumping, while providing at the same time a versatile method to probe the critical temperature of ultrathin films with zero net magnetization. Next, in an effort to probe linear as well as non-linear fluctuations in the antiferromagnet we conducted electrical measurements in spin Hall geometry. A novel non-monotonous temperature dependence of transverse dc voltage was sometimes observed, mostly associated to the properties of a specific ferromagnet: Permalloy, unrelated to spin rectification effects. These findings add to a growing body of literature on spin current absorption, highlighting the ability of ferromagnets to act as spin current detectors, in phenomena involving magnetization dynamics. Finally, we used exchange bias to investigate and subsequently engineer the magnetic and electric properties of various antiferromagnets intended for diverse spintronic applications including reading via tunneling anisotropic magnetoresistance.

Le fer est un élément essentiel à la vie car il possède un rôle clé dans de nombreux processus biologiques.Malgré son abondance au niveau de la croûte terrestre, le fer est très faiblement biodisponible. Pour contourner ce problème, la majorité des micro-organismes a développé différents systèmes particulièrement efficaces pour l’acquisition de cet élément. Le mécanisme le plus répandu implique la production et la sécrétion de petites molécules chélatrices ayant une forte affinité pour le fer. Après sécrétion dans le milieu extracellulaire, ces composés chélatent le Fe3+ et le transportent ensuite au travers de la membrane externe via des transporteurs TonB-dépendants (TBDT). Durant cette thèse, nous avons mis en place un protocoleefficace permettant d’aller rapidement du clonage à la cristallisation de ces cibles afin d’étudier la structure tridimensionnelle de cette famille de protéines. Ainsi, nous avons pu résoudre et étudier la structure de plusieurs TBDT, de bactéries Gram-négatives. Ainsi nous avons mis en évidence un mouvement du domaine de signalisation en présence du ligand, proposé un mécanisme de transporteur de la molécule d’hème par le système shu chez Shigella dysenteriae. Chez les bactéries du genre Pseudomonas, nous avons élucidé et caractérisé au niveau structural les mystères de l’énantiosélectivité des pyochélines. En parallèle, nous nous sommes intéressé au devenir du ferri-sidérophore au niveau du périplasme, chez P. aeruginosa, ainsi qu’au transport du fer au travers de la membrane interne grâce à un transporteur ABC FpvCDEF ayant laparticularité de posséder deux protéines périplasmiques associées capables d’interagir avec le sidérophore. / Iron is essential for life because it has a key role in many biological processes. Despite its abundance in the earth's crust, iron is poorly bioavailable. To circumvent this problem, most micro-organisms have developed different systems particularly effective for the acquisition of this element. The most common mechanism involves the production and secretion of small chelating molecules having high affinity for iron. After secretion into the extracellular medium, these compounds chelate and transport ferric iron through the outer membrane via TonB-dependent transporters (TBDTs). In this thesis, we have developed an efficient protocol to easily go from cloning to crystallization of these targets and then studied the three-dimensional structure of this protein family. Thus, we were able to solve and study the structure of several TBDT of Gram-negative bacteria. We have identified a movement of the signaling domain in the presence of ligand. We proposed a mechanism for heme translocation through the shu system, in Shigella dysenteriae. In Pseudomonas species, we elucidated and characterized at the structural level the mysteries of the pyochelin enantioselectivity. In Pseudomonas aeruginosa, we studied the ferri-siderophore become in the periplasmic space, as well as iron transport across the inner membrane by an ABC transporter, named FpvCDEF, with the particularity of having two periplasmic proteins associated able to interact with the siderophore.

Afin d’étudier la fonction de TFF1 (Trefoil Factor 1) dans les cancers du sein, de grandes quantités de TFF1 recombinant semblable au TFF1 humain physiologique sont indispensables.Parmi différents systèmes de production étudiés, seul TFF1 recombinant produit dans E.Coli s’est avéré avoir le bon poids moléculaire et être fonctionnel. En effet, la présence de TFF1 produit dans E.Coli a permis d’augmenter la capacité migratoire des cellules épithéliales mammaires MCF10A de 70 % au cours d’un test de reconstitution in vitro.L’étude de l’hétérodimère TFF1-GKN2 (GKN: Gastrokine2) , précédemment mis en évidence dans l’estomac humain sain, suggère que sa formation est peu spécifique. De plus, la co-exprimant TFF1 et GKN2 dans les cellules gastriques n’a pas d’impact, ni sur la prolifération, ni sur la migration cellulaire.En conclusion, seul le système d’expression bactérien permet l’obtention de TFF1 recombinant fonctionnel. Une formation et une éventuelle fonction de l’hétérodimère TFF1-GKN2 semblent peu probables. / In order to study the function of TFF1 (Trefoil Factor 1) in breast cancer, important quantities of recombinant physiologic-like TFF1 peptide is required.Among several production system studied, only E. coli produced TFF1 has a molecular weight identical to the physiological one and is active. Indeed, when compared to the negative control, recombinant TFF1 peptide produced in E. coli can increase the migratory capabilities of MCF10A (mammary epithelial cells) cells by 70% in a wound healing assay.The study of the heterodimer TFF1-GKN2 (GKN: Gastrokine2) , previously shown to form in healthy human stomach, suggest that its formation is not specific. Furthermore the co-expression of TFF1 and GKN2 in gastric cell lines did not impact migration nor proliferation of these cells.In conclusion, only the bacterial expression system (E. coli) has allowed us to obtain functional recombinant TFF1. The specific formation of TFF1-GKN2 heterodimer in vitro seems to be very weak.

Au cours des dernières années, l'intérêt pour les complexes métalliques à ligand nitrosyle n'a pas cessé de croître dans les communautés pharmaceutique, chimique et en science des matériaux. Cet intérêt s'explique par leurs uniques propriétés physico-chimiques, plus concrètement par leur réponse aux perturbations lumineuses. Sous irradiation, ces composés sont capables de libérer NO, molécule qui a un rôle important dans le système vasculaire, ainsi que dans d'autres systèmes physiologiques importants. Ce n'est donc pas surprenant que de telles molécules aient attiré l'attention de la communauté médicale par sa potentielle application dans le traitement par photothérapie dynamique de plusieurs maladies tel que le cancer. La libération d'oxyde nitrique peut aussi être contrôlée par des réactions redox sans aucune perturbation électromagnétique. La réduction de la partie M-NO peut déclencher le départ de NO. En effet, les molécules qui présentent des bandes de transfert de charge depuis un ligand vers la partie M-NO dans leurs spectres d'absorption UV-Vis ont des rendements quantiques de photolibération plus élevés que celles qui n'en présentent pas. Ces transferts de charge peuvent être considérés comme une réduction de la partie M-NO. Une autre propriété extraordinaire de ces complexes métalliques à ligand nitrosyle est leur réponse photochromique à l'irradiation électromagnétique. Dans un cristal, le changement de couleur est dû à un réarrangement du ligand NO entre sa forme nitrosyle (lié par l'azote) et sa forme isonitrosyle (lié par l'oxygène). Avec la longueur d'onde appropriée, le sens de la photoisomérisation d'enchainement (aller et retour) peut être contrôlé. Cette caractéristique est vraiment intéressante pour la conception des nouveaux dispositifs optiques de stockage massif. Un des objectifs fondamentaux de cette thèse concerne la modélisation des mécanismes de réactions qui décrivent les phénomènes de photoisomérisation et photolibération de NO dans les complexes de ruthénium à ligand nitrosyle. Pour éclaircir la nature de ces processus, une caractérisation complète des structures électroniques ainsi que des surfaces d'énergie potentielle de l'état fondamental et des états excités de plus basse énergie est nécessaire. Des calculs réalisés avec la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité ont permis de rationaliser le mécanisme de photoisomérisation d'enchainement du trans-[RuCl(NO)(py)4]2+, un complexe qui permet d'obtenir un taux de photoconversion (ca. 100%) parmi les plus élevés dans cette famille de complexes. La caractérisation de l'état fondamental singulet et de l'état excité triplet de plus basse énergie ainsi que l'identification de plusieurs croisements ont permis d'établir un mécanisme séquentiel à deux photons, avec un intermédiaire métastable d'hapticité deux. / Over the last few decades, metal-nitrosyl complexes have gained an ever-growing interest among the pharmaceutical, chemical and material-science communities. This interest arises from their unique physicochemical properties, namely their response to light perturbation. Upon light irradiation, these compounds are able to release the nitric oxide radical, a signaling molecule in the vascular and other important physiological systems. It comes as no surprise that molecules with such properties have drawn the attention of the medical community for its potential use in photodynamic therapy treatment of several diseases such as cancer. This liability of nitric oxide can also be controlled with purely chemical redox reactions, with no electromagnetic perturbations. Reduction of the metal-nitrosyl moiety may trigger the cleavage of NO. Indeed, molecules that show charge transfer bands from a ligand to the metal-nitrosyl moiety in their UV-Vis absorption spectra afford photorelease quantum yields orders of magnitude larger than those who do not. This charge transfer may be considered as a M-NO reduction. Another important property shown by these metal-nitrosyl complexes is their extraordinary photochromic response to electromagnetic irradiation. In solid crystals, the changing color is due to a rearrangement of the NO ligand, going back and forth from the nitrosyl (N-bound) to the isonitrosyl (O-bound) forms. With the appropriate wavelength, the direction of the photoinduced linkage isomerization (forward and backwards) can be controlled. This feature is very appealing for the design of new high-capacity optical storage devices. One of the main goals of this PhD is to unravel the photochemical mechanisms behind both the photoisomerization and the photorelease phenomena of ruthenium-nitrosyl complexes. In order to shed some light into these processes, a full characterization of the electronic structures and potential energy surfaces of the ground and lowest excited states is required. Density Functional Theory calculations have proven to be suitable for the rationalization of the full photoinduced linkage isomerization mechanism of the trans-[RuCl(NO)(py)4]2+ molecule, a complex that yields one of the highest photoconversion rates (ca. 100%) observed among this family of complexes. The full characterization of the singlet ground state and of the lowest triplet excited state, as well as the identification of multiple crossings, allowed the establishment of the sequential two-photon absorption mechanism, involving a sideways-bonded metastable state. This predicted mechanistic picture has been confirmed by very recent experimental data.

Les oestrogènes peuvent favoriser la croissance, la promotion et la progression des cancers hormono-dépendants tels que le cancer du sein, de la prostate et des ovaires. Certains métabolites secondaires de plantes constituent une source importante de phyto-œstrogènes, capables de réduire le risque du cancer en antagonisant les fonctions des hormones. La férutinine (FRT), est une phyto-œstrogène biologiquement active extraite des racines de Ferula hermonis, espèce endémique du Liban. Plusieurs études ont été menées sur l'activité œstrogénique et anticancéreuse de la FRT, cependant son activité cytotoxique sur les lignées de cancer œstrogéno-dépendantes n'a pas été élucidée. La FRT est connue pour son effet agoniste vis-à-vis des récepteurs aux œstrogènes a (REa) et agoniste/antagoniste vis-à-vis des REß. Dans un premier temps, la production de la FRT a été optimisée par une hémisynthèse à partir de l'hydrolyse basique de l'extrait brut. Son activité anticancéreuse sur des lignées du sein MCF-7 (REa+, REß+) et MDA-MB-231(REa-, REß-), de la prostate PC-3 (REa+,REß+), DU 145 (REa-, REß+) et 22Rv1 (REa-, REß-) et des ovaires OVCAR-3 (REa+, REß+), SKOV-3 (REa muté, REß+) et IGROV-1 (REa-, REß-) a été testée. Un effet biphasique a été observé sur la prolifération des cellules du carcinome mammaire MCF-7, où son activité proliférative a été corrélée avec la stimulation des REs. La FRT est capable à des concentrations élevées d'inhiber la prolifération des lignées cellulaires cancéreuses et d'induire un arrêt du cycle cellulaire au niveau de la phase pré G0/G1 agissant ainsi via un mécanisme pro-apoptotique. L'efficacité de la férutinine réside dans son pouvoir à cibler spécifiquement les cellules souches/progénitrices cancéreuses chez les lignées cellulaires étudiées qui sont à la base de la réémission tumorale. Cependant, son activité antiproliférative est considérée moyenne puisqu'elle ne peut pas déclencher à des faibles concentrations une activité pure antagoniste des œstrogènes. Les travaux de thèse se sont ensuite focalisés sur la synthèse de composés analogues de la FRT en conservant sa structure indispensable à son activité. Nous avons élaboré un filtre in silico de chimiothèques d'antagonistes potentiels des REs. Ce nouvel outil d'arrimage moléculaire a guidé la synthèse des analogues de la FRT en améliorant leur fixation en position antagoniste dans le site de liaison des REs. L'arrimage moléculaire de la férutinine dans le site actif des REs a confirmé structuralement sa double compétence œstrogénique (agoniste/antagoniste) observée in vitro. Une douzaine d'analogues de la FRT a été synthétisée et testée pour son pouvoir antiprolifératif sur les lignées cancéreuses considérées. Des résultats prometteurs ont été obtenus notamment pour trois analogues sur les lignées cancéreuses mammaires (3c' et 2c'), prostatiques (2c') et ovariennes (3b). Ces composés ont montré une sélectivité vis-à-vis des lignés cancéreuses. Ces analogues constitueront alors des candidats pour une éventuelle plateforme de développement d'agents anticancéreux. / Estrogens are key regulators of cell growth in hormone-dependent cancers such as breast, prostate and ovarian. Phyto-estrogens are a diverse group of plant-derived compounds, exhibiting potential benefits for chemoprevention by antagonizing the function of estrogens. Ferutinin (FRT) is the main active phyto-chemical extracted from the endemic plant of Lebanon, Ferula hermonis. Several studies were conducted on the estrogenic and anti-proliferative activities of FRT; nevertheless, its cytotoxic activity against estrogen-dependent cancers is not yet elucidated. FRT has been reported as agonist to estrogen receptor a (ERa) and agonist/antagonist to ERß. FRT production was first optimized by hemi-synthesis from basic hydrolysate of crude root extract. The anticancer properties of FRT was assessed against breast (MCF-7, MDA-MB-231), prostate (PC-3, DU 145, 22Rv1) and ovarian (OVCAR-3, SKOV-3, and IGROV-1) cancer cell lines. A biphasic effect was observed on the proliferation of mammary MCF-7 cell line, where the proliferative activity was correlated to ER stimulation. FRT inhibited the proliferation of all studied cell lines at high concentrations and induced a pre G0/G1 cell cycle arrest via a pro-apoptotic mechanism of action. FRT targeted the enriched population of cancer stem cells/progenitors which is responsible for tumor reemission. However, its antiproliferative activity is considered weak since it cannot trigger at low concentrations pure estrogen antagonistic activity. This project emphasizes next on the synthesis of FRT analogues by preserving its active structure. We have created an in silico filter of chemical compounds that might act as potential antagonists to ERs. This novel molecular docking tool was used to design FRT derivatives by enhancing their antagonist position inside the binding cavity of ERs. Docking results of FRT in the binding site of ERs confirmed structurally the dual potency that exerts this molecule (agonist/antagonist) in vitro. A list of FRT analogues were synthesized and tested for their anti-proliferative activity against the studied cell lines. Promising results were obtained with three ferutinin analogues on the proliferation of breast (3c' and 2c'), prostate (2c') and ovarian (3b) cancer cell lines. These compounds were also shown to be more selective to cancer cell lines. The cytotoxic properties of these analogues suggest that they could be promoted as potential candidates for useful anticancer therapy.

Lors des efflorescences de micro-algues productrices de toxines paralysantes (PST), les bivalves filtreurs peuvent bioaccumuler une grande quantité de toxines et devenir à leur tour toxiques, notamment pour l’homme. La quantité de toxines PST accumulée d’un individu à l’autre s’avère être très variable au sein même d’une population de bivalves. Ainsi, dans nos conditions expérimentales, la quantité de PST accumulées par des huîtres creuses, Crassostrea gigas, d’un même lot, exposées au dinoflagellé toxique Alexandrium minutum, variait d’un facteur 450. L’origine de cette variabilité est inconnue jusqu’alors mais l’une des hypothèses pour l’expliquer serait l’existence de plusieurs formes de canaux sodium voltage-dépendant (NaV), cible des PST, qui confèreraient aux bivalves des sensibilités différentes aux PST. L’objectif principal de cette thèse était de comprendre s’il existe une sensibilité individuelle aux PST différente entre les huîtres et si cette variabilité pouvait être due à des formes différentes de NaV.Une première partie a permis de caractériser le NaV chez C. gigas par une approche de biologie moléculaire. Deux gènes NaV ont été mis en évidence chez C. gigas : CgNaV1, codant un canal sodium et CgNaV2 codant un canal potentiellement sélectif du sodium et du calcium. L’épissage alternatif de CgNaV1 produits trois variants (A, B et C) avec des profils d’expression différents : au niveau des jonctions neuromusculaires pour CgNaV1A, dans les cellules nerveuses pour CgNaV1B et dans les deux pour CgNaV1C. L'acide aminé Q, observé dans le site de liaison aux PST (domaine II) de la séquence CgNaV1 pour les 3 variants et chez tous les individus des 4 populations étudiées, pourrait conférer aux huîtres une certaine résistance aux PST. Ainsi, les variants issus du génotypage/épissage de CgNaV1 ne seraient donc pas le point déterminant du niveau de bioaccumulation des huîtres.Une deuxième partie a permis d’étudier la sensibilité aux PST des nerfs de l’huître creuse C.gigas en relation avec l’accumulation de PST par une approche d’électrophysiologie. La sensibilité à la STX des nerfs cérébroviscéraux d'huîtres a été évaluée en étudiant leur potentiel d'action (CNAP).Il a été montré que les nerfs de C. gigas possédaient une sensibilité à la STX de l’ordre du micromolaire, ce qui leur confère une sensibilité intermédiaire parmi les bivalves. Cette sensibilité des nerfs peut varier selon la période à laquelle les huîtres ont été prélevées et potentiellement selon leur condition physiologique. Une pré-exposition des huîtres à A. minutum semble augmenter la résistance des nerfs à la STX. Cependant, aucune corrélation significative n'a été observée entre la sensibilité nerveuse à la STX et la charge en PST dans la glande digestive des huîtres.Il apparait donc que la variabilité de l’accumulation des PST par les huîtres résulterait plutôt d’une plasticité physiologique, en terme de filtration, d’ingestion et d’assimilation, que d’une sensibilité différentielle des NaV. / During bloom of microalgae producing paralytic shellfish toxins (PST), filtering bivalves can bio-accumulate a large quantity of toxins and become toxic for human consumption. The amount of accumulated PST can greatly vary from one individual to another within a bivalve population. Indeed, under our experimental conditions, the amount of accumulated PST by Pacific oysters, Crassostrea gigas, exposed to the toxic dinoflagellate Alexandrium minutum, varied by a factor of 450. To explain such variability we hypothesized the existence of several forms of voltage-gated sodium channel (NaV), target of the PST, resulting in different sensitivities to PST. The main objective of this thesis was to understand whether there are relationships between nerve sensitivity to PST, the different forms of NaV and the amount of accumulated PST.The NaV was first characterized in C. gigas by a molecular biology approach. Two NaV genes were reported in C. gigas: CgNaV1, encoding a sodium channel and CgNaV2 encoding a channel potentially selective for sodium and calcium. Alternative splicing of CgNaV1 produced three variants (A, B and C) with different expression profiles: at the neuromuscular junctions for CgNaV1A, in the nerve cells for CgNaV1B and in both for CgNaV1C. The amino acid Q observed in the binding site of PST (domain II), of the sequence CgNaV1 for the 3 variants and in all individuals from the 4 studied populations possibly provide some PST resistance to oysters. Thus, the variants resulting from the genotyping/splicing of CgNaV1 would not therefore be the determining factor of the level of bioaccumulation in oysters.A second part allowed studying the nerve sensitivity to PST of C. gigas oyster in relation to the accumulation of PST by an electrophysiology approach. The sensitivity to saxitoxin (STX, a PST) of the cerebro-visceral nerves from oysters was assessed by studying their action potential (CNAP). C.gigas nerves have been shown to have sensitivity to STX of the micromolar range, which gives them intermediate sensitivity among bivalves. This nerve sensitivity may vary depending on the period at which the oysters were collected and potentially according to their physiological condition. A preexposure of oysters to A. minutum appears to increase nerve resistance to STX. However, there was no significant correlation between STX nerve sensitivity and PST content in the oyster digestive gland.Overall, it appears that the variability of the PST accumulation by oysters would result rather from a physiological plasticity, in terms of filtration, ingestion and assimilation, than from a differential sensitivity of the NaV.

La polarisation du courant de spin dans un dispositif spintronique est à l'origine des effets magnéto-résistifs qui définissent ses propriétés fonctionnelles. En général, pour polariser un courant d'électrons, celui-ci traverse soit une couche ferromagnétique métallique, soit une barrière d'oxyde magnétique. Dans le cadre de cette thèse, nous avons abordé les deux alternatives. Dans une première étape, des couches d'oxyde magnétique dilué de type TiO2 :Co ont été élaborées par pulvérisation cathodique. Leurs propriétés structurales, morphologiques et magnétiques ont été étudiées afin d'optimiser leur potentiel d'intégration dans une structure complexe de type filtre à spin. Dans une deuxième étape, nous avons réalisé et étudié des jonctions tunnel magnétiques monocristalline à base d'alliage full-Heusler Co2FeAl (qui ont une polarisation théorique de 100%) et de barrière tunnel de MgO(001). Par une étude parallèle cristallographique et magnétique, nous avons démontré la corrélation directe entre l'anisotropie structurale et les anisotropies magnétiques des couches minces d'alliage Co2FeAl. En utilisant ces couches comme des électrodes magnétiques, nous avons élaboré, micro-structuré et étudié des jonctions tunnel magnétiques cristallines. Notre analyse a démontré que le transport tunnel polarisé en spin et la qualité de la demi-métallicité de l'alliage présentent une forte dépendance du grade de cristallinité du système. Au-delà des aspects purement expérimentaux, cette thèse comporte des études de modélisation analytique, numérique et ab-initio pour les propriétés magnétiques, électroniques et de transport polarisé en spin des systèmes et dispositifs étudiés / The polarization of the spin current in a spintronic device is at the origin of magneto-resistive effects that define its functional properties. Typically, in order to spin-polarize a current of electrons two alternatives are used: the electron current crosses either a ferromagnetic metal or a magnetic oxide barrier. Within this thesis, we addressed both alternatives. In a first step, layers of TiO2 diluted magnetic oxide type doped with cobalt were prepared by sputtering. Their structural, morphological and magnetic properties were studied to optimize their potential for integration into a complex spin filter type structure.In a second step, we focused our efforts on the elaboration and the study of single-crystal magnetic tunnel junction based on the full-Heusler alloy Co2FeAl and the MgO (001) tunnel barrier. From a theoretical point of view, the Heusler alloys are expected to be half-metallic. This leads to a spin polarization of 100%. Following a parallel crystallographic and magnetic study of thin Co2FeAl alloy films, we demonstrated a direct correlation between structural and magnetic anisotropies. Using these layers as magnetic electrodes, we elaborated and studied UV micro-structured crystalline magnetic tunnel junctions. Our analysis demonstrates that the spin polarized tunneling and the quality of the half-metallicity of the alloy has a clear dependence on the degree of crystallinity of the system. Beyond the purely experimental aspects, this thesis includes studies of analytical, numerical and ab-initio modeling of the magnetic and electronic properties as well as for the spin polarized transport in the studied systems and devices

Cette thèse est consacrée à l’étude du calcul fonctionnel non-anticipatif, qui est basé sur la notion de dérivée verticale d'une fonctionelle. Nous étendons le cadre classique de ce calcul à des fonctionnelles ne possédant pas de dérivée directionnelle classique. Dans la première partie, nous montrons comment une classe importante de fonctionelles, définie par une espérance conditionnelle, peuvent être approchées de façon systématique par des fonctionnelles régulières. Dans la deuxième partie, nous introduisons une notion de dérivée verticale faible qui couvre une plus grande classe de fonctionnelles, et notamment toutes les martingales locales. Dans la première partie, nous nous sommes intéressés à la représentation d'une espérance conditionnelle par une fonctionnelle non-anticipative. L'idée est d'approximer ces fonctionnelles par une suite des fonctionnelles régulières dans un certain sens. Cette approche fournit une façon systématique d'obtenir une approximation explicite de la représentation des martingales pour une grande famille de fonctionnelles Browniennes. Nous obtenons également un ordre de convergence explicite. Quelques applications au problème de la couverture dynamique sont données à la fin de cette partie.Dans la deuxième partie, nous étendons la notion de dérivée verticale pour des fonctionnelles qui n'admettent pas nécessairement de dérivée directionnelle. Cette notion nous permet également d'obtenir une caractérisation fonctionnelle d'une martingale locale par rapport à un processus de référence fixé, ce qui donne lieu à une notion de solution faible pour des équations aux dérivées partielles dépendant de la trajectoire. / This thesis focuses on various mathematical questions arising in the non-anticipative functional calculus, which is based on a notion of pathwise directional derivatives for functionals. We extend the scope and results of this calculus to functionals which may not admit such derivatives, either through approximations (Part I) or by defining a notion of weak vertical derivative (Part II). In the first part, we consider the representation of conditional expectations as non-anticipative functionals. We show that it is possible under very general conditions to approximate such functionals by a sequence of smooth functionals in an appropriate sense. This approach provides a systematic method for computing explicit approximations to martingale representations for a large class of Brownian functionals. We also derive explicit convergence rates of the approximations. These results are then applied to the problem of sensitivity analysis and dynamic hedging of (path-dependent) contingent claims. In the second part, we propose a concept of weak vertical derivative for non-anticipative functionals which may fail to possess directional derivatives. The definition of the weak vertical derivative is based on the notion of pathwise quadratic variation and makes use of the duality associated to the associated bilinear form. We show that the notion of weak vertical derivative leads to a functional characterization of local martingales with respect to a reference process, and allows to define a concept of pathwise weak solution for path-dependent partial differential equations.

Le choc septique est une défaillance circulatoire aiguë déclenchée par un agent infectieux, entraînant des désordres hémodynamiques, métaboliques et viscéraux, en raison notamment de la libération de cytokines proinflammatoires. Le taux de mortalité est élevé (environ 40 %). L’évolution des sepsis sévères est souvent compliquée par des phénomènes thrombotiques qui résultent en partie de l’activation de la coagulation par les agents infectieux, mais aussi de la libération de Neutrophil Extracellular Traps (NETs) par les polynucléaires neutrophiles. Ainsi, chez ces patients, une coagulation intravasculaire disséminée (CIVD) est souvent observée, caractérisée par un état d’équilibre instable, où co-existent un risque thrombotique et un risque hémorragique, dû à la consommation des facteurs de coagulation.Plusieurs études ont suggéré que l’administration d’antithrombine (AT) ou de Protéine C activée diminuait la mortalité, non seulement en diminuant l’activation de la coagulation, mais aussi en ayant des effets cytoprotecteurs et anti-inflammatoires indépendants de leur activité anti-coagulante. Toutefois, leurs effets cytoprotecteurs nécessitent l’administration de doses élevées, responsables d’hémorragies.L’inhibiteur dépendant de la protéine Z (ZPI), appartient à la superfamille des serpines, comme l’AT, mais n’inhibe que les facteurs Xa (FXa) et XIa (FXIa). L’inhibition du FXa est potentialisée par la Protéine Z (PZ), un facteur vitamine K-dépendant, qui circule dans le plasma lié au ZPI. Dans un modèle en sang total, j’ai observé que le ZPI exerce un effet inhibiteur sur la production de cytokines pro-inflammatoires (IL-6 et TNF-α) en réponse au lipopolysaccharide (LPS). A forte concentration (4 fois la concentration physiologique), l’effet anti-inflammatoire (EAI) du ZPI n’est pas modifié par l’ajout de PZ ou d’héparine non fractionnée, qui majorent l’effet anticoagulant du ZPI. De plus, l’EAI persiste avec un variant de ZPI muté sur son site actif (ZPI Y387A), suggérant que le ZPI possède un EAI indépendant de son activité anticoagulante. In vitro, en sang total, le ZPI augmente précocement la production de CCL-5, une chimiokine ayant des propriétés anti-inflammatoires. Ces observations ont été confirmées dans un modèle d’endotoxinémie in vivo, chez la souris, en injectant par voie intra-péritonéale du LPS. Les souris qui avaient reçu simultanément du ZPI recombinant humain ont un taux plasmatique plus faible d’IL-6 et de TNF α que les souris contrôles et un taux plus élevé de CCL-5 dans le lavage péritonéal.De plus, nous avons mis en évidence, en milieu purifié, que l’élastase neutrophile, une enzyme libérée à la surface des NETs induisait plusieurs clivages du ZPI. Le premier clivage se produit au niveau de la boucle réactive du ZPI, qui perd alors son activité inhibitrice sur les FXa et FXIa. La PZ ne protège pas le ZPI de sa dégradation par l’élastase. La dégradation du ZPI induite par les NETs pourrait participer à leurs propriétés procoagulantes.Enfin, en collaboration avec l’équipe du Service de Réanimation du CHU de Strasbourg, nous avons étudié les variations des taux plasmatiques de PZ et ZPI chez 100 patients atteints de sepsis sévère. Dans les premières 24 heures, nous avons observé une diminution du taux de PZ par rapport à une groupe de sujets sains, et à l’inverse, une augmentation d’environ 2,5 fois du taux de ZPI. Ce taux élevé de ZPI persiste à J3 et J7, alors que le taux de PZ augmente. Les variations de PZ ou ZPI ne sont pas prédictifs de la mortalité à 30 jours ni de l’apparition d’une CIVD.Ces résultats suggèrent que des doses élevées de ZPI (4 fois la concentration physiologique) pourraient constituer un traitement adjuvant du choc septique, en diminuant la production de cytokines pro-inflammatoires, avec un risque hémorragique faible, puisque l’inhibition du FXIa a des activités antithrombotiques dépourvues de risque hémorragique. / Septic shock is an acute circulatory failure caused by an infectious agent, resulting in hemodynamic, metabolic and visceral disorders, in particular due to pro-inflammatory cytokines. The mortality rate is high (about 40 %). Progression of severe sepsis is often complicated by thrombotic events, in part because of a direct coagulation activation by bacteria, but also because of Neutrophil Extracellular Traps (NETs) released by polymorphonuclear neutrophils. Disseminated intravascular coagulation (DIC) is frequently present in these patients, characterized by an unstable equilibrium, where thrombotic and bleeding risks coexist, due to the consumption of coagulation factors.Several studies suggested that administration of coagulation inhibitors, such as antithrombin (AT) or activated Protein C, decreased mortality, not only by preventing the activation of coagulation, but also through their cytoprotective and anti-inflammatory effects, independent of their anticoagulant activity. However, the cytoprotective effects require the administration at very high doses, leading to a bleeding tendency.The protein Z-dependent protease inhibitor (ZPI) belongs to the serpin superfamily, as AT, but in contrast to AT, inhibits only factors Xa (FXa) and XIa (FXIa) of coagulation. FXa inhibition by ZPI is potentiated by Protein Z (PZ), a vitamin K-dependent factor, which circulates in plasma in a complex with ZPI. In a whole blood model, I observed that ZPI exerts an inhibitory effect on lipopolysaccharide (LPS)-induced pro-inflammatory cytokines production (IL-6 and TNF-α). At high concentration (4 times physiological concentration), ZPI anti-inflammatory effect (AIE) is not modified by PZ or unfractionned heparin, which increase ZPI anticoagulant activity. Moreover, this AIE is still present using a reactive center loop variant of ZPI (ZPI Y387A), suggesting that the AIE of ZPI is independent of its anticoagulant activity. In vitro, in whole blood, ZPI induced an early increased of CCL-5, a chemokine with anti-inflammatory properties. These data are confirmed in vivo in a murine model of endotoxin shock where LPS is injected intraperitoneally. Simultaneously injection of recombinant human ZPI (rhZPI) with LPS led to lower plasma levels of IL-6 and TNF-α than in control mice, whereas higher CCL-5 levels were observed in peritoneal lavages.In addition, using purified proteins, we have shown that neutrophil elastase, an enzyme which decorates NETs, induces several cleavages of rhZPI. A quick and first cleavage is observed on the reactive centre loop of ZPI, inducing a loss of inhibitory activity towards FXa and FXIa. PZ does not protect ZPI from elastase degradation. ZPI proteolysis induced by NETs could contribute to their procoagulant activity.Lastly, in collaboration with the intensive care unit of Strasbourg Hospital, we studied plasma levels of PZ and ZPI in 100 patients with severe sepsis. During the first 24 hours, there was a significant decrease of plasma PZ levels, compared to levels of healthy subjects, whereas an approximately 2.5 times increase was observed for ZPI levels. These high levels of ZPI were still present at D3 and D7, whereas PZ levels regularly increased. Variations of PZ and ZPI levels were not predictive of the 30-day mortality rate, and not associated with DIC development.These results suggest that elevated concentrations of ZPI (4 times physiological concentration) could be an adjuvant therapy to septic shock, by decreasing pro-inflammatory cytokines production, but devoid of bleeding risk, since FXIa inhibition has antithrombotic activity without inducing haemorrhages.

La sélection fréquence-dépendante est un mécanisme d’évolution selon lequel l’aptitude d'un type varie en fonction de sa fréquence dans la population. Ce mécanisme joue un rôle important dans de nombreuses interactions autant interspécifiques (parasitisme, prédation, compétition), qu'intra-spécifiques entre les différents phénotypes d'une même espèce. La sélection fréquence-dépendante peut être positive ou négative et favoriser alors les phénotypes communs ou rares, respectivement. Elle a été mise en évidence dans le contexte du choix de partenaire chez plusieurs espèces, notamment chez certaines espèces d'insectes (ex.: demoiselles, drosophiles, cantharide de Pennsylvanie) et de poissons (ex.: guppys, xiphos), mais elle a été aussi récemment découverte chez l’humain. L'importance de la sélection fréquence-dépendante dans le choix de partenaire chez les espèces monogames reste tout de même peu explorée et cette étude vise à combler cette lacune en utilisant le diamant mandarin, un passereau monogame, comme modèle biologique. Nous avons étudié l'importance de ce mécanisme lorsqu'un trait est neutre et lorsque celui-ci constitue un indicateur de qualité. De plus, nous avons tenté de déterminer si la présence de rivales peut modifier la préférence initiale des femelles pour les phénotypes rares ou communs. / Frequency-dependant selection is an evolution mechanism in which the fitness of a type depend of its frequency in the population. This mechanism play an important role in several interspecific (parasitism, predation, competition) and intraspecific interactions within different phenotypes of a same species. Frequency-dependant selection can be positive or negative and favor, respectively, either common or rare phenotype. This selection has been found in context of mated choice of several species, especially in insects (damselfly, drosophila, soldier beetle) and fishes (guppy, swordtail) and it has even been recently discover in humans. The significance of frequency-dependent selection in mated choice of monogamous species is still less explored and this study used the zebra finches (a monogamous passerine) in order to explored this field. We studied the significance of this mechanism when a character is neutral and when it is rather a quality cue. Also, we attempt to establish if rivals' presence affect or modify the initial preference of females for common or rare phenotypes.