Mon travail de thèse porte sur la protéine AhPDF1 de la plante Arabidopsis halleri. AhPDF1 est une défensine de 51 résidus, riche en cystéines qui participe à la défense de la plante en jouant un rôle antifongique. La défensine AhPDF1 possède 8 cystéines impliquées dans ses 4 ponts disulfure, elle présente un repliement en CSαβ. Des travaux récents sur AhPDF1 ont permis d'identifier une nouvelle fonction : la tolérance aux métaux lourds, en particulier la tolérance au zinc. L'objectif général du projet dans lequel s'intègre ma thèse est donc de comprendre, au niveau atomique et en lien avec l'état d'oxydation des cystéines, le mécanisme par lequel les défensines de plantes confèrent la tolérance au zinc. Dans une majeure partie de ma thèse j'ai travaillé à la production de la défensine AhPDF1 d'abord dans Escherichia coli puis dans Pichia pastoris. J'ai ensuite mis au point la synthèse chimique de la protéine AhPDF1 et optimisé l'étape la plus délicate, celle du repliement oxydatif. Après avoir produit la défensine AhPDF1 en quantité et qualité suffisante, j'ai réalisé son étude structurale par RMN. De plus cette structure m'a servi de base pour modéliser, par homologie, toutes les autres défensines actuellement identifiées d'Arabidopsis halleri et Arabidopsis thaliana. Enfin, j'ai appris à maîtriser les conditions qui permettent de conserver la protéine dans un état partiellement réduit et j'ai réalisé les premiers essais de chélation de la défensine avec le zinc.

Les polymères fonctionnalisés par des groupements phosphonates ont un fort potentiel applicatif comme superplastifiants dans les pâtes de ciment. Des copolymères à blocs fonctionnels ont été synthétisés par polymérisation RAFT/MADIX afin d'accéder à des polymères de masse molaire, d'architecture et de composition contrôlées. Le monomère principalement utilisé a été l'acide vinylphosphonique (VPA). L'amélioration de la cinétique ainsi que la conversion finale lors de la polymérisation du VPA a été un des principaux objectifs de la thèse, en vue de synthétiser des copolymères diblocs PEG-PVPA. Ensuite des copolymères à blocs ont été synthétisés à l'aide d'un disulfure de xanthate. Ce nouveau procédé a permis d'obtenir des structures de copolymères à blocs plus complexes à bas de MPEGMA et de VPA, dont la synthèse à partir d'un agent de contrôle RAFT conventionnel aurait été relativement ardue. Des essais ont été menés sur des pâtes cimentaires afin d'évaluer les propriétés des différents copolymères. Les effets de l'adsorption des copolymères à blocs sur la mise en œuvre du béton ont été évalués et comparés à des superplastifiants phosphonatés commerciaux. / Phosphonic acid-functionalized polymers show great promise as superplasticizers in cement mixtures. Functional block copolymers were synthesized by RAFT/MADIX polymerization to obtain polymers of controlled molecular weight, architecture and composition. The principal monomer used was vinylphosphonic acid (VPA). The enhancement of the kinetics of VPA polymerization and the final yield was one of the aims of the thesis. Block copolymers were then synthesized using xanthate disulfide as a chain transfer agent. This new process enabled us to obtain complex structures that would be difficult to synthesize using a more conventional RAFT process. The effects of block copolymer adsorption on cement workability were assayed with reference to a commercially available phosphonated superplasticizer.

Les enjeux environnementaux actuels, ainsi que la hausse continue du prix du pétrole, ont incité les constructeurs automobiles du monde entier à améliorer le rendement de leurs véhicules. Les propriétés tribologiques des lubrifiants des moteurs et boîtes de vitesses ont une influence considérable sur le rendement global des véhicules. Ils réduisent en effet le frottement généré par un grand nombre de contacts, et permettent parfois la réduction de la taille de différents composants en leur conférant une meilleure résistance à l’usure. Les avancées récentes en termes de synthèse de nanoparticules ont ouvert de nouvelles perspectives en termes d’additivation de lubrifiants avec, par exemple, la découverte des excellentes propriétés tribologiques des nanoparticules inorganiques de type fullerène comme le disulfure de molybdène ou de tungstène. L’objectif de ce manuscrit est d’évaluer le potentiel tribologique des nanoparticules IF-MoS2 dans l’optique d’une application automobile. L’influence de la taille et de la structure des nanoparticules a d’abord été étudiée. Les nanoparticules peu cristallines se sont révélées être plus aptes à maintenir un tribofilm performant sur des surfaces en acier dans des conditions de lubrification limite, indépendamment de leur taille. Toutes les nanoparticules testées ont cependant atteint des performances équivalentes lorsqu’une recirculation de l’huile était imposée, permettant de maintenir une alimentation continue du contact en nanoparticules. Une fois incorporées dans une formulation d’huile complète, les nanoparticules IF-MoS2 perdent leurs propriétés tribologiques. Les dispersants contenus dans l’huile, bien que permettant une bonne dispersion des IF-MoS2, semblent responsables de leur inefficacité en empêchant la formation de tribofilms sur les surfaces antagonistes. Une fois correctement dispersées, les nanoparticules pénètrent toujours le contact et se retrouvent bien exfoliées. Une adsorption excessive des dispersants sur les feuillets de MoS2 ainsi libérés et/ou sur les surfaces en acier semble nuire à l’adhésion du tribofilm. Un équilibre entre dispersion des nanoparticules et performance tribologique a ensuite été trouvé, en utilisant de très faibles concentrations de dispersants. Le comportement des huiles dopées en nanoparticules dans des conditions plus proches d’une application automobile a finalement été exploré. Les IF-MoS2 ont permis une réduction significative du frottement et de l’usure à température ambiante et en roulement/glissement, à la fois pour des surfaces lisses et rugueuses. Les risques associés à la présence de nanoparticules dans l’huile dans les régimes de lubrification en film complet ont été partiellement levés. Aucun impact significatif n’a en effet été constaté sur le coefficient de frottement pour l’ensemble des conditions d’essais retenues. Le potentiel des nanoparticules IF-MoS2 pour la protection des surfaces soumises à la fatigue de contact a enfin été démontré. / The growing environmental concerns, along with the continuous increase in the price of fossil fuels, have highly motivated car manufacturers worldwide to improve the efficiency of their vehicles. The tribological properties of engine and gearbox lubricants have a significant impact on the global efficiency of vehicles, as they contribute to reducing friction in many contacts and allow the downsizing of various components by providing their surfaces with anti-wear protection. The recent breakthroughs in nanoparticle synthesis have opened new prospects in terms of lubricant additivation, with the discovery of the excellent friction and wear reducing properties of nanoparticles such as Inorganic Fullerene-like (IF-) molybdenum or tungsten disulfides. The tribological potential of IF-MoS2 for automobile applications was investigated in this work. The respective influences of nanoparticle size and structure were first of all studied, revealing that poorly crystalline nanoparticles were more efficient in maintaining low-friction tribofilms on steel substrates in severe boundary lubrication regimes regardless of size (for the range studied). All the nanoparticles tested however showed similar performances when proper oil recirculation was ensured, providing a continuous feeding of the contact in nanoparticles. The IF-MoS2 nanoparticles lost their lubricating abilities when added to fully-formulated lubricants. This behavior was attributed to the presence of dispersants in the oil, which dispersed the nanoparticles effectively but prevented them from forming tribofilms on the rubbing surfaces. The well-dispersed IF-MoS2 were shown to enter the contact and exfoliate, but an excessive adsorption of the dispersants on the released MoS2 platelets and/or the steel surfaces is thought to prevent tribofilm adhesion. A balance between nanoparticle dispersion and tribological performance was then found, by using very low concentrations of dispersants. The behavior of nanoparticle-doped oils in various scenarios related to automobile applications was finally explored. The IF-MoS2 provided significant friction and wear reduction at ambient temperature and in milder rolling/sliding test conditions, for smooth and rough surfaces. The risks related to the presence of nanoparticles in the oil in full-film lubrication regimes were partially lifted, with no significant influence on friction witnessed for all the test conditions considered. The ability of IF-MoS2 nanoparticles to protect steel surfaces from surface-initiated Rolling Contact Fatigue was finally shown.

Les venins sont des armes sophistiquées, utilisées par les organismes venimeux pour se défendre des prédateurs, ainsi que pour paralyser et tuer leurs proies. Mais dans la nature, le bien n’est jamais très loin du mal, les toxines venimeuses pouvant se révéler être des agents thérapeutiques efficaces. Les peptides de venins de fourmis ont donc été étudiés dans cette thèse afin de déterminer le potentiel de ces toxines pour la découverte de molécules thérapeutiques innovantes. A l’instar des autres venins d’insectes, les venins de fourmis restent peu étudiés, principalement en raison de la petite taille de ces insectes et des quantités limitées de venins disponibles. Cependant, les fourmis offrent l’avantage d’être des insectes sociaux très abondants dans tous les milieux terrestres. En collectant les venins de plusieurs individus, il est donc possible d’obtenir des quantités suffisantes de venin pour les analyses biochimiques et pharmacologiques.Afin d’assurer la reproductibilité des analyses, une identification taxonomique correcte est nécessaire. Dans cette optique, un outil de chimiotaxonomie a été développé durant cette thèse (permettant ainsi de regrouper les venins provenant de plusieurs colonies afin de compenser les faibles quantités de matériel biologique par individu ou par colonie).Ensuite, nous nous sommes intéressés aux facteurs écologiques impliqués dans la diversification des venins de fourmis. Pour cela, la toxicité et la composition des venins de fourmis ont été analysés en relation avec le polyéthisme, la spécialisation alimentaire et la spécialisation défensive.La diversité écologique des fourmis a amplement contribuée à la diversification des venins. En étudiant les venins de 82 espèces de fourmis, nous avons révélé la grande diversité structurale des toxines. Bien que la majorité des peptidomes sont composés par de petits peptides linéaires, des peptides structurés par des ponts disulfure ont été révélés dans de nombreux venins et constituent de nouvelles familles structurales de toxines.La purification de certains de ces peptides à ponts disulfure a permis leur caractérisation biochimique et l’évaluation de leur rôle biologique. Ainsi nous avons décrit un groupe de peptides neurotoxiques, baptisés les formicitoxines qui sont capables de bloquer les canaux calcium humains de type L. La commutatoxine est, quant à elle, un peptide avec un pont disulfure qui semble activer les récepteurs humains TRPV1 et TRPV3 et laisse supposer une implication dans l’induction de la douleur chez les mammifères.La grande diversité des peptides mise en évidence dans les venins, associée à la grande diversité écologique et taxonomique des fourmis, suggère que les venins de fourmis constituent un nouveau champ d’exploration prometteur pour la recherche de molécules thérapeutiques et insecticides. Les venins de fourmis s’ajoutent à la chimiothèque conséquente déjà représentée par les venins des autres animaux venimeux. / Venoms are sophisticated weapons employed by venomous organisms to ward off predators, as well as to subdue and kill prey. However, in nature, good is never far from bad and venom toxins may prove to be efficient therapeutic agents. Ant venom peptides were investigated in the course of this thesis to evaluate their potential in the discovery of novel drugs. Like other insect venoms, ant venoms remain understudied, mainly due to the small size of individual ants and, so, the limited a mount of venom available. The ecological diversity of ants has largely contributed to venom diversification. By studying the venom peptidomes from 82 ant species, we have revealed the great structural diversity of the toxins. Although the majority of the peptidomes are comprised of small and linear peptides, peptides structured by disulfide bonds were also brought to light in numerous venoms and constitute novel structural classes of toxins. The purification of some of these disulfided peptides permitted their biochemical characterization and the assessment oft heir biological functions. The enormous peptide diversity revealed among venoms combined with the great ecological and taxonomical diversity of ants suggests that ant venoms constitute a promising new source in the search for both novel drugs and insecticides. Ant venom augments the vast bioactive molecules library represented by venoms from other venomous animals.

Ce travail de thèse consiste à synthétiser des nanoparticules de dioxyde de titane pour la décontamination d’agents chimiques par photocatalyse. L’objectif principal est d’optimiser le photocatalyseur pour la dégradation du sulfure de diéthyle (DES), simulant de l’ypérite. L’oxydation du DES produit des sulfates qui empoisonne le TiO2. Le but est donc de limiter cette désactivation ainsi que le rejet de molécules toxiques. Une solution est d’augmenter la surface spécifique par deux méthodes : le dopage du TiO2 au tantale ou à l’étain et l’ajout d’un porogène lors de la synthèse par voie sol-gel. Les catalyseurs optimisés présentent des taux de conversion élevés pour l’élimination du DES en phase gazeuse sous flux continu grâce à leur surface spécifique importante et leurs propriétés d’adsorption. Les matériaux les plus performants sont ensuite immobilisés sur des mousses tridimensionnelles de β-SiC. Ces média photocatalytiques se désactivent mois rapidement que les matériaux pulvérulents. Une régénération par une solution de soude permet de retrouver leur activité initiale. Ce qui permet une utilisation industrielle possible des catalyseurs. Cette thèse ouvre la voie à la réalisation d’un prototype de décontamination de l’air pour l’élimination d’agents chimiques de guerre. / This work consists in the synthesis of titanium dioxide nanoparticles for the decontamination of chemical warfare agents by photocatalysis. The main goal is to optimize the photocatalyst to eliminate diethylsulfide (DES), simulating yperite. The oxidation of DES generates sulfates that lead to the poisoning of TiO2. Thus, the aim is to limit this deactivation and to avoid a release of harmful products. A solution is to increase the specific suface area by two methods: doping TiO2 with tantalum or tin and adding a porogen during the sol-gel synthesis. These optimized catalysts exhibit high conversion rates for DES elimination in the gas phase under a continuous flow thanks to their high specific surface area and their adsorption properties. The best catalysts are immobilized on tridimensional β-SiC foams. These photocatalytic foams deactivates slower than the TiO2 powders. A regeneration by an NaOH solution can restore their initial activity. It allows a possible industrial application for these catalysts. This thesis opens the way to realize a decontamination prototype for air to eliminate chemical warfare agents.

Mon travail de thèse porte sur la protéine AhPDF1 de la plante Arabidopsis halleri. AhPDF1 est une défensine de 51 résidus, riche en cystéines qui participe à la défense de la plante en jouant un rôle antifongique. La défensine AhPDF1 possède 8 cystéines impliquées dans ses 4 ponts disulfure, elle présente un repliement en CSαβ. Des travaux récents sur AhPDF1 ont permis d’identifier une nouvelle fonction : la tolérance aux métaux lourds, en particulier la tolérance au zinc. L’objectif général du projet dans lequel s’intègre ma thèse est donc de comprendre, au niveau atomique et en lien avec l’état d’oxydation des cystéines, le mécanisme par lequel les défensines de plantes confèrent la tolérance au zinc. Dans une majeure partie de ma thèse j’ai travaillé à la production de la défensine AhPDF1 d’abord dans Escherichia coli puis dans Pichia pastoris. J’ai ensuite mis au point la synthèse chimique de la protéine AhPDF1 et optimisé l’étape la plus délicate, celle du repliement oxydatif. Après avoir produit la défensine AhPDF1 en quantité et qualité suffisante, j’ai réalisé son étude structurale par RMN. De plus cette structure m’a servi de base pour modéliser, par homologie, toutes les autres défensines actuellement identifiées d’Arabidopsis halleri et Arabidopsis thaliana. Enfin, j’ai appris à maîtriser les conditions qui permettent de conserver la protéine dans un état partiellement réduit et j’ai réalisé les premiers essais de chélation de la défensine avec le zinc. / My thesis focuses on the AhPDF1 plant defensin from Arabidopsis halleri. AhPDF1 is a 51-residue, cysteine-rich protein involved in the plant defense, and playing an antifungal role. AhPDF1 defensin has eight cysteins involved in its four disulfide bridges, and presents a folding in CSαβ. Recent work on AhPDF1 allowed to identify a new function : the tolerance to heavy metals, especially zinc tolerance. The overall objective of the project that fits my thesis is to understand, at the atomic level and in relation to the oxidation state of cysteins, the mechanism by which the plant defensins confer zinc tolerance. In a major part of my thesis I worked on the production of AhPDF1 defensin first in Escherichia coli and in Pichia pastoris. Then, I developed the chemical synthesis of AhPDF1 and optimized the most delicate step of the oxidative folding. After producing AhPDF1 defensin in sufficient quantity and quality, I realized its structural study by NMR. Furthermore, this structure was used as starting structure, for modeling by homology all other defensins currently identified from Arabidopsis halleri and Arabidopsis thaliana. Finally, I learnt how to master the conditions that maintain the protein in a partially reduced state in order to achieve the first assay of zinc chelation with defensin.

La formation de ponts disulfure constitue une modification post-traductionnelle des protéines importante pour de nombreux processus physiologiques, jouant un rôle particulier dans le repliement, la catalyse et la régulation de leur activité. Ce travail concerne l'étude des relations structure-fonction d'oxydoréductases de peuplier appartenant à deux familles de la superfamille des thiorédoxines, les glutathion peroxydases (Gpxs) et les protéine disulfure isomérases (PDIs).L'étude biochimique fine de la Gpx5 a permis de montrer que cette peroxydase réduit le peroxynitrite, propriété inconnue pour ce type de Gpx et de détailler plusieurs étapes du mécanisme catalytique (formation de l'acide sulfénique, changement structural entre formes réduites et oxydées, régénération par les Trxs). La dimérisation de la Gpx5 n'est pas requise pour son activité mais pourrait jouer un rôle dans la reconnaissance de certains substrats. Enfin, l'inactivation de la cystéine peroxydatique par suroxydation suggère que les Gpxs pourraient également avoir une fonction dans la signalisation en réponse aux peroxydes.Concernant les PDIs, suite à une analyse phylogénétique détaillée amenant à proposer une nouvelle classification en 9 classes chez les organismes photosynthétiques, la caractérisation biochimique de plusieurs isoformes présentant des organisations modulaires distinctes et appartenant à trois classes de PDIs a été entreprise. Aucune activité enzymatique typique n'a été identifiée pour la PDI-A, alors que les PDI-L1a et -M possèdent à la fois une activité oxydase et réductase. Les deux modules a de la PDI-M catalysent des réactions spécifiques, de réduction ou d'oxydation. / Protein activity and folding can be regulated by post-translational modifications that can impact on their physiological functions. One of these is the formation/reduction of disulfide bridges. The aim of the present work is to study the structure-function relationship of protein members of the thioredoxin superfamily, the protein disulfide isomerases (PDI) and the glutathione peroxidases (Gpx).A precise biochemical study has allowed us to demonstrate that this enzyme is an efficient peroxynitrite scavenger, a new finding for this type of protein and allowed investigating several steps of the Gpx5 catalytic mechanism (i.e. sulfenic acid formation, structural changes between reduce dand oxidized forms, Trx-mediated recycling). We also demonstrate that the dimer form of Gpx5 is not absolutely required for peroxide reduction but probably involved in peroxide specificity. Finally, the capability of the peroxidatic cysteine to be overoxidized brings some new clues in favor of an additional signaling function for Gpx5.Concerning PDIs, a detailed phylogenetic analysis of photosynthetic organisms allowed us to identify 9 classes of PDIs and to propose a new nomenclature that fits all these organisms. The biochemical characterization of isoforms of interest has allowed us to highlight some specificity of PDI-L1a and PDI-M in terms of reduction or oxidation reactions catalyzed. A detailed analysis of PDI-M isoform also indicates that the two Trx modules of this protein show differential oxidation or reduction capacities. We could not detect any activity for PDI-A isoforms, leaving us to wonder whether this enzyme is simply active or possesses highly specific protein partners.

Cette thèse est consacrée à l’évaluation du potentiel d'un semi-conducteur 2D, le disulfure de molybdène (MoS2) monocouche, en tant que matériau de canal de type N pour l’électronique flexible. Ce semi-conducteur d'épaisseur nanométrique est stable chimiquement, robuste mécaniquement et possède une bande interdite directe de 1,9 eV. Le travail réalisé couvre en premier lieu la synthèse de monocouches de MoS2 par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et leur caractérisation. Les monocouches synthétisées ont été intégrées avec succès en tant que matériau de canal dans des transistors de type N stables à l'air. L'étude a mis en évidence l'impact sur les performances de l'environnement et des résistances aux interfaces métal/MoS2. Des mobilités électroniques de 20 cm²/(V.s) associées à des rapports ION/IOFF > 106 ont été obtenus. Ces performances ont permis l’intégration du MoS2 monocouche dans des transistors flexibles. Ce travail a été combiné à d’importants efforts sur l’intégration de films minces organiques électrogreffés en tant que diélectrique de grille, y compris sur substrat flexible. Dans un domaine encore jeune mais en rapide évolution, ces travaux montrent la viabilité de l’option MoS2 monocouche pour l’électronique flexible, notamment en combinaison avec les diélectriques minces organiques. / This PhD thesis is dedicated to the assessment of the potential of monolayers of molybdenum disulfide (MoS2) as a N-type channel material for flexible electronics. This 2D semiconductor of atomic-scale thickness is chemically stable, mechanically robust and has a direct bandgap of 1.9 eV. This work includes the synthesis of MoS2 monolayers by Chemical Vapor Deposition (CVD) and the characterization of this material. The MoS2 monolayers were integrated in air-stable N-type transistors. The study highlighted the impact on the device performances of both the environment and the resistances at the MoS2/metal interfaces. Electronic mobilities of 20 cm²/(V.s) in combination with ION/IOFF ratios > 106 were achieved. These performances allowed integrating MoS2 monolayers in flexible transistors. This work was combined with the study of electrografted organic ultrathin films used as gate dielectrics and their integration in MoS2 transistors. This thesis shows that MoS2 monolayers are a viable option for flexible electronics operating at low bias, in particular when they are associated with ultrathin organic dielectrics.

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L’albumine sérique humaine (HSA) est une protéine connue pour ses propriétés de transport exceptionnelles et son contenu élevé en ponts disulfure. L’étude de sa dynamique conformationnelle représente un défi important dans la compréhension de ses fonctions physiologiques. Le but de notre travail a été d’étudier cette dynamique conformationnelle et de comprendre le rôle des ponts disulfure dans le maintien de la structure native de la protéine. Notre analyse est basée sur des simulations de dynamique moléculaire couplées à des analyses par composantes principales. Outre la validation de la méthode de simulation les résultats fournissent de nouveaux éclairages sur les principaux effets de la réduction des ponts disulfure dans les albumines sériques. Les processus de dépliement/repliement protéique ont été détaillés. La prédiction de la structure réduite d’équilibre a également fait l’objet d’une attention particulière. Une étude détaillée de la dynamique conformationnelle globale de la protéine ainsi que celle des deux sites principaux de complexation a été effectuée. D’éventuels effets allostériques entre ces deux sites ont été recherchés. Les résultats théoriques obtenus ont été discutés avec les données expérimentales disponibles / Human serum albumin (HSA) is a protein known for its exceptional transport properties and its high content of disulfide bridges. The study of the conformational dynamics represents a major challenge in the comprehension of its physiological functions. The aim of our work was to study the conformational dynamics and to understand the roleof disulfide bonds in the stability of the native protein structure. Our analysis is based on simulations of molecular dynamics coupled with principal component analysis. Beyond the validation of the simulation method, the results provide new insights on the main effects of the disulfide bonds reduction in serum albumins. Protein unfolding/refolding processes were detailed. A special attention is paid to the prediction of the reduced structure at the equilibrium. A detailed study of the global protein conformational dynamics as well as the two main binding sites were performed. Possible allosteric effects between these two sites were researched. The theoretical results have been discussed with the available experimental data