Les travaux de cette thèse se sont situés autour de la relation entre discrimination isotopique du carbone 13 et échanges gazeux foliaires. Le modèle établi par Farquhar et al. (1982) permet de prédire la discrimination contre le 13C pendant la photosynthèse (delta13C) en tenant compte des processus de diffusion, de carboxylation et décarboxylation engagés pendant la photosynthèse. Cette relation permet d'utiliser delta13C comme indicateur de l'efficience d'utilisation de l'eau (WUE, quantité de carbone fixé en fonction de l'eau consommée), un paramètre particulièrement important dans un contexte de changement climatique, d'agriculture et de sylviculture. Le modèle de delta13C a également été utilisé pour estimer la conductance mésophyllienne au CO2 (gm), un paramètre qui limite fortement la photosynthèse via la disponibilité en carbone dans le chloroplaste. Au cours de nos travaux, nous avons analysé le modèle delta13C pour identifier les paramètres les plus influents dans le modèle, et mis en évidence que l'utilisation du "modèle simple" de delta13C (ignorant gm et les processus de décarboxylation) peut induire un biais important dans l'estimation de WUE. Dans un second temps nous nous sommes concentrés sur les possibles variations à court-terme de gm, un domaine encore sujet a débat. Nous avons confirmé que gm était sensible aux variations de CO2 et d'irradiance sur toutes les espèces d'arbres mesurées dans cette étude. Nous avons aussi montré que ces variations rapides ne peuvent pas être dues a des variations des autres paramètres du modèle, à l'exception possible du paramètre b (discrimination pendant la carboxylation). Nous suggérons que les prochaines études dans ce domaine portent sur (i) la possible variabilité environnementale et génétique du paramètre b et (ii) les mécanismes à l'origine des variations rapides de gm (aquaporines et anhydrases carboniques) / This work was focused on the relationship between isotopic discrimination of 13C during photosynthesis (delta13C) and leaf gas exchange. The model of Farquhar and colleagues (Farquhar et al. 1982) predicts delta13C by accounting for diffusion, carboxylation and decarboxylation processes during the photosynthesis. This relationship is widely used and delta13C is frequently considered as a proxy water use efficiency (WUE, the amount of water required to fix a amount of carbon), an interesting parameter in the context of climate change, crop production and sylviculture. The delta13C model is also used to assess mesophyll conductance to CO2 (gm), that strongly limits photosynthesis via the availability of carbon in the chloroplast. Along this work we analyzed the delta13C model and identified the most important parameters, and highlighted that using the "simple form" of the model (which ignores gm and the decarboxylations) could lead to misestimating WUE. We also focused on the possible rapid variations of gm, a subject still under debate. We confirmed that gm was sensitive to rapid variations of CO2 and irradiance in all species tested in this study. We also showed that apparent rapid variations of gm could not be induced by variations of other parameters in the model, with the exception of parameter b (discrimination during carboxylation). We propose that future studies should focus on (i) the possible environmental and genetic variability of parameter b, and (ii) the physiological processes able to change gm at short time scales (aquaporins and carbonic anhydrase).

Les travaux réalisés pendant cette thèse ont porté sur deux thématiques indépendantes.Les deux premières parties concernent la thématique « alcaloïdes de Vinca », molécules d’origine naturelle aux propriétés anticancéreuses. Les travaux ont tout d’abord porté sur la synthèse d’analogues oxygénés de la 20,20-difluorocatharanthine, comme précurseurs d’alcaloïdes dimères originaux de Vinca. Bien que les voies de synthèses explorées n’aient pas conduit aux dérivés oxygénés souhaités, les différents résultats obtenus ont cependant permis de montrer que la présence du groupement gem-difluoré sur le squelette de la catharanthine changeait dramatiquement la réactivité du substrat de manière imprévisible. La deuxième partie de ce travail a été dédiée à l’élucidation du mécanisme de fluoration d’alcaloïdes dimères de Vinca en milieu superacide. Le marquage isotopique au deutérium a permis de discriminer deux hypothèses mécanistiques et de valider le mécanisme de fluoration passant par une migration 1,2 d’hydrure dont la contribution minimale est de 20 %. Enfin, la troisième partie de ce travail a été consacrée à la synthèse asymétrique de la (R)-méquitazine. La synthèse de cette dernière s’est basée sur la chiralité déjà « imprimée » dans le squelette d’alcaloïdes de cinchona. La synthèse de la (R)-méquitazine dont les excès énantiomériques finaux sont supérieurs à 99% a été conclue en 8 étapes à partir de la quinine, confirmant le contrôle total du centre asymétrique tout au long de la synthèse. / The work carried out during this thesis has focused on two independent parts.The first two sections have dealt with the “Vinca alkaloids” part, natural products with anticancer properties. Firstly, the work has focused on the synthesis of oxygenated analogs of the 20,20-difluorocatharanthine as precursors of original dimeric Vinca alkaloid. Although explored synthesis pathways have not led to the desired oxygenated derivatives, different results has enabled to show that the presence of the gem-difluoro groupment on catharanthine skeleton dramatically changed the reactivity of the substrate in an unpredictable manner. The second part of this work was dedicated to the elucidation of the mechanism of fluorination of alkaloids dimers of Vinca in superacid medium. Isotopic labelling with deuterium has allowed to discriminate two mechanistic hypotheses and to validate the mechanism of fluoridation via a 1,2-hydride migration whose minimum contribution is 20 %.Finally, the third part of this work has been devoted to the asymmetric synthesis of (R)- mequitazine. The synthesis is based on the chirality already "printed" into the skeleton of cinchona alkaloids. Synthesis of (R)-mequitazine with greater than 99% final enantiomeric excess was reached in 8 steps from quinine, confirming full control of the asymmetrical centre during the synthesis.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), sont des molécules toxiques, voire cancérigènes principalement issues de la combustion incomplète de matière carbonée. De nombreux outils ont été développés afin d’identifier leurs origines et leur devenir. Cependant, ces derniers ne permettent pas toujours de parvenir à une identification précise des sources d’émissions. Une méthode prenant en compte les variations des rapports isotopiques δ 13C et δ 2H dans 16 composés a été développée et comparée à celle des ratios moléculaires. Le développement du protocole a consisté en la préparation puis la validation d’une méthode d’extraction sélective par type de matrice (eau/sédiment) et d’une méthode de purification permettant d’obtenir pour chaque molécule une résolution adaptée à leur analyse isotopique. Cette méthode a été appliquée sur divers produits de combustion franciliens ainsi que sur des échantillons de dépôts atmosphériques, d’eau et de sédiments de rivière. La mesure du δ13C et du δ2H a permis de confirmer la présence de sources locales et de caractériser les variations saisonnières de ratios. L’originalité de ce travail de recherche réside dans l’utilisation du δ2H spécifique à chaque molécule et non sur un mélange de composés. Les résultats permettent d’envisager de nouvelles perspectives sur l’utilisation des mesures isotopiques. Cette thèse représente un premier élément de réponse sur la problématique de l’emploi d’outils de traçage de molécules dans des environnements complexes. / Polyaromatic hydrocarbons (PAHs) are a group of toxic and carcinogenic organic compounds formed by petrogenic and incomplete pyrolytic processes. Although emission reductions were observed over the past 20 years, PAH contamination is still an environmental concern as these compounds are the main contaminants in the Seine watershed. Many tools were developed to identify their origins and fate. However, these methods do not always allow accurate identification of emission sources. A method integrating the variations of the isotopic ratios of δ13C and δ2H among 16 compounds was developed and compared to those of the molecular diagnostic ratio techniques. The development of the protocol consisted of the preparation and the validation of a selective extraction method by matrix type (water / sediment) and a purification step to obtain for each molecule, a resolution adapted to its isotopic analysis. That method applied to various combustion products in the Ile-de-France region, such as samples of atmospheric deposition, water and river sediments. The measurement of δ13C and δ2H signatures confirmed the presence of local sources and helped to characterize the seasonal variations of the ratios. The originality of this research work is the use of δ2H on individual PAH instead of bulk compounds. The results allow considering new perspectives for the use of isotopic measurements.

Les analyses de sûreté du stockage des déchets radioactifs HAVL nécessite une évaluation à long terme (≈ 10 000 ans) des risques, pour l’homme et l’environnement, associés à une contamination des sols par le sélénium. Une méthodologie a donc été développée pour déterminer les espèces séléniées (spéciation) présentes à l’état de traces dans les sols (μg kg-1 ; contexte radiologique) et estimer, leur capacité à être lessivées et leurs phases de rétention. Combinée à l’utilisation du traceur 77Se(IV), l’existence de processus lents impliqués dans la rétention et la transformation chimique de Se dans les sols a été mise en évidence, suggérant l’étude de Se natif pour estimer et modéliser sa mobilité à long terme. L’investigation de Se natif dans 29 sols aux caractéristiques contrastées a montré l’influence de la matière organique sur la nature des espèces susceptibles d’être lessivées (organique et colloïdale) et sur sa mobilité (stabilisation de Se dans la phase solide via les associations organo-minérales). / A radioactive isotope of selenium was shown to be among the most critical radionuclide forsafety assessment of high level and long lived nuclear waste repository in case of hypotheticalsoil contamination. A methodology was thus developed to determine Se species (speciation)present in soils at trace level (μg kg-1; radiological context) in assessing their leaching andretention phases (distribution). Combined to a 77Se(IV) tracer, kinetically limited processes were shown to be involved in Se retention and chemical transformations in soils, suggesting that native Se behavior is particularly relevant for its long term mobility assessment and modeling. The investigation of native Se speciation and distribution in 29 soils has finally highlighted that soil organic matter impact the nature of Se species susceptible to be leached (organic and colloidal compounds) and the Se mobility (Se stabilization in solid phase via organo-mineral associations).

L’avènement des nanotechnologies engendre une exposition accrue de l’homme aux nanomatériaux, représentant un risque d’un genre nouveau. A cet égard un grand nombre de recherches porte sur l’étude de leur toxicité. Néanmoins, les questions de dégradation et transformation des nanoparticules dans l’organisme sont encore peu abordées. Des études effectuées au laboratoire ont montré qu’après injection de nanoparticules d’oxyde de fer in vivo, celles-ci sont confinées dans les lysosomes où elles sont dégradées. Une partie de mes travaux de thèse se sont concentrés sur une voie possible de métabolisation des produits de dégradation issus de nanoparticules d’oxydes de fer par l’intermédiaire d’une protéine intervenant dans le métabolisme du fer, la ferritine. Nous avons élaboré plusieurs stratégies afin de détecter et de suivre le transfert de métaux vers la ferritine. Ces travaux ont permis de mettre en évidence un processus de prise en charge des produits de dégradation des nanoparticules d’oxyde de fer à l’échelle moléculaire. Une seconde partie de mes travaux ont été consacré au suivi des produits issus de la dégradation des nanoparticules d’oxyde de fer à l’échelle de l’organisme. La haute concentration endogène en fer rendant impossible ce suivi, une stratégie consistant à marquer les nanoparticules de fer avec un isotope du fer, le 57Fe, a permis de suivre les dynamiques de circulation des produits de dégradation in vivo sur une période de six mois. Nous avons également effectué un double marquage des nanoparticules, du cœur inorganique ainsi que de leur enrobage afin de caractériser leur intégrité in vivo / With the advent of nanotechnology, the exposure of humans to nanomaterials increased, representing a risk of a new kind. Although the potential toxicity of such nanomaterials is extensively studied, their long term fate, biotransformation and degradation in the organism are still poorly understood. It was demonstrated earlier in the laboratory, that after intravenous injection, iron oxide nanoparticles undergo local intracellular degradation within lysosomes. In this context, we are interested in the fate of by products from iron oxide nanoparticles. Part of my thesis has focused on a possible pathway for metabolizing these degradation products through a protein involved in iron metabolism, the ferritin. We first studied, in solution, the degradation processes of iron oxide nanoparticles in the presence of these proteins as well as the iron transfer processes from nanoparticles to ferritin. The difficulty is the high concentration of endogenous iron which makes impossible to demonstrate these in vivo transfers. Thus, we have developed a strategy, using doped iron oxide nanoparticles with a scarce element in the organism, to track these phenomena in vivo. This work highlighted a possible mechanism of biological recycling, remediation and detoxification of nanoparticles mediated by endogenous proteins at the molecular scale. A second part of my work was devoted to develop a multi-scale method to study the life cycle of metal oxide nanoparticles and their by products in organism. The main challenge is to differentiate iron stemming from the nanoparticles from the endogenous iron. This specific tracking problem is routinely encountered in geochemical studies and solved by labelling the target material with minor stable isotopes. Therefore, iron oxide nanoparticles enriched in the minor stable isotope 57Fe were synthetized and injected intravenously in mice to follow dynamic circulations of iron oxide nanoparticles and their byproducts. We have also labelled the coating to track the nanoparticles integrity in mice over a period of six month

La mise au point d’une méthode d’analyse par UPLC-MS/MS et dilution isotopique nous a permis d’identifier pour la première fois dans un moût le S-3-(hexan-1-ol)-<gamma>-glutamyl-cystéine (<gamma>GluCys-3MH). Suite à cette découverte, l’étude des interconversions entre les glutathionylés, dipeptides et cystéinylés S-conjugués au 3-mercaptohexan-1-ol (3MH) ou à la 4-mercapto-4-méthyl-pentan-2-one (4MMP), a permis de mettre en évidence deux nouvelles formes de précurseurs. Le suivi de l’évolution de ces différents composés au cours de fermentations alcooliques à l’échelle laboratoire a permis de clarifier leur rôle de précurseurs et d’établir les éventuels mécanismes d’interconversion. Par ailleurs, à travers plusieurs expérimentations viticoles et œnologiques conduites à l’échelle pilote en Languedoc et Val de Loire pendant trois années consécutives, des éléments nouveaux ont pu être apportés quant à l’impact de la maturation du raisin et son hétérogénéité, ainsi qu’à l’importance des opérations pré-fermentaires comme la macération pelliculaire ou la stabulation sur bourbes. / The development of a method using UPLC-MS/MS and stable isotope dilution assay allowed us to identify for the first time the S-3-(hexan-1-ol)-<gamma>-glutamyl-cysteine (<gamma>GluCys-3MH) in musts. Following this discovery, the study of interconversions between glutathione, dipeptides and cysteine S-conjugates to 3-mercaptohexan-1-ol (3MH) or 4-mercapto-4-methyl-pentan-2-one (4MMP) highlighted two new forms of precursors. The evolution monitoring of these compounds during alcoholic fermentations at laboratory scale allowed us to clarify their role as precursors and to establish the possible interconversion mechanisms. In addition, through several viticultural and oenological experiments carried out at pilot scale in Languedoc and Val de Loire during three consecutive years, new elements could be … about the impact of grape ripening and its heterogeneity, as well as the importance of prefermentative processes, such as skin maceration and must conservation on lees.

A des humidités relatives (HR) inférieures à 100% l'eau liquide s'évapore sauf deux types d'eau : l'eau adsorbée et l'eau capillaire dans les poreux. Deux techniques ont été utilisées pour les étudier. D'abord, une étude infrarouge (IR) en réflectance diffuse de l'eau adsorbée sur des poudres d'oxydes et confinée dans une matrice silicatée à porosité contrôlée (MCM-41, f = 4,7nm). Adsorption et confinement sont caractérisés par un décalage vers les hautes fréquences IR du pic principal d'absorption de la bande OH de l'eau interfaciale relativement à l'eau liquide (red-shift). Ceci indique que les liaisons hydrogène de l'eau sont renforcées à proximité d'une surface hydrophile. Une interprétation s'appuyant sur la cinétique de désorption nous a permis de séparer le signal de l'eau adsorbée de celui de l'eau confinée. Ensuite, nous avons étudié le fractionnement isotopique (a) en deutérium de l'eau adsorbée/ confinée par rapport à sa vapeur à l'équilibre isotopique. L'évolution de a avec l'HR montre trois régimes quasi-linéaire, avec une première transition nette à 60% d'humidité relative. A HR < 60% a ne varie pratiquement pas, ce que nous interprétons en qualifiant le film correspondant de bi-dimensionnel (interactions eau-solide prédominantes). Au-dessus de 60% d'humidité relative a varie sensiblement avec l'HR ce que nous interprétons par la mise en place d'un réseau de liaisons intermoléculaires (3D). La deuxième transition se fait à 80% d'HR qui correspond à l'humidité de condensation capillaire dans les nano-pores du substrat utilisé (˜10 nm). Le coefficient de fractionnement a y est encore inférieur à celui de l'eau liquide volumique, ce qui tend à indiquer que l'eau confinée a des propriétés nettement différentes de l'eau liquide Un couplage semi-quantitatif a été ensuite élaboré entre ces deux séries d'expériences, pour en montrer l'homogénéité.

Aux moyennes latitudes, les lacs sont le lieu de formation et de préservation d'archives paléoclimatiques nécessaires à la compréhension des changements du climat passé. Par ailleurs, les lacs d'eau douce ont également un rôle important dans l'économie régionale du fait des activités de pêche, des activités touristiques et de leur utilisation pour l'alimentation en eau potable.<br />Durant cette thèse, nous avons cherché à développer un outil de modélisation des lacs conceptuellement simple et nécessitant un minimum de données d'entrées et de paramètres spécifiques au lac. Ce modèle a été mis au point dans le cas de deux lacs européens (Lac d'Annecy, France, et Ammersee, Allemagne) représentatifs de la majorité des lacs de moyennes latitudes. Le modèle inclut la représentation au pas de temps journalier des processus thermiques (température de l'eau en surface et au fond et fonctionnement de mélange de la colonne d'eau), hydrologiques et isotopiques (δ18O) à l'échelle du lac et de son bassin-versant. Le modèle a été mis au point sur l'actuel grâce aux observations hydro-isotopiques réalisées en parallèle. Les processus sont correctement reproduits aux échelles saisonnière (simulations à l'équilibre) et inter-annuelle (simulations transitoires au cours du 20ième siècle).<br />Des expériences de sensibilité ont été effectuées à l'aide de ce modèle pour quantifier les incertitudes des reconstructions paléoclimatiques basées sur les tests carbonatés d'ostracodes benthiques (Candona sp.) dues (i) aux fonctionnements thermiques des lacs, (ii) aux changements de la saisonnalité des précipitations et, (iii) à la déforestation sur les bassin-versants.<br />Le modèle a été ensuite forcé par un scénario de changement climatique au 21ième siècle. Ces simulations transitoires prévoient des changements très importants des écosystèmes des deux lacs étudiés. Ainsi, le lac d'Annecy subirait un réchauffement de l'eau profonde de 2°C au cours du 21ième siècle, ce qui mettrait en danger la faune d'eau froide. Ammersee, celui-ci, pourrait encourir des arrêts brutaux de mélange à partir de 2020 avec un arrêt de la ventilation des eaux profondes et donc l'asphyxie des faunes benthiques. Ce modèle est la première étape en vue d'un modèle intégré physique, chimie et biologie des écosystèmes lacustres nécessaire à la prévision de la vulnérabilité de la biocénose lacustre aux changements climatiques à venir.

La transition métal-isolant (TMI) induite par le dopage et la supraconductivité ont été étudiées dans le diamant monocristallin fortement dopé au bore (propriétés structurales, approche en loi d'échelle pour la TMI, substitution isotopique, structure de bande vs effet Hall, mode de vibration des dimères de bore) et des matériaux voisins. La supraconductivité a été découverte pour le silicium monocristallin fortement dopé au bore (préparé par la méthode GILD), la TMI dans le cas du carbure de silicium 4H fortement dopé à l'aluminium (préparé par la méthode VLS). L'étude de la TMI et du magnétotransport dans le diamant nanocristallin fortement dopé au bore a montré l'importance de la granularité de ce système.

Le but de cette thèse est d'étudier l'influence des conditions trophiques en milieu océanique profond sur la composition isotopique de foraminifères benthiques vivants, afin d'améliorer leur utilisation en tant que proxies potentiels de paléoproductivité. Nous avons étudié trois zones de l'Atlantique Nord-Est : la Marge du Portugal (milieu oligotrophe), le Golfe de Gascogne (milieu méso-oligotrophe), et la zone à upwelling au large de Cap Blanc (Mauritanie, milieu eutrophe). Nous avons établi le rôle majeur du flux et de la qualité de la matière organique sur la densité, la répartition bathymétrique et le microhabitat des espèces de foraminifères. Les faunes superficielles réagissent aux apports de matière organique labile, alors que les faunes endopéliques profondes dépendent de matière organique plus réfractaire. Par ailleurs, nous avons mis en évidence l'existence d'un seuil critique de flux total de matière organique d'environ 2gC/m²/an en dessous duquel le développement de l'endofaune est impossible. L'étude de la composition isotopique de certaines espèces clés a révélé que l'écart en δ13C entre une espèce au microhabitat endopélique superficiel (e.g. Uvigerina peregrina) et une espèce au microhabitat endopélique profond (e.g. Globulimina spp.) permet de différencier un milieu eutrophe (δ13C<0.5%) d'un milieu oligotrophe (δ13C>0.5%). De plus, dans les zones oligotrophes, nous avons observé une diminution graduelle de ce delta δ13C en fonction du flux croissant de matière organique, témoignant de l'influence directe de ce dernier sur la composition des eaux interstitielles du sédiment.