La fertilité, la pollution de l’écosystème sol sont devenues aujourd’hui des préoccupations etdes problèmes écologiques majeurs. L’objectif de cette étude est d’arriver à travers l’activitémicrobienne (hydrolyse de la FDA) et un large panel de 16 enzymes (phosphatases,hétérosidases, polysaccharidases, oligosaccharidases, oxydasses), à appréhender l’impact depolluants et d’amendement. Cinq sols aux caractéristiques physico-chimiques différentes ontété étudiés, et ont été soumis à différents traitements réalisés en microcosmes. Ces traitementsont porté sur l’ajout de zinc, cadmium, d’un herbicide, d’un insecticide, d’un fongicide, d’unnématicide et de fumier.L’expression des activités enzymatiques dépend fortement du type de sol. Ainsi lafraction limoneuse du sol jouerait un rôle crucial dans l’expression des enzymes telluriques. Parailleurs les résultats obtenus ont montré que des sols très proches d’un point de vu physicochimiquene le sont pas forcément au niveau enzymatique et microbien.L’ajout du fumier dans nos différents sols a entraîné quelque soit le type de sol defortes modifications positives des activités microbiennes et enzymatiques. L’effet stimulateurdu fumier sur l’activité microbienne et enzymatique dépend non seulement des paramètres dusol mais surtout de son activité initiale. Entre autre, l’impact positif du fumier est moinsmarqué dans les sols ayant des activités enzymatique ou des quantités de matière organiquefaibles. La tendance semble s’inversée concernant l’activité microbienne.L’impact des métaux lourds sur l’activité microbienne et les enzymes testées esttributaire des paramètres (argile, M.O), et de la nature des métaux lourds. Le cadmium s’avèreplus néfaste que le zinc. Si la majorité des activités enzymatiques sont diminuées par laprésence de métaux lourds d’autres en revanche ne sont pas impactées.La présence de pesticides dans nos sols révèle une grande disparité de résultat. Selon letype de sol, le type d’enzyme, une inhibition, un effet neutre ou bien une stimulation del’activité microbienne ou enzymatique par les pesticides ont été observés.Cette étude a permis de montrer que les enzymes sont très réactives aux différentesperturbations anthropiques quelque soit le type de sol considéré. Cependant cette réactivité setraduit par une très grande diversité des réponses. Cette diversité de réponse résulte d’ungrand nombre de paramètres liés aussi bien aux caractéristiques physico-chimiques quebiologiques du sol. Il n’a donc pas été possible de définir une enzyme ou groupe d’enzymesusceptible d’être utilisée comme indicateur pour l’ensemble des sols ou des traitements / Fertility and pollution of the soil ecosystem have become today’s concern and major ecologicalproblems. The objective ofthis study is to estimate through microbial activity (hydrolysis ofFDA) and a wide range of 16 enzymes (phosphatases, heterosidases, polysacchridases,oligosaccharidases, oxydase), the impact of pollutants and amendment in soil. The five soilsstudied are different regarding their physical and chemical characteristics. This soils are areexposed to different treatments in microcosms. These treatments consist to pollute our soilswith heavy metals (zinc, cadmium), pesticides (herbicide, insecticide, fungicide, nematicide)or to add manure.Our results showed that the expression of enzymatic activities depends on soil type.Thus, the silt fraction of soil plays a crucial role in this expression of soil enzymes. The soilswith physico-chemical characters are very similars, have not necessarily the same enzymaticprofile and expression or microbial activity.The presence of manure on our differents soils greatly increased the enzymatic andmicrobial activities. The stimulatory effect of manure depends on soil parameters but also theinitial enzymatic and microbial soil activities. The results showed that the positive impact ofmanure is less pronouncing in soils where the initial enzyme activity and organic matterquantity are low.The impact of heavy metals on microbial activity and enzymes tested depends on soilparameters (clay, organic matter, pH, ...) and nature of heavy metal. Cadmium is more toxicand longer decreases enzymatic and microbial activities than zinc. The presence of heavymetals in soils has reduced most of enzymes activity. Other enzymes are also unchanged orincreased by the pollutants.Soil pollution by pesticides show a large disparity and diversity of results. Dependingon soil type or the enzyme tested, the diffrents results showed an increase, neutral effect ordecrease by pesticides of enzymes and microbial activities.Watever the type of soil considered, this study has shown that soil enzymes are verysensitive and responsive to human disturbance. The reactivity of telluric enzymes is manifestedby a very large diversity of responses. Diversity responses of soil enzymes is depended tophysico-chemical characters and also soil biological parameters. In this study, it is verydifficult to define one or group of enzymes as a bioindicator for all soil disturbances

Ce mémoire est consacré à l'élaboration, au greffage chimique de macrocycles azotés sur des surfaces, le développement des procédés d'élaboration de surfaces sensibles aux ions, l'évaluation de leurs propriétés et la réalisation de prototypes de capteurs chimiques sensibles aux ions. Les macrocycles azotés sont des cyclames sensibles aux ions de métaux de transition et des terpyridines sensibles aux lanthanides. Un capteur sensible à l'ion Fer (III) est réalisé par fonctionnalisation d'un ISFET et de structures de nitrure de silicium/silicium au moyen du greffage de macrocycles azotés de type cyclames sur la surface du dispositif. Un agent de couplage poly(méthylhydrosiloxane) (PMHS) permet cette immobilisation avec une grande efficacité. L'immobilisation d'un dérivé du cyclame (naphtyl-cyclam) sur des surfaces d'or a permis la préparation de capteurs chimiques sensibles aux ions. Les molécules de cyclame ont été déposées sur des électrodes en or par des interactions fortes entre le groupe de naphtyle et la surface d'or. Le film obtenu a été caractérisé en termes de composition, morphologie et propriétés électriques. La conductivité protonique du film naphtyl-cyclam a été mise en évidence par la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) et la voltampérométrie cyclique (CV). Nous avons montré que l'immobilisation de dérivé de phényl-terpyridine sur des surfaces d'or a permis la préparation des capteurs chimiques sensibles aux ions Gadolinium (III). Les molécules de terpyridine ont été auto-assemblées sur des électrodes en or par des interactions fortes (greffage chimique) avec groupement thiol terminal. Les propriétés électriques de ces interfaces films sensibles/électrolyte sont décrites et des modèles théoriques sont proposés d'après les résultats expérimentaux obtenus par la spectroscopie d'impédance électrochimique / This dissertation is devoted to the elaboration, the chemical grafting of aminated macrocycles on surfaces, the development of elaboration processes of surfaces sensitive to the ions, the evaluation of their properties and the fabrication of prototypes of chemical sensors sensitive to the ions. The aminated macrocycles are cyclames, sensitive to transition metal ions and terpyridines sensitive to lanthanides. A chemical sensor sensitive to iron (III) ion is fabricated by means of the functionalization of an ISFET and of silicon nitride/silicon structures through grafting of aminated macrocycles of the cyclam type on to the surface of the device. The coupling agent poly(methylhydrosiloxane) (PMHS) allows such an immobilization with a high efficiency. The immobilization of a derivative of cyclam (naphtyl-cyclam) on gold surfaces allowed the preparation of chemical sensors sensitive to the ions. The molecule of cyclam was deposited on gold electrodes by strong interactions between the naphtyl group and the gold surface. The film obtained was characterized in terms of composition, morphology and electrical properties. The proton conductivity of the N-MNC film was brought out, for the first time, by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and by cyclic voltammetry (CV). We showed that the immobilization of the phenyl-terpyridine derived on gold surfaces allowed the preparation of the chemical sensors sensitive to gadolinium (III) ions. The molecules of terpyridine were self-assembled on gold electrodes by strong interactions (chemical grafting) with a final thiol group. The electrical properties of these sensitive films/electrolyte are described and theoretical models are proposed from the experimental results obtained by the electrochemical impedance spectroscopy

La masse non-nulle des neutrinos rend nécessaire l'introduction de nouvelle physique pour expliquer celle-ci. Par exemple, l'ajout de neutrinos lourds avec une masse de l'ordre du GeV permettrait d'expliquer à la fois la masse des neutrinos et l'asymétrie matière-antimatière dans l'Univers, comme cela est proposé dans le modèle nuMSM.Un domaine de masse particulièrement intéressant pour ces nouvelles particules est celui entre 140 et 493 MeV/c^2, qui est accessible avec les expériences actuelles, en particulier avec le détecteur proche ND280 de l'expérience T2K, expérience d'oscillation des neutrinos située au Japon.L'analyse vise à isoler un échantillon de désintégrations de neutrinos lourds dans ND280, après leur production dans la désintégration de kaons chargés dans le faisceau de T2K. Le bruit de fond provenant d'interactions de neutrinos a été réduit à quelques événements dans l'ensemble des données de T2K (2010-2017), ce qui permet de contraindre l'espace des paramètres des neutrinos lourds de manière compétitive par rapport aux expériences dédiées comme PS191.Une des étapes importantes de l'analyse consiste à valider les algorithmes de reconstruction et les simulations du bruit de fond attendu, ce qui a nécessité d'étudier les interactions de neutrinos actifs dans les murs des TPCs; Cet échantillon a également pu être utilisé pour des études de physique.Un dernier travail effectué durant cette thèse concerne la mise à niveau du détecteur ND280, prévue d'ici 2021, dans le but d'augmenter la précision des mesures de section efficace d'interaction des neutrinos afin d'améliorer les analyses des oscillations. / Non-zero neutrino mass requires the introduction of new physic beyond the Standard Model. For instance, the nuMSM (Neutrino Minimal Standard Model) predicts the existence of new heavy neutrinos, with masses at GeV-scale, that would explain both neutrino masses and baryon asymmetry in the Universe.A particularly interesting mass domain is between 140 and 493 MeV/c^2, which is accessible to current experiments, in particular with the near detector ND280 of the T2K experiment, which is a long baseline neutrino oscillation experiment located in Japan.The analysis aims at the selection of a sample containing heavy neutrino decays, after they have been produced in kaon decays along the standard T2K neutrino beam. Background coming from standard neutrino interactions has been reduced to few events in the current dataset (2010-2017), which allow to constrain heavy neutrino parameter space quite well with respect to dedicated experiments such as PS191.An important step in the analysis consists in the validation of the reconstruction algorithms and of the expected background. It has been done with the study of active neutrino interactions in the walls of the TPCs. This sample is also interesting per se for physics.A last topic in this thesis concerns the upgrade of the near detector, that is scheduled for 2021. The goal is to improve neutrino cross-section measurements in order to get more precise determination of oscillation parameters.

La Chromodynamique Quantique prédit que la matière chaude et dense produite en collisions d'ions lourds ultra-relativistes, le Plasma de Quarks et de Gluons (QGP), se conduit comme un état déconfiné de quarks et gluons.ALICE est la seule expérience au LHC qui a été conçue et construite pour caractériser la physique du QGP. Le spectromètre à muons, un des détecteurs d'ALICE, est utilisé pour mesurer la production de quarkonia à rapidité en avant.Dans la thèse suivante, l'efficacité des chambres de trajectographie du spectromètre à muons est étudiée durant une année de pris des données. Les résultats obtenus des données réelles sont comparés avec des simulations pour calculer les incertitudes systématiques par rapport aux chambres de trajectographie.Une analyse complète de la production inclusive de J/psi --> mu^+ mu^- dans les collisions Pb-Pb 2011 est également presentée. L' étude inclut l'extraction du signal, normalisation et corrections d'acceptance et d'efficacité. Une partie importante est consacrée à quantifier les incertitudes systématiques liées aux différentes sources. Les résultats, R_{AA} et <p_{T}> , sont comparés avec des expériences précédentes et des modèles théoriques. / Quantum Chromodynamics predicts that the hot and dense matter produced in ultra-relativistic heavy-ion collisions, the Quark Gluon Plasma (QGP), behaves as a deconfined state of quarks and gluons. Since 1980's it was predicted that quarkonia are suppressed due to screening effects in the QGP, making quarkonia a good tool to probe the plasma.ALICE is the only experiment at the LHC that was designed and built to characterize the physics of the QGP. The muon spectrometer, one of the detectors in ALICE, is used to measure the quarkonia production at forward rapidity. In this thesis the efficiency of the tracking chambers of the muon spectrometer is studied along one year of data taking. The results obtained from real data are compared to simulations in order to compute the systematic uncertainties associated to the tracking apparatus.A complete analysis of the inclusive J/psi --> mu^+ mu^- production in the 2011 Pb-Pb collisions is also presented. The study includes the signal extraction, normalization and acceptance times efficiency corrections. An important part is dedicated to the quantify the systematic uncertainties arising from different sources. The resulting R_{AA} and <p_{T}> are compared to previous experiments and also to theoretical models.

Le dragage des sédiments est nécessaire afin de maintenir le transport et les activités maritimes mais les sédiments extraits sont souvent pollués en métaux lourds et en composés organiques. Face à la nécessité du dragage et à la pollution, la société Solvay a mis au point un procédé permettant de traiter les sédiments dragués pour envisager une valorisation : le procédé Novosol®. Ce procédé a pour but de stabiliser les métaux présents dans les sédiments par phosphatation (ajout d’acide phosphorique H3PO4) et de dégrader la matière organique par calcination à 650°C. Un acide phosphorique pur est habituellement utilisé pour l’étape de phosphatation. Cependant, dans la présente étude plusieurs acides phosphoriques de nature et de sources différentes fournis par la société PRAYON ont été utilisés. Les principales caractéristiques de deux sédiments traités avec plusieurs types d’acides phosphoriques sont présentées dans cette thèse. D’un point de vu mécanique les formulations effectuées avec les sédiments traités sont conformes aux normes routières. L’étude environnementale a montré que les quantités de métaux lourds relarguées par les matériaux formulés à partir des sédiments traités sont inférieures aux seuils fixés par la législation en vigueur. Les résultats obtenus avec les différents types d’acides sont similaires. Cela permet d’envisager l’utilisation des sédiments de dragage traité Novosol® en technique routière. / Dredging of sediments is necessary in order to maintain maritime activities and for flood prevention. However increased industrial activities are causing accumulation of pollutants in the sediments. The main contaminants are heavy metals and organic compounds. Because of the cost of storage, treatment and valorization can be economically sound. This study focuses on the technology to treat heavy metals from dredged sediments using phosphoric acid (H3PO4) (the Novosol®process developed by Solvay company) with a goal to stabilize heavy metals by capturing them in a calcium phosphate matrix and to destroy organic matter by calcination at 650°C. Several studies have been conducted in this field. The stabilized materials obtained have been used in civil engineering. However these studies have never assessed the effect of the composition of the phosphoric acid on the treatment. In this thesis dissertations the effect of two types of phosphoric acids with various purities and origins provide by PRAYON company were compared. The investigation focuses on the effect of the phosphoric acids on the environmental behavior of metals and on the geotechnical properties of the dredged sediment. The environmental study has shown that the concentration of heavy metals released by materials made from treated sediments are below the regulation limits . The results obtained with the different types of acids are comparable. This allows to consider the use of treated dredged sediment by process Novosol® as road materials.

Malgré sa disponibilité, la biomasse de troisième génération est peu utilisée pour la production d’énergie en raison notamment de sa forte contamination en métaux lourds. Afin d’améliorer la compréhension du comportement et de l’éventuel rôle catalytique ou inhibiteur de ces métaux au cours de la pyro-gazéification, et optimiser ainsi la valorisation énergétique de la biomasse contaminée, une approche intégrée expérimentale et thermodynamique a été utilisée. Pour mener à bien ces travaux, une méthode d’insertion dans le bois du métal spécifiquement étudié pour son rôle catalytique, le nickel, a été développée. Cette méthode permet de maîtriser la composition et l’homogénéité des échantillons étudiés, sans altérer la structure du bois. Les essais de pyro-gazéification de bois brut et contaminés dans un réacteur à lit fixe, montrent que, même à faibles teneurs en nickel (entre 0,016 et 0,086 mol/ kg de bois), celui-ci a une activité catalytique importante. Les analyses des phases gaz et solides confirment que l’augmentation de la teneur en Ni dans le bois favorise les réactions de pyro-gazéification qui ont ainsi lieu à des températures plus basses (d’environ 100 °C). En parallèle, une étude thermodynamique a été réalisée afin de conforter les résultats expérimentaux et d’aider à mieux comprendre le comportement des métaux lourds présents dans le bois. Les calculs thermodynamiques, basés sur la minimisation de l’enthalpie libre de Gibbs d’un système constitué de 28 éléments (C, H, O, N et 24 éléments mineurs ou traces), fournissent la spéciation et la répartition dans les différentes phases (gaz, liquides et cendres) des métaux lourds, dont le Ni. Ces calculs, et des analyses spécifiques, ont notamment permis de déterminer la spéciation chimique et physique du nickel au cours de la pyro-gazéification et fournir ainsi une base théorique à son activité catalytique en fonction de la température. / Despite its availability, contaminated biomass is not widely used for energy production due to its high contamination with heavy metals. Understanding the role and behavior of those heavy metals in the pyro-gasification process is a major scientific challenge for optimizing the thermochemical valorization of contaminated biomass. For this purpose, experimental and thermodynamic approaches were used. To carry out this work, a methodology for inserting the studied metal (nickel) in the wood matrix was developed without modifying its structure and controlling the composition and homogeneity of the studied samples. The pyro-gasification tests in a fixed bed reactor have shown that nickel has a catalytic performance even at low concentrations (between 0.016 and 0.086 mol / kg wood). The analysis of gas and solid products confirmed that the increase of Ni content in the wood generated a decrease in the samples pyro-gasification temperature by 100°C. In parallel, a thermodynamic study was conducted to confirm the experimental results and improve the understanding of heavy metals behaviors during pyro-gasification reactions. Thermodynamic calculations based on the Gibbs free energy minimization of a system consisting of 28 elements provide speciation and distribution in the different phases of heavy metals, including Ni. These calculations and specific analyses have made it possible to determine the chemical and physical speciation of nickel during pyro-gasification and thus provide a theoretical basis for its catalytic activity as a function of temperature.

Les modifications de structure et de diversité des communautés biologiques au sein d’un écosystème soumis à une perturbation, se traduisent généralement par la raréfaction, la disparition d’espèces sensibles et/ou l’apparition de nouvelles espèces tolérantes ou par la prolifération d’autres espèces tolérantes déjà présentes mais à une faible densité. Dans le cas d’une perturbation d’origine toxique, ceci a pour conséquence une diminution de la sensibilité globale de la communauté par rapport à la (aux) substance(s) responsable(s) de cette modification de structure et de diversité. L’évaluation de la tolérance vis-à-vis d’un toxique peut donc nous permettre de révéler a posteriori l’exposition d’une communauté biologique à ce toxique, en mettant en évidence le lien entre pression et impact sur le compartiment biotique d’un écosystème. Malgré de nombreux travaux en ce domaine, il reste cependant de nombreuses lacunes scientifiques dans la compréhension de cette tolérance induite par les pollutions (PICT). Le modèle d’étude retenu est le biofilm aquatique (ou périphyton), dont les spécificités biologiques et écologiques en font un outil d’étude très intéressant. Ce travail a permis de montrer que l’intégration du concept PICT comme un outil complémentaire dans les systèmes d'évaluation environnementale donnerait plus de pertinence écologique et de spécificité écotoxicologique à la batterie actuelle des bioindicateurs utilisés. Par ailleurs, le PICT est aussi une approche conceptuelle, à l’échelle des communautés, très riche et qui confirme l’intérêt d’aborder l’écotoxicologie avec le regard de l’écologue plus holistique que celui du toxicologue. En effet, les mesures de tolérance-induite qui prennent en compte la diversité fonctionnelle du biofilm, ainsi que les analyses taxonomiques associées, nous ont permis une meilleure compréhension de la résistance et de la résilience de cet écosystème suite à des perturbations d’origine chimique. Nos travaux nous ont aussi permis d’aborder le concept des seuils de résistance et de résilience écologiques, et de mettre en évidence le fait qu’une acquisition de tolérance à un stress donné, pourrait se traduire par le déplacement des communautés d’un état initial vers un état « alternatif » stable, même après le retrait du stress. Ces seuils écologiques ainsi que cet état alternatif stable signifient que la disparition des espèces les plus sensibles (comme l'un des processus expliquant le PICT) n'affecte donc pas les fonctions de la communauté dans son ensemble au début et ce seulement jusqu’à un certain seuil de résistance. Le PICT pourrait ainsi se traduire par une réduction de la diversité ou avec des modifications dans la composition spécifique, sans pour autant qu’il y ait un effet négatif sur le fonctionnement de la communauté. Cependant, la capacité des communautés à devenir tolérantes à une perturbation peut avoir des conséquences négatives sur les capacités de résilience et de résistance des écosystèmes. Nous avons donc abordé dans nos travaux le concept de « co-tolérance négative entre espèces » et de coût de la tolérance. / Changes in structure and diversity of biological communities within ecosystems subjected to disturbances are generally synonymous of the scarcity, loss and/or the emergence of new tolerant species or by the proliferation of other species already present but at low density. This leads to a decrease in the overall sensitivity of the community toward the substance(s) responsible for this change of community structure and diversity. The evaluation (and if possible the quantification) of tolerance towards a toxicant may therefore enable us to reveal a posteriori the exposure of a biological community to this toxicant (its exposure history), and demonstrate the specific link between pressure and impact on the biotic compartment of an ecosystem and, more generally, on the ecosystem. Despite numerous studies in this area, there are still many gaps in scientific understanding of the pollution induced-tolerance. The biological model that we used is the lotic biofilm (or periphyton) whose biological and ecological characteristics make it a very interesting tool for study. This work has shown firstly that the integration of the acquired tolerance concept as a complementary tool in the environmental assessment systems would allow more ecological relevance and ecotoxicological specificity to the current set of used bio-indicators. Furthermore, the PICT is also a conceptual approach at the community level, which confirms the interest to address ecotoxicology from the viewpoint of the ecologist that is more holistic than the toxicologist one. Indeed, measures of pollution-induced tolerance, by taking into account the functional diversity of biofilms, and the associated taxonomic analysis, allowed to have a better understanding of resistance and resilience of the ecosystem submitted to chemical perturbations. Our works enabled us to tackle the concept of ecological thresholds of resistance and resilience, and to highlight the fact that enhanced tolerance to a given stress, could result in the displacement of communities from an initial state to an « alternative » stable state, even after the stress removal. These ecological thresholds and the alternative stable state mean that the disappearance of the most sensitive species (as a process explaining the PICT) does not affect the functions of the community until reaching a threshold of resistance. Thus the PICT could correspond to a reduction in diversity or changes in species composition, without having a negative effect on the functioning of the community. However, the ability of communities to be tolerant toward disturbance can have negative consequences on the resilience and resistance of ecosystems. Consequently, we addressed in our work the concept of "negative co-tolerance between species" and costs of tolerance.

La détection d'espèces (bio)chimiques à de très faibles concentrations représente un enjeu croissant dans les domaines de la santé, de l’environnement et de la défense. Un microrésonateur optique en polymère, sans marqueurs fluorescents, associé à un canal microfluidique, forme un capteur optofluidique, ce qui permet la détection d'analytes par interaction entre un champ évanescent à la surface du microrésonateur et la solution contenant l’espèce à étudier. Cette thèse présente la conception et la réalisation de capteurs optofluidiques à base de microrésonateurs optiques et de circuits microfluidiques en polymères, pour une très faible limite de détection et un temps de réponse rapide. De très bons résultats ont été obtenus en termes de limite de détection de polluants de type ions lourds dans l'eau, en abordant le problème sous différents angles : conception et réalisation de circuits optiques et microfluidiques, optimisation de l’interrogation optique du capteur par l’élaboration d’une méthodologie de mesure rapide et précise et un traitement du signal adéquat, étude des propriétés physico-chimiques des surfaces polymères, mise au point d’une instrumentation adaptée. Le capteur a permis la détection d'ions cadmium, ions hautement toxiques, jusqu'à une décision limite de détection de 50 pmol/L dans l'eau déionisée et 500 pmol/L dans l'eau du robinet grâce à un greffage sur la surface du microrésonateur de 2,2’- ((4-Amino-1,2-Phénylène) Bis (Carboxylatoazanédyil)) Diacétate. Une étude de régénération de la surface fonctionnalisée des microrésonateurs pour la détection d’ions cadmium a été réalisée et ce capteur a pu être régénéré pour plus de soixante mesures consécutives. D’autre part, l'analyse simultanée de deux polarisations orthogonales entre elles TE et TM de la réponse optique du capteur permet d’optimiser la sensibilité de mesure. Une étude de mesure différentielle consistant à comparer simultanément les mesures sur deux microrésonateurs identiques placés dans les même conditions physiques, l’un jouant le rôle de référence et l’autre étant un capteur spécifique, a permis de s’affranchir des différentes perturbations externes (pression, température, attachements non spécifiques). Ces instruments « multi-capteurs » sont également essentiels pour une compréhension détaillée des mécanismes de réactions de surface, une évaluation de l'efficacité d'accrochage de différents protocoles de fonctionnalisation et des mesures en multiplexage. / High sensitivity biochemical sensing is a concern for health, environment and defense. Thanks to the interaction between an analyte and an evanescent field at their surface, label-free polymer microring resonators, in association with a microfluidic channel, form an optofluidic sensor that can be used for biosensing. This thesis shows the realization of versatile optofluidic sensors based on polymer microring resonators combining a high detection limit with a short response time. High limit of detection of heavy ions in tap water was obtained after a careful optimization of the optical and microfluidic designs, signal processing, methodology of detection, surface chemistry and instrumentation. By functionalizing the resonator surface with 2,2’-((4Amino-1,2- Phenylene)Bis(Carboxylatoazanedyil))Diacetate, we obtained a limit of detection of 50 pmol/L in deionized water and 500 pmol/L in tap water. It should be stressed that the functionalized surface of the resonator was regenerated more than 60 times, enabling several sensing experiments with the same resonator. Besides, we were able to optimize the measurement sensitivity by an analysis of the orthogonal polarizations TE and TM from the sensor optical response. The simultaneous use of at least two microresonators in parallel (providing a reference signal and allowing multiplexing) enabled us to improve measurement accuracy and to compensate the signal from various external perturbations such as pressure, temperature and non-specific bindings. These “multi-sensors” are essential for (i) an in-depth understanding of surface reaction mechanism, (ii) an evaluation of the binding efficiency of different functionalization protocols and (iii) a high throughput characterization tool for multiple detections of pollutants.

Ce mémoire de maîtrise présente différents détecteurs de la matrice HERACLES et les tests qui furent effectués afin de l'adapter aux nouvelles conditions expérimentales imposées au centre de recherche TRIUMF. Depuis sa création, l'ensemble de détecteurs qui composent aujourd'hui la matrice HERACLES a subi plusieurs modifications et devra en subir encore afin d'être à la fine pointe de la recherche moderne. Cet ouvrage est divisé en trois chapitres distincts. Chaque chapitre traite d'une catégorie de détecteurs et des diverses recherches associées. Le premier chapitre traite des détecteurs à neutrons et des corrections à effectuer afin d'améliorer l'efficacité de détection. Le second aborde les modifications sur les détecteurs composés de scintillateurs CsI(Tl). Finalement, le troisième et dernier chapitre porte sur un type de photomultiplicateur à position qui est envisagé dans la composition de la matrice. Ce travail présente une combinaison de simulations effectuées grâce au logiciel GEANT4 et d'expériences en laboratoire. Les résultats des simulations furent utilisés pour obtenir des corrections à des données d'une expérience et à connaître les meilleures corrections potentielles à tester pour les différents détecteurs.

Les systèmes d’efflux tripartite de type Resistance, Nodulation and cell-Division (RND) sont essentiels dans le maintien de phénotypes de résistance multidrogues et contre les métaux lourds dans nombreuses bactéries Gram-négatives. Le transport de ces composés toxiques hors de la cellule est permis par l’assemblage d’une protéine de type antiporteur cation/proton (unité RND) insérée dans la membrane interne, connectée à une protéine insérée dans la membrane externe, pour former un canal de sorti qui traverse l’entièreté de l’enveloppe cellulaire. Le troisième composant du système, la protéine de type membrane fusion protein (MFP) qui est aussi appelée periplasmic adaptor protein (PAP), est requis pour permettre l’assemblage de tout ce complexe à trois composants. Cependant, les MFPs sont supposées jouer un rôle important et actif dans le mécanisme d’efflux du substrat. Pour mieux comprendre le rôle des MFPs au sein des systèmes d’efflux de type RND, nous avons étudié les protéines ZneB (précédemment appelée HmxB) et SilB, les composants périplasmiques des systèmes ZneCBA et SilABC responsables de la résistance aux métaux lourds chez Cupriavidus metallidurans CH34. Nous avons identifié la spécificité de liaison au substrat de ces protéines, montrant leur capacité à fixer le zinc (ZneB), ou le cuivre et l’argent (SilB). De plus, nous avons résolu la structure cristalline de ZneB à une résolution de 2.8 Å dans la forme apo- et avec un ion zinc fixé. La structure de ZneB possède une architecture générale composée de quatre domaines caractéristiques des MFPs, et la présence du site de coordination au zinc dans une région très flexible à l’interface des domaines β-barrel et membrane proximal. Les modifications structurales que la protéine subit lors de la fixation du zinc on été observée dans le cristal mais aussi en solution, ce qui suggère un rôle actif des MFPs dans le mécanisme d’efflux des métaux, vraisemblablement via la fixation et le relargage de l’ion à l’antiporteur. Les études de sélectivité de transport des antiporteurs ZneA et SilA montre que ces dernières et leurs protéines périplasmiques respectives ont des affinités similaires pour les métaux lourds. De plus, les études de transport ont apportés des arguments en faveur de l’hypothèse de capture cytoplasmique du substrat par l’antiporteur, tandis que la capacité des protéines périplasmiques à fixer les métaux lourds a apporté des arguments en faveur de l’hypothèse de capture périplasmique du substrat par l’antiporteur. Les deux modes de capture pourraient en réalité coexister ;cependant, le débat autour du compartiment cellulaire de capture du substrat par l’antiporteur est complexe et requiert de plus amples efforts afin d’être cerné. / Tripartite resistance nodulation cell division (RND)-based efflux complexes are paramount for multidrug and heavy metal resistance in numerous Gram-negative bacteria. The transport of these toxic compounds out of the cell is driven by the inner membrane proton/substrate antiporter (RND protein) connected to an outer membrane protein to form an exit duct that spans the entire cell envelope. The third component, a membrane fusion protein (MFP) also called periplasmic adaptor protein, is required for the assembly of this complex. However, MFPs are also proposed to play an important active role in substrate efflux. To better understand the role of MFPs in RND-driven efflux systems, we studied ZneB (formerly HmxB) and SilB, the MFP components of the ZneCAB and SilABC heavy metal RND-driven efflux complexes from Cupriavidus metallidurans CH34. We have identified the substrate binding specificity of the proteins, showing their ability to selectively bind zinc (ZneB), or copper and silver cations (SilB). Moreover, we have solved the crystal structure of the apo- and the metal-bound forms of ZneB to 2.8 Å resolution. The structure of ZneB displays a general architecture composed of four domains characteristic of MFPs, and it reveals the metal coordination site at the very flexible interface between the β-barrel and the membrane proximal domains. Structural modifications of the protein upon zinc binding were observed in both the crystal structure and in solution, suggesting an active role of MFPs in substrate efflux possibly through binding and release. The selectivity assays of the antiporter proteins ZneA and SilA demonstrated similar specificities in relation to their cognate MFPs toward heavy metal cations. Moreover, antiporter transport assays provide evidence for cytoplasmic substrate capture by this protein, whereas MFP substrate binding provides evidence for periplasmic substrate capture. Therefore, both modes of capture might co-exist; nevertheless, the substrate capture issue is a complex topic still needing consequent efforts to understand it. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished