Les pathologies du métabolisme du fer, dont les surcharges en fer, se caractérisent par une grande variabilité de leur expression phénotypique pour des étiologies similaires. Les mécanismes de cette variabilité ne sont pas pleinement identifiés. L’existence d’interrelations entre le fer et d’autres métaux pourrait y contribuer. L’objectif de ce travail, réalisé chez la souris, a été de préciser les interactions entre le métabolisme du fer et ceux d’autres métaux. Nous avons : i) montré que le fond génétique des souris module le métabolisme d’autres métaux, en sus du fer ; et ii) identifié des liens entre les paramètres de ces métaux en situation physiologique. Nous avons également mis en évidence, dans des modèles de souris surchargées en fer par supplémentation exogène ou bien du fait d’une déficience en hepcidine (le régulateur du métabolisme systémique du fer), un lien fort entre le métabolisme du fer et ceux du molybdène et du manganèse particulièrement au niveau splénique. Ces résultats suggèrent que des mécanismes de régulation, pouvant impliquer de façon directe ou indirecte l’axe hepcidine / ferroportine, pourraient être partagés entre le fer, le molybdène et le manganèse. Le rôle de l’hepcidine devra être précisé. Les explorations dynamiques in vivo avec les isotopes stables constituant une approche possible pour mieux comprendre les mécanismes du métabolisme du fer, nous avons caractérisé la répartition des isotopes stables du fer (par le ratio isotopique 56Fe/54Fe) dans les tissus liés à son métabolisme. Ceci nous a permis de confirmer la variation du ratio isotopique 56Fe/54Fe entre les organes, et de mettre en évidence un fractionnement isotopique du fer différent selon les fonds génétiques de souris au niveau hépatique. Ces résultats montrent ainsi l’importance de prendre en compte cette caractéristique essentielle dans les études métaboliques visant à mieux comprendre le métabolisme du fer et ses liens avec celui d’autres métaux, dans un contexte physiologique ou pathologique. / Iron metabolism disorders, including iron overloads, are characterized by important phenotypic expression variabilities for similar etiologies. The mechanisms involved are not fully identified. Interrelations between iron and other metals may contribute to this variability. The aim of this work, performed in mouse, was to investigate interactions between iron and other metals metabolisms. We have: i) shown that mice genetic background modulates other metals metabolism, besides iron; and ii) identified links between parameters of these metals in physiological condition. We have also highlighted, in mice models of iron overload, related either to exogenous iron exposure, or to deficiency in hepcidin (the systemic iron metabolism regulator), a strong link between iron metabolism and molybdenum and manganese metabolisms, particularly in spleen. These results suggest that regulatory mechanisms, possibly involving directly or indirectly the hepcidin / ferroportin axis, may be shared by iron, molybdenum and manganese. The clarification of hepcidin role needs further investigations. In vivo dynamic explorations with stable isotopes being a possible approach to better understand mechanisms of iron metabolism control, we have characterized the distribution of iron stable isotopes (using 56Fe/54Fe isotope ratio) in tissues involved in its metabolism. We have confirmed the variation of 56Fe/54Fe isotope ratio between organs, and highlighted a different iron isotope fractionation in liver according to mice genetic backgrounds. These results show the importance to take into account this essential feature for metabolic studies aspiring to better understand iron metabolism and its links with other metals metabolism, in physiological or pathological conditions.

Les fortes tensions liées à l'approvisionnement en ressources minérales ont motivé de nombreuses recherches sur les substitutions innovantes et le recyclage. La biomasse riche en métaux produite par les techniques de phytoextraction s'est récemment avérée être une ressource pour la Chimie Verte. Cette biomasse permet de produire de nouveaux catalyseurs appelés « écocatalyseurs ». Ceux-ci permettent la production de nouvelles molécules, des meilleurs rendements en synthèse, une régio- et une chimio-sélectivité accrues… Ceci donne une valeur ajoutée potentielle et donc le possible développement d'une filière économique. Cette nouvelle approche pourrait motiver le développement de la phytoextraction, une technique considérée comme prometteuse, mais qui après 20 années de recherches n'a toujours pas trouvé de débouché crédible. Dans ce cadre, les haut lieux de la biodiversité « métallophyte », tels que la Nouvelle-Calédonie, ont leur importance pour évaluer l'approvisionnement en biomasse. En Nouvelle-Calédonie, l'ambitieuse et coûteuse restauration écologique de ces écosystèmes miniers très dégradés est mise en doute. Dans ce cas, le développement de la phytoextraction sur les carrières et verses à stériles pourrait apporter des revenus, tout en assurant une forme de réhabilitation. Cette thèse s'intéresse à la possibilité d'une filière en Nouvelle-Calédonie, de la plante au produit chimique en passant par le catalyseur. / Increasing pressure on mineral resources has drawn research efforts into innovative supply and recycling. Metal-rich biomass produced in phytoextraction proved an interesting starting-material for Green Chemistry. It allows the production of new catalysts, referred to as ‘ecocatalysts'. They provide the following benefits: access to new molecules, increased yields in chemicals production, increased regio- and chemo-selectivity… This results in potentially high added-value and possible development of a new economic outlet. This new approach to using metal-rich biomass could spur the development of phytoextraction, a technique considered promising for long, yet without credible economic applications. In this regard metallophyte biodiversity hotspots, such as New Caledonia are of particular interest to assess biomass supply. Ambitious and costly ecological restoration of the mining environment in New Caledonia is increasingly questioned. The development of phytoextraction on most degraded areas, e.g. quarries and wastes piles, to produce biomass for Ecocatalysis could provide revenues, while ensuring reclamation. This thesis looks into a possible outlet in New Caledonia, from plants to catalysts and final chemical products.

Résumé Le manganèse (Mn2+) est un élément essentiel du corps humain. Ses propriétés paramagnétiques permettent son utilisation comme agent de contraste pour l'IRM (Mn-MRI ou MEMRI). Analogue du calcium (Ca2+), il pénètre les neurones essentiellement par les canaux calciques. Il est ensuite transporté le long des microtubules jusqu'aux synapses où il est libéré, puis capturé par les autres neurones. Ainsi, il peut rendre compte du transport axonal antérograde et rétrograde. L'approche MEMRI peut ainsi apporter des informations uniques sur la connectivité fonctionnelle cérébrale. Toutefois, deux problèmes limitent l'emploi de ce puissant outil d'imagerie in vivo : (i) A doses élevées, le Mn2+ est toxique pour l'organisme et peut provoquer une atteinte grave du système nerveux central, appelé manganisme. Les niveaux et les mécanismes de toxicité sont mal connus. (ii) Le mode de transport du manganèse dans l'approche MEMRI est mal connu. Afin d'apporter des éléments de réponse à ces deux problèmes, nous avons entrepris une étude couplant IRM et microscopie synchrotron pour mieux comprendre le comportement du Mn2+ in vivo. Nous avons précisé les distributions cellulaire et sub-cellulaire du Mn et d'autres métaux pour un modèle de cellules de type neuronal (lignée de neuroblastome N2A), pour des cultures primaires de neurones hippocampiques, mais aussi au niveau de coupes d'hippocampe de rats. En parallèle, nous avons étudié les effets du Mn sur le métabolisme cérébral par une technique de RMN-HRMAS du proton. Pour compléter ce travail, nous avons mis en œuvre l'imagerie MEMRI chez les souris KO MAP6 présentant un déficit d'une protéine stabilisatrice des microtubules pour évaluer la connectivité fonctionnelle du tract thalamo-cortical. Mots clés Hippocampe, MAP6, manganèse, métabolisme, métal, neurone, MRI, rongeurs, synchrotron. / Abstract Manganese (Mn2+) is an essential element for human body. The paramagnetic properties of Mn2+ permit it use as a contrast agent for MRI (Mn-MRI or MEMRI). Analogue of calcium (Ca2+), it enters neurons primarily by calcium channels. It is then transported along microtubules to the synapse where it is released and then captured by other neurons. Thus, it can account for the anterograde and retrograde axonal transport. The MEMRI approach can provide unique information about cerebral functional connectivity. Two problems limit the use of this powerful tool for in vivo imaging: (i) At high doses, Mn2+ is toxic to the body and can cause serious problem of the central nervous system, called manganism. The level and the mechanisms of toxicity are poorly understood. (ii) The mode of manganese transport in the MEMRI approach is unclear. To address these two issues, we undertook a study coupling MRI and synchrotron microscopy to study the Mn 2+ behavior in vivo. We characterized the cellular and subcellular distributions of Mn and other metals in "pseudo neurons" cell line N2A, primary cultures of hippocampal neurons, andin hippocampal slices from rats. In parallel, we studied the effects of Mn on brain metabolism by proton-HRMAS NMR . In parallel, weevaluated MEMRI in MAP6 KO mice which exhibit a deficit in microtubule stabilizing protein, to assess the functional connectivity of the thalamocortical tract. Key words hippocampus, MAP6, manganese, metabolism, metal, neuron, MRI, rodent, synchrotron.

La réactivité d'un oxyde de manganèse naturel vis-à-vis de quatre composés pharmaceutiques a été étudiée. Alors que la carbamazépine ne présente aucune interaction avec l'oxyde, le paracétamol est éliminé pour des temps de séjour en colonne de quelques minutes et converti en benzoquinone (BZQ) pour pH < 6. La vitesse d'oxydation diminue quand le pH augmente. Le tampon MOPS inhibe la réactivité par des phénomènes de compétition. Le manganèse dissous n'a pas d'influence mais les matières organiques inhibent la formation de BZQ probablement par des réactions de couplage croisées. Le diclofénac est éliminé dans les mêmes conditions avec des effets similaires du pH et du MOPS. L'identification des sous-produits a mis en évidence une décarboxylation du diclofénac. Une analyse par ATR-FTIR a montré l'adsorption du triclosan mais pas d'oxydation. Des capacités d'adsorption ont été obtenues en réacteur fermé et en colonne. Les oxydes de manganèse peuvent ainsi participer à la dégradation de ces molécules dans l'environnement et le traitement de l'eau. / The reactivity of a natural manganese oxide towards four pharmaceutical compounds was studied. Whereas carbamazepine does not interact with the oxide, paracetamol is eliminated for residence time of a few minutes during column experiment and converted into benzoquinone (BZQ) for pH < 6. The oxidation rate decreases with increasing pH. MOPS buffer inhibits the reactivity because of competition mechanism. Dissolved manganese has no effect but organic matter reduces BZQ formation probably through cross coupling reactions. Diclofenac is eliminated in the same conditions with similar effect of pH and MOPS. Identification of by-products shows decarboxylation of diclofenac. ATR-FTIR analysis shows adsorption of triclosan without oxidation. Sorption capacities were obtained in column and closed reactors. Manganese oxides can then participate to the degradation of these molecules in the environment and water treatment.

La substitution des métaux nobles par des métaux de transition abondants et bon marché est un challenge majeur de ce siècle en chimie de synthèse. Récemment, les métaux abondants tels que le fer et le manganèse (1er et 3ème en abondance dans l'écorce terrestre) ont connu un essor remarquable en catalyse homogène, notamment en réduction. Les travaux de thèse ont portés sur le développement de nouveaux catalyseurs bien-définis efficaces du fer et du manganèse pour effectuer des réactions d'hydrogénation de dérivés carboxyliques, de réduction par prêt d'hydrogène et de déshydratation d'amides. / The substitution of noble metals by abundant and cheap transition metals is a major challenge of this century in synthetic chemistry. Recently, abundant metals such as iron and manganese (1st and 3rd in abundance in the Earth's crust) have seen remarkable growth in homogeneous catalysis, especially in reduction. The thesis work focused on the development of new well-defined efficient catalysts of iron and manganese to carry out reactions of hydrogenation of carboxylic derivatives, reduction by hydrogen and dehydration of amides.

Le projet de thèse concerne l’étude des réseaux de régulation en lien avec l’homéostasie des ions métalliques chez la bactérie à Gram-positif Bacillus subtilis. Les ions métalliques tels que Fe(II), Mn(II) et Zn(II) sont essentiels dans un grand nombre de processus cellulaires entant que cofacteur d’enzymes ou en tant qu’élément structural dans les protéines. Cependant, à trop hautes concentrations, ils peuvent avoir des effets toxiques en endommageant la membrane cellulaire et l’ADN ainsi qu’en inactivant la fonction de certaines protéines. De plus, en condition aérobie, B. subtilis produit du peroxyde d’hydrogène H₂O₂ qui réagit avec les ions Fe(II) pour produire des radicaux libres hautement toxiques pour la cellule. La régulation de l’homéostasie des ions métalliques doit donc être parfaitement régulée et coordonnée avec les autres processus cellulaires. J’essaie de comprendre de façon globale, via des approches expérimentales à grande échelle, les interconnexions entre les régulateurs de l’homéostasie des ions métalliques et autres voies métabolique dans Bacillus subtilis. / The present doctoral thesis concerns the study of the regulatory network linked tometal ions homeostasis in the Gram+ Bacillus subtilis. Metal ions such as Fe(II), Mn(II) andZn(II) are essential for many metabolic processes, since they function as enzyme cofactors andstructural ligands of proteins. Changes in ions availability can alter activity of enzymes of thecarbon metabolism and lead to changes in gene expression. In addition, the modulation of metalion homeostasis is intimately linked with the oxidative stress response: during aerobic growth,hydrogen peroxide is generated and it rapidly reacts with ferrous iron to form ROS molecules.Hence, regulation of metal ions uptake/efflux has to be finely regulated and coordinated with othercellular processes. With the present project, I aim to understand at system’s level how Bacillussubtilis integrates the control of metal ions homeostasis with other metabolic processes.

Pour répondre aux enjeux économiques et sociaux modernes, le développement de catalyseurs organométalliques à base de métaux abondants et bon marché, comme alternatives aux catalyseurs historiques basés sur les métaux précieux, connaît un essor constant depuis deux décennies. L’objectif du présent travail doctoral a été de développer des catalyseurs à base de manganèse, troisième métal de transition le plus abondant après le fer et le titane, et précédemment principalement utilisé en oxydation, pour les réactions de (dé)-hydrogénation. / To meet modern economic and social challenges, the development of inexpensive and abundant metal-based organometallic catalysts, as alternatives to historical catalysts based on precious metals, has been growing steadily for two decades. The aim of this doctoral work was to develop catalysts based on manganese, which is the third most abundant transition metal after iron and titanium, and previously mainly used in oxidation, for (de)-hydrogenation reactions.

Le travail présenté ici a été effectué autour du postulat qu’il existe un lien étroit entre minéralisation métallifère et géodynamique. Ce dernier agit ainsi sur l’initiation et l’évolution de la minéralisation. La minéralisation de manganèse de Bouarfa à l’Est du Haut Atlas Orientale formait un bon candidat pour cette étude compte tenu de la forte sensibilité du Mn aux processus de remobilisation supergène et de la géodynamique de la chaîne atlasique qui est composée d’une histoire extensive mésozoïque et d’une histoire compressive cénozoïque. Les observations de terrains, pétrographiques et minéralogiques attestent de l’existence de plusieurs épisodes minéralisateurs à Bouarfa. De plus, les datations (U-Th)/He sur oxy-hydroxydes de fer suggèrent que les épisodes les plus tardifs se mettent en place lors de la diagenèse, au cours du Jurassique (inf ?)-moyen. D’un point de vue géodynamique, le Haut Atlas de Bouarfa se distingue de l’ensemble du Haut Atlas Oriental. En effet, le raccourcissement du à l’inversion atlasique y est très faible (≈ 3km sur le front Nord de Bouarfa) comparé aux reste de la chaine. Le domaine du Haut Atlas de Bouarfa, où aucun accident majeur méso-cénozoïque de socle n’est observable, se comporte comme un haut de socle entre le Haut Atlas et l’Atlas Saharien. L’histoire thermique du Haut Atlas de Bouarfa est analogue à celle du bloc de la meseta marocaine à l’ouest du Moyen Atlas. Nous proposons que la concentration de la déformation à Bouarfa est uniquement due à la mise en place d’un bassin jurassique étroit faiblement subsidents (maximum de remplissage sédimentaire de près de 2 km) contrôlé par des accidents normaux en relais se développant dans le prolongement terminal du bassin plus subsident de l’Atlas Saharien. Le bassin jurassique étroit de Bouarfa se trouve probablement fortement affecté par les cycles transgressif-régressif du Lias, entrainant ainsi des épisodes de fermeture et l’anoxie du bassin permettant l’accumulation du Mn dissous. Lors de la diagenèse précoce, le Mn précipite pour former la minéralisation primaire en Mn principalement composée de manganite et hausmannite voire pyrolusite. Concernant l’apport du Mn, les résultats géochimiques indiquent une origine felsique. Ceci peut s’expliquer par l’existence d’une hypothétique source volcanogénique éloignée du bassin expliquant ainsi l’enrichissement préférentiel en Mn par rapport au Fe, et/ou par l’altération des roches détritiques encaissantes. La localisation d’accidents à Bouarfa permet, durant l’histoire subsidente jurassique, la circulation diagénétique de fluides responsables de la mise en place de la remobilisation de la minéralisation primaire et de la précipitation de la minéralisation secondaire ainsi que la mise en place de dolomitisation s.l. tardive qui elle-même présente de fort enrichissement en Mn. L’absence de remobilisation en association avec les épisodes atlasiques à Bouarfa semble être une particularité par rapport aux autres minéralisations prises dans les séries sédimentaires mésozoïques du Haut Atlas. / The following work postulates that there is a tight link between the establishment of an ore deposit and the regional geodynamic. This one is a motor or modulates the evolution of the mineralization. The manganese ore deposit of Bouarfa, at the East of the Eastern High Atlas, was ideal to this study as the manganese is highly mobilized during supergen processes while the geodynamic of the atlasic system is composed of a mesozoïc extensive step followed by a cenozoïc compressive event. The field works, petrographic and mineralogical observations highlight several mineralization periods at Bouarfa. Moreover, (U-Th)/He dating upon iron oxi-hydroxides suggest that the last event takes place during (lower?)-middle Jurassic diagenesis. The geodynamic of the Bouarfa High Atlas distinguish itself from the Eastern High Atlas system. The shortening related to atlasic inversion is very lower (≈ 3 km through the northern front at Bouarfa) than in the rest the chain. The Bouarfa High Atlas, where no main meso-cenozoïc fault was described through the basement, is an elevated basement between the Eastern High Atlas and the Saharan Atlas. The time-temperature story of Bouarfa is similar to the one of Moroccan meseta, westward the Middle Atlas. We propose that the localization of deformation at Bouarfa is related to the existence of normal faults, in the extension of the Saharan Atlas, that control the low subsidence of a tight Jurassic basin. The tight Jurassic basin of Bouarfa might be influenced by the Liassic transgressive-regressive cycles, leading to closing and anoxic event in the basin improving the accumulation of dissolved Mn. During early diagenesis, Mn precipitate forming the primary Mn ore deposit mainly composed of manganite, hausmannite and pyrolusite. The source of the Mn supply has been identified geochemically being related to felsic rocks. This could be explained by a possible the spreading of a distant exhalative source which enhances the separation between Fe and Mn and/or by the leaching of the detrital host rocks. The localisation of faults in Bouarfa allowed the circulation of fluids during the Juarssic diagenetic story, causing the weathering of the primary mineralization and the precipitation of the second one, as the establishment of a later dolomitisation s.l. enriched in Mn. The lack of an atlasic remobilization of the ore deposit of Bouarfa is uncommun compared to the other sedimentary ore deposits in the High Atlas.

L'usinabilité de pièces fabriquées par métallurgie des poudres est diminuée par la présence de porosités. L'usinabilité peut être améliorée en apportant des modifications à la microstructure des pièces. En effet, l'addition de sulfures de manganèse pré-alliés (MnS) peut entraîner une amélioration dans l'usinabilité des pièces. D'un autre côté, la présence de particules de seconde phase a tendance à diminuer les propriétés mécaniques des pièces telles que la résistance en fatigue. Ce mémoire présente les résultats en fatigue de pièces fabriquées avec des aciers contenant différentes quantités de MnS pré-alliés et prémélangés dans le but de quantifier l'effet de ces particules sur le comportement en usinage et sur le comportement en fatigue. Le but de cette étude est de trouver un compromis entre ces deux propriétés physiques. Les résultats démontrent que le meilleur compromis est atteint avec des poudres contenant 0.65%-pds de MnS pré-alliés. / The presence of porosities decreases the machinability of powder metallurgy steel parts; however, the machinability could be improved by modifying the microstructure. This can be achieved by the addition of pre-alloyed manganese sulphide (MnS) powders. But the presence of the second phase particles, namely MnS inclusions, tends to decrease the mechanical properties, particularly, fatigue. Thus, in practice, a balance has to be struck between machinability and fatigue resistance. In this context, parts have been fabricated from different base powders containing varying amounts of machinability enhancers and, the effects of varying the second phase particles, on their fatigue resistance and machinability have been evaluated. Microstructures and fracture morphologies have been characterized. Results demonstrate that the powder pre-alloyed with 0.65 wt-% MnS provides the best compromise.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Les objectifs de cette thèse étaient d'évaluer les effets d'un supplément combiné d'acide folique et de vitamine B12 sur les performances zootechniques en fermes laitières (première étude) et sur la cinétique du glucose en début de lactation (deuxième étude). Les traitements suivants ont été donnés par injections intramusculaires hebdomadaires de trois semaines avant le vêlage jusqu'à huit ou neuf semaines postpartum : pour la première étude 1) saline ou 2) acide folique et vitamine B12 et pour la deuxième étude 1) saline; 2) acide folique; 3) vitamine B12; ou 4) acide folique et vitamine B12. Pour la première étude, 805 vaches dans 15 troupeaux ont été impliquées. L'incidence de dystocie a été plus basse et la première insémination postpartum a eu lieu plus tôt pour les vaches multipares recevant le supplément que pour les vaches multipares ne le recevant pas. Le supplément n'a pas eu d'effet sur la production laitière. Toutefois, la concentration en gras du lait a diminué et celle en protéines a augmenté pour les vaches recevant le supplément. De plus, ces vaches ont perdu moins de poids corporel en début de lactation suggérant un effet du supplément sur la répartition de l'énergie. L'analyse économique a indiqué que ce supplément a été rentable pour la moitié des fermes à l'étude. Le supplément a augmenté la concentration en vitamine B12 du lait dans tous les troupeaux. Pour la deuxième étude, 24 vaches multipares ont été utilisées. Les concentrations plasmatiques de folates et de vitamine B12 des animaux témoins étaient plus élevées que ce qui a été rapporté dans la littérature. Étonnamment, le supplément d'acide folique a diminué le taux d'apparition du glucose à la neuvième semaine postpartum. L'ingestion, la concentration en glycogène hépatique et le pourcentage de glucose synthétisé provenant du propionate étaient semblables entre les traitements. Les résultats de ces études indiquent que, sous certaines circonstances, les apports d'acide folique et de vitamine B12 par la microflore du rumen semblent adéquats pour optimiser les performances des vaches. Cependant, il n'existe actuellement aucun moyen de prédire les apports en ces vitamines pour l'animal selon la ration reçue. / The objectives of this thesis were to evaluate the effects of a combined supplement of folic acid and vitamin B12 on performance in commercial dairy herds (first study) and on glucose kinetic in early lactation (second study). The following treatments were given by weekly intramuscular injections from three weeks before calving until eight or nine weeks postpartum: for the first study 1) saline or 2) folic acid and vitamin B12 and for the second study 1) saline; 2) folic acid; 3) vitamin B12 or; 4) folic acid and vitamin B12. For the first study, 805 cows in 15 herds were involved. The incidence of dystocia was lower and the first breeding postpartum occurred at an earlier time for multiparous cows receiving the vitamin supplement than for multiparous cows that did not. Vitamin supplement did not affect milk production. However, milk fat concentration decreased and milk protein concentration increased for dairy cows receiving the supplement. Moreover, these cows lost less body weight in early lactation suggesting an effect of the vitamin supplement on energy partitioning. The economic analysis showed that this supplement was profitable for half of the studied herds. The vitamin supplement increased vitamin B12 concentration in milk within each herd. For the second study, 24 multiparous cows were involved. Plasma concentrations of folates and vitamin B12 from controls were higher than previously reported in the literature. Surprisingly, the folic acid supplement decreased whole-body glucose rate of appearance at week nine postpartum. However, dry matter intake, liver glycogen concentration, and percentage of glucose synthesized from propionate were similar among treatments. Results from these two studies highlighted that, under some circumstances, supplies of folic acid and vitamin B12 from ruminal microflora seem to be adequate to optimize cow performance. However, it is not possible under the actual state of knowledge to predict supplies of these vitamins for the animal according to the diet.