La photocatalyse laisse entrevoir un large champ d’applications dans de nombreux domaines parmi lesquels figurent principalement ceux du traitement et de la purification de l’eau et de l’air. Ceci constitue une des raisons pour lesquelles les études fondamentales des processus de dégradation des molécules organiques à la surface des photocatalyseurs concernent le plus souvent les phases liquides et gazeuses. Les développements plus récents des applications de la photocatalyse dans le domaine des surfaces autonettoyantes ont soulevé des problématiques fondamentales concernant les mécanismes de dégradation photocatalytique de composés solides tels que les suies et les acides gras. Ces problématiques restent encore peu abordées dans la littérature malgré les enjeux majeurs en terme environnemental et méritent donc des travaux de recherche plus approfondis. Cette thèse porte sur l’étude des modes de dégradation photocatalytique de dépôts solides d’acide stéarique (AS) sur des couches minces de dioxyde de titane. Dans ce travail, des approches expérimentales originales basées sur la microscopie optique sont mises en œuvre pour suivre la dégradation photocatalytique de ces dépôts d’AS à l’échelle microscopique sous exposition à la lumière ultraviolette. Les dépôts d’AS se présentent sous forme d’îlots microscopiques présentant une distribution de taille et de forme. Sur la base d’un nouveau modèle cinétique que nous proposons, le lien existant entre la vitesse de dégradation photocatalytique du dépôt et la distribution de taille initiale de la population d’îlots est mis en évidence. Le modèle cinétique développé permet de rationaliser nos résultats et de concilier d’autres résultats, jusqu’alors contradictoires, de la littérature. Ce travail propose en outre une étude originale sur la dégradation photocatalytique de microcristaux d’AS déposés sur des couches minces de TiO2 microstructurées qui a permis d’appréhender le rôle des radicaux libres dans le processus de dégradation photocatalytique. La démarche expérimentale est basée sur le lien étroit existant entre l’orientation des molécules, inhérente à la structure propre des microcristaux, et les directions des plans cristallographiques {hkl}. Ainsi, nous mettons en évidence une dépendance en {hkl} des vitesses de dégradation des microcristaux qui est justifiée à l’échelle moléculaire par l’affinité des radicaux pour les terminaisons chimiques exposées selon ces plans cristallographiques / Photocatalysis is widely used in a variety of applications in water and air purification. For those reasons, fundamentals research on the photocatalytical degradation processes of organic compounds on photocatalysts surfaces concern in most cases liquid and gaseous phases. The more recent development of self-cleaning surfaces has raised several issues concerning the mechanisms of photocatalytic degradation of solid deposits such as soot or fatty acids. These issues remain little addressed in the literature and therefore deserve further attention. This thesis work deals with the study of the photocatalytical degradation modes of solid deposits of stearic acid (SA) on the surface of titanium dioxide thin films. In this work, an original experimental approach based on the use of optical microscopy is implemented to monitor, on a microscopic scale, the SA deposits as a function of UV light exposure. Viewed under microscope, the SA deposits appear as microscopic islands presenting size and form distribution. On the basis of a new kinetic model we propose, the existing relationships between the degradation rate of the deposit and the initial size distribution of the islands population is demonstrated. The proposed kinetic model rationalizes our experimental results as well as several others from the literature. Additionally, an original study on the degradation of SA microcrystals, grown on microstructured TiO2 thin films, provides insight into the role of the photogenerated oxygenated radicals in the photocatalytical mechanisms. Furthermore, the anisotropy of the microcrystals structure is put in relation with that of the SA molecules orientations within the microcrystal. This explains the observed {hkl}-dependence of the degradation rate of the microcrystals

Les épines dendritiques sont de petites protrusions post-synaptiques présentant des changements morphologiques corrélés avec la plasticité synaptique. Elles ont pour origine les filopodes dendritiques qui s’élargissent lors du contact avec l’axone. Ces changements morphologiques impliquent une grande variété de molécules dont des protéines associées à l’actine et des protéines d’adhésion. Cependant, comment ces différentes protéines sont coordonnées dans le temps et l’espace est encore largement méconnu. De plus, les techniques de microscopie conventionnelle ne permettent pas d’étudier l’organisation et la dynamique de ces protéines dans les épines dont la taille est proche de la limite de resolution. L’objectif de ma thèse a donc été d’explorer le rôle des protéines associées à l’actine ainsi que celui des protéines d’adhésion N-cadhérines dans l’organisation et la dynamique du cytosquelette d’actine des épines dendritiques. Dans une première étude, nous avons suivi la motilité des filopodes et épines dendritiques de neurones en visualisant l’actine-GFP. Nous avons couplé cette approche avec : 1) une technique de piégeage optique de microsphères recouvertes de N-cadhérines ou des substrats micro-imprimés également recouverts de N-cadhérines afin de contrôler temporellement et spatialement les adhésions cadhérine-cadhérine, 2) la stimulation pharmacologique de la myosine II afin d’induire la contraction F-actine/myosine et 3) l’expression de mutants de N-cadhérine non adhésifs. Nous avons ainsi démontré que la stabilisation des filopodes en épines était dépendante de l’engagement d’un embrayage moléculaire entre les adhésions trans-synaptiques N-cadhérine et le flux rétrograde d’actine généré par les myosines II. Dans une deuxième étude, nous avons utilisé la microscopie super-résolutive (PALM et dSTORM) et le suivi de protéines individuelles (sptPALM) pour étudier l’organisation et la dynamique à l’échelle nanométrique des protéines à l’origine des réseaux d’actine branchés dans les épines. Ainsi, nous avons caractérisé la localisation et la dynamique de l’actine, du complexe Arp2/3, du complexe WAVE, d’IRSp53, de VASP et de Rac-1. Nous avons montré que, contrairement aux structures motiles classiques comme lamellipode, le réseau d’actine branché dans les épines n’ést pas formé aux extrémités protrusives puis incorporé dans un flux rétrograde d’actine. Ce réseau est initié à la PSD puis croît vers l’extérieur afin de générer les protrusions membranaires responsablent des changements morphologiques de l’épine. Nos résultats montrent également qu’un contrôle strict de l’activité de Rac-1 est nécessaire au maintien de la morphologie des épines dendritiques et de l’architecture du réseau d’actine branché. L’ensemble de mon travail souligne l’importance du rôle de l’organisation à l’échelle nanométrique du réseau d’actine branché et des adhésions N-cadhérine dans la dynamique et la formation des épines dendritiques. Ces résultats pourraient avoir un rôle important dans la compréhension des changements morphologiques lors de la plasticité synaptique. / Dendritic spines are tiny post-synaptic protrusions exhibiting changes in morphology correlated with synaptic plasticity. They originate from motile dendritic filopodia, which enlarge after contacting axons. These morphological changes involve a wide number of molecular actors, including actin-binding proteins, and adhesion molecules. However, how these various molecular components are coordinated temporally and spatially to tune changes in spine shape remains unclear. Furthermore, conventional photonic microscopy techniques could not achieved the spatial resolution required to study the dynamic nanoscale organization of these proteins within the micron size dendritic spines. The objective of my Ph.D. was to unravel how actin-binding proteins and N-cadherin adhesion regulate the organization and dynamics of F-actin network in dendritic spines. In a first study, we measured the motility of dendritic filopodia and spines by time lapse imaging of actin-GFP in primary hippocampal neurons. We combined those measurements with: 1) manipulation of N-cadherin coated beads with optical tweezers, or micropatterns to control the timing and location of nascent N-cadherin adhesions, 2) pharmacological stimulation of myosin II to trigger contraction of the F-actin/myosin network and 3) expression of non-adhesive N-cadherin mutants to compete for the interaction between N-cadherin adhesion and F-actin. Using these different approaches we demonstrated that the stabilization of dendritic filopodia into mature spines was dependent on the engagement of a molecular clutch between trans-synaptic N-cadherin adhesions and the myosin driven F-actin flow. In a second study, we used super resolution microscopy (PALM and dSTORM) and single protein tracking (sptPALM) to study the dynamic nanoscale organizations of branched actin networks within dendritic spines. Using these technics, we characterized within dendritic spines, the localization and dynamics of actin, Arp2/3 complex, WAVE complex, IRSp53, VASP and Rac-1. We established that, opposite to classical motile structures such as the lamellipodium, branched F-actin networks in dendritic spines are not formed at the tip of membrane protrusions and incorporated in a retrograde flow. On the contrary, they are growing outwards from the PSD generating membrane protrusions responsible for spine motility. We also show that a thigh control of Rac1 activity is required to maintain dendritic spine morphology and branched actin network organization. Altogether, these studies point out the role of the nanoscale functional organization of F-actin networks and its linkage to adhesion proteins in the regulation of dendritic spine formation and dynamics. These findings may have important implications in the understanding of spine morphology changes driven by synaptic activity.

Ce travail a pour objectif d’évaluer le comportement à l’usure de pièces en CoCrMo utilisé dans l’orthopédie. Le procédé de nanocristallisation superficielle SMAT (Surface Mechanical Attrition Treatment) couplé à un polissage biomédical a été mis en œuvre dans cette étude pour améliorer les propriétés mécaniques, tribocorrosives d’un alliage CoCrMo. Dans un premier temps, une optimisation des paramètres SMAT sur un alliage CoCrMo a été réalisée. Différentes techniques de finition de surface ont ensuite été étudiées afin d’obtenir un état de surface acceptable pour des implants orthopédiques. Des techniques de caractérisation microstructurale ont alors été mises en œuvre sur des échantillons SMATés et polis : microscopie électronique à balayage et transmission (MEB ; MET), diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD), diffraction de kikuchi en transmission (TKD) et diffraction des rayons X (DRX). Les résultats obtenus ont montré que le traitement SMAT peut créer un raffinement des grains en surface de l’alliage CoCrMo avec notamment la présence de nano-grains en extrême surface. Des mesures d’indentation ainsi que des essais par la méthode du trou incrémental ont été effectués. Une augmentation de plus de 30% de la dureté a ainsi été observée après SMAT ainsi que la génération de contraintes résiduelles superficielles de compression. Les propriétés tribocorrosives de l’alliage CoCrMo ont également été étudiées par des essais d’usure par pion disque, scratch tests et des essais électrochimiques avant et après SMAT. / This aims of this work is to evaluate the wear behavior of CoCrMo parts used in orthopedics. The Surface Mechanical Attrition Treatment (SMAT) method coupled with biomedical polishing has been used in this study to improve the mechanical and tribocorrosive properties of a CoCrMo alloy. In a first step, an optimization of the SMAT parameters on a CoCrMo alloy was carried out. Different surface finishing techniques were then studied to obtain an acceptable surface finish for orthopedic implants. Microstructural characterization techniques were then applied on SMATed and polished samples: scanning and transmission electron microscopy (SEM, MET), backscattered electron diffraction (EBSD), transmission kikuchi diffraction (TKD), and ray diffraction X (XRD). The results obtained showed that the SMAT treatment can create a refinement of the surface grains of the CoCrMo alloy with the presence of nano-grains in the extreme surface. Indentation measurements as well as incremental hole tests were performed. An increase of more than 30% of the hardness was observed after SMAT as well as the generation of residual surface compressive stresses. The tribocorrosive properties of the CoCrMo alloy were also studied by disk wear tests, scratch tests, and electrochemical tests before and after SMAT.

La polarité est une question critique pour le système de matériaux III-nitrures, qui a un impact sur la qualité des films épitaxies et la performance des dispositifs à base de nitrure. Mais la compréhension des mécanismes élémentaires responsables de l'établissement de la polarité N ou métallique des films sur le substrat non-polaire manque. Les concepts existants sont basés sur des observations empiriques et contiennent des résultats ambigus. Une des raisons principales est le manque d'outils analytiques, permettant la détermination localisée de la polarité et de la structure atomique des couches à l'époque, lorsque les concepts de contrôle de la polarité ont été établis. Dans ce travail, nous développons un concept de contrôle de la polarité dans les couches AlN et GaN épitaxies sur substrat de saphir par EPVOM. La polarité des couches est étudiée par microscopie électronique en transmission (MET) haute résolution corrigée des aberrations et par microscope électronique à balayage en transmission en champ sombre (HAADF-STEM). L'analyse des investigations expérimentales donne les principaux résultats suivants : (i) le mécanisme qui régit la sélection de la polarité ; (ii) la relation entre la nitruration de la surface et les domaines de polarité Al dans les films d'AlN N-polaire ; (iii) possibilité d’inverser la polarité N de films d’AlN de polarité mixte en introduisant un recuit sous oxygène. La compréhension de mécanisme par lequel la polarité est contrôlée ouvre les possibilités d'une ingénierie de polarité dans les films de nitrure et peut donner une idée de la compréhension du contrôle de la polarité dans d'autres systèmes de matériaux (par exemple, les oxydes). / Polarity is a critical issue for III-nitrides material system that has an impact on the quality of epitaxial films and the performance of nitride-based devices. But the understanding of the elementary mechanisms that are responsible for establishing metal or nitrogen polarity of the films on nonpolar substrate is lacking. The existing concepts are based on empirical observations and contain ambiguous results. One of the main reasons for that is the lack of precise analytical tools, allowing localized determination of polarity and atomic structure of layers, at the time, when main concepts for polarity control were established. In this work we develop a concept of polarity control in AlN and GaN layers grown by MOVPE on sapphire substrates. The polarity of the layers is studied by aberration corrected HRTEM and high resolution high-angle annular dark field (HAADF) scanning TEM. The analysis of the experimental investigations yields the following principal results: (i) mechanism that governs polarity selection; (ii) relation between sapphire surface nitridation and Al-polar domains in N-polar AlN films; (iii) possibility of controlled switching the layers polarity from N to Al by oxygen annealing.Understanding of this mechanism by which polarity is controlled opens up the possibilities for polarity engineering in nitride films and can give a clue to understanding polarity control in other material systems (e.g. oxides).

Le nanoalliage cuivre-or (CuAu) pour la catalyse hétérogène fait l'objet d'un intérêt grandissant de la communauté scientifique. En effet, l'alliage de l'or, réputé être un élément stabilisateur, avec le cuivre, réputé très actif notamment vis-à-vis de l'oxygène, offre de très grandes possibilités, tant dans les réactions d'oxydation tel que l'oxydation du monoxyde de carbone, mais aussi dans les réactions d'hydrogénation, telle que l'hydrogénation sélective du butadiène. L'un des processus déterminant dans les réactions d'oxydation et d'hydrogénation est le processus d'adsorption et de dissociation des molécules d'O2 et de H2 par le catalyseur. Afin d'avoir une meilleure compréhension des processus mis en jeu, il est nécessaire d'identifier les sites actifs où a lieu l'adsorption et la dissociation éventuelle des molécules, mais aussi des mécanismes mis en jeu lors de ces processus. Mais aujourd'hui, il n'existe pas de consensus général, dans la communauté scientifique, concernant la localisation des sites actifs. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse, mené au laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques (MPQ) au sein de l'équipe Microscope électronique Avancée et NanoStructures (Me-ANS) dirigé par le professeur Christian Ricolleau. Les deux problématiques majeures auxquelles nous nous sommes intéressées sont (i) la stabilité structurale et morphologique des nanoparticules de Cu, Au et de Cu-Au dans le vide et en température et ce sur différents supports tels que le nitrure de silicium amorphe et le rutile-TiO2, (ii) la stabilité structurale et morphologique des nanoparticules de Cu, Au et de Cu-Au supportées sur rutile-TiO2, sous atmosphère de gaz oxydant (O2) et réducteur (H2). Les objectifs étant d'identifier les sites d'adsorption éventuels des molécules d'O2 et de H2 par les catalyseurs, et de mieux comprendre les mécanismes qui conduisent à l'évolution morphologique de ceux-ci en milieu réactif. / : Copper-gold nanoalloy (CuAu) for heterogeneous catalysis is of increasing interest in the scientific community. Indeed, the alloy of gold, known to be a stabilizing element, with copper, known to be very active with respect to oxygen particularly, shows interesting catalytic properties, in oxidation reactions such as oxidation of carbon monoxide, but also in hydrogenation reactions, such as the selective hydrogenation of butadiene. One of the rate determining step in oxidation and hydrogenation reactions is the process of adsorption and dissociation of O2 and H2 molecules by the catalyst. In order to have a better understanding of the processes involved, it is necessary to identify, the active sites where the eventual adsorption and dissociation of the molecules takes place, but also the mechanisms involved during these processes. However today, there is no general consensus in the scientific community towards the location of the active sites. It is in this context that this thesis work, conducted in the laboratory Materials and Quantum Phenomena (MPQ) within the team Advanced Electron Microscope and NanoStructures (Me-ANS) led by Professor Christian Ricolleau. The two major issues we have been interested in are (i) the structural and morphological stability, in vacuum and with temperature, of Cu, Au and Cu-Au nanoparticles deposited on different substrates such as amorphous silicon nitride and rutile -TiO2 nanorods, (ii) the structural and morphological stability of Cu, Au and Cu-Au nanoparticles supported on rutile-TiO2 under oxidizing (O2) and reducing (H2) atmospheres. The main goals being to identify the possible adsorption sites of the O2 and H2 molecules by the catalysts, and to better understand the mechanisms that lead to the morphological evolution of these NPs in a reactive medium.

Le système de sécrétion type VII (T7SS) présent chez les mycobactéries comporte cinq loci, nommés ESX-1 à ESX-5, chacun possédant leurs propres fonctions. Le système ESX-3, le plus conservé entre les espèces de mycobactéries, participe au transport du fer et à la sécrétion de protéines dont la protéine EsxH. EsxH interagit avec le système ESCRT dans le macrophage et contribue à la persistance de M. tuberculosis (Mtb) dans l’hôte. Afin de mieux comprendre le mécanisme du T7SS, nous avons surexprimé le locus ESX-3 de Mtb dans les organismes recombinants M. smegmatis et M. marinum. Nous avons purifié un coeur protéique partiel du complexe ESX-3 par chromatographie liquide de protéine rapide (FPLC) et déterminé différentes structures in vitro qui pourraient représenter son dynamisme par une analyse des particules individuelles. Nous avons localisé le complexe ESX-3 aux pôles chez M. marinum par microscopie de fluorescence (fLM) et microscopie super-résolution d’illumination de structure (SR-SIM). Finalement, nous avons reconstruit un modèle in vivo 3D de ce complexe en jumelant une technique de corrélation entre la microscopie par localisation photoactivée (PALM) et la tomographie électronique en conditions cryogéniques (cryo-ET). En jumelant nos structures in vitro et notre modèle in vivo, nous discutons d’un mécanisme possible du complexe ESX-3. Ces analyses pourront aussi supporter le criblage d’inhibiteurs potentiels pour traiter les infection mycobactériennes. / A novel, type VII secretion system (T7SS) was recently discovered in Mycobacteria. Five subsystems, called ESX-1 to ESX-5, have been identified, with the ESX-3 being the most conserved. The ESX-3 system is essential for growth and pathogenesis, and has been implicated in iron transport and secretion of effector proteins into the host. The secreted proteins are shown to prevent phagosome maturation by interacting with the ESCRT machinery of the macrophage. To characterize the structure and mechanism of secretion employed by the T7SS, we use the ESX-3 system from Mycobacterium tuberculosis (Mtb) and recombinantly express it in M. smegmatis and M. marinum cells. By combining Fast Protein Liquid Chromatography (FPLC) and Single Particle electron microscopy analysis, we have reconstructed several in vitro models that contain at least three of the ESX-3 cluster proteins and may represent the dynamic nature of the core complex. Using fluorescent light microscopy (fLM) and super-resolution structure illumination microscopy (SR-SIM), we localized the ESX-3 complex to the lateral pole in M. marinum cells. We also used super-resolution photoactivated localization microscopy (PALM) in correlation with cryo-electron tomography (cryo-ET) of whole M. marinum cells to localize and reconstruct an in vivo 3D model of the ESX-3 secretion system. By combining the single particle reconstructions and the cryotomography data, we discuss a possible mechanism of ESX-3 secretion. Such analysis may support future inhibitor screens to prevent mycobacterial infections.

Alors que la Guadeloupe possède la plus grande bordure littorale de mangroves des Petites Antilles, la microfaune et la microflore bactérienne marine associées à cet écosystème sont très mal connues. Pourtant, ces diverses communautés de micro-organismes sont à la base du réseau trophique des sédiments marins de mangrove. En effet, grâce à leurs activités basées sur des processus hétérotrophes, ces micro-organismes vont permettre de dégrader la litière constituée de feuilles et branches de palétuviers tombées à la surface du sédiment. En condition anoxique, la dégradation des substrats végétaux par des bactéries sulfato-réductrices entraine la production de sulfures qui vont soutenir l’activité de bactéries chimiosynthétiques. Les protistes ciliés sont des micro-organismes eucaryotes unicellulaires caractérisés par la présence de cils sur la surface cellulaire et appartenant au micro-zooplancton. Leur mode de nutrition basé sur la phagocytose permet non seulement de favoriser la reminéralisation de la biomasse microbienne, ce qui augmente le transfert de nutriments à d'autres organismes du réseau trophique, mais facilite surtout l’émergence de nombreuses associations symbiotiques. Les résultats obtenus durant cette thèse ont permis de mettre en évidence la présence d’associations symbiotiques entre des bactéries sulfo-oxydantes ou hétérotrophes et des espèces de protistes ciliés faisant parties du périphyton de mangrove. / While Guadeloupe has the largest coastal edge of mangroves in the Lesser Antilles, the microfauna and marine bacterial microflora associated with this ecosystem are very poorly understood. However, these diverse communities of microorganisms are at the base of the marine mangrove sediment food web. Indeed, thanks to their activities based on heterotrophic processes, these micro-organisms will make it possible to degrade the litter composed of mangrove leaves and branches that have fallen to the surface of the sediment. In anoxic conditions, the degradation of plant substrates by sulfate-reducing bacteria leads to the production of sulfides that will support the activity of chemosynthetic bacteria. Ciliates protists are unicellular eukaryotic microorganisms characterized by the presence of cilia on the cell surface and belonging to micro-zooplankton. Their phagocytosis-based nutrition not only promotes the remineralization of microbial biomass, which increases the transfer of nutrients to other organisms in the food web, but also facilitates the emergence of many symbiotic associations. The results obtained during this thesis allowed to highlight the presence of symbiotic associations between sulfur-oxidizing or heterotrophic bacteria and ciliates protist species that are part of the mangrove periphyton.

Cette thèse présente les résultats de mesures expérimentales effectués à basse température par les techniques de microscopie tunnel à balayage et de spectroscopie par tunnel à balayage (STS) sur les métaux de transitions phthalocyanines déposées sur les surfaces de métaux nobles. Les mesures STM/STS ont été effectuées pour les molécules MnPc et CuPc adsorbées sur les surfaces Ag (111) et Au (111) à la température expérimentale de travail de 4,5 K. Ces deux types de molécules présentent une différence substantielle de configurations d'adsorption, des comportements électroniques et magnétiques et des structures vibratoires moléculaire. Les études STM/STS ont principalement porté sur les propriétés magnétiques de ces molécules à travers l’effet Kondo et une attention particulière a été accordée à la molécule de MnPc en raison de son comportement magnétique plus intéressant issu de l'atome Mn central. Particulièrement, nous avons étudié l'évolution spectrale des structures électroniques et magnétiques du MnPc partant d'une molécule unique jusqu'à la structure bicouche ordonnée sur la surface Ag (111). En outre, les études STM/STS ont montré une preuve de couplage magnétique entre les moments magnétiques de l'atome de Co et de la molécule de MnPc ainsi que sa forte dépendance vis-à-vis du site d'adsorption de l'atome de Co. Ces études STM/STS sur ce système nous ont permis de comprendre l'effet des interactions molécule-substrat, molécule-molécule et molécules-atome sur les propriétés électroniques et magnétiques des molécules de MnPc. / This thesis presents the results of low-temperature scanning tunneling microscopy (STM) and scanning tunneling spectroscopy (STS) studies on transition-metal phthalocyanines molecules on the noble metal surfaces. The STM/STS measurements have been performed for MnPc and CuPc molecules adsorbed on Ag(111) and Au(111) surfaces at the experimental working temperature of 4.5 K. These two types of molecules exhibit substantially different adsorption configurations, the electronic and magnetic behaviors and the molecule vibrational structures. The STM/STS studies have focused mainly on the magnetic properties of these molecules by means of Kondo effect, and special attention has been paid to MnPc molecule due to its more interesting magnetic behavior arising from the central Mn atom. Particularly we investigated the spectral evolution of electronic and magnetic structures of MnPc starting from a single molecule up to the ordered bilayer structures on Ag(111) surface. In addition, the STM/STS investigations showed an evidence of magnetic coupling between the magnetic moments of the Co atom and MnPc molecule and its strong dependence on the adsorption site of Co atom. These STM/STS investigations on this system allowed us to understand the effect of molecule-substrate, molecule-molecule and molecule-atom interactions on the electronic and magnetic properties of MnPc molecules.

Soils represent an essential habitat for a wide diversity of invertebrates. Among these organisms, termites are considered ecosystem engineers for their impact on nutrient cycling and soil functioning, stemming from their wide feeding habits. For instance, soil/litter-feeding termites are one of the groups that incorporate the most organic matter from the soil. Thus, the high abundance and diversity of this group of termites does not only indicate its ecological success, but also its high value for the ecosystem. TheApicotermitinae subfamily (family Termitidae) is a highly diverse group of soil-feeding termites widespread in Afro- and Neotropical regions. However, due to taxonomic difficulties in soldierless groups and poor sampling of species living deep in the soil, it is also one of the most understudied subfamilies. In this thesis, I addressed phylogenetic, anatomical, and ecological aspects of the Apicotermitinae, with the ultimate goal of explaining their high diversity and ecological success. In the first axis, we investigated the phylogenetic relationships of Apicotermitinae species by using de novo mitochondrial genomes. African taxa with soldiers form several basal branches. We confirmed the monophyly of Asian and neotropical lineages, resulting from two independent dispersal events from tropical Africa, and established the relationships of the main lineages in the subfamily. The relationships among and within some genera remain unresolved, probably revealing an explosive radiation. Some genera appear as polyphyletic, showing the need for further taxonomic revision. In the second axis, we described for the first time in detail the anatomical structures of the gizzard. Thepulvillar belt bears a highly diverse, sclerotized and autofluorescent structures. These structures and the ornamentation patterns remain limited to African species since the Neotropical species do not present such specialized structures. Consequently, these ornamentations are proposed as a new complementary taxonomic tool, which can prove useful in the future revisions of genera with phylogenetic incongruences. In the third axis, we characterized the content of crop-gizzard and inferred the isotopic niche of species. Slight variations in the food content suggested that Apicotermitinae can be considered as a single feeding group, with mineralized soil as a primary source. Variations in the crop-gizzard volume can be related to food-collecting behavior. The neotropical species exhibited the broadest isotopic spaces, indicating flexibility to explore large organic matter humification gradients. The broad overlap of isotopic niches and co-occurrence with other termites suggests that this group could be affected by spatial segregation. Finally, in an evolutionary context, it was inferred that the Neotropical soldierless taxa underwent an explosive radiation during the early-middle Miocene. While the reduction of sclerotized structures in the gizzard is associated with the dispersal towards the Neotropics, the African soldierless species developed a pulvillar armature. All of these results provide an overview of the understanding of Apicotermitinae and open up new perspectives on the evolutionary and functional aspects of associations in favor of diet as an agent of their success. / Les sols représentent un habitat essentiel pour une grande diversité d'invertébrés. Parmi ceux-ci, les termitessont considérés comme des ingénieurs de l'écosystème, pour leur impact sur le cycle des nutriments ainsique sur le fonctionnement du sol. Ce rôle écologique majeur est du fait entre autres de la grande diversitéde leur régime alimentaire. Les termites qui se nourrissent de sol et/ou de litière constituent l'un des groupesqui incorpore le plus de matière organique depuis le sol. Ainsi, l'abondance et la diversité élevées de cegroupe de termites indiquent non seulement leur succès écologique, mais aussi leur forte valeur pour lesécosystèmes. La sous-famille des Apicotermitinae (Termitidae) constitue un groupe de termites humivorestrès abondant et diversifié dans les régions afrotropicale et néotropicale. Cette sous-famille est pourtant peuétudiée, du fait des difficultés taxonomiques rencontrées pour les termites sans soldats, mais aussi desdifficultés d’échantillonnage associées aux espèces propres aux sols plus profonds. Le présent travail dethèse se veut être une étude de la diversité des Apicotermitinae selon trois axes, à savoir phylogénétique,anatomique et écologique, dans le but d'expliquer les tenants et aboutissants de la grande diversité desApicotermitinae, ainsi que les raisons de leur succès écologique.Dans le premier axe de la thèse, nous avons étudié les relations phylogénétiques entres les différentesespèces d’Apicotermitinae à l’aide de génome mitochondriaux assemblé de novo. Les taxa africains avecsoldats forment plusieurs branches basales. Nous avons confirmé la monophylie des lignées asiatique etnéotropicale, qui résultent de deux colonisations indépendantes au départ de l'Afrique, et établi les relationsentre les principales lignées de la sous-famille. Les relations, entre ou au sein, de certains genres sont malrésolues et correspondraient à une explosion radiative. Plusieurs genres apparaissent commepolyphylétiques, montrant le besoin d’une révision taxonomique future.Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons décrit pour la première fois en détail les différentesstructures anatomiques du gésier. La ceinture pulvillaire porte des structures très diverses, sclérifiées etauto-fluorescentes. Ces ornementations sont proposées comme un nouvel outil taxonomiquecomplémentaire, qui serait utile pour les révisions requises dans les genres problématiques susmentionnés.Ces structures et les motifs d'ornementation restent toutefois limités aux espèces africaines, les espècesnéotropicales ne présentant pas de structures spécialisées.Concernant le troisième axe de la thèse, nous avons caractérisé le contenu du jabot-gésier et estimé la nicheisotopique de différentes espèces. Les légères variations du contenu suggèrent que les Apicotermitinaepartagent sensiblement le même régime alimentaire, en ingérant une quantité importante de sol minéralisé.Les variations du volume du jabot-gésier peuvent être liées au comportement de collecte des aliments. Lesespèces néotropicales montrent une étendue des niches isotopiques plus large, ce qui indique la possibilitéd'exploiter plusieurs niveaux d’humification de la matière organique. Le large chevauchement des nichesisotopiques et la co-occurrence avec d'autres termites suggèrent que les espèces de ce groupe tendraient àse ségréger spatialement.Enfin, dans un contexte évolutif, il a été estimé que le groupe des espèces néotropicales sans soldats a subiune explosion radiative au début du Miocène moyen. Alors que la réduction des structures fortementsclérifiées dans le gésier est associée à la dispersion vers les Néo-tropiques, les espèces africaines sanssoldats ont développé une armature pulvillaire. L'ensemble de ces résultats donne un aperçu de lacompréhension des Apicotermitinae et ouvre de nouvelles perspectives quant à des aspects évolutifs etfonctionnels des associations en faveur du régime alimentaire en tant qu'agent de leur succès. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Lors de leur séjour dans l’atmosphère, les aérosols sont soumis, entre autres, à des processus d’agrégation, ainsi que de condensation sur leurs surfaces. Ces processus, dit de vieillissement, dépendent du temps de résidence des particules dans l’atmosphère, des conditions météorologiques et de l’environnement chimique rencontré. Cette étude vise à caractériser l’aérosol inorganique et étudier son évolution physico-chimique sur quelques dizaines de milliers de mètres, dans les panaches industriels et urbains où les concentrations atmosphériques en particules fines (PM₁₀) sont relativement élevées. Il s’agit notamment de rendre compte de l’évolution des particules d’aérosol primaire lors d’épisodes de formation d’aérosols secondaires inorganiques.Dans ce cadre, dans un premier temps, une nouvelle méthodologie d’analyse des aérosols inorganiques, à basse température, par cryo-microscopie électronique (cryo-TSEM-EDX) a été mise au point. L’enjeu était notamment de rendre compte de l’état de mélange des composés atmosphériques d’origine secondaire (composés semi-volatils), avec l’aérosol primaire. Ces développements analytiques ont tout d’abord été réalisés à l’aide de composés modèles, avant d’être validés sur particules environnementales. Dans un second temps, l’étude des processus physico-chimiques mis en jeu lors du vieillissement des aérosols, à l’échelle locale (quelques kilomètres), a été réalisée au cours d’une campagne intensive de terrain sur le dunkerquois, visant à étudier plus particulièrement l’évolution des émissions industrielles en milieu urbain. Des prélèvements ont ainsi été réalisés en bordure de zone industrielle et sur de sites "récepteurs" sous l’influence potentielle des émissions industrielles. Les analyses réalisées sur ces particules par cryo-SEM-EDX ont notamment montré qu’en zone péri-urbaine, à quelques kilomètres de la zone industrielle, des particules émises par la sidérurgie, comme les oxydes de fer, évoluaient rapidement, pour se retrouver, en mélange interne, associés à de la matière organique particulaire. En parallèle, nous avons pu caractériser, sur ces sites récepteurs, la présence d’aérosols inorganiques secondaires absents de la zone source et donc formés au sein de l’air ambiant, lors du survol de l’agglomération dunkerquoise. / During their transport in the atmosphere, aerosols are subject, for example, to aggregation and condensation processes on their surfaces. These processes, so-called aging, depend on particle residence time in the atmosphere, meteorological conditions and chemical environment. This study aims to characterize inorganic aerosols and to highlight their physico-chemical evolution on a few tens of thousands meters, from an industrial area to the urban environment of Dunkirk (Northern France), in which PM₁₀ concentrations are quite important. It notably includes reporting on the evolution of primary particles during the formation of secondary inorganic aerosols. First, a new analytical methodology of inorganic aerosols, at low temperature, with cryo-electronic microscopy (cryo-TSEM-EDX) has been developed. Our goal was to characterize the mixing state of secondary atmospheric components (semi-volatile components) with primary aerosols. These analytical developments have been realized with model particles, before validation on real atmospheric particles. In a second time, the study of physico-chemical processes involved in the aging of industrial inorganic aerosols has been undertaken through an intensive field campaign. The objective is to describe the particles evolution between the industrial zone and receptor sites located in the suburb of Dunkirk. Our main results show that Fe-rich particles (Fe oxides), released in the atmosphere by steelworks, incorporate particulate organic matter in a few kilometers, between the source and receptor sites. In addition, the formation of secondary inorganic aerosols (SIA), not present at the source, has been evidenced. Clearly, these SIA have been formed during the transport of air masses over the urban area.