Le Traité d'Interdiction Complete des Essais nucléaires (TICE) met en oeuvre des moyens de détection d'essais nucléaires au sein d'un système de surveillance international (SSI). Le Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) a développé, dès le milieu des années 90, le système SPALAX (Système de Prélèvement d'Air en Ligne avec l'Analyse des radioXénons). L'analyse du xénon, y compris les isotopes radioactifs issus de la réaction de fission lors de l'explosion, requiert le développement de procédés très performants pour la concentration de celui-ci. Dans ces travaux de thèse, les phénomènes d'adsorption et de diffusion du xénon sont étudiés dans une zéolithe ZSM-5 échangée à l'argent. Le couplage « expérience/simulation Monte-Carlo » est mis à profit pour déterminer les données thermodynamiques essentielles sur l'adsorption des gaz rares et pour caractériser les sites d'adsorption. La présence d'un site fort d'adsorption, identifié comme étant des nanoparticules d'argent et intervenant à faible concentration de gaz rares (notamment pour le xénon et le radon) dans certaines zéolithes échangées à l'argent, permet d'atteindre des performances d'adsorption et de sélectivité à ce jour inégalées. Ces résultats permettent d'envisager leur utilisation pour de nombreuses applications cruciales dans le domaine de la capture et de la séparation des gaz rares : production industrielle de gaz rares, retraitement des gaz issus du combustible irradié, dépollution de l'air en radon / The Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty (CTBT) implements means for detecting nuclear tests in an International Monitoring System (IMS). The Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) has developed in the mid-90s, the SPALAX system (Système de Prélèvement d’Air en Ligne avec l’Analyse des radioXénons). Xenon analysis, including radioactive isotopes from the fission reaction during the explosion, requires the development of highly efficient process for xenon concentration. In this work, the adsorption and diffusion phenomena of noble gases are studied in silver exchanged ZSM-5 zeolite. The "experience / Monte Carlo simulation" coupling is used to determine the essential thermodynamic data on the adsorption of noble gases and to characterize the adsorption sites. The presence of a strong adsorption site, identified as silver nanoparticles and intervening at low concentration of noble gases (including xenon and radon) in some silver exchanged zeolites, achieves adsorption and selectivity performance to date unrivaled. These results allow considering their use in many critical applications in the field of capture and separation of rare gases: rare gas industrial production, reprocessing of spent fuel from gas, radon in air pollution control

L’explosion de la nanotechnologie a permis l’intégration d’une multitude de nanoparticules dans des produits de consommation. Les nanoparticules d’argent (nAg) sont les plus utilisées à ces fins, selon les derniers recensements disponibles. La plupart des études toxicologiques, à ce jour, ont fait état de l’implication très évidente de l’ion Ag+ dans la toxicité aigüe des nAg; cependant, quelques études ont mis en évidence des effets toxicologiques dus aux nAg. Il y a un certain consensus à propos d’un risque de contamination des eaux douces via leur rejet par les effluents des réseaux d’aqueducs. Puisque les concentrations en Ag+ sont généralement très faibles dans les eaux douces (de l’ordre du pg L-1), de par la formation de complexes non-labiles avec des thiols (organiques et inorganiques) et des sulfures, la toxicité inhérente aux nAg pourrait ne pas être négligeable- comparativement aux tests en laboratoires. Cette étude s’intéressait donc aux mécanismes de bioaccumulation d’argent par l’algue verte C. reinhardtii suite à l’exposition à des nAg de 5 nm (enrobage d’acide polyacrylique). La bioaccumulation d’argent pour l’exposition à Ag+ servait de point de comparaison; également, les abondances de l’ARNm de l’isocitrate lyase 1 (ICL1) et de l’ARNm de Copper Transporter 2 (CTR2) étaient mesurées comme témoins biologiques de la bioaccumulation de Ag+. Les expériences ont été menées en présence d’un tampon organique (NaHEPES, 2 x 10-2 M; Ca2+, 5x 10-5 M) à pH de 7,00. Pour des expositions à temps fixe de 2 heures, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+; cependant, il n’y avait pas de différence d’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 entre nAg et Ag+. D’un autre côté, pour une exposition à temps variables, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+ et une augmentation de l’abondance de l’ARNm de ICL1 était notée pour nAg. Cependant, il n’y avait aucune différence significative au niveau de l’abondance de l’ARNm de CTR2 entre nAg et une solution équivalente en Ag+. L’ajout d’un fort ligand organique (L-Cystéine; log K= 11,5) à une solution de nAg en diminuait radicalement la bioaccumulation d’argent par rapport à nAg-sans ajout de ligand. Par contre, l’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 étaient stimulées significativement par rapport à une solution contrôle non-exposée à nAg, ni à Ag+. Les résultats suggéraient fortement que les nAg généraient des ions Ag+ au contact de C. reinhardtii. / The recent developments in nanotechnology have given rise to a new and increasing economical market where nanoparticles are at the forefront. Recent inventories of the nanoparticles-containing products have shown that silver nanoparticle- containing products are the most frequently used consumer nanomaterial. Due to the fear of a large scale contamination-and even pollution- of the aquatic environment from silver nanoparticles (nAg), studies have been conducted to assess their toxicities, which, in many cases, have been found to be mediated by the concomitant presence of Ag+. Notably, few studies have found evidence of toxicity due to the nAg, per se. Since numerous non-labile complexes are formed with Ag+ in freshwaters- especially with thiols and sulfides-, nAg toxicity might be more relevant in comparison to laboratory tests where the Ag+ tends to dominate toxicity studies. Therefore, this study investigated the mechanisms underlying silver bioaccumulation by the green alga, C. reinhardtii upon exposure to solutions of nAg (nominal size of 5 nm; poly-acrylate coating). Silver bioaccumulation upon exposures to the free ion alone served for comparison. In parallel, the abundance of two mRNAs- ICL1 and CTR2- were used to better understand the mechanisms underlying the bioaccumulation of Ag+ (and potentially nAg). The experiments were conducted in pH buffered solutions (NaHEPES, 2 x 10-2 M; Ca2+, 5x 10-5 M) at pH 7.00. For 2-hour exposures, the silver bioaccumulation for solutions of nAg exceeded what was expected from their Ag+ content only; however, no differences were noticed in the abundance of the expression of ICL1 and CTR2. For variable time exposures, the silver bioaccumulation for solutions of nAg exceeded what was expected from their Ag+ content only. Moreover, the expression of ICL1 was significantly higher for nAg than what was expected based upon an exposure to Ag+ only. When exposed to nAg, expression levels of CTR2 could be predicted from levels based solely on the Ag+ concentrations. The addition of a large excess of L-Cysteine, which is a very strong silver ligand (log K =11.5), to a nAg solution largely decreased silver bioaccumulation, however, bioaccumulation remained significant and the expression of both ICL1 and CTR2 were significantly higher than that of the control solutions (without Ag+). The results strongly suggest that nAg generated Ag+ ions when in contact with C. reinhardtii and that the nAg released to freshwaters might exert its toxicity through organism-contact-dependant release of Ag+.

L’explosion de la nanotechnologie a permis l’intégration d’une multitude de nanoparticules dans des produits de consommation. Les nanoparticules d’argent (nAg) sont les plus utilisées à ces fins, selon les derniers recensements disponibles. La plupart des études toxicologiques, à ce jour, ont fait état de l’implication très évidente de l’ion Ag+ dans la toxicité aigüe des nAg; cependant, quelques études ont mis en évidence des effets toxicologiques dus aux nAg. Il y a un certain consensus à propos d’un risque de contamination des eaux douces via leur rejet par les effluents des réseaux d’aqueducs. Puisque les concentrations en Ag+ sont généralement très faibles dans les eaux douces (de l’ordre du pg L-1), de par la formation de complexes non-labiles avec des thiols (organiques et inorganiques) et des sulfures, la toxicité inhérente aux nAg pourrait ne pas être négligeable- comparativement aux tests en laboratoires. Cette étude s’intéressait donc aux mécanismes de bioaccumulation d’argent par l’algue verte C. reinhardtii suite à l’exposition à des nAg de 5 nm (enrobage d’acide polyacrylique). La bioaccumulation d’argent pour l’exposition à Ag+ servait de point de comparaison; également, les abondances de l’ARNm de l’isocitrate lyase 1 (ICL1) et de l’ARNm de Copper Transporter 2 (CTR2) étaient mesurées comme témoins biologiques de la bioaccumulation de Ag+. Les expériences ont été menées en présence d’un tampon organique (NaHEPES, 2 x 10-2 M; Ca2+, 5x 10-5 M) à pH de 7,00. Pour des expositions à temps fixe de 2 heures, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+; cependant, il n’y avait pas de différence d’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 entre nAg et Ag+. D’un autre côté, pour une exposition à temps variables, la bioaccumulation d’argent pour nAg était supérieure à ce qui était prédit par sa concentration initiale en Ag+ et une augmentation de l’abondance de l’ARNm de ICL1 était notée pour nAg. Cependant, il n’y avait aucune différence significative au niveau de l’abondance de l’ARNm de CTR2 entre nAg et une solution équivalente en Ag+. L’ajout d’un fort ligand organique (L-Cystéine; log K= 11,5) à une solution de nAg en diminuait radicalement la bioaccumulation d’argent par rapport à nAg-sans ajout de ligand. Par contre, l’abondance des ARNm de ICL1 et de CTR2 étaient stimulées significativement par rapport à une solution contrôle non-exposée à nAg, ni à Ag+. Les résultats suggéraient fortement que les nAg généraient des ions Ag+ au contact de C. reinhardtii. / The recent developments in nanotechnology have given rise to a new and increasing economical market where nanoparticles are at the forefront. Recent inventories of the nanoparticles-containing products have shown that silver nanoparticle- containing products are the most frequently used consumer nanomaterial. Due to the fear of a large scale contamination-and even pollution- of the aquatic environment from silver nanoparticles (nAg), studies have been conducted to assess their toxicities, which, in many cases, have been found to be mediated by the concomitant presence of Ag+. Notably, few studies have found evidence of toxicity due to the nAg, per se. Since numerous non-labile complexes are formed with Ag+ in freshwaters- especially with thiols and sulfides-, nAg toxicity might be more relevant in comparison to laboratory tests where the Ag+ tends to dominate toxicity studies. Therefore, this study investigated the mechanisms underlying silver bioaccumulation by the green alga, C. reinhardtii upon exposure to solutions of nAg (nominal size of 5 nm; poly-acrylate coating). Silver bioaccumulation upon exposures to the free ion alone served for comparison. In parallel, the abundance of two mRNAs- ICL1 and CTR2- were used to better understand the mechanisms underlying the bioaccumulation of Ag+ (and potentially nAg). The experiments were conducted in pH buffered solutions (NaHEPES, 2 x 10-2 M; Ca2+, 5x 10-5 M) at pH 7.00. For 2-hour exposures, the silver bioaccumulation for solutions of nAg exceeded what was expected from their Ag+ content only; however, no differences were noticed in the abundance of the expression of ICL1 and CTR2. For variable time exposures, the silver bioaccumulation for solutions of nAg exceeded what was expected from their Ag+ content only. Moreover, the expression of ICL1 was significantly higher for nAg than what was expected based upon an exposure to Ag+ only. When exposed to nAg, expression levels of CTR2 could be predicted from levels based solely on the Ag+ concentrations. The addition of a large excess of L-Cysteine, which is a very strong silver ligand (log K =11.5), to a nAg solution largely decreased silver bioaccumulation, however, bioaccumulation remained significant and the expression of both ICL1 and CTR2 were significantly higher than that of the control solutions (without Ag+). The results strongly suggest that nAg generated Ag+ ions when in contact with C. reinhardtii and that the nAg released to freshwaters might exert its toxicity through organism-contact-dependant release of Ag+.

La structuration laser femtoseconde (fs) de verres d’oxydes est un domaine de larecherche en pleine expansion. L’interaction laser-matière est utilisée pour sa facilité de miseen oeuvre et les nombreuses applications découlant de la fabrication des composantsphotoniques. En effet, un faisceau d’impulsions ultra-courtes focalisé dans un matériautransparent atteint une intensité suffisante pour modifier en 3D la matière à des échelles microetnanométrique. Ce mémoire se compose de deux volets. Le premier volet traite del’interaction laser fs en surface de verres menant à une auto organisation périodique de lamatière. L’influence du dopage ions photosensibles et des paramètres d’irradiation laser sontétudiées afin d’appuyer le modèle d’incubation pour la formation de nanoréseaux. À travers uneapproche innovante, il a été permis le contrôle de ces structures nanométriques périodiquespour de futures applications. Le second volet traite de cristallisation localisée de volume.Plusieurs matrices vitreuses, avec différents dopages en ion argent, ont été étudiées pourcomprendre les mécanismes de précipitation de nanoparticules d’argent (Ag-NPs). Ce travaildémontre le lien entre la physicochimie des verres et le caractère hors équilibrethermodynamique de l’interaction qui influence les conditions de nucléation/croissances des Ag-NPs. Les résultats sont comparés aux modélisations de la réponse optique du plasmon desurface des Ag-NPs. Les nombreuses perspectives de ce travail ouvrent sur de nouvellesapproches quant à la caractérisation, aux applications et à la compréhension de l’interactionlaser fs pour l’inscription de briques photoniques dans des verres d’oxydes. / Femtosecond direct laser writing (fs-DLW) of oxide glasses is a growing researchand development area. It is also increasingly used in the high-tech industry thanks to its simpleimplementation and numerous possible applications emerging from the photonic componentsmanufacture. Indeed, an ultra-short focused beam in a transparent material reaches a sufficientintensity to 3D modify the material on micro- or nanometer scale. However, the fs-DLW regimesat such high intensity are not completely understood, and the materials, already used, are notperfectly adapted for new photonics applications. This research work aims to provide answersto those open questions. This thesis is based on two thrusts. The first one addresses the issueof the glass surface DLW with fs pulses which lead to self organized periodic structures. Theinfluence of photosensitive doping ions and irradiation parameters are studied to support theincubation model for nanogratings surface formation. This study allows the control of theseperiodic nanostructures for further applications. The second thrusts deals with localized volumecrystallization. Several glassy matrices with various silver oxide doping have been studied tounderstand the mechanisms of silver nanoparticles (Ag-NPs) precipitation. This workdemonstrates the link between the physical chemistry of the glass and the non-equilibriumthermodynamic state during fs-DLW to influence nucleation and growth conditions of Ag-NPs.These results are compared to models that describe the optical responses of plasmonicbehavior. This research opens on new approaches and prospects for applications andunderstandings of fs-DLW of novel photonic bricks.

Les travaux précédents du laboratoire Hubert Curien ont permis d’élaborer des films photosensibles Ag : TiO2 sur verre, support de marquage de motifs actualisables ou permanents. Une adaptation de ces travaux aux supports plastiques et papiers est ici proposée afin d’élargir les domaines d’application potentiels au marquage sécurité des produits par exemple. Des techniques d’élaboration de films Ag : TiO2 compatibles avec les substrats considérés ont donc été développées. Deux voies ont été envisagées. La première utilise la chimie du Sol-Gel combinée à la méthode EISA et des procédés de dépôt tel le spin-coating, le jet d’encre ou la flexographie pour former un film mésoporeux de TiO2 sur les supports. Des traitements basés sur une extraction par solvant ou un recuit infrarouge ont été imaginés afin de libérer la porosité du film sans dégradation du support. Pour réaliser les films sur papier, un sel d’argent est ajouté au Sol avant son dépôt. Dans les cas des films élaborés sur plastique, l’argent est incorporé par imprégnation du matériau dans une solution de sel d’argent. La deuxième voie d’élaboration propose de formuler une encre aqueuse jet d’encre de nanoparticules de TiO2 et d’ions argent, en adaptant la composition d’une suspension commerciale de TiO2 aux exigences du jet d’encre. Après dépôt, l’encre est séchée par recuit infrarouge. Le comportement photochromique sous expositions lumineuses UV et visible des différents films permet leur coloration et décoloration de façon réversible. Les films Sol-Gel déposés sur plastique peuvent également être support de photo-inscriptions permanentes générées par irradiation par une lumière visible d’une certaine intensité / Previous research conducted at laboratory Hubert Curien led to the development of photosensitive Ag: TiO2 films on glass as support for updatable or permanent patterns. An adaptation of this work to plastic and paper substrates is proposed here to broaden the possible application areas such as goods secure labeling, for example. Fabrication techniques of Ag: TiO2 films compatible with flexible substrates have been developed, using two different paths. The first uses the combination of Sol-Gel chemistry with the EISA method. Deposition processes such as spin coating, inkjet or flexographic printing are used to form a mesoporous film of TiO2 on substrates. Treatments based on solvent extraction or infrared annealing have been devised to release the porosity of the film without damaging the supports. Silver salt is either introduced into the titania pores by soaking the films into a silver salt solution or added to the sol before its coating. The second developed option proposes formulating an aqueous ink jet ink made of TiO2 nanoparticles and silver ions by adapting the composition of a commercial suspension of TiO2 with the requirements of the ink jet process. After printing, the ink is dried by infrared annealing. The photochromic behavior under UV and visible light exposures of fabricated films allows to get coloring and bleaching reversibly. Sol-Gel films coated on plastic can also be a support for permanent colored patterns realized by irradiation with a visible light of certain intensity

Les premières photographies couleurs produites par Edmond Becquerel au Muséum d’Histoire naturelle à Paris en 1848 ont suscité un débat scientifique intense tout au long du XIXème siècle. La question de l’origine des couleurs de ces photographies a vu s’affronter les partisans d’une hypothèse pigmentaire et ceux d’une hypothèse interférentielle. Au cours du XXème siècle, cette question n’a pas été définitivement tranchée. Ce travail doctoral se propose d’appréhender la nature de ces images dites « photochromatiques » par une approche expérimentale. Nous nous sommes dans un premier temps intéressés aux étapes de sensibilisation du plaqué argent et d’exposition de la surface sensible aux rayonnements visibles, dans le but de répliquer le procédé Becquerel et de comprendre la photosensibilité de ces images. Les propriétés optiques des couches sensibles et colorées ont été caractérisées en spectroscopie UV-visible et mises en relation avec leurs compositions chimiques (étudiées en XAS) et leurs morphologies, de l’échelle micro- à nanométrique (étudiées en MEB et TEM). La grande sensibilité des échantillons aux faisceaux photoniques (UV-visible et rayons X) et électroniques a imposé un développement méthodologique afin de comprendre et de limiter les effets de sonde. Les résultats de cette recherche permettent de réfuter l’hypothèse de phénomènes interférentiels comme origine des couleurs des images photochromatiques, hypothèse qui prévaut dans la littérature depuis la fin du XIXème siècle. Les couches sensibles et colorées sont constituées de grains de chlorure d’argent micrométriques décorés de nanoparticules d’argent. Ces nanoparticules d’argent, que nous avons étudiées en EELS low loss, sont responsables de l’absorption dans le visible des couches sensibles et colorées par résonance de plasmons de surface. Ceci nous conduit à proposer une origine plasmonique aux couleurs des images photochromatiques, hypothèse discutée dans cette thèse. / The first colour photographs were produced in 1848 by Edmond Becquerel at the Museum of natural History in Paris. The origin of their colours motivated an intense debate between the scientists during the XIXth century. Two main hypotheses were proposed, namely a pigmentary hypothesis and an interferential hypothesis. Nowadays the question of the colours of those photochromatic images is still not settled and this doctoral research aims at addressing it by an experimental approach. We first studied the sensitizing of the silver plate and the exposure of the sensitive surface to light in order to replicate the Becquerel process and to gain information on the photosensitivity of these images. The optical properties of the sensitized and coloured layers were characterized by UV-visible spectroscopy and related to their chemical composition (studied by XAS) and their morphologies, from the micro to the nanoscale (studied by SEM and TEM). A methodological development was necessary to understand and overcome the sensitivity of the samples to photonic beams (UV-visible and X-rays) and electronic beams. The results allow us to reject the interferential hypothesis, which prevailed since the end of the XIXth century. The sensitized and coloured layers consist in micrometric silver chloride grains decorated by silver nanoparticles. Besides, these nanoparticles, which we investigated by low loss EELS, are responsible for the visible absorption of sensitized and coloured layers through surface plasmon resonance. We suggest that the photochromatic images colours have a plasmonic origin and hereby discuss this hypothesis.

Les nanoparticules métalliques (NPs) présentent des propriétés optiques (PO) uniques provenant de l’oscillation collective de leurs électrons. Cet effet se traduit par l'émergence d'une bande plasmon dont les caractéristiques peuvent être modulées par la taille, la forme, la nature des NPs et le milieu hôte. Il existe de nombreuses méthodes pour la préparation de ces NPs, l'une d'entre elles est l'ablation laser en milieu liquide (ALML). Cette technique offre certains avantages comme la simplicité, l’adaptabilité et des NPs dépourvues de contamination. Ses principaux inconvénients sont la productivité et le contrôle de la taille et de la forme des NPs. Ce travail est consacré à l'élaboration de NPs d’Ag par l’ALML et à l'étude théorique de leurs PO. Nous donnons dans ce manuscrit, les résultats de l'optimisation des paramètres d'élaboration conduisant à l'obtention de distributions en NPs reproductibles et contrôlées. Les PO de ces NPs sont mesurées et comparées à des modèles physiques spécifiques basés sur la théorie des milieux effectifs (EMT). L'EMT, telle que le modèle de Maxwell-Garnett, permet de décrire les PO de NPs monodisperses. Cependant, les voies de préparation classiques conduisent inévitablement vers des NPs montrant une distribution de forme et de taille qui induit des changements drastiques sur leurs PO. Le modèle SDEMT est proposée pour le calcul de la fonction diélectrique effective et du coefficient d'absorption de solutions colloïdales de NPs métalliques. Contrairement à Maxwell-Garnett, ce modèle donne une meilleure description des spectres d'absorption et d’ellipsométrie mesurés sur des échantillons contenant des NPs d’Ag et d’Au / Metal nanoparticles (NPs) exhibit unique optical properties (OP) coming from the collective oscillations of their electrons. This effect is translated by the emergence of a band of plasmon, the characteristics which can be modulated by the size, the shape and the nature of the NPs as well as by the environment of the host. There are many methods for the preparation of NPs, and one of them is the pulsed-laser ablation in liquid (PLAL). This technique offers some advantages such as simplicity, versatility and surface NP without contamination (reducing agent residues and/or stabilizers). Its main drawbacks are the lacks of productivity and control of the NP size and shape. This work is devoted to elaboration of Ag NPs by PLAL and theoretical investigation of their OP. We give here the results about the optimization of elaboration parameters leading to obtaining reproducible and controlled distributions of Ag NPs. The OP of these NPs are measured and compared to specific physical models based on the effective medium theory (EMT). Classical EMT such as Maxwell Garnett approximation allows describing the OP of monodisperse NPs. However, conventional preparation routes unavoidably conduct to NPs showing a shape and a size distribution which induces drastic changes in the OP. A SDEMT model which considers the shape dispersion is proposed for the calculation of the effective dielectric function and absorption coefficient of colloidal solution of metal NPs in water. Contrary to the conventional theory, this model gives a better description of the measured absorption and ellispometry spectra of sample containing Ag and Au NPs

La toxicité potentielle des nanomatériaux présente un intérêt sociétal et scientifique élevé en raison de la promesse d'innovations pour de nombreuses applications techniques. Cependant, elle n’est pas forcément liée à la taille réelle, à la masse, à la surface des nanoparticules (NP) ou à leurs agglomérats. La toxicité des NPs pourrait être fortement influencée par d'autres propriétés inhérentes et encore incomprises telles que le relargage d’ions, de la particule elle-même, sa surface, ou des molécules adhérentes à la surface, qui interfèreraient avec l'absorption cellulaires des NPs. Le projet « NANOGAM» étroitement lié au projet « FNR CORE2012 NANION », vise à définir certains processus et facteurs impliqués dans l'absorption des NPs et leur toxicité. Une telle compréhension est une condition préalable au développement des nanomatériaux, fondement de la philosophie « safer-by-design ». Les objectifs de ce projet de thèse sont multiples. En tenant compte des caractéristiques des principaux paramètres physico-chimiques tels que la taille et l’aspect de la surface, l’étude a porté sur l'absorption de NPs d'argent et d'or, et leurs effets biologiques via une approche multi-biomarqueurs (mortalité, effets comportementaux, effets physiologiques, effets transcriptomiques, etc.) sur une espèce sensible, Gammarus fossarum (Crustacea Amphipoda). Le but de cette investigation est de comprendre si la toxicité des nanomatériaux est inhérente aux propriétés intrinsèques des NPs ou plutôt aux ions relargués, ce qui contribuera à la prédiction de la toxicité des NPs en rapport avec leurs propriétés physico-chimiques et ce afin de limiter le nombre d’essais répétitifs sur de nouveaux nanomatériaux. G. fossarum ont été exposés à de faibles concentrations d'AgNPs et AuNPs pendant 72h à jeun et 15 jours nourris. Les résultats obtenus ont montré que (i) la nature de l’enrobage de surface est le principal facteur responsable de l'absorption d'AgNPs et d'AuNPs par G. fossarum ; (ii) les ions libérés et les NPs elles-mêmes jouent un rôle dans la toxicité des AgNPs et AuNPs étudiées ; (iii) la composition chimique des NPs a conduit à des effets différents aux niveaux sub-individuels (transcriptomique), ainsi qu’à une distribution différente dans les tissues selon la nature métallique de la NP. Les AgNPs ont été localisées dans les branchies de G. fossarum tandis que les AuNPs ont été observées dans les caeca intestinaux. Cette étude a également révélé que Gammarus sp. est un excellent modèle pour l'étude de la toxicité et des effets des AgNPs et des AuNPs / The potential toxicity of nanomaterials is of high societal and scientific interest due to the promise of ground-breaking innovations for many technical applications. However, toxicity can often not be related to the actual size, mass or surface area of the single nanoparticles (NPs) or the NP agglomerates. Therefore, it can be proposed that the toxicity is greatly influenced by other inherent and non-understood properties of the particles to which ions dissolving from the particle, surface or molecules adhering to the surface interfering with the uptake of NPs into cells, may have important contributions. The PhD project “NANOGAM”, closely linked up to CORE2012 NANION project that aims to obtain knowledge to understand some of the processes and factors involved in NP uptake and toxicity as such understanding is a prerequisite for the development of nanomaterials following the safer-by-design philosophy. This PhD project aims to investigate, based on known characteristics of the key physico-chemical parameters; as size and surface functionalities, of a well-chosen list of silver and gold NPs, the uptake, and dependent biological effects of different complexity (mortality, behavioural effects, physiological effects, transcriptomic effects, etc.), on a sensitive species; Gammarus fossarum (Crustacea Amphipoda), in order to understand to which extent toxicity of nanomaterials is due to intrinsic material properties or ion leaching. Such understanding will contribute to the prediction of toxicity based on material properties rather than repetitive testing of an indefinite number of new nanomaterials. G. fossarum were exposed at low concentrations of AgNPs and AuNPs for 72h or 15 days in presence or absence of food. The obtained results showed that (i) surface coating is the main factor governing AgNPs and AuNPs uptake by G. fossarum, (ii) both released ions and NPs themselves play a role in the potency of the studied AgNPs and AuNPs and (iii) chemical composition led to different effects at the sub-individual levels (target genes expression) and different tissue distribution as AgNPs were found in G. fossarum gills while AuNPs were found in the intestinal caeca. Additionally, this work shows that Gammarus sp. are valuable models for the study of the effects of AgNPs and AuNPs

Le virus Influenza de type A (IAV) est un agent pathogène hypervariable responsable d’une infection respiratoire aiguë appelée la grippe. L’hyper-variabilité de ce virus IAV lui permet d’être résistant aux traitements antiviraux et est responsable de l’apparition des épidémies de grippe saisonnières. Il est donc essentiel d’établir de nouveaux traitements curatifs « à spectre large » insensibles aux variations du virus de la grippe. Les nanoparticules d’argent (NPs-Ag) sont les nanomatériaux métalliques les plus présents dans le secteur de la santé. En effet, leurs propriétés physico-chimiques leur confèrent de nombreuses capacités telles que la modulation des réponses immunitaires au niveau du poumon et des effets antimicrobiens. Quelques études ont démontré le potentiel anti-IAV des NPs-Ag lorsqu’elles sont placées directement en contact avec le virus IAV. Cependant, aucune de ces études ne porte sur les effets des NPs-Ag dans un contexte physiologique constitué d’une infection grippale suivie d’un traitement. D’autre part, au jour d’aujourd’hui, on ignore les mécanismes d’action mis en place par ces NPs-Ag et les effets induits par l’interaction de ces NPs-Ag avec le système immunitaire dans le contexte d’une infection par l’IAV. Dans ce travail de thèse, l’objectif est d’identifier les mécanismes d’action mis en place par les NPs-Ag au cours de l’infection par le virus IAV et également d’identifier si ces NPs-Ag pourraient être utilisées comme traitement curatif.Dans ce manuscrit de thèse, nous avons pu identifier, dans les cellules épithéliales pulmonaires, un nouveau mécanisme de modulation des NPs-Ag sur la réponse anti-IAV précoce médiée, entre autres, par la sécrétion de la chimiokine CCL5 et de l’IFN-. En effet, les NPs-Ag ciblent spécifiquement la voie de signalisation RIG-I-MAVS-IRFs, activée suite à l’infection par l’IAV et qui est liée à la mitochondrie. Ces NPs-Ag ciblent également en parallèle, à la fois le réseau mitochondrial et le flux autophagique. L’ensemble de ces effets conduit à une redistribution des facteurs de régulation des IFNs (IRFs), les empêchant potentiellement d’interagir avec d’autres facteurs de la voie de signalisation RIG-I/MAVS, ce qui pourrait expliquer l’inhibition de la sécrétion de CCL5 et de l’IFN-b, induite par le virus influenza de type A, par les nanoparticules d’argent. / The Influenza A virus (IAV) is a hyper-variable pathogen causing acute respiratory infection known as Flu. Its hyper-variability allows it to be resistant to antiviral treatment. It is therefore essential to establish new curative "broad spectrum" treatments. Silver nanoparticles (NPs-Ag) are the most metallic nanomaterials present in the health sector and are potent microbicidal agents with major concerns about their use on humans because of their toxicity. Some studies have shown the antiviral effect of NPs-Ag against IAV, but not in a physiological context of Flu. Moreover, the antiviral and immunomodulation mechanisms of NPs-Ag during infection by IAV is still unclear. Here, we show that intra-tracheal administration of AgNPs to influenza infected mice or treatment of human lung epithelial cells with AgNPs resulted in exacerbated inflammation, reduced viral clearance and enhanced mortality associated to different regulation of KC (pro-inflammatory cytokine functionally homologue to human IL-8) and CCL-5 (interferon-related cytokine) in the lung. In this PhD thesis, we identified in lung epithelial cells, a new mechanism explaining dampening of mitochondrial antiviral immunity by AgNPs through alteration of the mitochondrial network leading to redistribution of IFNs regulatory factors 7, which prevents nuclear translocation of these factors. Finally, AgNPs increased LC3 positive vesicles and p62 expression, indicating that AgNPs modify the autophagy flux in lung epithelial cells. Thus, the NPs-Ag Ag inhibited the early anti-IAV response by specifically targeting the RIG-I/MAVS/IRFs signaling pathway resulting in down- regulation of CCL-5 and IFN-ß expression induced by IAV.

Les nanoparticules d’argent (Ag NPs) sont considérablement utilisées dans l’industrie alimentaire. Elles sont fortement appliquées comme enrobages d’emballages alimentaires afin d’assurer une meilleure qualité des aliments et une plus longue durée de conservation sur les étagères des supermarchés. En revanche, les risques associés aux Ag NPs sont inquiétants. Leurs effets potentiels sur les humains et sur l’environnement suscitent un grand intérêt scientifique. C’est pourquoi il est important de valider des méthodes analytiques pour détecter, caractériser et quantifier les Ag NPs dans la nourriture mise en contact avec ce type de contenant. Les méthodes permettront de mieux comprendre la migration de l'argent vers les aliments directement ingérés par l’humain. La spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif en mode particule unique (SP-ICP-MS) est une technique prometteuse pour caractériser et quantifier de petites particules (de quelques nanomètres) à de faibles concentrations (dans l'ordre du ng L-1). Contrairement aux techniques analytiques conventionnelles, telles que les techniques de microscopie et de diffusion de la lumière, le SP-ICP-MS distingue la forme ionique de la forme particulaire de l'analyte. Cette présente étude valide une méthode pour la caractérisation et la quantification des Ag NPs et de l’argent ionique dans deux boissons et trois simulants: jus d'orange, préparation en poudre pour nourrissons, eau Milli-Q, acide acétique à 3% et éthanol à 10%. De plus, une meilleure compréhension du devenir et de la migration de l’argent provenant d'emballages alimentaires nano-activés a pu être obtenue. En effet, les milieux acides et les traitements thermiques ont engendré de plus grands relargages d’argent, sous forme ionique, contrairement aux milieux dits « lipophiles » tels que la préparation pour nourrissons et l’éthanol. En conclusion, ce mémoire nous démontre que les voies de libération des NPs des contenants nano-activés ne sont pas encore très bien comprises. De plus amples études doivent être entreprises afin de pouvoir établir des modèles de migration clairs et afin de mieux comprendre les risques associés à leurs utilisations. / Silver nanoparticles (Ag NPs) are increasingly used in the food industry. They are integrated into coatings of various food packaging to help ensure longer product shelf life. However, the risks associated with Ag NPs are currently not well known and their potential effects on humans are causing growing concern. Furthermore, it is not clear whether NPs have greater or lesser risk than dissolved silver ions or bulk phase Ag. Consequently, it is necessary to detect and to characterize the release of silver from silver-enhanced containers into real food matrices using sensitive analytical techniques that allow one to distinguish between silver ions and nanoparticles. Single particle ICP-MS is a promising technique to count and size small particles at low concentrations. Compared to other conventional instrumentation, it can distinguish between ionic and particulate forms of the analyte. This thesis focused firstly on the validation of an analytical method for the analysis of Ag NPs and ionic silver in three different food simulants (Milli-Q water, 10% ethanol and 3% acetic acid) and in two drinks (orange juice and infant milk formula). A better understanding of the aging and of the migration of silver has been reached in these matrices. Essentially, acidic media caused significant NP oxidation whereas organic macromolecules like lipids, proteins and polysaccharides appeared to increase the stability of the NPs. Subsequently, a migration study from silver-enhanced containers showed significant release of dissolved Ag in 3% acetic acid and a lower release in milk formula. Also, heating led to a considerable release of silver from the container. To conclude, further studies are needed to obtain clear release models to better understand the risk on humans and on the environment.