The development of synthetic molecular receptors that can selectively bind anions, translocate them through a lipidic bilayer membrane and release them on the other side is a very topical and emerging field of supramolecular chemistry, warranted by the biological importance of transmembrane anion transport.The first part of this thesis is devoted to the study of the transmembrane transport of chloride and of the organic ion pair propylammonium chloride with calix[6]arene receptors functionalized with three (thio)urea arms on their small rim. The transport of chloride across the lipid bilayer of liposomes was monitored by fluorescence spectroscopy using the lucigenin assay. We report the first example of calix[6]arenes able to act as mobile carrier for the transport of chloride via a Cl-/NO3- antiport. We furthermore show that our calixarene systems are able to perform the cotransport of propylammonium chloride, with the chloride bound at the level of the (thio)urea groups and the ammonium included in the calixarene cavity. To provide direct proof of cotransport, we developed a 1H NMR methodology involving a thulium- complex shift reagent with which we were able to distinguish the signals of the ammonium transported inside the liposomes from those of the external ammonium. We also highlight the role of the complexing calixarene cavity for the cotransport by comparing the calixarenes to known transporters deprived of a cavity. The transmembrane transport organic ion pairs could find applications in the transport of biologically relevant ammonium compounds such as catecholamines and amino acids. Our results are reported in the publication “Repositioning Chloride Transmembrane Transporters: Transport of Organic Ion Pairs” Grauwels, G. Valkenier, H. Davis, A. P. Jabin, I. Bartik, K. Angew. Chemie - Int. Ed. 2019, 58, 6921–6925.The second part of this thesis is devoted to the study of binding of chloride to receptors embedded in a lipid membrane, the first step of the transmembrane transport process. Both 1H and 31P NMR spectroscopy proved to be inadequate to study the binding using liposomes or micelles as model membranes. With liposomes, the NMR signals are too broad to be exploited and in the case of micelles, the competition between the lipid headgroups and chloride made it impossible to obtain a NMR signature which unambiguously characterizes chloride binding. The 35Cl NMR signal is on the other hand strongly affected by the presence of anion receptors, both in organic solvents and when incorporated lipid bilayers. We developed a methodology to evaluate the binding of chloride, based on the monitoring of the chloride linewidth during titration experiments. A linear relationship between the linewidth and the concentration of receptors is observed and the slopes can be exploited to compare the binding strengths of different structurally related receptors. We show that 35/37Cl NMR is a versatile tool which can help in the understanding and development of new transporters by providing new insights of the physicochemical understanding of the transport process. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La glace de mer couvre jusqu’à 6% de la surface de notre planète. Autour du continent Antarctique, sa superficie varie entre 3.8 et 19 millions de km² (en février et septembre respectivement). Cette superficie présente des variations interannuelles. En parallèle, une évolution de la superficie de la glace de mer a également pour origine le réchauffement climatique global, très médiatisé à l’heure actuelle. Dans ce contexte, et étant donné le rôle que joue la banquise au sein de l’Océan Austral, des études de l’évolution de la glace de mer sont devenues fondamentales. <p>Ce travail a pour objectif d’étudier les relations complexes qui existent entre les processus chimiques, physiques et biologiques qui se déroulent au sein de la glace de mer. La détermination des propriétés physiques et de la composition chimique des glaces de mer correspond en effet à un pré-requis indispensable à l’étude des cycles géochimiques qui existent dans la banquise.<p>Différentes glaces de mer, naturelles ou artificielles, ont été analysées. Pour ce faire, les caractéristiques spécifiques à ce type de glace font que des méthodes d’analyse de la composition en gaz particulières ont été nécessaires.<p>Nous avons ainsi pu montrer que le contenu et la composition en gaz des différentes glaces analysées dépendent de facteurs physico-chimiques et de facteurs biologiques. L’impact des facteurs physico-chimiques se marque lors de l’incorporation initiale des impuretés dans la glace de mer et via une diffusion "post-génétique" tant que la glace est plus chaude que –5°C. En outre, les organismes photosynthétiques sont à l’origine d’une production d’oxygène et d’une consommation de dioxyde de carbone. La composition en gaz résultante peut donc être sensiblement différente de la composition atmosphérique ou de celle des gaz dissous dans l’eau de mer sous-jacente, en été comme en hiver. Il s’agit par conséquent de sérieusement envisager l’impact potentiel de la glace de mer et des microorganismes qu’elle contient, lors du réchauffement et de la débâcle, sur les échanges entre atmosphère et océan comme sur leurs compositions respectives.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation géographie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les principaux objectifs de cette étude, une des premières menée au Liban, étaient d’acquérir une meilleure connaissance des caractéristiques physico-chimiques des particules atmosphériques fines (PF ou PM₂.₅₋₀.₃) et ultrafines (PUF ou PM₀.₃), et d’évaluer in vitro, leur potentiel toxique sur des cellules épithéliales bronchiques humaines (BEAS-2B). L’échantillonnage de PF et de PUF a été mené au Liban à la fois sur un site urbain (Sin El-Fil, du 18 mai au 2 sept. 2011) et un site rural (Beije, du 5 sept. au 28 oct. 2011). Les PF et les PUF ont fait l’objet d’une caractérisation physico-chimique par la détermination de leur composition en éléments et ions inorganiques, carbone total et composés organiques. Ensuite, des échantillons composites de PF et de PUF ont été préparés afin d’exposer les cellules BEAS-2B et évaluer les mécanismes toxiques sous-jacents. Nos résultats ont montré une influence des sources de combustion plus notable pour les particules collectées sur le site urbain, et cela par la présence de carbone total, de composés organiques, de métaux et d’ions inorganiques secondaires à des niveaux de concentration supérieurs à ceux rencontrés sur le site rural. D’autre part, une cytotoxicité plus prononcée a été provoquée par les PUF par comparaison aux PF. Les mécanismes de génotoxicité et de modifications épigénétiques que nous avons étudiés, à savoir l’activation métabolique des composés organiques, la modification de l’expression de trois microARNs, l’activation de la télomérase et l’induction de cassures au niveau de l’ADN, ont été induits par les deux échantillons de PF, avec un effet plus prononcé pour les particules d’origine urbaine. L’exposition des cellules BEAS-2B aux PF collectées, notamment celles d’origine urbaine, pourraient donc favoriser la transformation des cellules pulmonaires en cellules immortelles, et par conséquent, l’initiation ou la promotion de la cancérogenèse broncho-pulmonaire. / The objectives of this study, one of the first conducted in Lebanon, were to acquire a better knowledge on the physico-chemical characteristics of atmospheric fine particles (FP or PM₂.₅₋₀.₃) and ultrafine ones (UFP or PM₀.₃), and to assess their potential toxicity. Particles were collected at two coastal sites between may and sept. 2011 at Sin El-Fil (urban site in Greater Beirut), and between sept. and oct. 2011 at Bejje (rural site). After sampling, FP and UFP were subjected to a physico-chemical characterization by quantifying their inorganic ions and elements, total carbon and organic compounds contents. Then, composite samples of FP and UFP were prepared in order to expose bronchial epithelial cells (BEAS-2B) in culture, and therefore to assess the underlying toxic mechanisms. Our results showed an influence of combustion sources especially for urban particles that are richer in total carbon, organic compounds, metals and secondary inorganic ions than rural ones. On the other hand, a more pronounced cytotoxicity was caused by UFP when compared to FP. In addition, epigenetic modifications and genotoxicity mechanisms, such as metabolic activation of organic compounds, changes in three microRNAs expression, telomerase activation and DNA breaks induction, which are potentially involved in the initiation and promotion of carcinogenesis, were induced by the two samples of FP, with a more pronounced effect of urban particles. Exposure of BEAS-2B cells to collected FP, especially urban ones, may therefore induce the transformation of lung cells to immortal cells, and consequently the initiation or the promotion of broncho-pulmonary carcinogenesis.

Depuis plusieurs décennies, une importante activité scientifique se concentre sur la description numérique, théorique ou expérimentale de l'hydrodynamique des écoulements multiphasiques. Ces écoulements sont caractérisés par l'existence d'interfaces, et d'une force à l'interface, la tension superficielle, séparant généralement deux fluides non miscibles. Un cas d'étude dans ce contexte est le problème du drainage d'une unique goutte dans une phase continue, l'ensemble étant soumis à la gravité. Ce système fait apparaître des écoulements récemment décrits pour une goutte d'eau dans l'huile de paraffine. Ce système constitue également un modèle simple pour l'étude des propriétés aux interfaces, Mais d'un point de vue numérique, se pose alors le problème de la stabilité des algorithmes pouvant être utilisés. Les effets aux interfaces impliquent en effet des domaines spatiaux très limités dans lesquels les grandeurs physiques entre les deux fluides sont discontinues. D'importants artéfacts numériques peuvent alors être générés dans les simulations et faire perdre la richesse de la physico-chimie du système considéré. Le problème de la simulation d'écoulements multiphasiques intéresse aussi bien le monde académique que le monde industriel. L'objectif de ce travail de thèse est donc d'implémenter les techniques numériques les plus récentes et de développer un code pour permettre la simulation de l'hydrodynamique de systèmes dispersés. Pour parvenir à ce but, il reste encore des problèmes algorithmiques importants à résoudre comme la prise en compte des effets thermocapillaires et thermosolutaux. Ces deux derniers points sont l'objet de cette thèse. / For several decades, an important scientific activity has focused on the numerical, theoretical and experimental hydrodynamics of drops. This work presents numerical results of a single droplet in the gravity field and in non-isothermal conditions. The simulation such a multiphase system is important in both academic and industrial world. This is particularly the case in the field of emulsions, wetting problems and evaporation. To achieve this goal, there are still important algorithmic problems due to the free moving interfaces and the description of capillary effects. Here, a Volume of Fluid technique has been implemented with high order temporal and spatial schemes to preserve the sharpness of the drop interface. The system under consideration is a simplified model consisting in a single water droplet in a continuous paraffin oil phase. These liquids are immiscible and non-compressible and the overall evolution is unsteady. Capillary contributions such as temperature and surfactant dependent surface tension are fully accounted for. This presentation is aimed to show the capabilities of VOF techniques for the simulations of unsteady multiphase systems in non-isothermal configurations. The role of the droplet initial position and temperature field is described with good numerical stability. There are still important problems remaining in the simulation of free interface systems with such a technique. Spurious currents induced by the description of capillarity can in particular come into play. But these latter can be controlled once the droplet average velocity due to drainage becomes large enough.

Le but de cette étude est de modéliser la réaction de réduction par l'hydrogène de l'octooxyde de triuranium, U₃O₈ (obtenu par calcination de trioxyde d'uranium), en dioxyde d'uranium. Il s'agit de construire un modèle complet comportant un modèle géométrique et deux mécanismes physico-chimiques de croissance et de germination permettant d'interpréter l'ensemble des résultats expérimentaux. Les courbes cinétiques ont été obtenues par analyse thermogravimétrique, en isotherme et sous atmosphère controlée : pressions de vapeur d'eau et d'hydrogène fixées. Le modèle géométrique qui a permis d'interpréter l'allure des courbes cinétiques et des courbes de vitesse est un modèle de germination-croissance anisotrope. La poudre est supposée constituée de grains sphériques de même rayon. Les germes de la nouvelle phase, UO2, apparaissent à la surface des grains d'U3O8 avec une fréquence spécifique de germination. La réactivité de croissance est anisotrope et est très grande dans la direction tangentielle à la surface des grains ; en conséquence, dès qu'un germe apparaît à la surface d'un grain, celui-ci est instantanément recouvert d'une couche de la nouvelle phase. Ensuite, le développement du dioxyde d'uranium se fait vers l'intérieur du grain et l'étape limitante est située à l'interface externe, c'est à dire la surface du grain. Les variations de la réactivité de croissance et de la fréquence spécifique de germination en fonction des pressions partielles des gaz et de la température ont été interprétées par deux mécanismes distincts. L'étape limitante du mécanisme de croissance est la désorption de l'eau de la surface du dioxyde d'uranium. Pour le mécanisme de germination, l'étape limitante est également une désorption d'eau mais de la surface de l'octooxyde de triuranium. Le même modèle géométrique et les mêmes mécanismes de germination et de croissance ont pu être appliquées à la réduction d'un octooxyde de triuranium obtenu par calcination de trioxyde d'uranium hydrate. Les valeurs de la fréquence spécifique de germination de ce solide sont cependant plus faibles que celles du solide obtenu par calcination directe de trioxyde d'uranium.

Ce manuscrit d'HDR comporte 3 chapitres présentant mes principales activités de recherche depuis ma prise de fonction de maître de Conférence au Centre Interdisciplinaire de Nanosciences de Marseille (CINaM): - Surfaces bio-fonctionnalisées pour le greffage et la détection de molécules uniques - Contacts atomiques et moléculaires - Nucléation d'un cristal unique dans un système microfluidique

Le but de ce travail est d’étudier le potentiel d’un bitume naturel (BN) extrait en Albanie pour la production des bitumes durs (BD) et des enrobés à module élevé (EME). Pour la production des BD, différentes techniques de raffinage du pétrole existent. Néanmoins, avec certains bruts pétroliers il est impossible de les fabriquer. De plus, les BD de raffinerie comportent souvent des défauts qui limitent leurs applications. Ces raisons, couplées à des questions d’approvisionnement, conduisent à chercher des méthodes de substitution. Dans ce contexte, il est intéressant d’utiliser des BN. Cette étude a montré que le BN d’Albanie donne des BD et des EME en conformité avec la Normalisation Européenne, résistants au vieillissement et performants aux basses températures. Un dosage adéquat permet de formuler des matériaux d’une dureté désirée en réponse des exigences techniques des applications routières visées tout en facilitant la gestion des stocks de bitumes dans les centrales d’enrobages. / The aim of this thesis is to study the potential of a natural bitumen (NB) mined in Albania in the production of hard bitumens (HB) and that of high modulus asphalt concrete (HMAC). Various petroleum refining techniques are available for the production of HB. Nevertheless, this is impossible with some crude oils. In addition, HB from refineries often present shortcomings which limit their applications. These reasons, coupled with practical issues related to HB supply, motivate the research of alternative methods. In this industrial context it is interesting to use NB. This study has shown that the Albanian NB provides HB and HMAC in accordance with European Standards, resistant to aging and relatively performant at low temperatures. The proper dosage of this NB allows the formulation of materials of desired properties, in response to the technical requirements of the considered road applications, facilitating in this way the use of bitumen stocks in asphalt concrete production plants.

L'exposition à la pollution atmosphérique, notamment aux particules fines (PM₂.₅), représente un risque majeur pour la santé dans le monde entier, et d'autant plus dans les pays en développement.Le Nord du Liban est ainsi affecté par plusieurs sources de pollution d'origine anthropique, urbaine et industrielle. Pourtant, dans cette région, aucune étude ne s'est intéressée à l'impact des PM₂.₅ sur la santé publique. Il faut également souligner que les mécanismes de toxicité des PM₂.₅ ne sont pas totalement identifiés. Le but de ce travail est d'étudier la nature et l'impact sanitaire de la pollution atmosphérique particulaire dans le Nord du Liban. Nous avons procédé à une enquête épidémiologique, et prélevé des particules fines que nous avons caractérisées sur les plans physico-chimiques et toxicologiques. Deux régions ont été considérées dont une est située à proximité d'activités industrielles. L'étude épidémiologique et de perception menée dans les deux zones du Nord du Liban (310 questionnaires/zone traitée), a montré une relation entre gêne, maladies respiratoires et proximité des industries. Cette enquête a ainsi confirmé l'intérêt de mener une étude toxicologique dans cette région. Afin de renforcer les connaissances sur la toxicité pulmonaire des aérosols atmosphériques particulaires avec une attention toute particulière portée à l'étude de certains des mécanismes d'action suspectés d'être impliqués dans la cancérogénécité, les caractéristiques physico-chimiques et toxicologiques des particules fines (PM₂.₅₋₀.₃) prélevées sur les deux sites ont été étudiées. Les particules collectées ont montré une composition similaire sur les deux sites concernant les espèces majeures. La contribution des activités industrielles a été mise en évidence par des teneurs légèrement plus élevées de certains éléments traces, d'HAP et surtout par une teneur jusqu'à 100 fois plus élevée en dioxines. Nos résultats ont mis en évidence l'influence de nombreuses sources de combustion (diesel, essence, charbon et biomasse) ; la combustion de déchets et d'autres procédés industriels sont également suspectées. Un potentiel génotoxique et mutagène plus prononcé a été mis en évidence pour les particules collectées sur le site sous influence industrielle par rapport aux particules provenant du site sous influence rurale, à l'aide du test d'Ames en milieur liquide et le SOS chromotest. Les effets observés sont très probablement influencés par la fraction organique des particules. Afin d'approfondir la recherche des mécanismes génotoxiques des PM, des cellules bronchiques humaines (BEAS-2B) ont été exposées à différentes concentrations de particules. Les mécanismes de toxicité, tels que l'activation métabolique des HAP(CYP1A1) et les cassures double-brins (quantification de yH2AX par cytométrie de flux et in-cell western), ont été induits par les deux échantillons de PM₂.₅₋₀.₃ avec un effet plus prononcé pour les particules industrielles. Par ailleurs, les PM ont montré une tendance à perturber le fonctionnement du système de réparation de l'ADN (par l'expression des gènes OGG1, NTH1, APE1, NUDT1, DNMT1, MGMT, XPA et XRRC1, et l'expression des protéines PARP1, DNMT1 et OGG1). Les mécanismes de réparation des dommages de l'ADN ont ainsi été réprimés jusqu'à 48h d'exposition aux PM, notamment aux PM₂.₅₋₀.₃ collectées sous influence industrielle, et réactivés après 72h d'exposition. Ces dommages concernent les adduits encombrants à l'ADN, et ceux causés par le stress oxydant, des cassures des brins d'ADN et la méthylation. Nos résultats suggèrent des mécanismes d'action mutagènes, génotoxiques et épigénétiques impliqués dans la cancérogénécité des particules fines, en partie liés à la composition de la fraction organique. / Exposure to air pollution, especially fine particulate matter (PM₂.₅), remains a major health risk, mainly in the developing countries. Northern Lebanon is affected by several sources of anthropogenic, urban and industrial pollution. However, no studies have examined the impact of PM₂.₅ on public health in this region. In addition, it should be noted that the toxicity mechanisms of PM₂.₅ are not fully identified. The aim of this work is to study the composition and the health impact of the atmospheric particulates in Northern Lebanon. An epidemiological survey was performed and fine particles were extracted and characterized physico-chemically and toxicologically. This study was conducted in two sites, one of which is influenced by industrial activities. Perception and epidemiological survet, conducted in two areas in Northern Lebanon, rural and industrial (310 treatable questionnaires/area), showed a relationship between annoyance, respiratory diseases and living in proximity to industrial activities. Moreover, results confirmed the interest in conducting a toxicological study in this region. Hence, to contribute to fulfill the gap of knowledge about the pulmonary toxicity of particulate matter and the mechanisms of action involved in the carcinogenicity, the study of physicochemical characteristics and toxicological endpoints of PM₂.₅₋₀.₃ from both sites were performed. Physicochemical analyses of the collected particles evidenced similar characteristics in major species. In particular, we have shown slightly higher levels of PAHs and trace metals and up to 100 times higher dioxins concentrations at the vicinity of industries. Our results evidenced the influence of numerous combustion sources (diesel, gasoline, coal and biomass burning) ; waste combustion and other industrial processes are also suspected. A more pronounced genotoxic and mutagenic potential was evidenced after exposure to particles collected at the vicinity of industries when compared to the rural ones, using the Ames fluctuation test and SOS chromotest. The effects of the collected particles are probably related to their organic composition. In order to assess the underlying toxic mechanisms, human bronchial epithelial cells (BEAS-2B) were then exposed to different concentrations of the sampled PM₂.₅₋₀.₃. Genotoxicity mechanisms such as metabolic activation of organic compounds (CYP1A1) and consecutive DNA damages such as DNA strands breaks (yH2AX quantification by flow cytometry analysis and in-cell western assay) were induced by the two samples of PM₂.₅₋₀.₃ , with a more pronounced effect of industrial particles. Moreover, PM showed tendency to alter the DNA repair process (OGGI, NTH1, APE1, NUDT1, DNMT1, MGMT, XPA, XRRC1 gene expression and PARP1, DNMT1, OGG1 proteins expression). DNA repair mechanisms were repressed up to 48h of exposure to PM especially to the industrial influenced PM₂.₅₋₀.₃ and reactivated after 72h of exposure. The DNA damages involve bulky DNA adducts, oxidative stress damages, DNA strand breaks and methylation. These results suggest mutagenic, genotoxic and epigenetic mechanisms of action involved in the carcinogenicity of fine particles, partly related to their organic composition.

La décomposition d'un solide S₁ en un solide S₂ et un gaz G : S₁→S₂ + G, peut-être décrite par les processus de germination et de croissance de la nouvelle phase. Une modélisation géométrique peut permettre de déterminer la réactivité de croissance et la fréquence de germination. Nous avons étudié les variations de celles-ci en fonction des contraintes physico-chimiques température et pression du gaz produit. La méthode des décrochements et l'étude de grains uniques ont permis de valider les valeurs des vitesses obtenues. A ce stade, la modélisation physico-chimique, c'est-à-dire l'établissement d'un mécanisme réactionnel détaillé propre à chacun des deux processus est effectuée. La comparaison des vitesses théoriques issus des modèles aux variations expérimentales permettra de valider le mécanisme. L'effet smith-topley observe sur les variations expérimentales peut alors être expliqué par une variation de la taille des germes en fonction de la pression. De plus, l'étude de calcaires naturels a permis de faire apparaître une forte influence des impuretés sur les réactivités spécifiques de croissance et les fréquences spécifiques de germination lors de leur décomposition.