<p align="justify">Une contribution à l'étude de la dynamique des polymères non enchevêtrés à l'état fondu est apportée, en se focalisant sur les aspects de dynamique locale d'un polymère particulier déjà fort étudié expérimentalement et par simulation, à savoir le polyéthylène.</p> <p align="justify">Néanmoins, plusieurs nouveaux résultats spécifiques à cette macromolécule linéaire ou ayant une portée sur les fondus de polymères en général sont obtenus grâce à une approche présentant plusieurs aspects originaux.</p> <p align="justify">Notre étude par simulation de la phase liquide du polyéthylène est menée sur une large gamme de températures. La nouveauté principale à ce sujet est l'attention particulière portée à la qualité d'équilibration des échantillons à chaque température. A cette fin, des techniques sophistiquées d'échantillonnage Monte Carlo, mises au point récemment, ont été utilisées pour générer des configurations initiales, la phase de polyéthylène à l'état fondu ainsi obtenue pouvant être stable ou métastable. Un programme original de Dynamique Moléculaire a par ailleurs été écrit, en incorporant diverses procédures d'optimisation adaptées au cas du polyéthylène représenté par un modèle atomistique.</p> <p align="justify">Des observables de diffusion quasi-élastique de neutrons et de résonance magnétique nucléaire sont analysées sur base d'une combinaison linéaire continue d'exponentielles, dont les poids sont donnés par une distribution des temps de relaxation. Cette méthode permet de mieux mettre en évidence les différents processus de relaxation sondés, en évitant les biais induits par un choix particulier de forme analytique servant à une procédure d'ajustement.</p> <p align="justify">Ayant participé à une expérience de spectroscopie par temps de vol de neutrons, un schéma commun d'analyse est adopté pour les données expérimentales et de simulation concernant le polyéthylène à 450 K. D'autre part, une étude très fouillée de l'évolution de la fonction de diffusion intermédiaire incohérente vers les températures plus basses, suivie par simulation, a permis de distinguer différents processus dynamiques et de déterminer parfois leur origine moléculaire.</p> <p align="justify">Ces résultats sont combinés à une analyse de la fonction d'auto corrélation d'orientation d'un vecteur C-H en termes d'une description microscopique des processus dynamiques, proposée lors d'une étude récente de fondus de polyéthylène par résonance magnétique nucléaire du 13C. Deux approches complémentaires sont exploitées afin de révéler les caractéristiques essentielles des deux types de relaxation impliqués.</p>

La spectroscopie de RMN des solides est une méthode de choix pour la caractérisation de la structure et de la dynamique à l'échelle atomique des matériaux ordonnés et désordonnés. Cependant, l'utilisation de cette technique est limitée par son manque de sensibilité qui empêche l'observation de la surface des matériaux, souvent responsable de leurs propriétés chimiques. Il a été récemment montré que la Polarisation Nucléaire Dynamique (en anglais, Dynamic Nuclear Polarization, DNP) dans les conditions de rotation à l'angle magique (en anglais Magic-Angle Spinning, MAS) permet de surmonter cette limitation. Cette technique permet d'augmenter la sensibilité de la RMN de plusieurs ordres de grandeur. Elle consiste à transférer la polarisation élevée des électrons non-appariés vers les noyaux grâce une irradiation micro-onde. L'objectif de cette thèse consiste à appliquer la MAS-DNP pour sonder la structure de matériaux nanostructurés inorganiques et hybrides. Ces nouvelles informations faciliteront l'amélioration raisonnée de leurs propriétés. Deux classes de matériaux ont été étudiées : des nanoparticules (NP) de silice fonctionnalisées avec des chaînes siloxane et deux formes d'alumine. Les NP de silice fonctionnalisées permettent d'accroître la durée de vie des piles à combustible. Grâce au gain en sensibilité offert par la DNP, il a été possible de sonder les connectivités et les proximités 29Si-29Si dans ces matériaux et ainsi d'élucider le mode de condensation des chaînes siloxane à la surface des NP de silice. La seconde classe de matériaux étudiés comprend deux formes d'alumine : l'alumine- et l'alumine mésoporeuse. La première est largement utilisée dans l'industrie comme catalyseur, support de catalyseur et adsorbant, tandis que la seconde est un matériau prometteur du fait de sa porosité contrôlée et de son accessibilité élevée. Néanmoins, la structure de ces alumines est toujours largement débattue car elles ne forment pas des monocristaux. Grâce à une meilleure compréhension des performances de la MAS-DNP, conduisant notamment à une optimisation de la préparation des échantillons, il a été possible de compenser la très faible efficacité des expériences 27Al sélectives de la surface. La structure de la surface d'alumine a été sondée par des expériences RMN avancées à deux dimensions et une nouvelle expérience a été proposée pour l'observation sélective du cœur de l'alumine. Afin d'obtenir davantage d'informations sur les proximités 27Al-27Al, nous avons cherché à mieux comprendre les séquences de recouplage dipolaire homonucléaire pour des noyaux 27Al. Pour ce faire, la dynamique de spin au cours de ces séquences a été analysée par la théorie de l'hamiltonien moyen et des simulations numériques. En résumé, au cours de cette thèse, nous avons montré comment la MAS-DNP ouvre de nouvelles perspectives pour l'étude des matériaux nanostructurés. / Solid-state NMR spectroscopy is a powerful analytical technique to characterize the atomic-level structure and dynamics of both ordered and disordered materials. However, its main limitation is the lack of sensitivity, particularly preventing studies on the surface of materials, an important region determining their chemical properties. It has been recently shown that Magic Angle Spinning Dynamic Nuclear Polarization (MAS-DNP) could overcome this difficulty. This technique can provide an enhancement of NMR sensitivity of many orders of magnitude. It is based on the partial microwave-driven transfer of the large intrinsic polarization of electron spins to nuclear spins, making impractical NMR experiments feasible. The aim of this work is to use this MAS-DNP technique to help gain new insights into the structure of inorganic and hybrid nanostructured materials. Such knowledge will facilitate the rational improvement of their properties. Two classes of materials are investigated. The first ones are siloxane-functionalized silica nanoparticles (NPs), which can be used to extend the working durability of fuel cells. Owing to the sensitivity enhancement achieved by MAS-DNP, the condensation network structure of siloxanes bound to the surface of silica NPs could be elucidated using 29Si-29Si homonuclear correlation NMR experiments. The second class of investigated systems encompasses two forms of aluminas, -alumina and mesoporous alumina. The former is widely used in industry as a catalyst, catalyst support, and adsorbent, whereas the latter is a promising material owing to its highly controlled porosity and its high surface accessibility. Nevertheless, their structures are still under heavy investigation since they do not form single crystals. Due to an improved comprehension of MAS-DNP performance, including optimized sample preparation, the obstacle of extremely low efficiency for surface-selective 27Al NMR experiments is circumvented. Sophisticated two-dimensional NMR experiments are employed to provide selective insights into structures on the surface and a new experiment is proposed to study only the bulk of these materials. For achieving further information on the spatial proximities between different 27Al sites, a thorough understanding of homonuclear dipolar recoupling pulse sequences for half-integer quadrupolar nuclei is required. In order to do this, Average Hamiltonian theory and numerical simulations are used to analyze the spin dynamics resulting from these pulse sequences, giving insights into their relative performances. Overall, it is shown that the use of MAS-DNP can be crucial for the characterization of state-of-the-art materials, highlighting the future importance of this technique.

La capacité du virus de la grippe aviaire à traverser la barrière des espèces et à devenir fortement pathogène chez les mammifères est un problème majeur de santé publique. Chez les oiseaux, la réplication a lieu dans l'intestin, à 4C, tandis que chez les humains elle a lieu dans l'appareil respiratoire, plus froid, à 33C. Il a été montré que l'adaptation à la température du virus de la grippe a lieu par de nombreuses mutations de la polymérase virale, notamment dans le domaine 627-NLS situé en C-terminal de la protéine PB2. Ce domaine est impliqué dans l'adaptation à l'hôte et interagit avec la protéine de l'hôte, importine alpha, étant donc indispensable pour l'entrée de la polymérase virale dans le noyau de la cellule [Tarendeau et al., 2008]. Les structures cristallographiques du 627-NLS et du complexe importine alpha/NLS existent. Cependant, lors de la superposition de ces structures via leur domaine NLS commun, un important choc stérique entre le domaine 627 et l'importine alpha devient évident. Ceci indique qu'une autre conformation du 627-NLS est requise pour l'interaction avec l'importine alpha [Boivin and Hart, 2011]. Dans cette étude, nous avons examiné les bases moléculaires de l'adaptation inter-espèces du virus à travers l'étude de la structure et de la dynamique du 627-NLS aviaire et humain. Nous avons identifié deux conformations du 627-NLS en échange lent (10-100 s-1), correspondant apparemment à une conformation ouverte et une conformation fermée des deux domaines. Nous proposons que la conformation ouverte du 627-NLS est la seule conformation compatible avec l'interaction avec l'importine alpha, et que l'équilibre entre conformation ouverte et fermée pourrait jouer le rôle de thermostat moléculaire, contrôlant l'efficacité de la réplication virale chez différents hôtes. La cinétique et la dynamique de ce comportement conformationnel important ainsi que de l'interaction entre le 627-NLS et l'importine alpha ont été caractérisées par résonance magnétique nucléaire (déplacements chimique, augmentation paramagnétique de la relaxation, relaxation de spin, transfert de saturation par l'échange chimique), combinée à la diffusion des rayons X et des neutrons aux petits angles ainsi qu'au transfert d'énergie par résonance de type Förster. Aussi, nous avons déterminé les affinités d'une série de mutants évolutifs du 627-NLS pour l'importine alpha et du 627-NLS aviaire ou humain pour différents isoformes de l'importine alpha, montrant que les affinités observées sont cohérentes avec les préférences d'interactions vues in vivo. / The ability of avian influenza viruses to cross the species barrier and become dangerously pathogenic to mammalian hosts represents a major threat for human health. In birds the viral replication is carried out in the intestine at 40°C, while in humans it occurs in the cooler respiratory tract at 33°C. It has been shown that temperature adaption of the influenza virus occurs through numerous mutations in the viral polymerase, in particular in the C-terminal domain 627-NLS of the PB2 protein. This domain has already been shown to participate in host adaptation and is involved in importin alpha binding and therefore is required for entry of the viral polymerase into the nucleus [Tarendeau et al., 2008]. Crystallographic structures are available for 627-NLS and the complex importin alpha/NLS, however, a steric clash between importin alpha and the 627 domain becomes apparent when superimposing the NLS domain of the two structures, indicating that another conformation of 627-NLS is required for binding to importin alpha [Boivin and Hart, 2011]. Here we investigate the molecular basis of inter-species adaptation by studying the structure and dynamics of human and avian 627-NLS. We have identified two conformations of 627-NLS in slow exchange (10-100 s-1), corresponding to an apparently open and closed conformation of the two domains. We show that the equilibrium between closed and open conformations is strongly temperature dependent. We propose that the open conformation of 627-NLS is the only conformation compatible with binding to importin alpha and that the equilibrium between closed and open conformations may play a role as a molecular thermostat, controlling the efficiency of viral replication in the different species. The kinetics and domain dynamics of this important conformational behaviour and of the interaction between 627-NLS and importin alpha have been characterized using nuclear magnetic resonance chemical shifts, paramagnetic relaxation enhancement, spin relaxation and chemical exchange saturation transfer, in combination with X-ray and neutron small angle scattering and Förster resonance energy transfer. Also, we have determined the affinities of various evolutionnary mutants of 627-NLS to importin alpha and of avian and human 627-NLS to different isoforms of importin alpha, showing that the observed affinities are coherent with the preferred interactions seen in vivo.