Mes travaux de thèse mettent en avant le développement de la stratégie métabonomique dans le cadre de deux thématiques d'actualité : le domaine du dopage sportif (Partie A) et celui de l'Exposome (Partie B). La première partie regroupe deux études et a pour objectif d'évaluer la contribution de la métabonomique au développement de nouveaux outils de criblage du dopage. Au cours de ces études, je me suis intéressée à l'analyse non-ciblée d'échantillons d'urine d'athlètes dopés et non- dopés, fournis par l'Agence Française de Lutte contre le Dopage et par des volontaires. L'originalité de cette démarche réside dans son caractère non-ciblé et plus particulièrement, dans sa capacité à mettre en évidence des perturbations au niveau métabolique grâce à (i) la spectrométrie de masse haute résolution (ToF) et très-haute résolution (FT-ICR) et (ii) l'analyse de données multivariées. Des potentiels biomarqueurs du dopage au tétrahydrocannabinol, salbutamol et budésonide ont ainsi pu être mis en évidence. La deuxième partie de ma thèse a pour objectif d'évaluer l'impact de la vinclozoline sur le système hormonal de rats et répond ainsi aux besoins de la nouvelle réglementation. Pour cette étude, je me suis donc intéressée aux échantillons de testicules de rats ayant subi un traitement à la vinclozoline. De par son caractère compréhensif, l'approche métabonomique m'a permis d'apporter des informations complémentaires aux études ciblées réalisées auparavant. Ces travaux me permettent alors de mettre en évidence les apports et les limites de la stratégie métabonomique par rapport : (1) au choix et à la préparation des échantillons d'origine biologique, (2) aux avantages et aux inconvénients des différentes techniques analytiques, (3) aux possibilités en termes de traitement des données, (4) aux exigences statistiques et (5) à la valeur biologique des résultats obtenus / My research work highlights the development of a metabonomic strategy through two topical issues: the doping in sport (Part A) and the Exposome (Part B). The first part includes two studies and aims to assess the contribution of metabonomics to the development of new screening tools. During these studies, I focused on the non-targeted analysis of clean and doped urine samples provided by the French Anti-Doping Agency and by volunteers. The originality of this approach lies in its non-targeted nature and, particularly, in its ability to highlight metabolic disruptions by (i) high-resolution (ToF) and very high-resolution (FT ICR) mass spectrometry and (ii) the analysis of multivariate data. The implemented strategy revealed several potential biomarkers for the use of tetrahydrocannabinol, budesonide and salbutamol. The second part of this thesis aims to evaluate the impact of vinclozolin on the hormonal system of rats and thus meets the requirements of the new regulations. For this study, I focused on testes extracts coming from rats treated with vinclozolin. Due to its comprehensive nature, the metabonomic study provided additional information to the previous targeted approach. All these results highlight the contributions and the limitations of metabonomics with regard to: (1) the choice and the preparation of biological samples, (2) the advantages and disadvantages of different analytical techniques, (3) the opportunities in terms of data processing, (4) the statistical requirements and (5) the biological value of the results

La spectrométrie de masse est une méthode d’analyse qui permet de travailler sur une large gamme d’échantillons. Elle est utilisée dans de nombreux domaines de recherche comme la chimie analytique, la protéomique, la lipidomique et la métabolomique…Dans un premier temps, mon travail s’est focalisé sur le développement d’une méthode indépendante d’analyse de données par spectrométrie de masse à transformée de Fourier bidimensionnelle. Pour augmenter la résolution en première dimension, une analyse FT-ICR 2D avec un échantillonnage non uniforme (NUS) a été développée. L’augmentation de la résolution dans la première dimension a permis l’obtention d’une haute résolution pour les ions précurseurs. La FT-ICR 2D a été utilisée avec succès pour l’analyse de triacylglycérols contenus dans du plasma mais aussi pour l’analyse d’échantillons archéologiques.Dans un second temps, une stratégie protéomique conjointe bottom-up et top-down a été appliquée à l’analyse d’échantillons archéologiques et paléontologiques à partir d’ossements ou de céramiques. Le développement d’une méthodologie bottom-up, a permis à partir d’ossements archéologiques d’espèces inconnues l’identification des protéines et leurs modifications chimiques. Cet ossement a pu être attribué comme appartenant à l’espèce Homo sapiens. Une analyse top-down a été utilisée pour l’analyse d’échantillons archéologiques. Pour la première fois, une protéine (la caséine de lait) a été identifiée dans un échantillon archéologique d’amphore de l’époque de l’empereur Claude (1er siècle de notre ère) grâce la détection de grands fragments de caséine. / Mass spectrometry is a method of analysis which works on a wide range of sample types. It is used in many research fields such as analytical chemistry, proteomics, lipidomics and metabolomics...Firstly, my work was dedicated to the development of an independent data analysis methodology based on two-dimensional Fourier transform mass spectrometry. For increasing the resolution on the first dimension a 2D FT-ICR analysis with non-uniform sampling was developed. The resolution increase in the first dimension leading to high resolution for the precursor ions. The 2D FT-ICR has been successfully applied for the analysis of triacylglycerol contained on plasma and also for archaeological samples. This methodology led to 2D maps allowing a rapid classification of plants or animals samples.Secondly, a joint bottom-up and top-down proteomics strategy was applied for the analysis of archaeological and paleontological samples from bones or ceramics. The development of a bottom-up methodology, allowed the identification of proteins and their chemical modifications from archeological bones. These bones have been attributed to Homo sapiens. The development of a top-down methodology was applied to the analysis of archaeological ceramic. For the first time, a protein (milk casein) was identified in an archaeological sample of an amphora from Claudius emperor era (1st century A.D) via the detection of large fragments of casein. This first application of the top down proteomics showed that new information can be provided such as the in situ molecular degradation.

La spectrométrie de masse tandem est une technique analytique versatile, notamment utilisée dans le champ de la protéomique pour dériver la séquence de peptides. Cette thèse vise à contribuer au développement de méthodes intégrées à la spectrométrie de masse afin d’apporter des informations structurales sur les ions moléculaires, intermédiaires réactionnels ou produits de réactions. La fragmentation des peptides protonés est induite par collisions avec une gaz rare (CID). Des multiples fragments sont observés et la séquence peptidique peut être dérivée de la mesure de la masse de séries d’ions analogues. Les mécanismes de fragmentation par CID des peptides protonés sont très complexes, constituant un champ de recherche important. Dans ce contexte, le couplage de deux techniques comme la spectrométrie de masse et la spectroscopie infrarouge a été utilisé pour caractériser des ions fragments (an et bn) de peptides. Divers signatures infrarouges identifiées dans les gammes spectrales 1000-2000 et 3000-3800 cm-1 et caractéristiques de différents motifs structuraux ont mis en évidence la permutation de la séquence de la chaîne peptidique pour les ions an. Dans le cas des ions bn, la formation d’une structure macrocyclique s’appuie sur la formation spécifique d’un complexe produit d’une réaction avec NH3, que nous avons caractérisé par spectroscopie infrarouge. L’objectif ultime de cette thèse était de mettre en place une approche multimodale sur un spectromètre de masse unique, intégrant la séparation par mobilité ionique et la spectroscopie infrarouge d’ions moléculaires en permettant la caractérisation structurale par spectroscopie infrarouge des ions simultanément sélectionnés en masse et par mobilité ionique. La technique de mobilité ionique mise en œuvre est de type « Differential Ion Mobility spectrometry » (DIMS). Nous aurions souhaité pouvoir exploiter l’IMS sur des ions fragments de peptides, mais la technique DIMS ne le permettait pas. Nous avons choisi d’explorer la séparation et la caractérisation des monosaccharides cationisés par Li+, Na+ et K+. Dans le cas des complexes de Li+, les résultats spectroscopiques et de mobilité ionique sont cohérents avec les structures les plus stables prédites par la théorie. Ces calculs de chimie quantique permettent aussi d’interpréter une signature spectrale spécifique de complexes de Li+ avec des anomères de glucose. / Tandem mass spectrometry is a versatile analytical technique, used in particular in the field of proteomics to derive peptide sequence. This thesis aims to contribute to the development of integrated approaches to mass spectrometry to provide structural information on molecular ions, which can either be reaction intermediates or reaction products. The fragmentation of protonated peptides is induced by multiple collisions with rare gas atoms (CID). Multiple fragments are observed and the peptide sequence is derived from the measurement of the mass difference between two consecutive analogous ions. Fragmentation mechanisms of the protonated peptides under CID conditions constitute an intense research field. In the frame of this PhD thesis, mass spectrometry and infrared spectroscopy were coupled to characterize the fragment ions (an and bn) peptides. Several infrared signatures were found in the 1000-2000 and 3000-3800 cm-1 spectral ranges characteristic of different structural motifs. In the case of the an ions, these IR signatures provide evidence of the permutation of the sequence of the peptide chain. In the case of the middle size bn ions, the formation of a macrocyclic structure relies on the specific formation of an ion-molecule complex with NH3, whose structure has been characterized by IR spectroscopy.The ultimate objective of this thesis was to develop a multimodal approach based on a single mass spectrometer, which incorporates ion mobility spectrometry and infrared spectroscopy in order to characterize the structure of mobility- and mass-selected molecular ions. The ion mobility technique used is the "Differential Ion Mobility spectrometry" (DIMS). Peptide fragment ions could not be studied using this new set-up. We chose to study the separation and characterization of cationized monosaccharides with Li+, Na+ or K+. In the case of lithiated complexes, the spectroscopic and ion mobility data are consistent with the low energy structures predicted by theory, allowing in particular the interpretation of an IR specific signature characteristic of some Li+ complexes of glucose anomers.

Pour répondre au besoin de miniaturisation des spectromètres de terrain travaillant dans l’infrarouge, l’ONERA a développé un nouveau concept baptisé MICROSPOC. Ce dispositif est un détecteur infrarouge auquel a été intégré un interféromètre à deux ondes, constituant un spectromètre statique par transformée de Fourier. Ce plan focal infrarouge modifié, qui fusionne la fonction interférométrique et la fonction de détection, associé à une optique de tête simplifiée, permet d’envisager la réalisation d’instruments très compacts. L’objectif de cette thèse est de concevoir un spectromètre infrarouge miniature basé sur le dispositif MICROSPOC. Dans un premier temps, un travail théorique a été mené, dans l’objectif de dimensionner un système optique très compact. Notre choix s’étant orienté vers un système optique de collection (le détecteur voit une source étendue à distance finie), l’étude de l’acceptance angulaire de MICROSPOC dans ces conditions d’éclairement est indispensable afin de prévoir le contraste et la forme des franges d’interférence. Les résultats montreront la grande acceptance angulaire de MICROSPOC.Dans un second temps, un démonstrateur basé sur un composant MICROSPOC et sur le système optique simplifié a été réalisé. Ce démonstrateur a été caractérisé en laboratoire puis utilisé sur le terrain lors d’une campagne de mesures. Ces différentes exploitations ont montré la robustesse de l’instrument malgré l’obtention d’interférogrammes présentant divers défauts.Dans un troisième temps, une chaîne de traitement a été développée afin d’estimer un spectre à partir d’un interférogramme obtenu à l’aide du démonstrateur. Du fait des caractéristiques intrinsèques de MICROSPOC, la transformée de Fourier n’est pas la meilleure solution pour estimer un spectre. Nous l’avons montré en nous intéressant aux effets des disparités de longueur d’onde de coupure du détecteur sur l’estimation d’un spectre. Nous nous sommes alors tournés vers une approche consistant à utiliser la caractérisation spectrale de l’instrument pour inverser la mesure. Cette approche donne des résultats satisfaisants.Enfin, le but principal de cette thèse a été élargi par la conception et la réalisation de différents démonstrateurs combinant une fonction d’imagerie à une fonction de spectrométrie. Les premières pistes pour la conception d’un spectromètre qui tient dans la main ont été données. / In order to satisfy the need for handheld infrared spectrometers, the ONERA developed a new concept called MICROSPOC. This device is an infrared focal plane array with a built-in two-wave wedge-like interferometer and forms a static Fourier-transform spectrometer. This modified focal plane array, which merges the detection function and the interferometric function, in association with a simplified optical system, allows to consider the realisation of a much compact instrument. The goal of this thesis is to design and to realize a miniaturized infrared spectrometer based on the MICROSPOC concept.Firstly, a theoritical work has been led in order to design a compact optical system. Since we have chosen a collection optical system (the focal plane array sees an extended source placed at a finite distance), the study of MICROSPOC angular acceptance in these lightening conditions is needed in order to predict the contrast and the shape of interference fringes. The huge angular acceptance of MICROSPOC will be established with the results of this study.Secondly, a demonstrator based on MICROSPOC device and on the simplified optical system has been realized. This demonstrator has been caracterized in the laboratory and used in real conditions of a measurement campaign. These different exploitations have shown the robustness of the instrument despite some defaults on acquired interferograms.Then, a processing chain has been developed in order to estimate a spectrum from an interferogram acquired with our demonstrator. Considering the MICROSPOC’s own characteristics, the Fourier-transform is not the best way to estimate a spectrum. We have come to this conclusion by studying the effects of cut-off wavelenghts disparities of the detector on the spectrum estimation. At this point we have considered an approach that consists of using the spectral characterization of the instrument in order to inverse the measure. This approach gives satisfying results.Finaly, the main goal has been widened with the design and the realisation of other instruments that combine a spectrometric function and a imaging function. The first elements for the design of a handheld spectrometer have been given.

Le phénomène d’effervescence d’un champagne est la manifestation visuelle évidente du processus de désorption du gaz carbonique dissous. Outre la formation de bulles pendant cette phase transitoire de dégazage, le CO2 en solution va également s’échapper directement par diffusion à travers la surface libre (l’interface air/champagne). Il s’agit d’un processus de désorption invisible du CO2 dissous et, par la même, beaucoup plus difficilement quantifiable. Depuis une quinzaine d’années maintenant, nous avons systématiquement mené des recherches afin d’apporter des éléments scientifiques et objectifs qui contribuent à une meilleure connaissance de chacune des étapes de la vie d’une bulle dans un verre de champagne : nucléation, ascension, éclatement. Notons également que ces bulles de gaz contiennent très probablement des molécules aromatiques volatiles qui, elles aussi, s’échappent progressivement du champagne au cours d’une dégustation. A ce jour, les interactions du CO2 avec les composés organiques volatils (aromatiques), tel que l’éthanol, et l'effet éventuel d'un excès ou d'un déficit de CO2 lors d'une dégustation n'ont fait l'objet d'aucun travail analytique. Une première étape dans la compréhension du rôle du CO2 passe nécessairement par son dosage fin dans l'espace de tête au dessus d’un verre de champagne. La détection et la mesure du CO2 gazeux se baseront sur des mesures par spectrométrie laser bien maîtrisées au GSMA pour la mesure du CO2 atmosphérique. Grâce aux avancées technologiques des lasers, un travail préliminaire (thèse de Maxime Mulier, 2009) avait permis de mettre en place un spectromètre laser infrarouge susceptible de détecter la diffusion du CO2 gazeux au buvant d’une flûte de champagne. Le projet ECOCHAMP permettra l’amélioration du spectromètre initialement développé au GSMA, pour être au plus proche des conditions réelles de dégustation et ainsi déterminer la concentration en CO2 gazeux avec précision et de manière non invasive et non destructrice. La détermination de la concentration en éthanol, un composé organique volatil majeur du vin, sera également réalisée au-dessus du verre grâce aux améliorations du spectromètre laser infrarouge. Nous étudierons de nombreux paramètres pouvant influencer la perception du CO2 et de l’éthanol au cours d’une dégustation: influence du mode de versement, de l’angle du verre, des conditions d’effervescence, de la forme du verre, du volume de vin servi, de la température du vin, etc…En parallèle, le suivi de la libération progressive du CO2 dissous hors d’un vin de champagne se fera par micro-pesées (GSMA) et par visualisation à l’aide de la thermographie infrarouge (GRESPI). Les résultats obtenus devraient permettre une avancée importante dans la compréhension des phénomènes de désorption du CO2 et d’éthanol hors d’un vin de Champagne. Ces données seront obtenues dans des conditions très proches des conditions réelles de dégustation et elles seront comparées à des évaluations sensorielles réalisées par un panel de dégustation (expérimenté et non expérimenté). En faisant varier les paramètres liés aux conditions de service, nous pourrons ainsi être en mesure de cartographier l’espace gazeux situé au dessus d’un verre de champagne, en suivant les concentrations de deux molécules jouant un rôle prépondérant lors d’une dégustation : le CO2 et l’éthanol. / The effervescence Champagne phenomenon is the obvious visual manifestation of dissolved carbon dioxide gas desorption process. Besides the formation of bubbles during this transitional phase degassing, CO2 in solution will also escape by diffusion through the free surface (air / champagne interface). It is an invisible desorption process of dissolved CO2, much more difficult to quantify. For fifteen years now, we have lead researches to provide scientific and objective elements which contribute to a better knowledge of each bubble life stage in a glass of champagne: nucleation, ascension, bursting. These gas bubbles may contain volatile aromatic molecules which will gradually escape champagne during a tasting. The CO2 interactions with volatile organic (aromatic) compounds, such as ethanol, and the possible effect of excess or deficit of CO2 during a tasting have been the subject to any analytical work. A first step in understanding the role of CO2 necessarily requires its precise dosage in the headspace above a glass of champagne. The detection and measurement of gaseous CO2 will be based on measurements by laser spectrometry well mastered at the GSMA for the measurement of atmospheric CO2. Thanks to laser technological advance, a preliminary work (Maxime Mulier’s thesis, 2009) allowed to establish an infrared laser spectrometer capable to detect the CO2 gas diffusion at the top of glass of champagne. The ECOCHAMP project will allow the improvement of the spectrometer intially developed at the GSMA, to be closer to the actual conditions of tasting and determine the CO2 gas concentration accurately, noninvasively and nondestructively. The determination of the ethanol concentration, a major volatile organic compound in wine, will also be carried out above the glass thanks to the infrared laser spectrometer improvements. We will study many parameters which can influence the CO2 and ethanol perception during a tasting: the influence of the pouring method, the angle of the glass, the glass shape, the volume of served wine, the wine temperature, the sparkling conditions, etc ... In parallel, the dissolved CO2 gradual release out of a champagne will be monitor by micro-weighed (GSMA) and by visualization using thermography infrared (GRESPI). The results should allow a major advance in understanding desorption phenomena of CO2 and ethanol out of a champagne. These data will be obtained in conditions very close to the actual tasting conditions and will be compared to sensory evaluations performed by a taste panel (experienced and inexperienced). By varying the parameters relative to service conditions, we could well be able to map the gas space above a glass of champagne, according to the concentrations of two molecules which play a leading role during a tasting: CO2 and ethanol.

Ce travail présente une étude multi-échelle et multi-technique sur la caractérisation des oxy-hydroxydes de fer dans trois types de gisements d’uranium et leur encaissant. Le choix des sites d’études s’est porté sur un gisement de type roll front : Zoovch Ovoo dans le bassin crétacé de East Gobi (Mongolie) ; un autre de type tectono-lithologique : Akola/Ebba dans le bassin de Tim Mersoï (Niger) et enfin un type discordance protérozoïque : Kiggavik en bordure du bassin du Thelon (Canada). Une nouvelle approche a été mise en œuvre pour caractériser les oxy-hydroxydes de fer sur échantillons macroscopiques : la spectroscopie infrarouge de terrain en utilisant le spectromètre ASD TerraSpec®. À partir d’indices originaux calculés sur les spectres, il a été possible à la fois de caractériser les oxy-hydroxydes de fer ; seules l’hématite et la goethite ont été identifiées dans les parties oxydées des différents fronts uranifères, et de visualiser les différentes zonations d’altération le long des fronts redox. De plus, la partie visible du spectre a été utilisée pour quantifier la couleur des échantillons à travers les paramètres des systèmes ITS (Intensité – Teinte – Saturation) et de Munsell. L’étude des paramètres de couleurs a permis d’identifier une teinte spécifique pour les échantillons minéralisés étudiés : un mélange de jaune et de rouge (2,5 à 10 YR en notation de Munsell). A l’échelle des cristaux, les oxy-hydroxydes de fer ont été caractérisés par la spectroscopie micro-Raman. Cette étude a permis de mettre en évidence une différence de cristallinité des cristaux d’hématite dans les différents gisements. D’un point de vue morphologique, les cristaux de goethite du gisement de Zoovch Ovoo, seul oxy-hydroxyde de fer authigène décrit dans ce front, sont maclés en forme d’étoile à six branches, ce qui témoigne d’une cristallisation de basse température, comparé aux gisements du Niger et de Kiggavik. Cette cristallisation est principalement contrôlée par la disponibilité des ions Feᴵᴵᴵ dans le fluide, libérés par la dissolution de la pyrite en milieu oxydant et le pH. D’un point de vue chimique, les oxy-hydroxydes de fer enregistrent le passage du fluide uranifère de part leur teneur eu uranium. Et d’autre part la composition en éléments en trace qui marque la typologie du gisement, par exemple de la teneur en zirconium dans les oxy-hydroxydes de fer provenant du gisement du Niger, source d’origine volcanique. Cette typicité de la mobilité du zirconium est particulièrement bien exprimée dans les fronts uranifères d’Ebba par la précipitation de cristaux authigènes de zircon contemporains de la pechblende. Les données minéralogiques et géochimiques obtenues dans ce travail sur le gisement de Zoovch Ovoo permettent de proposer un modèle original pour sa formation : l’uranium n’a pas précipité massivement en amont du front puisqu’il n’y a pas d’auréole d’irradiation observable en cathodoluminescence dans les minéraux détritiques dans la zone oxydée. L’uranium a précipité lorsque l’eau oxydante a rencontré un faciès sédimentaire ayant un pouvoir réducteur assez fort pour permettre la réduction de l’uranium. La précipitation a lieu dans un endroit particulier de la formation : un paléo-lac où la matière organique et la pyrite sont abondantes. / This work presents a multi-scale and a multi-technical study for the characterization of iron oxi-hydroxides in three uranium-type deposits and host rock. The choice of sites has focused on a roll front deposit: Zoovch Ovoo in a Cretaceous basin of East Gobi (Mongolia); a tectonic-lithological type: Akola/Ebba in Tim Mersoï basin (Niger) and a Proterozoic unconformity type: Kiggavik in Thelon basin (Canada). A new approach has been implemented to characterize the iron oxi-hydroxides on macroscopic samples: field infrared spectroscopy using the ASD TerraSpec® spectrometer. From the original indexes calculated on the spectra, it was possible both to characterize the iron oxi-hydroxides; only hematite and goethite were identified in the different parts of oxidized uranium fronts, and visualize the alteration zonation along the redox front. In addition, the visible part of spectrum was used to quantify the color of samples through the IHS system parameters (Intensity – Hue – Saturation) and the Munsell system. The color setting of the study identified a specific hue for mineralized samples studied: a mixture of yellow and red (2.5 to 10YR in Munsell notation). At the crystals scale, the iron-hydroxides were characterized by µ-Raman spectroscopy. The study highlighted a difference in crystallinity of hematite crystals in different fields. From a morphological point of view, the crystals of goethite in the Zoovch Ovoo deposit, is only authigenic iron oxi-hydroxides described in this uranium front, are twinned in the form of six-pointed star, reflecting a low crystallization temperature, compared to Niger and Kiggavik deposits. This crystallization is mainly controlled by the availability of Feᴵᴵᴵ ions in the fluid, released by pyrite dissolution in an oxidizing environment and pH. From a chemical point of view, iron oxi-hydroxides record the fluid passage owing their uranium content. Secondly, the composition in trace elements marks the type of deposit, for example zirconium content in oxi-hydroxides from Niger deposit, volcanic source. This typical mobility of zirconium is particularly expressed in the uranium front in Ebba deposit by the precipitation of authigenic crystals of zircon contemporary of pitchblende. The mineralogical and geochemical data obtained in this work on the Zoovch Ovoo deposit (Mongolia) allow us to propose an original model for its formation: uranium did not precipitate massively in upstream edge of front, because not radiation halo is visible in cathodoluminescence in detrital minerals in the oxidized area. Uranium precipitated when the oxidizing water met with sedimentary facies having a fairly strong reducing power to allow uranium reduction. The precipitation occurs in a particular location of the formation: paleo-lake where organic matter and pyrite are abundant.

Les neutrons sont étudiés dans des domaines divers en tant, par exemple, que particules d’intérêt pour la physique fondamentale, outil pour la biologie ou l'analyse élémentaire, ou encore danger pour l'Homme en radioprotection. La mesure de l'énergie des neutrons est indispensable pour l'ensemble de ces domaines, mais les caractéristiques des spectromètres peuvent varier grandement d'une application à l'autre. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé un télescope à protons de recul doté de capteurs à pixels CMOS ultra-rapides. Ce détecteur compact permet une reconstruction en temps-réel du spectre neutron jusqu'à de très hauts flux. Les applications développées au cours de ce thèse sont la mesure de précision auprès de l'accélérateur AMANDE entre 4 et 20 MeV, dans le cadre d’une collaboration avec l’IRSN-Cadarache, et la caractérisation des neutrons secondaires produits en salle de traitement de protonthérapie. / Neutrons are studied in various domains as, for example, particles of interest in fundamental physics, tool in biology and elemental analysis, or danger for human in radioprotection. The measurement of the neutron energy is necessary in all these domains, but the characteristics of the spectrometers can vary greatly from an application to another. In the field of this thesis, we conceived a recoil proton telescope using ultra-fast CMOS pixels sensors. This compact detector allows a real-time reconstruction of the neutron spectrum up to very high flux. The applications developed during this thesis are precision measurement at the AMANDE accelerator between 4 and 20 MeV, as part of a collaboration with IRSN-Cadarache, and the characterization of secondary neutrons produced in protontherapy treatment rooms.

Nous nous sommes intéressés à la compréhension des mécanismes régissant la symbiose Rhizobium-Acacia dans les conditions de stress salin. Les lipopolysaccharides jouent un rôle important dans les étapes de cette symbiose. Le but était de mettre en évidence les modifications pariétales de la bactérie en réponse au stress salin par l’étude de la structure des lipopolysaccharides des souches isolées du désert marocain tolérant NaCl 7%. Ainsi, une nouvelle méthode d’hydrolyse des lipopolysaccharides sensible, non destructive et compatible avec la spectrométrie de masse a été développée. En présence de stress salin, nous avons montré que la membrane externe devenait plus hydrophobe en augmentant l’acylation de la région lipidique ainsi qu’en réduisant la présence des molécules de LPSs à longues chaînes de sucres.Des essais d’évaluation de l’efficience et de l’infectivité des Rhizobia étudiés ont été mis en œuvre pour déterminer l’impact de ces modifications des LPSs sur la symbiose sous stress salin. / We were interested in the understanding of the mechanisms governing Rhizobium-Acacia symbiosis in salt stress conditions. Lipopolysaccharides play an important role in the stages of this symbiosis. The aim of this work was to highlight the changes occurring in the bacterial membrane in response to salt stress by studying the structure of the lipopolysaccharides isolated from Moroccan desert strains tolerating 7% NaCl. Thus, a new method of hydrolysis of the lipopolysaccharide - sensitive, non-destructive and compatible with mass spectrometry- was developed. We studied the LPSs strains grown with or without salt stress and we showed that in salt stress conditions, the outer membrane becomes more hydrophobic by increasing acylation of the lipid region and reducing the number of long sugar chains in LPSs. Tests for evaluating the efficiency and infectivity of the studied rhizobia were carried out to determine the impact of these LPS modifications on symbiosis under salt stress.

De nouvelles méthodes de détection et de quantification du VX (O-éthyl S–(2(diisopropylamino)éthyl) (méthylphosphonothioate)) dans le plasma par chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse en tandem (LC-MS/MS) ont été développées. Après avoir été mise en œuvre en milieu HBSS (rendement > 99%), la méthode d'extraction liquide-liquide de notre composé d'intérêt nous permet d'obtenir en milieu plasmatique un rendement de soixante-cinq pour cent (65%). Cette méthode d'extraction permet d'évaluer la présence de VX dans de très faibles volumes d'échantillons de plasma (entre 20 et 1000 µL), donc dans des volumes compatibles avec des expérimentations sur de petits rongeurs. Cette extraction est suivie d'une analyse par LC-MS/MS en phase 100% organique. Des limites de détection de 0,15 et 0,5 pg/mL (pour 5 µL injecté) sont obtenues respectivement avec l'utilisation de la colonne Allure Biphényl (Restek) et Lux Cellulose-1 (Phenomenex). Afin d'étudier la toxicocinétique des énantiomères du VX dans le plasma, nos recherches se sont ensuite focalisées sur la séparation de ces derniers. Des résultats prometteurs ont été obtenus en utilisant une colonne Lux cellulose-2 (Phenomenex). / Innovative analytical methods have been developed to detect and quantify the organophosphorus nerve agent, VX (O-ethyl S–(2(diisopropylamino)ethyl) (methylphosphonothioate)), in plasma using liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC-MS/MS) technique. Liquid-liquid extraction of VX from HBSS environment was achieved with excellent yields (> 99%). Next, extraction from plasma was performed and generated a recovery rate of approximately sixty-five percent (65%). Our distinctive extraction methodology was implemented to evaluate the presence of VX in very small quantities of plasma (between 20 to 1000 µL) as in small rodents' experiments. It was followed by an LC-MS/MS analysis in a 100% organic phase. A Lux Cellulose-1 column (Phenomenex) and an Allure biphenyl column (Restek) were tested with detection limit at 0.15 pg/mL and 0.5 pg/mL in plasma (5 µL injected), respectively. Finally, our study was focused on the separation of VX enantiomers and hopeful results were provided using a Lux cellulose-2 column (Phenomenex).

Ce travail de thèse s’est focalisé sur le développement des approches génériques de spectrométrie de masse (MS) pour la quantification des anticorps monoclonaux (mAbs) et de leurs produits dérivés dans des études précliniques. Premièrement, le développement des protocoles de préparation d’échantillons basée sur la digestion directe à partir de sérum ou comportant une étape d’immuno-précipitation spécifique par anticorps a permis la quantification des mAbs couvrant une large gamme d'étalonnage de cinq ordres de grandeur. En outre, l'emploi de peptides provenant de la région constante du mAb a démontré la polyvalence de telles approches génériques de chromatographie liquide en tandem MS (LC-MS/MS). Deuxièmement, les instruments de MS à haute résolution (HRMS) ont étés évalués dans le cadre de cette thèse en tant qu'alternative aux spectromètres de masse de type triple quadripôle traditionnellement utilisés pour l’analyse bottom-up quantitative. L’avantage majeur de l’intégration des analyseurs de HRMS a été associé à la possibilité de l’analyse quantitative simultanée des mAbs et leurs produits associés directement au niveau de la protéine fournissant un niveau d'informations bien au-delà de celui obtenu avec des approches bottom-up. Par conséquent, l’apport essential de la HRMS pour les analyses qualitative et quantitative des protéines thérapeutiques de type mAbs et produits associés a été démontré dans cette thèse. / This PhD thesis focused on the development of generic mass spectrometry (MS)-based workflows for monoclonal antibody (mAb)-related therapeutic protein quantification in pre-clinical species. First, the development of bottom-up sample preparation protocols either based on direct serum digestion or immuno-capture allowed mAb-related therapeutic protein quantification over five orders of magnitude whereas the employment of peptides from the constant region of the mAb demonstrated the versatility of such generic liquid chromatography tandem MS (LC-MS/MS)-based approaches. Second, high-resolution MS (HRMS) instruments were evaluated as an alternative to triple quadrupole mass analyzers, traditionally utilized for bottom-up mAb quantification by LC-MS/MS. The major benefit of HRMS incorporation into the workflow was associated with the possibility to quantify simultaneously mAb-related therapeutic proteins directly at an intact level, providing an information level far beyond the one obtained with bottom-up LC-MS/MS methodologies. Hence, the pivotal role of HRMS for the qualitative and quantitative analyses of mAb-related therapeutic proteins was further outlined throughout this doctoral work.