Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Un bois traité à une température inférieure à 300°C et sous atmosphère inerte voit sa composition chimique modifiée. Ceci a pour effet de changer sa couleur, de le rendre moins hygroscopique. Le présent travail consiste à étudier ces transformations physicochimiques et de les corréler aux nouvelles caractéristiques du matériau afin d'optimiser le procédé de rétification. Les conditions opératoires et les caractéristiques du matériau ont été étudiées et apparaissent déterminantes pour le produit final. Des réactions secondaires générées par les gaz de réaction créent une légère inhomogénéité du traitemement dans le matériau. Le bois des résineux commence à se dégrader vers 188°C et celui des feuillus vers 195-205°C. Mais à température plus élevée, les résineux sont plus résistants à la dégradation que les feuillus. Ceci est dû à la nature des hémicelluloses à basse température et au taux de lignines à plus haute température. L'aspect microscopique du bois est conservé. Mais à 250°C, la structure cristalline de la cellulose est modifiée surtout dans le plan longitudinal tangentiel. La diminution de l'hygroscopie du bois est due aux modifications chimiques et les différences observées entre résineux et feuillus peuvent être expliquées par le schéma de dégradation des hémicelluloses. Les fortes carboxydations et condensations qui existent à 240°C correspondent au minimum de reprise d'humidité du hêtre à cette température. La mesure de la couleur des échantillons permet de contrôler le procédé de traitement. Le matériau fonce lorsque la température de rétification augmente et un bois traité à 240°C est beaucoup plus rouge que les bois naturels et traités à 305°C.

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Ce mémoire de thèse décrit des développements de méthodes MALDI-MS pour la caractérisation de polymères synthétiques, ainsi que les études plus fondamentales menées pour rationaliser des résultats inattendus et contribuant à une meilleure compréhension du processus d’ionisation MALDI. Synthétisés par polymérisation radicalaire contrôlée, les polymères étudiés ont des terminaisons fragiles qui ne survivent pas à l’étape d’ionisation. Une approche multidimensionnelle, combinant la spectrométrie de masse (MS et MS/MS haute résolution) et la spectrométrie de mobilité ionique, a permis de caractériser les nouveaux bouts de chaînes générés en source dans le cas du polystyrène. Dans le cas du poly(4-vinylpyridine) (P4VP), un protocole expérimental plus spécifique a dû être développé pour s’affranchir de la propension des unités monomériques à interagir avec la matrice. Ces fortes interactions se manifestent par la détection de complexes P4VP/matrice au sein desquels la nature des liaisons (covalentes vs non covalentes) change en fonction de la pression régnant dans la source MALDI. Dans une source opérant à une pression relativement élevée, ces interactions sont à l’origine de l’incorporation d’une molécule de matrice au bout des chaînes de P4VP. Ce cas de MALDI réactif a été rationalisé par un modèle basé sur un couplage radicalaire. Dans cette source d’ionisation, la forte densité de la plume MALDI serait également à l’origine de la production atypique d’espèces doublement chargées à partir de polymères synthétiques de faible taille (Mn < 5 kDa). Ces résultats suggèrent que la cationisation des polymères synthétiques en MALDI résulte de transferts de charges en phase gazeuse. / This thesis manuscript describes methodological developments in MALDI-MS to characterize synthetic polymers, as well as associated fundamental studies carried out to rationalize unexpected results, allowing new insights in the MALDI process. Studied samples were synthesized by controlled radical polymerization and contained fragile end-groups that do not survive the ionization step. A multidimensional approach, combining high resolution mass spectrometry (MS and MS/MS) with ion mobility spectrometry, allowed a full characterization of in-source newly formed terminations in the case of polystyrene. For poly(4-vinylpyridine), a more specific experimental protocol was required to overcome the propensity of monomeric units to interact with matrix molecules. These strong interactions were revealed by P4VP/matrix complexes in which the type of bonds (covalent vs non covalent) changes with the MALDI source pressure. Using a source operated at quite high pressure, a reactive MALDI phenomenon was evidenced to generate a new P4VP species in which one matrix molecule was incorporated in the chain end. A model involving a radical coupling process was proposed to account for the formation of these covalent adducts. The high density of the MALDI plume in such "high pressure" source would also be responsible for the unexpected formation of doubly charged species for small synthetic polymers (Mn < 5 kDa). These results are consistent with charge transfers in the gas phase as the process for cation adduction of synthetic polymers in MALDI.

Ce travail de thèse porte sur le développement de méthodes de spectrométrie de masse (MS) structurale pour la caractérisation de systèmes protéiques complexes, souvent réfractaires aux approches biophysiques classiques. Dans ce contexte, les développements entrepris furent notamment focalisés sur la caractérisation de complexes impliqués dans la biogénèse des ribosomes et dans la régulation transcriptionnelle, fonctions cellulaires essentielles pouvant être liées à de nombreuses pathologies humaines dont certains cancers. Ainsi, les approches par MS native, pontage chimique et d’HDX-MS ont permis de renseigner sur la connectivité, les proximités spatiales ou encore la dynamique conformationnelle retrouvées au sein des complexes étudiés. Parmi ces techniques, l’HDX-MS permet une approche comparative basée sur les mesures d’incorporations en deutérium renseignant sur la dynamique conformationnelle d’une protéine sous différents états. Aussi, la combinaison d’approches de MS structurale a permis d’approfondir la caractérisation des systèmes complexes étudiés, démontrant ainsi l’intérêt d’une approche intégrative dans ce contexte. / This PhD thesis focuses on developing methods in structural mass spectrometry (MS) to characterize complex protein systems, given their size and their heterogeneity, frequently inaccessible by classical biophysic approaches. In this context, methodological developments have particularly focused on the characterization of protein complexes involved in ribosomes biogenesis and transcriptional regulation. These fundamental cellular processes are related to numerous diseases such as cancers and genetic diseases. Thus native MS, crosslink, and hydrogen/deuterium exchange coupled to MS (HDX-MS) allowed gaining insights about the stoechiometry, spatial proximities and conformational dynamics of studied systems. Among these approaches, HDX-MS enables a comparative approach based on deuterium incorporation measurements giving information about the conformational dynamics of labeled proteins in various experimental conditions. Finally, the combination of structural approaches enables to deeply characterize complex protein systems, highlighting the advantages of an integrative approach in this context.

Résumé : L’adénocarcinome colorectal est parmi les plus importants cancers au Canada en terme de mortalité et morbidité. Cependant, nous n’en connaissons encore que peu, entres autres sur les voies cellulaires importantes et les protéines présentant un potentiel comme biomarqueur. Cette étude fut divisée en deux sous-projets. Sous-projet A. Il n’y a présentement aucun biomarqueur permettant de prédire la réponse à la radiothérapie comme modalité de traitement pour le cancer colorectal. Le but de ce sous-projet était de mettre au point les méthodes permettant d’effectuer une étude prospective ou rétrospective par spectrométrie de masse sur la réponse à la radiothérapie en utilisant des échantillons de tissu de patient. Des échantillons de tissu de souris et de tissu humains anonymisés ont été utilisés pour évaluer la faisabilité d’une telle étude. Différentes techniques d’extraction protéique ont été évaluées. Les extraits totaux et fractionnements subcellulaires de tissu frais ont permis une analyse appropriée des protéines cellulaires. Il en était de même pour l’extraction totale de tissus fixés. Cependant, les protéines extraites suite à microdissection au laser de tissu fixé étaient inadéquates et en nombre insuffisant. Sous-projet B. Afin d’investiguer l’importance de fonctions, voies ou protéines dans différents types de cancer colorectaux, neuf lignées cellulaires de cancer colorectal et de côlon normal ont été fractionnées en quatre compartiments subcellulaires et analysées par spectrométrie de masse. Aucun groupe de recherche n’avait analysé jusqu’à présent plus de cinq lignées et plus d’un compartiment subcellulaire à la fois. Les résultats montraient que certaines voies canoniques et fonctions cellulaires étaient de haute importance dans plusieurs des lignées analysées, dont la voie de signalisation par eIF2. De plus, les régulateurs de transcription TP53, MYC et TGFB1, pouvant être responsables des caractéristiques cellulaires observées, ont été identifiés. En conclusion, ce projet nous a permis d’améliorer nos connaissances sur les caractéristiques moléculaires d’importance dans le cancer colorectal et de mettre au point des techniques qui pourraient permettre la découverte de nouveaux biomarqueurs. / Abstract : Colorectal adenocarcinoma is one of the most important cancers in Canada in terms of mortality and morbidity. However, we still know very little on its molecular features. This study was divided into two sub-projects. Sub-project A. At this time, no biomarker has the capacity of predicting a patient’s response to radiotherapy, which is a commonly used treatment of colorectal cancer. The goal of this section was to develop the methods to conduct a prospective or retrospective mass spectrometry study on the patient response to radiotherapy, through the use of human tissues. Mouse tissues and tissues of an anonymous patient were obtained in order to evaluate the feasibility of such a study. Different protein extraction techniques were evaluated. Total lysates and subcellular fractionations of fresh tissues allowed for a successful analysis of the samples. The same was true of total lysates of fixed tissues. However, proteins extracted from cells isolated through laser capture microdissection were insufficient in numbers and their types were inconsistent with the expected results. Sub-project B. In order to study the importance of proteins and cellular functions or pathways in different types of colorectal cancers. nine cell lines originating from colorectal carcinoma and from normal colon were fractionated according to four subcellular compartments and analysed through mass spectrometry. Until now, no research group had analysed, in a single study more than 5 cell lines as well as more than one subcellular compartment at once. Some cellular functions and canonical pathways were shown to be of high importance in many of the studied cell lines, such as the signalling through eIF2 pathway. Furthermore, the transcription regulators TP53, MYC and TGFB1were identified as potentially responsible for the observed proteomic characteristics. In conclusion, this study allowed for a better understanding of important molecular caracteristics of colorectal cancer and allowed for the optimization of techniques that may serve in the discovery of new biomarkers relative to the use of radiotherapy as a treatment.

Nous avons développé une méthode originale de mesure par microscopie à force atomique (AFM) du glissement intergranulaire, sur des alliages sollicités à haute température et à de faibles vitesses de déformation, pour des essais de courte durée. Nous avons pu mesurer le glissement intergranulaire, selon sa composante hors-plan de la surface de l'éprouvette. La limite de détection du glissement intergranulaire est alors de 10 nm. Des essais de traction lente ou à charge imposée, à haute température (360°C à 700°C) et sous ultravide, ont été réalisés sur des éprouvettes plates et minces d'aciers inoxydables austénitiques et de superalliages base nickel. A l'issue de ces essais, la caractérisation du glissement intergranulaire par AFM montre que le glissement intergranulaire peut être activé dès la mise en charge, sur des amplitudes de plusieurs dizaines de nm. De plus, sur des essais courts, l'amplitude du glissement intergranulaire ne dépend pas de l'orientation de la trace du joint par rapport à la direction de sollicitation. En revanche, la désorientation est un paramètre déterminant sur la propension des joints à glisser. Nous avons également analysé par spectrométrie Auger la ségrégation intergranulaire sur deux alliages (un acier inoxydable austénitique 304H et un alliage base nickel X-750), préalablement sollicités en traction lente à haute température. Pour le 304 H, les ségrégations de S et P sont favorisées au voisinage des points triples. Pour l'alliage X-750, P ségrège en fond de cupules des facettes de grains microductiles, alors que S ségrège dans les zones riches en précipités. Les méthodes développées permettent d'étudier la corrélation entre deux ingrédients majeurs de l'endommagement à haute température : le glissement intergranulaire et la ségrégation fragilisante aux joints de grains. En particulier, une étude de la cinétique du glissement intergranulaire devrait permettre de valider comme indicateur de la sensibilité à l'endommagement à haute température en service, la mesure de marches de glissement intergranulaire suite à des essais courts. Cette méthode permet également d'envisager l'étude du rôle du glissement intergranulaire dans l'amorçage et la propagation des fissures de corrosion sous contrainte en milieu REP.

Les neurotoxines botuliques (BoNTs), toxines les plus efficaces connues, sont responsables du botulisme. Elles inhibent la libération d'acétylcholine aux jonctions neuromusculaires causant des paralysies flasques. Lors de l'intoxication, la BoNT se lie à ses récepteurs à la surface des neurones, puis est internalisée par endocytose. L'interaction de son domaine de translocation avec la membrane à l'intérieur de compartiments cellulaires acides permet le passage du domaine catalytique dans le cytosol. Le domaine de translocation de BoNT/A (Tm) a été exprimé à partir d'un gène de synthèse. L'insertion de Tm dans la membrane et son activité sont dépendantes du pH et apparaissent dès pH 5,5. Aucun changement de structure n'est détecté par spectroscopie. Cependant, la formation d'une structure quaternaire n'est pas exclue. L'activité de Tm est aussi sensible à la courbure de la membrane, ce qui pourrait permettre une régulation supplémentaire de sa fonction.<br /><br />L'apomyoglobine appartient à la famille des protéines à repliement de type globine, comme certaines toxines bactériennes. Son interaction avec la membrane présente de fortes homologies avec celle du domaine de translocation de la toxine diphtérique. Ce processus à deux étapes (liaison puis insertion) est dépendant du pH et requiert le passage par un état partiellement replié. Pour chaque étape, les régions impliquées ont été localisées par des expériences d'échanges Hydrogène/Deuterium analysées par spectrométrie de masse. La liaison à la bicouche se fait par une hélice amphiphile, puis une hélice hydrophobe intervient pour l'insertion. Cette dernière n'est accessible qu'après formation de l'état partiellement replié.

Le magnésium est l'un des quatre éléments majeurs sur Terre. Il est présent dans différentes proportions dans les verres industriels et naturels (jusqu'à 30 poids% dans les komatiites, verres ultramafiques d'âge archéen). Sa présence semble influencer les propriétés physico-chimiques des verres et tout spécialement leur durabilité. Malgré ce comportement, le magnésium a été relativement peu étudié dans les verres et les études précédentes ont conduit à des contradictions sur son environnement (coordinence 4 et 6 par RMN et en coordinence 5 par diffraction des neutrons). Dans le but de lever ces contradictions, l'étude de la structure des verres magnésio-silicatés et de l'environnement du magnésium a été réalisée en utilisant deux méthodes complémentaires : la spectrométrie Raman et la spectroscopie d'absorption des rayons X. La spectroscopie Raman permet d'obtenir des informations sur la structure des verres telle que la connectivité du réseau silicaté, la variation des angles Si-O-Si ou la modification de la taille des anneaux de silicium. Plus précisément, les variations de la région des spectres Raman comprise entre 800 et 1400 cm-1 illustrent l'évolution du degré de polymérisation des verres en fonction du taux de magnésium, du taux de silicium et de la nature de l'alcalin modificateur de réseau. La spectroscopie d'absorption des rayons X au seuil K du magnésium nous a permis d'accéder à l'environnement spécifique autour de cet ion. Les spectres XANES des verres ont été comparés à ceux de références cristallines contenant du magnésium dans différents environnements (coordinence et nature des voisins notamment). Pour aller au-delà de la méthode dite " d'empreinte digitale ", et extraire des informations structurales pertinentes, les spectres XANES des cristaux et des verres ont été calculés. Les calculs ont été réalisés avec un code basé sur une méthode en ondes planes, dans l'espace réciproque avec l'utilisation de potentiel non muffin-tin. L'utilisation des calculs a permis de mettre en évidence des paramètres structuraux pertinents pour expliquer la position des structures XANES. Pour les verres, les structures initiales utilisées pour les calculs ont été obtenus par dynamique moléculaire classique puis relaxée de façon ab initio. L'environnement du magnésium (coordinence/distorsion) peut varier en fonction de la composition du verre. De ce fait, les interprétations classiquement réalisées des spectres Raman des verres doivent être considérées avec précaution

L'objectif de ce travail était d'étudier de manière approfondie l'effet de l'indium dans des catalyseurs trimétalliques de reformage catalytique à base de platine, étain et indium. Des catalyseurs ont ainsi été synthétisés selon différents protocoles de préparation et de multiples caractérisations (spectroscopies Mössbauer d'étain, XANES, EXAFS, IR-CO, MEBT, chimisportion du CO, TPR et TPD) ont été mises en oeuvre afin d'élucider l'impact de l'indium sur la nature des phases métalliques présentes au sein du catalyseur. Il a ainsi été montré que la nature des sites métalliques dépend de la méthode d'introduction de l'indium. Quand l'indium est précipité avec la source d'alumine des alliages de type PtxSn sont obtenus alors que lorsque les métaux sont imprégnés sur la surface de l'alumine des espèces subsitutionnelles Pt-Sn sont formées. Il a aussi été montré que l'augmentation de la teneur en indium entraine une augmentation de la concentration atomique d'étain dans les alliage PtxSn et un remplacement de l'étain par l'indium dans les espèces substitutionnelles. Nous avons également réussi à préparer des catalyseurs avec des quantités élevées d'alliage Pt3Sn sur la base des connaissances acquises sur l'impact de l'indium et en déposant l'étain par une réaction organométallique contrôlée de surface. D'un point de vue catalytique, les tests de reformage du n-heptane mettent en évidence l'impact positif de l'indium puisque les catalyseurs à base de Pt-Sn-In sont moins sélectifs pour les réactions parasites d'hydrogénolyse et d'hydrocraquage et plus sélectifs pour l'isomérisation que les catalyseurs à base de Pt-Sn. / This work consists of a detailed study on the effect of indium in alumina supported trimetallic PtSnIn-based naphtha reforming catalysts. These catalysts were reproduced using different preparation protocols and the indium effect was investigated using 119Sn Mössbauer spectroscopy, XANES, EXAFS spectroscopies, IR-CO, STEM, CO chemisorption, TPR and TPD. It appears that the nature of the metallic active centres depends on the method with which indium was introduced. When co-precipitating the indium precursor with the Al source, PtxSn alloys were formed, whereas when metals were impregnated on the surface, substitutional Pt-Sn alloys were observed. Increasing the In content in the frst type of catalysts leads to an increase in the Sn concentration in PtxSn alloys, whereas a gradual replacement of Sn by indium in susbstitutinal alloys is observed in the second type of catalysts. These results allowed preparing catalysts with high Pt3Sn alloy contents using the effect of indium in catalysts prepared by Sn organometallic controlled surface reactions (CSR). From a catalytic point of view, n-heptane reforming tests show that trimetallic PtSnIn-based catalysts are less selective to hydrogenolysis and hydrocracking reactions, and highly selective to isomerisation, compared to the bimetallic PtSn-based catalyst.