Les acides ont été abordés pour leur capacité unique à forger des ponts H et pour l'étude de la réaction de dissociation d'un acide. Les propriétés des acides aux surfaces sont mal connues et sont particulièrement intéressantes dans le contexte actuel visant la compréhension et le contrôle de paramètres environnementaux et atmosphériques. Les surfaces des objets dans les zones habitées sont généralement recouvertes d'une couche d'eau. L'état de la molécule acide dans cette strate superficielle est capital pour la chimie atmosphérique. Dans la première partie de cette thèse, l'analyse vibrationnelle est utilisée pour comprendre la nature du couplage vibrationnel entre les modes d'élongation de HF et de cisaillement de H2 O qui sont colinéaires à la liaison hydrogène entre ces deux molécules. Le potentiel intermoléculaire ressenti par ces deux molécules étant unique, il correspond aux forces ressenties dans les deux phénomènes. L'identification de la nature de ce potentiel, davantage covalent (partage électronique et recouvrement orbitalaire) ou davantage électrostatique (interactions coulombiques ou dipolaires), a révélé que l'utilisation d'une approximation électrostatique dans le contexte d'un pont hydrogène fort est insuffisante. Ces interactions intermoléculaires sont mal représentées qualitativement et quantitativement par un potentiel de type coulombien. La deuxième partie de cette thèse s'intéresse au p Ka de l'acide nitrique à la surface de l'eau. Pour sonder l'état de la molécule, la spectroscopie d'absorption des rayons est particulièrement appropriée : la distinction entre l'acide nitrique et le nitrate est entièrement caractérisée par leur structure électronique, soit les états sondés par l'absorption des rayons X. L'empreinte spectrale de la liaison N - OH antiliante sert de critère pour identifier la présenc-e d'acide nitrique moléculaire à la surface de l'eau amorphe. Les spectres de l'acide nitrique moléculaire et de l'ion nitrate en solution dans l'eau amorphe sont ensuite utilisés pour décomposer les spectres NEXAFS au seuil de l'azote suivant une procédure d'optimisation (moindres carrés). En utilisant l'isotherme de Langmuir, un recouvrement saturant d'adsorption dissociative d'acide nitrique sur l'eau amorphe 0.25 L a été identifié à une température de 80 K. Pour étudier la dissociation en fonction de la température, l'acide nitrique a été dosé à 23 K puis chauffé. Lorsqu'il est chauffé, l'acide nitrique se dissocie davantage à la surface de l'eau amorphe. Cet effet est lent jusqu'à T > 110 K où la diffusion des molécules d'eau de surface est plus rapide. L'acide nitrique se dissocie alors complètement, même si le recouvrement choisi était supérieur au recouvrement de saturation. Comme le comportement est irréversible suite à un retour à 23 K, il a été conclu que l'acide nitrique moléculaire est métastable à la surface de la glace amorphe. Les conditions pour préparer un échantillon de nitrates pur à la surface ont été déterminées et l'acide a été identifié comme fort à la surface. Suivant les résultats de spectroscopie NEXAFS de l'acide nitrique à la surface, des nitrates de surface sont synthétisés pour comparer leur taux de photodestruction avec celui des nitrates piégés dans le massif. Cette problématique en lien avec la chimie atmosphérique vise à reproduire les flux de NO x émis du névée en étudiant différentes hypothèses physicochimiques, dont l'amplification du taux de destruction à la surface de la glace. En comparant les taux de destruction des nitrates adsorbés sur la glace à ceux des nitrates dissous dans la glace, un facteur d'amplification de 4-6 du taux de destruction a été identifié à la surface de la glace. Comme les modes d'élongation asymétriques du nitrate sont extrêmement sensibles à la solvatation de l'anion, il a été découvert que la photolyse des nitrates de surface est plus efficace à cause des molécules possédant une géométrie distordue s'éloignant de la symétrie D 3h . En utilisant ce taux de photolyse, les flux de NOx en phase gazeuse ont été abordés dans un modèle numérique de dynamique d'échange entre la phase solide (glace) et la phase gazeuse (air) en utilisant les paramètres physico-chirniques issus des études en milieux naturels. [symboles non conformes]

Cette thèse est une étude des propriétés structurales, magnétiques et électriques des composés RVO[indice inférieur 3] (R=Yb,Y,Ho et La). Les outils expérimentaux utilisés pour sonder ces propriétés sont la spectroscopie Raman, la magnétométrie et la spectroscopie infrarouge par transmittance. Ce travail a pour objectif d’observer l’évolution du réseau, des transitions électroniques 4[florin] et de l’aimantation macroscopique avec la température afin de mettre en évidence les différents ordres présents dans les oxydes RVO[indice inférieur 3]. L’importance de ce couplage pour la réfrigération magnétique est mise en valeur par une étude des propriétés magnétocaloriques du HoVO[indice inférieur 3].

Le projet de maîtrise était axé sur l’utilisation de traitements multivariables afin d’analyser adéquatement des ensembles de données provenant d’imagerie spectrale. Ce mémoire met premièrement en relief la particularité des détecteurs utilisés dans les microscopes, ainsi que les caractéristiques du bruit dans les données acquises. L’analyse en composantes principales est une méthode qui se trouve dans plusieurs méthodologies de traitements de données d’imagerie spectrale. Celle-ci comprend certains désavantages, dont l’impossibilité d’extraire de réels spectres et des distributions de concentrations des composés en présence dans l’échantillon. La résolution multivariée de courbes – moindres carrés alternatifs est une méthodologie qui a été popularisée dans les années 2000. Celle-ci permet de contrer les désavantages de l’analyse en composantes principales en extrayant des spectres physiquement cohérents et en créant des cartes de concentrations associées à ces spectres. Cependant, ce mémoire démontre que cette méthode est inefficace lorsque les données ont un très faible ratio signal sur bruit et que plusieurs composants sont à extraire. Des améliorations à la résolution multivariée de courbes – moindres carrés alternatifs sont donc apportées. Notamment, la caractéristique du bruit des données, connue et documentée à la suite de nombreuses études, est utilisée afin d’améliorer la convergence de l’algorithme vers la bonne solution. Ce mémoire démontre que ces améliorations sont appliquées avec succès sur des ensembles de données d’imagerie spectrale provenant de spectrométrie photoélectronique X, d’analyse dispersive en énergie et de spectroscopie des pertes d’énergie.

Ces dernières années, les agrégats d'hélium superfluides ont fait l'objet de nombreuses études aussi bien expérimentales que théoriques. Le fruit de ces études a permis le développement de méthodes spectroscopiques innovantes (HENDI) utilisant les nanogouttes d'hélium comme l'ultime matrice, exploitant ainsi la très faible température de ce milieu particulier et sa faible interaction avec les dopants pour une meilleure résolution spectrale. Cependant, un nombre important de questions subsiste quant aux agrégats d'hélium dopés, particulièrement, ceux dopés par les alcalino-terreux. En effet, la position d'une impureté au sein de la gouttelette d'hélium est loin d'être un problème trivial pour certaines espèces telles les alcalino-terreux. Ceci est particulièrement vrai dans le cas où l'impureté est l'atome de magnésium. Des preuves expérimentales d'un état solvaté du magnésium sont annoncées dans la littérature tandis que de récentes expériences laissent penser à une position plutôt surfacique du magnésium dans les agrégats d'hélium. Du point de vue théorique, la même ambiguïté persiste quant à la position de Mg dans la nanogoutte d'hélium. Dans le but de contribuer à une meilleure compréhension des clusters d'hélium dopés par les métaux alcalino-terreux (Mg et Ca), nous avons, au cours de ce travail, dû déterminer avec précision les énergies d'interactions des états fondamentaux des systèmes van der Waals CaHe et MgHe. Pour ce faire, des méthodes ab initio telles les approches des clusters couplés (CC) mais aussi perturbationnelles (MP2 et MP4) ont été appliquées à ces deux systèmes avec succès. Les meilleurs potentiels d'interaction ont été utilisés par la suite comme potentiels d'interactions de paire dans l'approche Monte Carlo à diffusion (DMC) en combinaison de deux types de potentiel d'interaction pour l'hélium. Aussi bien pour CaHen que pour MgHen, des simulations DMC ont été produites depuis n = 1 jusqu'à n = 220, le résultat principal en est une position surfacique de l'impureté quelque soit l'alcalino-terreux considéré. Dans le cas particulièrement délicat des clusters d'hélium dopés par le magnésium, des calculs de DMC avec des contraintes géométriques montrent que le potentiel radial effectif de Mg dans He20 et He50 est plutôt plat. Enfin, sont présentés également les résultats concernant la recombinaison dynamique de deux atomes de magnésium à l'intérieur d'un agrégat d'environ 2000 atomes d'hélium utilisant une méthode basée sur un potentiel effectif pour l'interaction He-He

Notre travail concerne l’étude par spectroscopie à haute résolution de molécules polyatomiques en phase gazeuse fortement excitées vibrationnellement. L’excitation de molécules dans leurs hauts niveaux de vibration est typiquement produite par absorption de lumière infrarouge proche, voire visible, d’où la dénomination de « vibrations colorées » ou « overtones ». L’excitation de degrés de liberté de vibration à des énergies aussi inhabituelles place la molécule dans un régime tellement anharmonique que de nouvelles approches théoriques deviennent nécessaires pour en modéliser le comportement. L’observation spectrale des ces transitions requiert une technique expérimentale ultra-sensible pour compenser les faibles intensités des raies d’absorption. Dans ce contexte, nous avons mis au point un dispositif ICLAS qui a pour objectif de surmultiplier le parcours de la lumière dans la cellule d’absorption en insérant celle-ci dans la cavité résonante d’un laser saphir-titane. Le chemin d’absorption ainsi obtenu est équivalent à plusieurs dizaines de kilomètres en fonction de la durée des impulsions lasers. Nous avons ensuite couplé le dispositif ICLAS avec un spectromètre à transformée de Fourier en synchronisant l’acquisition des données avec les impulsions. L’avantage de ce couplage réside dans l’obtention d’une technique à la fois très sensible grâce à l’ICLAS mais aussi possédant une haute résolution et une large couverture spectrale grâce au spectromètre. La réalisation de ce dispositif est décrite dans la première partie de ce travail. Nous avons ensuite appliqué ce dispositif instrumental à l'étude des molécules C2HD et 13C12CH2. L’analyse des spectres enregistrés est détaillée dans la seconde partie de ce travail. Celle-ci inclut également une introduction à la description théorique des niveaux d’énergie de vibration-rotation adaptée au cas de la molécule d’acétylène. L’analyse est axée principalement sur la structure rotationnelle et l’identification vibrationnelle des nouvelles bandes observées grâce aux performances du nouveau spectromètre. Les premières étapes vers la construction d’un modèle rovibrationnel global pour les deux molécules étudiées sont également décrites.

Le nombre de cibles potentielles pour la conception de nouvelles molécules à activité thérapeutique ne cesse de croître. Pour chaque cible, il est nécessaire d’identifier des molécules actives et de les optimiser afin d’atteindre l’affinité et la sélectivité recherchées. Ces nouveaux défis accentuent la nécessité d’améliorer notre compréhension des facteurs qui mènent à la reconnaissance moléculaire entre une drogue potentielle et une macromolécule biologique, et particulièrement des facteurs énergétiques à la base de la stabilisation d’un complexe d’interaction. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressés à l’effet que pouvaient avoir les équilibres de protonation/déprotonation des résidus ionisables d’une protéine sur les paramètres thermodynamiques caractérisant la complexation d’un ligand. Dasns ce but, nous avons étudié l’interaction entre l’α-chymotrypsine et un de ses inhibiteurs compétitifs, la proflavine. Cette protéine est représentative d’un nombre important d’enzymes présentant le même mécanisme catalytique. La compréhension des facteurs qui régissent les équilibres de protonation/déprotonation des résidus ionisables présents dans son site actif ainsi que de l’effet sur ceux-ci de l’interaction avec des ligands est d’une importance primordiale pour le développement d’inhibiteurs plus sélectifs de ces protéases. Cette étude s’est essentiellement composée de trois volets. (i) La réalisation d’un modèle du complexe d’interaction afin de confronter des données structurales aux données expérimentales recueillies. (ii) L’étude de l’interaction entre l’α-chymotrypsine et la proflavine par spectroscopie de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) afin de mettre en évidence les résidus ionisables dont les équilibres de protonation/déprotonation sont influencés par la complexation du ligand. (iii) L’étude de la thermodynamique de l’interaction par Calorimétrie à Titrage Isotherme (ITC) et spectroscopie d’absorption en fonction de l’état d’ionisation des résidus identifiés par l’étude RMN. Le modèle du complexe d’interaction entre l’α-chymotrypsine et la proflavine a été réalisé sur base de la structure cristallographique du complexe entre cet inhibiteur et une protéase apparentée à la chymotrypsine, la thrombine. Il ressort de l’analyse du modèle obtenu que la proflavine est profondément enfouie dans le subsite S1 de l’enzyme et présente une très grande complémentarité de surface avec cette poche hydrophobe. Nous avons également pu constater la présence de plusieurs molécules d’eau immobilisées au sein du complexe, et d’une molécule en particulier faisant office de relais de liens-H. L’étude de l’interaction entre l’α-chymotrypsine et la proflavine par RMN du 1H a été précédée par une étude de l’effet du degré de maturité de l’enzyme sur les interactions liant les différents résidus composant la triade catalytique (Asp102, His57 et Ser195). Lors de l’activation du précurseur inactif de l’enzyme, le chymotrypsinogène, vers la forme mature, l’α-chymotrypsine, il semble en effet que le lien-H entre le NHε2 de l’His57 et le Oγ de la Ser195 soit affaibli, contrairement à celui qui relie le NHδ1 de cette même histidine au Oδ1 de l’Asp102. Nous rapportons pour la première fois l’observation de l’influence de la protonation de l’Asp102 sur les déplacements chimiques des protons NHδ1 et NHε2 de l’His57. L’étude de l’interaction entre l’α-chymotrypsine et la proflavine par RMN, nous a permis de mettre en évidence l’effet de la complexation du ligand sur l’état d’ionisation des résidus His57 et Asp102 de la triade catalytique, les pKa de ces résidus dans l’enzyme libre valant respectivement 7 et approximativement 4. Les paramètres thermodynamiques de l’interaction α-chymotrypsine - proflavine et des différents équilibres de protonation/déprotonation qui y sont liés ont été obtenus par spectroscopie d’absorption et ITC. Cette dernière technique constitue un outil précieux pour l’étude d’interactions moléculaires car il s’agit de la seule technique expérimentale permettant la mesure directe de l’enthalpie d’interaction. Lorsque des équilibres de protonation/déprotonation sont thermodynamiquement liés à l’interaction, il s’agit également de la seule technique permettant la quantification de ces effets. En mesurant la constante d’affinité et l’enthalpie d’interaction observées à différents pH et dans différents tampons, nous avons pu, sur base du modèle obtenu par RMN, déterminer les paramètres thermodynamiques intrinsèques des différents équilibres. La corrélation entre les données thermodynamiques obtenues par ITC et spectroscopie d’absorption et les données structurales obtenues par RMN et sur base de l’analyse du modèle du complexe d’interaction, nous a permis de rationaliser les facteurs à la base de l’interaction préférentielle de l’inhibiteur avec une des formes de l’enzyme. L’interaction entre l’α-chymotrypsine et la proflavine est la plus favorable lorsqu’à la fois l’His57 et l’Asp102 sont déprotonnés. Cette interaction est caractérisée par un terme enthalpique favorable et un terme entropique légèrement défavorable. Ce dernier terme s’expliquerait en partie par l’immobilisation dans le site d’interaction de plusieurs molécules d’eau. L’affinité entre l’α-chymotrypsine et la proflavine diminue lorsque l’His57 se protonne. La répulsion électrostatique entre les charges positives de la proflavine et de l’His57 est vraisemblablement un des facteurs permettant d’expliquer cette diminution de la constante d’affinité. Nous n’avons pu mettre en évidence d’interaction entre ces deux molécules dès lors que l’Asp102 est protonné, malgré que ce résidu soit situé relativement loin de la proflavine dans le complexe. Il s’agit donc d’un effet indirect, probablement relayé par l’His57. Tant que l’Asp102 est déprotonné, sa charge négative compenserait la charge positive de l’His57 et réduirait la répulsion électrostatique avec la proflavine, ce qui n’est plus le cas lorsque l’aspartate se protonne.

La modelisation du comportement des actinides dans l'environnement necessite l'acquisition de donnees structurales et thermodynamiques sur les especes susceptibles d'etre presentes dans les milieux naturels. Le protactinium est un element possedant une tendance tres marquee vis–à–vis de l'hydrolyse, de la polymerisation et de la sorption sur tout support solide. Dans ce cas, la determination des constantes d'equilibre relatives a des especes monomeres ne peut etre effectuee qu'a l'echelle des traces (CPa < 10-10M) avec l'isotope 233Pa. Les constantes de complexation de Pa(V) avec les ions sulfate ont donc ete determinees a partir d'une etude systematique des variations du coefficient de partage de Pa(V) dans le systeme TTA/toluene/H2O/Na2SO4/HClO4/NaClO4, en fonction de differents parametres tels que les concentrations de sulfate et de protons libres, la force ionique, la temperature, et la concentration de l'extractant. Compte tenu de l'interdependance des especes en phase aqueuse, il a ete necessaire de developper un code de calcul iteratif prenant en compte les reactions de dissociation de HSO4- et de formation de NaSO4- , mais egalement l'influence de la temperature et de la force ionique. Pour chaque valeur de µ et de temperature, et pour une concentration de proton libre fixee, le programme permet de calculer l'ensemble des concentrations des especes libres en solution. Les donnees de sortie sont les volumes de solutions meres de NaClO4, HClO4 et Na2SO4 a introduire pour realiser les solutions retenues. La mesure directe de la quantite de 233Pa en phase organique et aqueuse, par spectrometrie gamma, nous a permis de calculer le coefficient de partage (D) en fonction de la concentration des ions libres SO42-. Les experiences, effectuees en changeant differents parametres, montrent une forte dependance de D avec : la temperature, la concentration de la tta, la concentration des ions libres H+ et la concentration des ions sulfate libres. Les constantes de complexation ont ete determinees à l'aide d'un traitement mathematique des donnees de partage. L'extrapolation de ces constantes à force ionique nulle a ete realisee en utilisant le modele sit pour differentes valeurs de temperature. Parallelement, une etude structurale de Pa(V) en milieu sulfurique (13 et 4 M) et en milieu fluorhydrique (HF 0, 5 et 0, 05 M) a ete realisee avec l'isotope 231Pa. Les spectres exafs et xanes ont montre l'absence de liaison Pa = O dans le cas du milieu fluorhydrique. En milieu sulfurique une seule liaison oxo a ete mise en evidence, ce qui differe des actinides V et VI qui conservent toujours leur liaison trans-dioxo.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

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