Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont une famille très diversifiée de protéines membranaires capables de répondre à un grand nombre de signaux chimiques tels que des photons, des molécules odorantes, ou des hormones. En plus de cette diversité, l’étude des RCPG montre que des associations protéiques spécifiques multiplient les possibilités de signalisation de chacun de ces récepteurs. En permettant d’atténuer, de potentialiser, ou de générer une nouvelle voie de signalisation, l’association des RCPG en oligomères s’avère une importante source de diversité. L’utilisation du transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET) qui permet de détecter les interactions protéiques a révélé de nombreuses associations de RCPG. Durant cette thèse, des outils ont été développés pour combiner efficacement le BRET à des essais de complémentation de protéines (PCA) dans le but de savoir si l’oligomérisation des RCPG pouvait impliquer plus de deux récepteurs. Les résultats présentés montrent que les récepteurs de chimiokines CXCR4 et CCR2 forment des homo et hétéro tétramères, et que l’activation d’un dimère CCR2 peut moduler la conformation d’un dimère CXCR4 par un changement conformationnel trans-récepteur. La coopérativité négative de liaison de ligand qui a été démontrée auparavant entre CXCR4 et CCR2 dans des lymphocytes T CD4+ exprimant les récepteurs de manière endogène confirme la validité biologique de cette interaction. Les données présentées suggèrent également que ces complexes peuvent engager les effecteurs Gαi et β-arrestine2, indiquant qu’ils représentent la forme fonctionnelle de ces récepteurs. Enfin, nous avons pu confirmer que chaque récepteur de l’hétérodimère CXCR4-CCR2 est impliqué dans l’engagement des effecteurs lors de l’activation de CCR2. Un autre niveau de complexité dans la signalisation des RCPG est atteint par leur capacité à coupler de multiples protéines G. La liaison du facteur dérivé des cellules stromales (SDF-1) au récepteur CXCR4 permet la migration des lymphocytes T par une voie de signalisation dépendante de la protéine Gαi. Nous avons pu démontrer en revanche que la migration des cellules de cancer du sein était initiée par un couplage de CXCR4 à la voie Gα13-Rho pour former des métastases dans des organes distants. Enfin, un dernier niveau de régulation des RCPG a été abordé par l’étude de la phosphorylation de CXCR4 suite à son activation, qui permet la désensibilisation du récepteur et l’engagement de voies de signalisation dépendantes de la β-arrestine. Il apparaît que la désensibilisation de la voie du calcium serait médiée par la phosphorylation de CXCR4 par les kinases des RCPG (GRK) GRK2 et GRK6 et le recrutement de β- arrestine2, alors GRK3, GRK6 et la β-arrestine1 potentialiseraient l’activation des kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2). Nous suggérons également que c’est la phosphorylation de l’extrémité C-terminale de CXCR4 qui permettrait son association avec la β-arrestine. / G protein-coupled receptors (GPCRs) are a diverse family of membrane proteins capable of responding to a large number of extracellular stimuli including photons, odorant molecules and hormones. In addition to this diversity, it has been shown that GPCRs form specific protein:protein interactions, multiplying the signalling possibilities of each of these receptors. With the ability to diminish, to potentiate or even generate new signalling pathways, the oligomeric association of GPCRs plays an important role in generating this diversity. The use of bioluminescence resonance energy transfer (BRET), which allows the detection of interactions among proteins, has revealed numerous associations between GPCRs. During this thesis, tools have been developed that effectively combine BRET with protein complementation assays (PCA) with the goal of determining if interactions between GPCRs could involve more than two receptors. The results show that the chemokine receptors CXCR4 and CCR2 form both homo and hetero tetramers, and that the activation of a dimer of CCR2 can modulate the conformation of a CXCR4 dimer through a transreceptor conformational change. Negative cooperativity of ligand binding has previously been demonstrated between CXCR4 and CCR2 in CD4+ T lymphocytes endogenously expressing the receptors, confirming the biological validity of this interaction. The data presented also suggests that these complexes can engage the effector proteins Gαi and β- arrestin 2, indicating that they represent a functional form of the receptors. Furthermore, we have confirmed that each receptor of the CXCR4-CCR2 heterodimer is implicated in the engagement of effectors during the activation of CCR2. An additional level of complexity in GPCR-promoted signaling exists in their capacity to couple of multiple G proteins. Binding of stromal cell-derived factor-1 (SDF-1) to CXCR4 is known to promote T lymphocyte migration through a Gαi-dependent signalling pathway. In addition to this mechanism, we have demonstrated that breast cancer cell migration can initiated by a coupling of CXCR4 to the Gα13-Rho pathway, leading to the formation of metastases in distant organs. Finally, a novel level of GPCR regulation was revealed through the study of CXCR4 phosphorylation following its activation, which leads to the desensitization of the receptor and the engagement of β-arrestin-dependent signalling pathways. It appears that the desensitization of calcium signalling is mediated through the phosphorylation of CXCR4 by the GPCR kinases (GRKs) GRK2 and GRK6 and the recruitment of β-arrestin 2, whereas GRK3, GRK6 and β-arrestin 1 potentiate the activation of extracellular regulated kinase (ERK1/2). We also propose that the phosphorylation of the far C-terminal tail of CXCR4 is required for the interaction between the receptor and β-arrestin. / Thèse réalisée en cotutelle avec l'université Montpellier2 dans le laboratoire de pharmacologie moléculaire de Jean-Philippe Pin à l'institut de génomique fonctionnelle (IGF), Montpellier, France.

Les travaux réalisés aux cours de cette thèse ont portés sur la création de nouveaux complexes borates fluorescents. Des voies de synthèse relativement simples et efficaces ont permis d'accéder à deux nouvelles familles de fluorophores : les Boranils et les Boricos. Les Boranils présentent des coefficients d'absorption molaire élevés, des rendements quantiques pouvant atteindre 90% et la capacité à agir comme antenne efficace pour du transfert d'énergie photoinduit. De nombreuses modifications post-synthétiques ont été mises au point permettant l'accès à des fonctions de greffage utile pour des applications dans le domaine des cristaux liquides ou l'imagerie biomédicale. Enfin, l'extension de la conjugaison des Boranils a permis de déplacer les émissions vers le proche infrarouge. Les Boricos présentent des coefficients d'absorption élevés, des rendements quantiques allant jusqu'à 81% et la capacité à agir comme antenne ou accepteur dans des systèmes de transfert d'énergie photoinduit.

Les défauts créés dans les polymères soumis aux rayonnements ionisants, en atmosphère inerte, suivent pratiquement tous la même évolution en fonction de la dose. Lorsque la dose augmente, leur concentration augmente puis se stabilise. L'hypothèse retenue pour expliquer ce comportement est la mise en place de transferts d'énergie vers les défauts macromoléculaires créés aux faibles doses. Ceux-ci agissent comme des pièges à énergie et conduisent donc à la radio-stabilisation du polymère. Au cours de cette thèse, nous nous sommes attachés à la quantification de l'apport de l'insaturation trans-vinylène dans le comportement sous rayonnements ionisants du polyéthylène. Avec le dihydrogène, ce groupement compte parmi les défauts majoritaires créés dans ce polymère. Du fait de la variété des défauts et de la simultanéité de leur création, nous avons choisi une méthodologie nouvelle consistant à insérer par voie de synthèse, de manière spécifique et à différentes concentrations, des insaturations de type trans-vinylène, dans les chaînes de polyéthylène. Les polymères résultants ont été irradiés, en atmosphère inerte, avec des rayonnements de faibles TEL (gamma, bêta) et de forts TEL (ions lourds). Tant les défauts macromoléculaires que l'émission de dihydrogène ont été quantifiés. Il apparaît, sur la base des résultats expérimentaux, que l'apport des groupements trans-vinylènes est prédominant dans la radio-stabilisation du polyéthylène en atmosphère inerte.

Dans une première partie, nous mesurons l'affinité de l'interaction entre [Ru(pby)2dppz]2+ et l'ADN en utilisant la luminescence induite lors de la complexation. Nous étudions l'évolution de l'affinité lorsque la force ionique de la solution augmente. Dans une deuxième partie, nous modifions les extrémités d'un double brin d'ADN en y greffant des fluorophores. De la mesure de transfert d'énergie non-radiative entre ces fluorophores, nous étudions l'évolution de la longueur du complexe. Nous effectuons un dosage d'un double brin de 15 paires de bases d'ADN par le complexe ruthéné. Nous nous servons de la luminescence induite par l'intercalation du groupement dppz. Cependant, l'incrément de luminescence par groupement intercalé n'est pas connu, et nous ne pouvons pas le mesurer en saturant le brin d'ADN. Nous utilisons alors une technique mise au point par Nishida [Method for Measuring the Binding of Small Molecules to Proteins from Binding-Induced Alterations of Physical-Chemical Properties], dans laquelle deux titrations de deux solutions d'ADN de deux concentrations différentes sont effectuées. En utilisant le fait que, lorsque deux solutions d'ADN complexé par le composé ruthéné, possèdent la même luminescence par paire de base , le taux de complexation de ces deux solutions doit être le même, nous pouvons alors déterminer, sans hypothèse supplémentaire, le taux de complexation de l'ADN. De l'évolution de ce taux en fonction avec la concentration de ligand, nous déduisons son affinité pour l'ADN. Nous étudions maintenant le changement de longueur d'un double brin d'ADN de 15 paires de bases, modifié à ses deux extrémités par deux fluorophores : Alexa488 et Alexa568. Lorsque Alexa 488 est porté dans un état excité, il peut se désexciter en transférant de l'énergie de manière non-radiative à Alexa568, qui se désexcite alors en émettant des photons de plus faibles énergie que ceux émis par Alexa488. L'efficacité de ce transfert d'énergie peut être quantifié à partir de la mesure des intensités émises à basse et haute énergie. Elle dépend a priori de l'efficacité couplage (et en conséquence de la distance) entre les deux fluorophores. Nous effectuons des mesures de temps de vie des états excités de chacun des fluorophores. Nous avons observé que l'addition de ligand a pour conséquence une forte inhibition quenching des fluorophores. De l'analyse de l'évolution du temps de vie du fluorophore donneur d'une part et de celui du fluorophore accepteur d'autre part, nous déduisons l'évolution de l'efficacité du transfert d'énergie en fonction de la concentration de ligand. Nous confrontons les résultats obtenus par chacune de ces analyses, et en déduisons finalement, en nous servant de l'analyse de l'équilibre effectuée dans la première partie, l'évolution de la longueur de la chaîne en fonction du taux de complexation

Boîtes quantiques (QDs) et nanoparticules fluorescentes de silice (NPs) ont influencé le domaine de la bioimagerie de par leur forte luminosité et photostabilité. Par rapport aux QDs, les NPs organiques peuvent s’avérer être encore plus brillantes et entièrement biodégradables, avec une bonne biocompatibilité et sans contenir aucun élément toxique. Nous avons développé quatre types de ces NPs : en premier, des nano-gouttelettes lipidiques chargées de colorants lipophiles (flavone et Nil Rouge) pour l'imagerie in vivo chez le poisson zèbre ; en second, l’association ionique entre rhodamine B alkylée et tétraphénylborate fluoré (TPB) donne des NPs de 11-20 nm avec un rendement quantique de ~60% ; une troisième type de NPs consiste en des micelles de 7 nm obtenus par co-assemblage de cyanine amphiphiles et contre-ions TPB ; enfin, la polymérisation de micelles de calix[4]arène par agents de réticulation bi-fonctionnels à base de cyanine donne des NPs de 7 nm présentant un comportement fluorogène et une bonne stabilité en milieu intracellulaire. Ces NPs plus brillantes et de taille inférieure aux QDs apparaissent comme des outils prometteurs en bioimagerie. / Quantum dots (QDs) and fluorescent silica nanoparticles (NPs) have impacted the domain of bioimaging by their high brightness and robust photostability. In comparison to QDs, organic NPs can be even brighter and fully biodegradable, as well biocompatible and not containing toxic elements inside. Herein, we developed four types of these NPs. At first, lipid nano-droplets loaded with lipophilic flavone and Nile Red dyes for in vivo imaging in zebrafish; second, ion-association of alkyl rhodamine B with fluorinated tetraphenylborate (TPB) counterions result in 11-20 nm NPs with fluorescence quantum yield up to 60%; third, 7 nm micellar NPs obtained by co-assembly of cyanine amphiphiles with TPB counterions; finally, polymerization of calix[4]arene micelles using bi-functional cyanine crosslinkers giving 7 nm NPs, that show fluorogenic behavior and high intracellular stability. These NPs, being of smaller size and brighter than QDs, have emerged as promising tools for bioimaging.

Dans une première partie, nous mesurons l'affinité de l'interaction entre [Ru(pby)2dppz]2+ et l'ADN en utilisant la luminescence induite lors de la complexation. Nous étudions l'évolution de l'affinité lorsque la force ionique de la solution augmente. Dans une deuxième partie, nous modifions les extrémités d'un double brin d'ADN en y greffant des fluorophores. De la mesure de transfert d'énergie non-radiative entre ces fluorophores, nous étudions l'évolution de la longueur du complexe. Nous effectuons un dosage d'un double brin de 15 paires de bases d'ADN par le complexe ruthéné. Nous nous servons de la luminescence induite par l'intercalation du groupement dppz. Cependant, l'incrément de luminescence par groupement intercalé n'est pas connu, et nous ne pouvons pas le mesurer en saturant le brin d'ADN. Nous utilisons alors une technique mise au point par Nishida [Method for Measuring the Binding of Small Molecules to Proteins from Binding-Induced Alterations of Physical-Chemical Properties], dans laquelle deux titrations de deux solutions d'ADN de deux concentrations différentes sont effectuées. En utilisant le fait que, lorsque deux solutions d'ADN complexé par le composé ruthéné, possèdent la même luminescence par paire de base , le taux de complexation de ces deux solutions doit être le même, nous pouvons alors déterminer, sans hypothèse supplémentaire, le taux de complexation de l'ADN. De l'évolution de ce taux en fonction avec la concentration de ligand, nous déduisons son affinité pour l'ADN. Nous étudions maintenant le changement de longueur d'un double brin d'ADN de 15 paires de bases, modifié à ses deux extrémités par deux fluorophores : Alexa488 et Alexa568. Lorsque Alexa 488 est porté dans un état excité, il peut se désexciter en transférant de l'énergie de manière non-radiative à Alexa568, qui se désexcite alors en émettant des photons de plus faibles énergie que ceux émis par Alexa488. L'efficacité de ce transfert d'énergie peut être quantifié à partir de la mesure des intensités émises à basse et haute énergie. Elle dépend a priori de l'efficacité couplage (et en conséquence de la distance) entre les deux fluorophores. Nous effectuons des mesures de temps de vie des états excités de chacun des fluorophores. Nous avons observé que l'addition de ligand a pour conséquence une forte inhibition quenching des fluorophores. De l'analyse de l'évolution du temps de vie du fluorophore donneur d'une part et de celui du fluorophore accepteur d'autre part, nous déduisons l'évolution de l'efficacité du transfert d'énergie en fonction de la concentration de ligand. Nous confrontons les résultats obtenus par chacune de ces analyses, et en déduisons finalement, en nous servant de l'analyse de l'équilibre effectuée dans la première partie, l'évolution de la longueur de la chaîne en fonction du taux de complexation / This Ph.D thesis is mainly divided in to 2 parts. The first part is luminescence study, we are interested in the affinity constant (Ka) change under different salinity environments when the complexation of [Ru(bpy)2dppz]2+-DNA arrive equilibrium. In the second part, we focus our attention on the kinetic study by fluorescence which comes from the fluorophore. The distance change between 2 fluorophores is explored when [Ru(bpy)2dppz]2+ intercalates into DNA, which lead to the variation of DNA conformation. Any changes in DNA conformation will be reflected by the efficiency change of fluorescence resonance energy transfer (FRET). Quantitative analysis on the Ru(bpy)2dppz]2+-DNA interaction will be built in the second part. In the first part, the interaction of [Ru(bpy)2dppz]2+ with DNA is studied in a wide range of DNA / [Ru(bpy)2dppz]2+ ratios by using the luminescence signal which comes from complex. The affinity constant (Ka) is explored under different chloride sodium concentration (NaCl=[0, 100 mM]), when the complexation reaches equilibrium. Nishida method is employed to compute the value of Ka without any hypothesis. The value of affinity constant is at the level scale of 106 M-1 which is basically identical to the other researcher’s results. Ka decreased with increasing the concentration of NaCl as we expected. Quantitative analysis on the Ru(bpy)2dppz]2+-DNA interaction will be done in the second part. DNA was modified by different fluorophores at its extremities, 5’ end and 3’ end were labeled with alexa488 (seen as donor) and alexa568 (seen as acceptor), respectively. Our goal is to study the efficiency change of FRET and the change of distance between 2 fluorophores with fluorescence technique when one Ruthenium molecule intercalate in to DAN base pair. Two methods will be employed to achieve our idea. One is that the efficiency of FRET can be computed from the donor emission (alexa488), the other is the efficiency of FRET can be calculated from the acceptor emission (acceptor), the efficiency of FRET is highly dependent on the distance of 2 fluorophores (), any changes in distance will cause the efficiency change. The FRET efficiency decreased when the [Ru(bpy)2dppz]2+ intercalated into DNA structure, which also meant that the distance between 2 fluorohore increased.

Le travail de cette thèse propose une nouvelle méthode de contrôle appelée SSDH (Synchronized Switch Damping and Harvesting) basée sur l’idée de redistribution de l’énergie récupérée pour réduire l’énergie vibratoire d’une structure. De nombreuses recherches ont concerné le contrôle de vibration des structures souples. L’utilisation de l’approche modale pour ce genre de structure présente de nombreux intérêts. Dans le cadre de cette thèse l’idée est de récupérer l’énergie des modes qui ne sont pas contrôlés de façon à améliorer l’effet d’amortissement des modes ciblés par le contrôle sur une même structure. Pour cela, sur la base de la technique semi-active de contrôle, un circuit de contrôle modal a été conçu pour être compatible, via un convertisseur, avec des techniques semi-active de récupération d’énergie qui ont elles même été adaptées en modal. Plusieurs variantes de la méthode SSDH ont été testées en simulation. De façon à estimer l’efficacité du concept, une application sur un modèle expérimental d’une smart structure simple est proposée. Actionneurs et capteurs utilisent des matériaux piézoélectriques qui présentent les effets directs et inverses utiles pour la récupération d’énergie et le contrôle vibratoire. Après optimisation des différents paramètres électromécaniques et électriques, les résultats des simulations menées sous excitations bisinusoidale ou en bruit blanc, montrent que la nouvelle méthode de contrôle autoalimentée SSDH est efficace et robuste. Elle améliore sensiblement l’amortissement produit par les techniques semi-actives modales de base (SSDI) grâce à l’utilisation de l’énergie modale récupérée. / In a context of embedded structures, the next challenge is to develop an efficient, energetically autonomous vibration control technique. Synchronized Switch Damping techniques (SSD) have been demonstrated interesting properties in vibration control with a low power consumption. For compliant or soft smart structures, modal control is a promising way as specific modes can be targetted. This Ph-D work examines a novel energy transfer concept and design of simultaneous energy harvesting and vibration control on the same host structure. The basic idea is that the structure is able to extract modal energy from the chosen modes, and utilize this harvested energy to suppress the target modes via modal control method. We propose here a new technique to enhance the classic SSD circuit due to energy harvesting and energy transfer. Our architecture called Modal Synchronized Switching Damping and Harvesting (Modal SSDH) is composed of a harvesting circuit (Synchronized Switch Harvesting on Inductor SSHI), a Buck-Boost converter and a vibration modal control circuit (SSD). Various alternatives of our SSDH techniques were proposed and simulated. A real smart structure is modeled and used as specific case to test the efficiency of our concept. Piezoelectric sensors and actuators are taken as active transducers, as they develop the direct and inverse effects useful for the energy harvesting and the vibration damping. Optimization are running out and the basic design factors are discussed in terms of energy transfer. Simulations, carried out under bi-harmonic and noise excitation, underline that our new SSDH concept is efficient and robust. Our technique improve the damping effect of semi-active method compared to classic SSD method thanks to the use of harvested modal energy.

Une compréhension sans cesse plus pointue des processus élémentaires de transferts de charges et d’énergie, qui sont à la base même de nombreux processus biologiques, permet non seulement l’élaboration mais aussi l’amélioration de la mise au point de molécules photoactives utiles dans différentes applications. C'est le cas (i) de systèmes moléculaires et supramoléculaires destinés à mimer efficacement la photosynthèse, ou encore (ii) de molécules photoactives capables d’interagir avec des macromolécules biologiques et d’induire une transformation de ces biomolécules. C’est dans ce cadre général que s’inscrit l’élaboration de nouveaux complexes polyazaaromatiques de Ru(II) capables d’interagir avec la double hélice d’ADN et de photoréagir avec sa base la plus réductrice, la guanine, par transfert d’électron photoinduit. C’est sur la base de ces processus que des nouveaux agents antitumoraux photoactivables ont pu être développés. L’utilisation de complexes de Ru(II) dans le design d’entités supramoléculaires polymétalliques destinées à jouer le rôle de collecteurs de lumière et permettant ainsi de mimer les systèmes d’antennes naturels s’intègre également dans cette démarche. <p><p>L’ensemble de notre travail s’est concentré sur ces deux domaines d’applications. Par l’étude de différents processus de transfert de charges/d’énergie au sein des complexes seuls (processus intramoléculaires) ou en interaction avec un environnement spécifique (processus intermoléculaires), nous avons souhaité mettre en évidence l’intérêt de l’utilisation d’un nouveau ligand plan étendu, le tpac, au sein de complexes du Ru(II). Un tel ligand permet en effet de conférer d’une part une affinité élevée des complexes résultants pour l’ADN, et d’autre part, de par sa nature pontante, de connecter des unités métalliques entre elles au sein d’entités supramoléculaires de taille importante. <p><p>Les propriétés photophysiques de quatre complexes basés sur le ligand plan étendu tpac, le [Ru(phen)2tpac]2+ (P) et son homologue dinucléaire le [(phen)2Ru tpac Ru(phen)2]4+ (PP) (à base de ligands ancillaires phen), ainsi que le [Ru(tap)2tpac]2+ (T) et son homologue dinucléaire le [(tap)2Ru tpac Ru(tap)2]4+ (TT) (à base de ligands ancillaires tap), ont été étudiées et comparées entre elles.<p><p>L’examen de ces propriétés, d’abord pour les complexes seuls en solution, en parallèle avec celles de complexes dinucléaires contenant un ligand pontant PHEHAT, a permis de mettre en évidence l’importance de la nature du ligand pontant utilisé. Ces résultats ont ainsi révélé qu’un choix judicieux du ligand pontant permet de construire des entités de grande taille capables de transférer l’énergie lumineuse vers un centre (cas du ligand PHEHAT), ou, au contraire, de relier entre elles des entités ne s’influençant pas l’une l’autre d’un point de vue photophysique (cas du ligand tpac). <p><p>Les propriétés des complexes du tpac, étudiés cette fois en présence de matériel génétique (mononucléotide GMP, ADN ou polynucléotides synthétiques), se sont révélées très différentes selon que le complexe portait des ligands ancillaires phen (P, PP) ou tap (T, TT). Seuls les complexes à base de tap sont en effet photoréactifs envers les résidus guanine. Nous avons dès lors focalisé cette partie de notre travail sur les deux complexes T et TT. Cette photoréaction, ainsi que le transfert d’électron photoinduit entre ces complexes excités et la guanine, ont pu être mis en évidence par différentes techniques de spectroscopie d’émission tant stationnaire que résolue dans le temps, ainsi que par des mesures d’absorption transitoire dans des échelles de temps de la nano à la femto/picoseconde. L’étude du comportement photophysique des complexes en fonction du pH a en outre révélé de manière très intéressante que, pour des études en présence d’ADN, la protonation des états excités des complexes devait être considérée. Les résultats de cette étude nous ont fourni des pistes quant à l’attribution des processus observés en absorption transitoire.<p><p>Le transfert d’électron a également fait l’objet d’une étude par des méthodes théoriques. Ces calculs ab initio ont permis de mettre en évidence une faible influence de l’énergie de réorganisation sur la vitesse de transfert d’électron, qui semble dépendre plus sensiblement de la non-adiabaticité du processus, mais surtout de l’énergie libre de la réaction et d’un éventuel couplage à un transfert de proton. <p><p>L’ensemble des résultats obtenus avec les complexes T et TT en présence de matériel génétique, qui, de manière assez inattendue, sont très semblables, indiquent que ces complexes présentent tous deux un grand intérêt pour le développement de nouvelles drogues antitumorales photoactivables.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse est consacrée à l'étude de solutions globales et régulières de certaines EDP hamiltoniennes, du point de vue de la croissance de leurs normes de Sobolev. Un tel phénomène traduit une modification de la répartition de l'énergie dans l'espace des fréquences, appelée parfois "turbulence faible". On étudie d'abord une équation d'évolution non-linéaire où intervient un laplacien fractionnaire, et l'on prouve des estimées a priori sur la vitesse de croissance des normes de Sobolev. On introduit ensuite une équation où de telles estimées sont optimales : une équation de Szegő, intégrable, avec une non-linéarité quadratique, et où certaines solutions régulières croissent à vitesse exponentielle tout en restant bornées dans l'espace d'énergie. On classifie les ondes progressives de cette équation de Szegő quadratique, et l'on met en évidence l'instabilité d'une partie d'entre elles. Enfin, on exhibe pour cette équation une hiérarchie de lois de conservation, qui permet d'étudier plus précisément les solutions rationnelles turbulentes. / In this thesis we study global smooth solutions of certain Hamiltonian PDEs, in order to capture the possible growth of their Sobolev norms. Such a phenomenon is typical for what is sometimes called "weak turbulence" : a change in the distribution of energy between Fourier modes. We first study a nonlinear evolution equation involving a fractional Laplacian, and we prove a priori estimates on the growth of Sobolev norms. We then introduce an equation where these estimates turn out to be optimal : an integrable Szegő equation with a quadratic nonlinearity, which admits exponentially growing smooth solutions that remain bounded in the energy space. We classify the traveling wave solutions of this quadratic Szegő equation, and show that some of them are unstable. Eventually we find a hierarchy of conservation laws for this equation, which leads us into a deeper study of rational turbulent solutions.

Résumé : Le contrôle de la chimie de l'eau dans un réacteur nucléaire refroidi à l'eau nécessite une compréhension détaillée des effets de la radiolysede l'eau afin de limiter la corrosion et la dégradation des matériaux par oxydation générée par les produits de cette radiolyse. Toutefois, la mesure directe de la chimie dans le cœur des réacteurs est extrêmement difficile, sinon impossible, en raison des conditions extrêmes de haute température et haute pression, et les champs d’irradiation mixtes neutrons/γ, qui ne sont pas compatibles avec l'instrumentation chimique normale. Pour ces raisons,des modèles théoriques et des simulations sur ordinateur sont essentielles pour la prédiction de la chimie sous rayonnement de l'eau de refroidissement dans le cœur et son impact sur les matériaux. Dans ce travail, des simulations Monte Carlo ont été utilisées pour calculer les rendements des principales espèces (e[indice supérieur -][indice inférieur aq], H[indice supérieur •], H[indice inférieur 2], [indice supérieur •]OH et H[indice inférieur 2]O[indice inférieur 2]) formées lors de la radiolyse de l’eau liquide neutre par des neutrons mono-énergétiques de 2 MeV à des températures entre 25 et 350 °C. Le choix des neutrons de 2 MeV comme énergie d'intérêt est représentatif du flux de neutrons rapides dans un réacteur. Pour l'eau légère, la contribution la plus significative à la radiolyse vient des quatre premières collisions des neutrons qui produisent, dans la majorité des cas, des protons avec des énergies de recul de ~1.264, 0.465, 0.171 et 0.063 MeV et des transferts d’énergie linéique (TEL) moyens respectivement de ~22, 43, 69et 76 keV/[micro]m. Par ailleurs, nous avons négligé les effets des radiations dus aux ions de recul de l’oxygène. Les rendements moyens finaux peuvent alors être estimés comme étant la somme des rendements résultant de l’action de ces protons après pondérations en fonction de l’énergie déposée. Les rendements ont été calculés à 10[indice supérieur -7], 10[indice supérieur -6] et 10[indice supérieur -5] s. Les valeurs obtenues sont en accord avec les données expérimentales disponibles. En comparant nos résultats avec les données obtenues pour les rayonnements à faible TEL (rayons γ de [indice supérieur 60]Co ou électrons rapides), nos rendements calculés pour les neutrons rapides ont montré une dépendance en température essentiellement similaire, mais avec des valeurs plus faibles pour les rendements en radicaux libres et des valeurs plus élevées pour les rendements moléculaires. Nous avons également utilisé les simulations Monte Carlo pour étudier l'existence de la chute rapide de la constante de vitesse de réaction de l'électron hydraté (e[indice supérieur -][indice inférieur aq]) sur lui-même – l’une des principales sources de formation de H[indice inférieur 2] – au-dessus de 150 °C. Cette dépendance en température a été observée expérimentalement en milieu alcalin par divers auteurs, mais jamais en milieu neutre. Lorsque cette baisse de la constante de vitesse d’auto-réaction de e[indice supérieur -][indice inférieur aq] est incluse dans nos codes de simulation, tant pour des rayonnements de bas TEL (grappes isolés) que de haut TEL (trajectoires cylindriques), g(H[indice inférieur 2]) montre une discontinuité marquée à la baisse à ~150°C, ce qui n'est pas observée expérimentalement. Les conséquences de la présence de cette discontinuité dans le rendement en H[indice inférieur 2] pour les rayonnements à bas et haut TEL sont discutées. Enfin, nous avons tenté d’expliquer l'augmentation – considérée comme anormale – du rendement en H[indice inférieur 2] en fonction de la température au-dessus de 200 °C par l’intervention de la réaction des atomes H[indice supérieur •] avec l'eau, préalablement proposée par Swiatła-Wojcik et Buxton en 2005. La constante de vitesse de cette réaction est toujours controversée. // Abstract : Controlling the water chemistry in a water-cooled nuclear power reactor requires understanding and mitigating the effects of water radiolysis to limit the corrosion and degradation of materials by oxidizing radiolysis products. However, direct measurement of the chemistry in reactor cores is extremely difficult due to the extreme conditions of high temperature, pressure, and mixed neutron/γ-radiation fields, which are not compatible with normal chemical instrumentation. For these reasons, theoretical models and computer simulations are essential for predicting the detailed radiation chemistry of the cooling water in the core and the impact on materials. Monte Carlo simulations were used to calculate the yields for the primary species (e[superscript -][subscript aq], H[superscript •], H[subscript 2], [superscript •]OH, and H[subscript 2]O[subscript 2]) formed from the radiolysis of neutral liquid water by mono-energetic 2-MeV neutrons and the mechanisms involved at temperatures between 25 and 350 °C. In this work, we chose 2-MeV neutron as our energy of interest since it is known as representative of a fast neutron flux in a nuclear reactor. For light water, for that chosen energy, the most significant contribution to the radiolysis comes from the first four neutron collisions that generate mostly ejected protons with energies of ~1.264, 0.465, 0.171, and 0.063 MeV, which had, at 25 °C, mean linear energy transfers (LETs) of ~22, 43, 69, and 76 keV/[micro]m, respectively. In this work, we simply neglected the radiation effects due to oxygen ion recoils. The average final fast neutron yields could be estimated as the sum of the yields for these protons after allowance was made for the appropriate weightings (by using the Eq (2) in Chapter 4) according to their deposited energy. Yields were calculated at 10[superscript -7], 10[superscript -6] and 10[superscript -5] s. Our computed yield agreed reasonably well with the available experimental data. By comparing our results with data obtained for low-LET radiation ([superscript 60]Co γ-rays or fast electrons), our computed yields for fast neutron radiation showed essentially similar temperature dependences over the range of temperature studied, but with lower values for yields of free radicals and higher values for molecular yields. In this work, we also used our Monte Carlo simulation to investigate the existence of drop of hydrated electron (e[superscript -][subscript aq]) self-reaction rate constant at 150 °C. One of the main sources of H[subscript 2] formation is the self-reaction of hydrated electrons. The temperature dependence of the rate constant of this reaction (k[subscript 1]), measured under alkaline conditions, reveals that the rate constant drops abruptly above ~150 °C. However, when this drop in the e[superscript -][subscript aq] self-reaction rate constant is included in our code for low (isolated spurs) and high (cylindrical tracks) linear energy transfer (LET), g(H[subscript 2]) shows a marked downward discontinuity at ~150 °C which is not observed experimentally. The consequences of the presence of this discontinuity in H[subscript 2] yield for both low and high LET radiation are discussed. Another reaction that might explain the anomalous increasing of H[subscript 2] yield with temperature is the reaction of H[superscript •] atoms with water previously proposed by Swiatla-Wojcik and Buxton (2005) whose rate constant is still in controversial.