Dissertations / Theses on the topic 'Agrégats'

L'etude des agregats d'elements covalents, comme le carbone et le silicium, permet de mieux comprendre les differences de comportement pour une configuration electronique voisine a travers l'etude des agregats mixtes si nc m. Le premier chapitre decrit en detail les techniques de production et les methodes d'analyse, en particulier la mise au point d'une source a vaporisation laser a deux barreaux. Ainsi, le jet d'agregats obtenu par vaporisation laser de cibles composites est etudie par spectrometrie de masse et a l'aide de la photo-fragmentation de tailles selectionnees. Le chapitre deux presente les resultats obtenus sur les agregats de silicium si n et les compare avec la litterature existante. On remarque un comportement etonnant lors de l'evaporation unimoleculaire de certaines tailles (n = 12-22), et l'hydrogenation de ces agregats de silicium induit une relaxation de leur structure. Les resultats de photo-fragmentation d'agregats de silicium dopes par du carbone montrent l'evaporation de petites molecules neutres contenant le carbone, indiquant des effets non statistiques. Dans un troisieme chapitre, nous etudions les compositions riches en carbone pour deux domaines de tailles. En particulier, nous montrons experimentalement et theoriquement qu'il est possible de produire des heterofullerenes fortement dopes en substitution, c 2 n qsi q q>7, a partir de cibles composites. La transition de structure observee, depuis les agregats stchiometriques, contenant autant de carbone que de silicium, vers les heterofullerenes a notamment permis de determiner le nombre maximal de silicium que l'on peut substituer sans detruire la structure de cage. Le melange de fullerenes preformes avec des atomes de silicium conduit a la creation de polymeres, dont la structure est aussi discutee. Une etude similaire, developpee dans le dernier chapitre, montre comment s'effectue le dopage des petits agregats de carbone par du silicium dans le cas des isomeres en chaines et en anneaux.

Le dispositif expérimental original développé à Toulouse permet de contrôler les collisions entre un agrégat chargé, libre, thermalisé, sélectionné en masse et des molécules. Il permet d'étudier l'attachement de la molécule sur l'agrégat ou la fragmentation induite par collision. Afin de mieux comprendre les processus d'attachement d'une molécule sur un agrégat, nous avons mesuré les sections efficaces d'attachement de molécules d'alcool, méthanol et éthanol, sur des agrégats d'alcool. Nous avons pu observer un comportement similaire aux agrégats d'eau, c'est à dire des sections efficaces d'attachement inférieures à la section efficace géométrique aux petites tailles qui tendent vers cette section géométrique quand la taille augmente. Ce comportement avait été attribué pour l'eau à un effet dynamique. Ce modèle dynamique peut être étendu avec un bon accord qualitatif aux agrégats d'alcools. Les processus d'attachement et de fragmentation nous permettent de réaliser des expériences de nanocalorimétrie. Nous avons pu déterminer les capacités calorifiques et les températures de transition de phase dans des agrégats d'eau protonés (H2O)nH+, qui viennent compléter les mesures effectuées sur les agrégats déprotonés (H2O)n-1OH-. La nature de la transition est discutée. Un troisième volet de cette thèse concerne la fragmentation induite par collision de molécules d'intérêt biologique : l'uracile protoné, isolé ou hydraté. Nous avons observé les différentes voies de fragmentation de l'uracile protoné. L'influence du nombre de molécules d'eau hydratant la molécule d'uracile sur le spectre de fragmentation est liée à l'affinité protonique des constituants et à la structure de l'agrégat
The experimental set-up developed in Toulouse enables to control collisions between a charged thermalised mass-selected free cluster and molecules. Processes of attachement of the molecule onto the cluster and collision induced fragmentation can be studied. In order to better understand the process of attachment of a molecule onto a cluster, we have measured attachment cross-sections of alcohol molecules, methanol and ethanol, onto alcohol clusters. We have observed a similar behaviour as the one observed with water clusters, that is attachment cross-sections that are lower than the geometrical cross-section at small sizes and that converge to this geometrical cross-section at bigger sizes. This behaviour had been assigned to a dynamical effect in the case of water. This dynamical model can be extended with a good qualitative agreement to alcohol clusters. Processes of attachment and fragmentation enable to realise nanocalorimetry measurements. We have determined heat capacities and transition temperatures for protonated water clusters (H2O)nH+. They complete measurements already done for deprotonated water clusters (H2O)n-1OH-. The nature of the phase transition is discussed. The last part of this dissertation concerns collision induced fragmentation for molecules that has some biological interest : protonated uracil, bare or hydrated. Fragmentation pathways of the protonated uracil molecule has been observed. The influence of the number of water molecules on the fragmentation pattern of solvated uracil is linked to the proton affinity of the constituants and to the cluster structure

La photo-dissociation d'une molécule comme CH3I dans l'agrégat d'hélium présente un grand intérêt pour comprendre la recombinaison et la solvatation des photo-fragments après la dissociation dans un liquide quantique. Après la recombinaison certaines structures de D@Hen(D= Ar^+, I^q, q= -1, 0, +1, +2) montrent les stabilités particulières avec les nombres magiques bien définis. Notre but ultime est d'étudier théoriquement la dynamique de la photo-dissociation de CH3I dans les agrégats d'hélium et de comparer avec les résultats expérimentaux disponibles dans la littérature. Notre recherche préliminaire est motivée par les données disponibles sur les espèces de couche ouverte comme D@Hen (D= Ar^+, Mg^+) et commence par un test sur notre modèle potentiel analytique pour les systèmes D@Hen à plusieurs corps. Notre modèle inclut les énergies électrostatique classique et quantique de dispersion,et également les énergies de charge/dipôle induit et de dipôle induit/dipôle induit dans le cas où le dopant D est ionique. La représentation analytique de l'interaction D-He est obtenue en fittant les fonctions ayant une forme asymptotique physiquement correcte aux résultats de calculs ab initio corrélés de haut niveau pour la molécule D-He. La matrice "Diatomices-in-Molecules" (DIM) de notre modèle potentiel à plusieurs corps est construite pour les situations avec l'anisotropie électronique et le couplage spin-orbite (SOC) pour l'atome lourd D est inclus dans la base de couplage du type s-l pour l'atome D. Les structures et les énergies de cohésion de systèmes D@Hen sont étudiées en fonction de la taille du système n par la méthode MonteCarlo quantique de diffusion (DMC).De nouvelles sous-routines pour évaluer le potentiel D-He ont été programmées pour le programme DMC existant et une fonction d'essai améliorée a été appliquée dans le calcul DMC

Les myopathies congénitales sont un groupe hétérogène de maladies musculaires héréditaires définies sur la base de lésions morphologiques caractéristiques observées dans la biopsie musculaire des patients atteints. Ces lésions histologiques peuvent être, en particulier, des agrégats protéiques, des ‘cores’ ou une augmentation du nombre de noyaux centralisés. Le phénotype clinique classique associe une hypotonie musculaire à début précoce et une faiblesse musculaire, associée parfois à d’autres signes cliniques comme par exemple une atteinte oculaire. Il n'existe aucun traitement spécifique pour ces maladies. Les myopathies congénitales avec agrégats protéiques sont un sous-groupe des myopathies congénitales caractérisées par la présence d’accumulations de protéines dans les fibres musculaires. L'analyse morphologique peut distinguer des agrégations non spécifiques des protéines et / ou des corps d’inclusions bien définis. Les mécanismes conduisant à l'agrégation protéique ne sont pas encore complètement élucidés. Une analyse morphologique fine et détaillée pourrait aider à éclaircir les événements responsables de ce phénomène. De nombreux ‘loci’ génétiques ou des mutations génétiques ont été identifiées dans plus de 20 formes de myopathies congénitales. Néanmoins, à l’heure actuelle une grande partie des patients atteints ne présente pas de mutations dans les gènes connus. Donc, plusieurs entités restent toujours à identifier. Pour remédier à cette lacune de connaissance, des nouvelles approches d’analyse génétique ont été élaborées. L'une des techniques la plus prometteuse est le séquençage d’exome ou séquençage à haut débit. Cette dernière consiste à l’analyse de séquençage multiple et ciblé de l'ensemble des séquences codantes du génome humain. Cet outil pourrait sûrement contribuer d’une façon déterminante à la découverte de nouveaux gènes responsables de ces maladies monogéniques rares. Mon travail porte sur l’analyse de patients atteints par trois différentes formes de myopathies congénitales avec des agrégats de protéines. Nous avons analysé à la fois des cohortes de patients avec un diagnostic moléculaire ainsi que des patients qui ne présentaient pas de mutations dans les gènes connus. Les trois pathologies étudiées sont : la myopathie à corps réducteurs ou ‘reducing body myopathy‘ (RBM), myopathie némaline ou ‘nemaline myopathy’ (NM) et, la myopathie avec structures cap ou ‘cap disease’(CD). Nous nous sommes concentrés sur trois axes principaux: 1 -. Analyse morphologique et étude des mécanismes physiopathologiques qui sous-tendent l'apparition des agrégats de protéines chez les patients atteints RBM et autre phénotype associé à des mutations dans le gène FHL1. 2 -. Caractérisation clinique et morphologique des familles présentant des formes néonatales de NM et CD sans caractérisation génétique moléculaire. 3 -. Validation fonctionnelle de l'expression protéique de mutations dans des nouveaux gènes identifiés par séquençage d’exome chez des patients avec myopathie congénitale génétiquement non identifiée. Dans la première partie de cette étude, j'ai analysé un groupe de dix-huit patients présentant une RBM ou d’autres phénotypes associés à des mutations dans le gène FHL1. Les mutations dans ce gène ont été associées à des phénotypes hétérogènes, y compris la ‘reducing body myopathies’ (RBM), le ‘X-linked scapuloperoneal syndrome’ (X-SPM), la ‘X-linked muscular postural atrophy’ (XMPMA), la ‘Emery-Dreifuss-muscular dystrophy’ (EDMD), et une forme de myocardiopathie isolée (HCM), ainsi que des formes de chevauchements. J'ai mené une analyse immunohistochimique, ultrastructurale et en immunogold comparative détaillée chez 14 patients RBM (groupe 1), 3 patients EDMD, et un patient avec HCM et hypertrophie musculaire (groupe 2). L'analyse des biopsies musculaires pour le groupe 1 a montré des ‘reducing bodies’ (RBs) associés à des corps cytoplasmiques comme caractéristique récurrente. Les RBs présentaient une franche immunoréactivité avec l’anticorps FHL1. Du matériel réactif pour la desmin, alphaB-cristalline et la myotiline a été observée autour des RBs. En microscopie électronique (EM), les RBs étaient composés de matériel tubulofilamenteux dense qui se propage progressivement entre les myofibrilles et autour des noyaux musculaires. En utilisant des techniques d’immunogold, nous avons démontré que la protéine FHL1 se trouve uniquement à l'intérieur de RBs. Les échantillons du groupe 2 ont montré uniquement des anomalies dystrophiques légères, sans RBs. Avec la EM nous avons observé seulement des anomalies myofibrillaires aspécifiques. L'analyse moléculaire a révélé des mutations faux-sens dans le 2ème domaine LIM FHL1 chez les patients du groupe 1. Chez les patients du groupe 2 nous avons trouvé des mutations INS / DEL ou faux-sens dans le 4ème domaine LIM FHL1. Grâce à cette étude, j'ai pu analyser et décrire en détails les caractéristiques morphologiques des patients RBM, ainsi que démontrer clairement la localisation de la protéine FHL1 dans les RBs. J’ai pu également illustrer les différences morphologiques majeures entre différentes myopathies liées au gène FHL1 (Malfatti et al. , JNEN 2013). La deuxième partie du projet a porté sur l’analyse morphologique détaillée chez plus de 100 patients présentant une myopathie congénitale. Nous avons identifié des cohortes homogènes de patients sans diagnostic moléculaire qui présentaient des myopathies congénitales d’apparition prénatale ou néonatale avec agrégats protéiques. L’analyse d’exome d'un premier groupe de cinq patients a permis l'identification de mutations autosomique récessive dans le gène RYR1 chez trois patients ; les deux derniers patients ont été trouvés mutés dans le gène de la nebuline (NEB) Cette étude a permis de démontrer qu'une analyse morphologique détaillée de patients présentant des formes néonatales sévères de myopathies congénitales oriente vers un diagnostic génétique précis. Elle a également confirmé que les myopathies congénitales présentent une large hétérogénéité génétique et phénotypique et que le séquençage d’exome est un outil de diagnostic rapide et efficace, surtout pour l’analyse des grands gènes (Bohm, Vasli, Malfatti et al. , PlosONE 2013). L'analyse morphologique visant à l'identification des cohortes homogènes pour l’étude d’exome a permis de mettre en évidence certains patients présentant un tableau morphologique particulier. Un de ces patients présentait une association particulière de bâtonnets et de structures ‘caps’ dans sa biopsie musculaire. Cette association histologique n'avait jamais été signalée auparavant. L’analyse d’exome a révélé une mutation AD du gène TPM3. Le gène de l’'a-tropomyosine (TM) lente, TPM3, code pour une protéine des filaments fins exprimé uniquement dans les fibres musculaires de type I. Des mutations dans le gène TPM3 ont été associées à trois tableaux histologiques différents : la myopathie nemaline (NM), la myopathie congénitale identifiée avec disproportion de type de fibres (CFTD) et, plus récemment, la ‘Cap disease’ (CD). Ces derniers ont été décrits que séparément auparavant. L'identification d'un patient présentant une association unique de ‘Cap’ et bâtonnets dans sa biopsie musculaire nous a permis d'élargir le spectre morphologique de patients mutés TPM3, et d’affirmer la proximité histologique de différentes myopathies liées à des mutations du gène TPM3 (Malfatti et al. , Neuromuscular Disorders 2013). La troisième partie de ce deuxième axe a consisté à effectuer le séquençage d’exome d’un groupe de quatorze patients avec différentes formes cliniques de myopathie némaline. Cette analyse a mené à l’identification de mutations autosomiques récessives dans le gène nébuline (NEB). Afin de mieux caractériser ce groupe de patients nous avons effectué une analyse morphologique détaillée du muscle chez ces patients. Nos objectifs étaient la recherche de corrélations clinico-morphologiques et la constitution de groupes homogènes au point de vue histologique. Quatre groupes ont été identifiés en fonction de la sévérité clinique et de l'âge à la biopsie musculaire. Le Groupe 1 (n = 4) comprend des NM graves /lethales et une biopsie musculaire effectuée durant les premiers jours de vie. Le Groupe 2 (n = 5) comprend NM sévères et une biopsie après un mois de vie. Le Groupe 3 (n = 3) comprend NM typiques et une biopsie faite dans l'enfance, et le groupe 4 (n = 2) comprend des formes légères de NM et une biopsie faite à l'âge adulte. Les biopsies ont été analysées au point de vue histoenzymologique, immunohistochimique et ultrastructurale. La distribution des bâtonnets, leurs caractéristiques ainsi que la répartition des types des fibres ont été étudiés. Tous les patients présentaient des mutations NEB compatibles avec un mode de transmission AR. Chez le patients du G1 nous avons identifié une prédominance de type 2, contrairement à ce qui avait été décrit chez les patients avec myopathies congénitales ; Les bâtonnets étaient présents dans 1/3 de fibres musculaires et avaient une forme plutôt carré. L’analyse ultrastructurale a révélé un pourcentage élevé de fibres avec importante désorganisation sarcomérique. Le G2 a montré une predominance type allant jusqu’à une uniformité de type 1. Les bâtonnets présentaient une forme et une répartition variable au milieu de la fibre. L’analyse en ultrtastructure a montré la présence de rares fibres avec désorganisation sarcomérique. En revanche, le G3 et G4 ont présenté une uniformité de type 1 associé à des groupes bien délimité de bâtonnets sous-sarcolemmaux ayant une forme préférentiellement allongée. Il n’y avait pas de désorganisation sarcomérique majeure. En conclusions: 1) Nous avons observé la persistance de prédominance de type 2 dans la biopsie musculaire des nouveau-nés présentant des formes létales liées à des mutations NEB. 2) Nous avons démontré une corrélation directe entre la désorganisation sarcomérique et la sévérité clinique. La présence de groupement des bâtonnets bien délimités chez les patient moins sévères suggère une réponse musculaire d’autoprotection contre la diffusion / propagation des bâtonnets à l’intérieur de la fibre musculaire chez ces derniers patients. (Malfatti et al. , en préparation). La troisième partie de l'étude concerne l’analyse précise des lésions morphologiques particulières présentes dans la biopsie musculaire d’une famille dont les résultats de séquençage d’Exome effectuée par la équipe du Dr Nigel Clarke / Pr Kathrin North de l’Université de Sidney ont mis en évidence des mutations dans un nouveau gène. Dans ce cadre, j'ai effectué une analyse clinique, morphologique, en immunofluorescence (IF) et en microscopie électronique d’une cohorte de nouveau-nés (N = 20) présentant un phénotype clinique ou morphologique similaire. De plus, nous avons effectué une analyse en immunofluorescence avec des anticorps dirigés contre la protéine codée par le nouveau gène. Cette étude a permis de démontrer une absence d’expression de cette protéine chez les patients mutés. En revanche, nous n’avons pas observé d’altération de l’expression protéique (expression absente ou réduction) chez les autres patients analysés. Les résultats de ces deux études représentent des données préliminaires et strictement confidentielles
Congenital myopathies are a heterogeneous group of inherited muscle disorders defined according to the characteristic morphologic lesions observed in the patient muscle biopsies. These lesions could be protein aggregates, cores, and an increased number of central nuclei. The clinical phenotype consists of hypotonia and muscle weakness from infancy, variably associated with other clinical characteristics. There is no specific treatment for these conditions. The congenital myopathies with protein aggregates are a subgroup of congenital myopathies characterized by aggregations of proteins in muscle. Morphological analysis of muscle can distinguish between nonspecific protein aggregations and/or well-defined inclusion bodies, patches or clusters. Mechanisms leading to protein aggregation still remain not completely elucidated. A deep morphological analysis could help in elucidating the events responsible for this phenomenon. Numerous gene loci or gene mutations have been identified in more than 20 forms of congenital myopathies. Nevertheless a large portion of affected patients is not mutated in the known genes. Several unknown entities remain to be discovered. To overcome this gap of knowledge novel approaches are being developed. One of the most promising is next generation or exome sequencing that consists in targeted re-sequencing of all coding sequences within the genome. This tool will surely help the discovery of new genes underlying these rare monogenic diseases. In this study we concentrated in affected by three different forms of congenital myopathies with protein aggregates with or without molecular diagnosis: Reducing Body Myopathy (RBM), Nemaline myopathy (NM) and Cap disease (CD). My activity was focused on three main axes: 1. - Morphological analysis and investigation of pathophysiological mechanisms underlying the appearance of the protein aggregates in patients with RBM and other phenotype associated with mutation in the FHL1 gene. 2. - Clinical and morphological characterisation of families affected by neonatal forms of NM and CD without a genetic characterization. 3. - Functional validation of protein expression of mutations in novel genes identified through next generation sequencing in families presenting with non-diagnosed congenital structural myopathy. In the first part of my study I analysed a group of eighteen patients presenting RBM and other phenotype associated with mutations in the FHL1 gene. FHL1 mutations have been associated with different disorders including reducing body myopathy (RBM), scapuloperoneal syndrome (X-SPM), X-linked myopathy with postural atrophy (XMPMA), Emery-Dreifuss-like muscular dystrophy (EDMD), isolated hypertrophic cardiomyopathy (HCM), and some overlapping conditions. I conducted a detailed histochemical, immunohistochemical, ultrastructural, and immunoelectron microscopy comparative analysis in 14 RBM (group 1), 3 EDMD, and one patient with HCM and muscular hypertrophy (group 2). The analysis of muscle biopsies in group 1 showed reducing bodies (RBs) associated with cytoplasmic bodies as a constant feature. RBs had a prominent FHL1 immunoreactivity. Desmin, alphaB-crystallin and myotilin immunoreactivity was observed surrounding RB. Under electron microscopy (EM), RBs were composed of electron dense tubulofilamentous material that progressively spreads between the myofibrils and around myonuclei. Using immunoelectron microscopy we demonstrated that FHL1 protein is found uniquely inside RBs. Samples from group 2 showed mild dystrophic abnormalities, without RBs. Only minor non-specific myofibrillar abnormalities were observed under EM. Molecular analysis revealed missense mutations in the 2nd FHL1 LIM domain in group 1 patients and ins/del or missense mutations within the 4th FHL1 LIM domain in patients from group 2. With this study I was able to expand the morphological features of RBM, clearly demonstrating the localization of FHL1 in RB, and further illustrating major morphological differences between different FHL1-related myopathies (Malfatti et al. , JNEN 2013). In the second part of the project we performed a deep morphological analysis in our cohort of more than 100 patients presenting a congenital myopathy and we identified homogeneous cohorts of patients presenting neonatal or antenatal onset congenital myopathies with protein aggregates. The exomes of a first group of five patients from four unrelated families presenting with different skeletal muscle pathologies, including a fatal nemaline myopathy with neonatal onset, arthrogryposis and severe respiratory failure, a severe congenital myopathy with internal nuclei and myofibrillar desorganization were sequenced (analysis conducted by Jocelyn Laporte group. ANR Programme Blanc Edition 2011: Identification of novel genes implicated in structural congenital myopathies by exome sequencing to Dr Jocelyn Laporte, IGBMC, UMR7104 INSERM, Illkirch, France, and Dr Norma Beatriz Romero, Unité de Morphologie Neuromusculaire, Institut de Myologie, CHU La Pitié-Salpêtrière). This analysis leads to the identification of autosomal recessive RYR1 mutations in in three patients with different clinical and histological features. RYR1 codes for the skeletal muscle ryanodine receptor, a key player in skeletal muscle excitation-contraction coupling. The two other sporadic patients with fatal neonatal myopathy were found to harbor mutations in NEB, encoding the contractile unit scaffold protein nebulin. We therefore demonstrated that a deep morphological analysis of patients presenting severe neonatal forms of congenital myopathies could help in the orientation toward a specific genetic diagnosis. This study confirmed that congenital myopathies present with broad genetic and phenotypic heterogeneity and that Exome sequencing is a fast and efficient diagnostic tool, especially for large genes (Bohm, Vasli, Malfatti et al. PlosONE 2013). The deep morphological analysis conducted for the identification of homogenous cohorts to be screened by exome analysis allowed the identification of some peculiar and morphologically unique patients. One of this presented a striking combination of cap structures and typical nemaline bodies in his muscle biopsy. This histological association was never reported before. Exome sequencing analysis revealed a recurrent mutation of TPM3 gene. The a-tropomyosin (TM) slow gene, TPM3, codes for a thin filament protein expressed uniquely in type I muscle fibres. The latter belongs to a highly conserved family of actin-binding proteins (TM) that plays important roles in a wide range of cellular process. Tropomyosin is essential for the regulation of muscle contraction. A lack of or an abnormal tropomyosin could explain muscle atrophy and weakness. However the exact mechanisms leading to muscle weakness remains unclear. Mutations in TPM3 have been associated with three distinct and separate histological pattern: nemaline myopathy (NM), myopathy identified as congenital fibre-type disproportion (CFTD) and, more recently, cap disease. These extremely variable histological patterns spanning from protein inclusions (e. G. Rods and caps) to an isolated defect of type 1 fibres, have been encountered only separately. The identification of a patient presenting a unique association of caps and rods allowed us to enlarge the morphological spectrum TPM3 mutated patients, and tightens the histological boundaries of TPM3-related myopathies (Malfatti et al. , Neuromuscular Disorders 2013). The exomes sequencing, successively confirmed by dHPLC/Sanger-sequencing, in a group of fourteen patients with different clinical form of Nemaline myopathies lead to the identifications of autosomal recessive mutations in the nebulin (NEB) gene. To better characterize this group of patients we performed a detailed muscle morphological analysis of this cohort of fourteen NEB-mutated patients to define pathological patterns and clinical-morphological correlations. Four groups were identified according to clinical severity and age at biopsy. Group 1 (n=4) comprises severe/lethal NM and biopsy in first days. Group 2 (n=5) comprehends severe NM and biopsy after one month. Group 3 (n=3) comprises typical NM and biopsy in childhood, and group 4 (n=2) patients with mild NM and biopsy in adulthood. Biopsies underwent histoenzymological, immunohistochemical and ultrastructural analysis. Fiber type distribution, rod characteristics, distribution and localization were investigated. All patients presented NEB mutations consistent with AR inheritance. G1 failed to show type 1 fiber predominance and had scattered squared rods in 1/3 of fibers. Ultrastructural analysis revealed high percentage of fibers with sarcomeric disarray. G2 showed a variable pattern of fiber type distribution spanning from slight type 2 predominance to type 1 uniformity. Rods presented variable distribution and shape. Ultrastructural analysis revealed rare fibers with sarcomeric disarray. In contrast, G3 and G4 presented a homogeneous type 1 uniformity associated with well-delimited subsarcolemmal and/or cytoplasmic elongated rods without sarcomeric alterations. In conclusions we 1) identified an unreported absence of type 1 predominance in muscle biopsy of new-borns patients presenting severe NEB-related NM; 2) suggest a direct correlation between the association of sarcomeric disarray and clinical severity. The presence of well-delimited clusters of rods in milder affected subjects suggests a muscle self-protective response against rod diffusion/propagation (Malfatti et al. In preparation). The third part of the study concern the deep clinical and morphological analysis of family presenting mutations in a new gene identified through Exome sequencing effectuated by the team of Dr Nigel Clarke/Pr Kathrin North, University of Sidney. I performed a peer clinical, morphological, immunofluorescence (IF) and ultrastructural analysis of this family. Furthermore I proceeded to an IF screening using a panel of different antibodies raised against the protein coded by the newly identified gene on muscle biopsy from our cohort of patient (N=20) presenting similar phenotype/morphotype. IF analysis showed an absence of the protein expression on the muscle biospies from mutated patients. On the contrary we failed to show a reduced protein expression in the biopsied muscle of the other patients. The results of these two studies are preliminary confidential data

Des nanoparticules magnétiques (NPM) de ferrite sont ici assemblées en petits agrégats nanométriques dispersés en milieu aqueux en jouant sur le potentiel d'interaction entre particules ou à l'aide de copolymères partiellement adsorbants. -Dans un premier temps, des agrégats de NPM seules sont obtenus en intervenant uniquement sur le potentiel d'interaction entre NPM, en modulant la force ionique et le pH du milieu, soit la longueur d'écran de Debye et les charges de surface. Les dispersions obtenues évoluent dans le temps vers des gels thixotropes. -Des agrégats composites sont ensuite obtenus par complexation électrostatique avec un copolymère de PTEA-PAM partiellement adsorbant. Ils sont stables en solution et de taille ajustable, formés d'un coeur magnétique dense et d'une couronne externe de polymère assurant une répulsion stérique et limitant leur taille. Une complexation sous champ magnétique statique permet l'élaboration d'aiguilles composites aux fortes propriétés magnétiques et de longueurs allant de quelques 100 nm à environ 40 microns. -Différentes techniques sont utilisées : la TEM pour la morphologie des agrégats, la diffusion de rayons X et de neutrons aux petits angles pour sonder l'organisation des NPM au sein des agrégats, la SLS pour déterminer la stoechiométrie de la complexation, la DLS pour les mesures de tailles hydrodynamiques quantifiant le volume des couronnes externes. Les propriétés magnétiques des agrégats sont sondées par des mesures d'aimantation et des mesures statiques et dynamiques de biréfringence magnéto-optique. Les comportements sous champ dépendant du temps des aiguilles composites sont aussi testés en microscopie optique.

L'objet de ce travail était étudier l'influence des collisions électron-électron sur la dynamique électronique et ionique d'un agrégat de sodium lors d'une excitation laser femtoseconde. Dans ce but, nous avons utilisé une approche semi-classique qui substitue à la fonction d'onde à N corps quantique représentant les électrons de valence de l'agrégat, une fonction de distribution dans l'espace des phases. L'avantage formel d'une représentation semi-classique est qu'elle permet d'inclure facilement, via les équations cinétiques, le terme de collision d'Ühling-Uhlenbeck (UU), pour aller au-delà du champ moyen. L'évolution en temps de la fonction de distribution est ainsi régie par l'équation de Vlasov-Ühling-Uhlenbeck (VUU), qui est résolue numériquement, à l'aide de la méthode des particules test.

La myopathie à agrégats tubulaires (TAM) est une maladie génétique qui se caractérise par la présence d’agrégats tubulaires dans les biopsies musculaires de patients. Notre équipe a identifié pour la première fois des mutations dans STIM1 comme étant à l’origine de cette maladie. STIM1 (stromal interaction molecule 1) est le senseur calcique du réticulum sarco/endoplasmique (RE/RS). En effet, en cas de diminution du calcium (Ca2+) dans le RE/RS, STIM1 se déplie, oligomérise et migre à proximité de la membrane plasmique (MP) pour activer le canal calcique ORAI1 et permettre le remplissage des stocks. Ce mécanisme est le «store-operated Ca2+ entry» (SOCE). D’autres équipes ont rapporté une mutation dans STIM1 (p.R304W) conduisant à une TAM associée à d’autres symptômes, ou encore syndrome de Stormorken. Ainsi, ce travail a eu pour but d’étudier et de comparer l’impact des mutations TAM et Stormorken à différents niveaux du SOCE. Nous avons ainsi montré que les mutations TAM et Stormorken conduisent à une augmentation de l’expression de STIM1, à la formation de clusters constitutifs de STIM1 à proximité de la MP, ainsi qu’au recrutement du canal ORAI1 et à l’activation de la voie du NFAT, dépendante du Ca2+
Tubular aggregate myopathy (TAM) is a genetic disorder characterized by tubular aggregates in muscle biopsies of patients. Our team identified for the first time mutations in STIM1 as causative of this disease. STIM1 (stromal interaction molecule 1) is the main calcium (Ca2+) sensor of the endo/sarcoplasmic reticulum (ER/SR). Following Ca2+ depletion of the ER/SR, STIM1 unfolds, oligomerizes and migrates close to the plasma membrane (PM) to activate the Ca2+ channel ORAI1, leading to Ca2+ entry. This mechanism is the «store-operated Ca2+ entry» (SOCE). Several teams report a mutation in STIM1 (p.R304W) leading to TAM associated with other symptoms, described as Stormorken syndrome. Therefore, this work aims to assess and compare the impact of TAM and Stormorken mutations at different stages of the SOCE pathway. We show that TAM and Stormorken mutations lead to an increase expression of the protein, a constitutive STIM1 clustering near the PM, to ORAI1 constitutive recruitment and to the activation of a Ca2+ -dependent pathway: the NFAT pathway

L'objet de ce travail est une étude théorique de la dynamique femtoseconde, linéaire et non linéaire, des électrons délocalisés dans les agrégats métalliques. L'utilisation de divers modèles d'agrégats, du jellium sphérique à ceux où les ions sont décrits par un pseudopotentiel réaliste, permet de considérer le rôle des interactions électrons-ion. L'approche théorique utilisée est basée sur la limite semi-classique des équations de Kohn-Sham dépendant du temps. Les électrons sont représentés par une distribution d'espace de phase gouvernée par l'équation de Vlasov et les ions évoluent selon les équations classiques du mouvement. Un code de calcul parallèle permet d'analyser la dynamique d'agrégats de plusieurs centaines d'atomes pendant quelques centaines de femtosecondes, et ce tout en assurant la conservation du caractère fermionique des électrons. Une comparaison directe entre les résultats quantiques (TDLDA) et leurs correspondants semi-classiques justifie l'utilisation de cette approche. Trois études sont présentées : la relaxation ultrarapide du plasmon, la dynamique des interactions laser intense-agrégats et les collisions ion multichargé-agrégat métallique. Contrairement aux modèles du type jellium, la description de la structure ionique discrète permet de rendre compte des temps de relaxation du plasmon mesurés expérimentalement, inférieurs à 10 fs. On l'explique en terme de diffusion électronique sur les non linéarités du potentiel des ions. Une approche en termes d'orbites classiques dans le champ moyen permet de comprendre la manifestation d'effets de taille finie. Les interactions électron-ion jouent aussi un rôle essentiel dans l'absorption et la redistribution de l'énergie laser pendant et après le passage d'une impulsion laser intense femtoseconde ; en particulier, les effets de la pression cinétique sont indispensables pour décrire l'énergétique de l'explosion finale de l'édifice atomique. Enfin, l'analyse des énergies d'excitation d'agrégats chargés par des ions multichargés permet d'interpréter l'évolution des tailles d'apparition expérimentales.

Ce travail presente la spectroscopie de petits agregats de metaux alcalins et plus particulierement de lithium. Les agregats sont produits dans un jet supersonique avec gaz porteur. Leurs temperatures rotationnelles et vibrationnelles sont tres faibles (10-20 k). Quelques resultats complementaires sur les etats excites de na#3 sont presentes. Pour l'essentiel, on a effectue une etude systematique des spectres d'absorption de li#n (3n8) dans le domaine optique. Pour li#3, l'analyse des spectres de vibration et de rotation, ainsi que l'etude d'un effet isotopique ont permis d'en determiner la geometrie ainsi que les proprietes dynamiques dans les etats fondamental et excites. Tous les etats excites de li#4 sont dissociatifs; les transitions observees ont un caractere essentiellement moleculaire avec une structure vibronique partiellement resolue. Les spectres d'absorption des agregats de taille superieure evoluent vers une transition intense dans le bleu. Bien qu'aucune structure ne soit resolue, la comparaison avec des calculs ab initio moleculaires permet de determiner la geometrie de ces agregats. Ces resultats sont egalement compares a des modeles plus qualitatifs, qui mettent en evidence l'apparition d'effets collectifs des ces petites tailles

La capacité de programmer de façon rationnelle l’organisation de petites molécules en architectures bien définies est un enjeu majeur, autant sur un plan théorique (étudier les interactions intermoléculaires) que sur un plan pratique (constituer des systèmes complexes et fonctionnels). Dans ce mémoire nous nous intéresserons à l’auto-assemblage de porphyrines en structures moléculaires unidirectionnelles (polymères de coordination), afin d’obtenir des édifices capables de piéger et guider l’énergie lumineuse sur plusieurs centaines de nanomètres. Après avoir présenté les principaux exemples issus de la littérature, nous montrerons l’intérêt d’une porphyrine à anse rigide pour de telles applications. Les deux premiers chapitres traiteront de la synthèse et de l’étude de l’assemblage de différents monomères en solution. Puis nous discuterons de leur organisation sur supports solides, et en particulier de l’influence de la surface sur leur mode d’assemblage.

Cette thèse porte sur l'étude de la structure et de la réactivité d'agrégats de palladium déposés sur une surface d'alumine, qui sont des modèles de catalyseurs. L'enjeu de ce travail est de dégager l'effet du support sur la nucléation et la réactivité de la phase métallique tout en prenant en compte de façon explicite l'hydratation des surfaces de l'alumine. Des agrégats de 1 à 13 atomes ont été étudiés. Une première partie concerne l'exploration de la structure des agrégats sur la surface. Deux modes d'interaction ont été révélés par le calcul. Les petits agrégats (<3 atomes) montrent une interaction forte avec la surface, induisant une déformation marquée de celle-ci. Pour des plus grosses tailles, la thèse montre que les agrégats développent une interaction faible avec le support, et que la structure est dominée par les interactions Pd-Pd. La réactivité des agrégats de taille 4 a été également étudiée par adsorption de CO et d'éthylène. Cette étude permet de démontrer à la fois les effets liés à la taille de l'agrégat et à l'interaction avec le support d'alumine. Plusieurs concepts qualitatifs importants ressortent de ce travail.

Ce travail presente l'etude des proprietes electroniques des petits agregats de lithium purs, li#n, et de lithium hydrogenes, li#nh#m. Ces agregats sont produits par detente d'une vapeur de lithium dans un jet supersonique avec gaz porteur argon/hydrogene. Deux techniques d'analyse experimentales sont utilisees. La mesure des potentiels d'ionisation, par photoionisation, met en evidence des effets de couche, qui sont interpretes dans le cadre du modele du jellium, et des effets moleculaires. Le caractere metallique, se traduisant par la delocalisation des n electrons de valence d'un agregat li#n, est present des les petites tailles. L'etude des potentiels d'ionisation des li#nh#m permet de caracteriser l'influence d'un ou plusieurs atomes d'hydrogene sur un agregat de lithium. Il est montre qu'un atome d'hydrogene localise un des electrons de valence des atomes de lithium, afin d'assurer sa liaison. La comparaison avec des calculs ab initio permet egalement de faire une premiere attribution de structures geometriques. L'absorption optique des agregats li#n et li#nh a ete realisee par spectroscopie a deux photons, et par depopulation pour les agregats de taille superieure a trois (etats excites dissociatifs). Les spectres vibrationnels et rotationnels de l'etat b de li#2h, pour la premiere fois enregistres, sont etudies. Les geometries des etats x et b sont determinees avec grande precision, grace a la simulation des structures rotationnelles. Le caractere des liaisons li-h est analyse. L'absorption des li#nh met en evidence un abaissement de symetrie des geometries par rapport a celles des li#n. La presence de l'atome d'hydrogene deforme les structures. Par comparaisons experiences/theorie, les geometries des li4h et li9h sont determinees

Ce mémoire est consacré à l'étude des propriétés énergétiques, structurales et électroniques des agrégats mixtes de bromure d'argent AgnBrp. Nous présentons à la fois des travaux expérimentaux et des travaux théoriques portant sur les agrégats neutres, les anions et les cations. L'étude expérimentale est consacrée à la spectrométrie de masse et à la fragmentation. Nous avons montré que les spectres de masse des espèces chargées ont de fortes similitudes avec ceux d'agrégats ioniques d'halogénures d'alcalins. D'autre part, nous avons développé une nouvelle méthode pour étudier la fragmentation d'agrégats métastables chargés. Nous avons constaté que la majorité des agrégats positifs étudiés évacuent préférentiellement un agrégat Ag3Br3. La prédominance de cette voie de dissociation a été expliquée par nos calculs théoriques qui ont mis en évidence une très grande stabilité pour cet agrégat. Les calculs théoriques, de type interaction de configurations ou fonctionnelle de la densité (DFT), ont montré que les liaisons inter-atomiques ne sont que partiellement ioniques et comportent un caractère covalent important avec un fort recouvrement entre des orbitales hybrides s-d de l'argent et des orbitales p du brome. Ces couplages ont un effet considérable sur les structures puisqu'ils favorisent la formation de sous-éléments BrAgBr linéaires et AgBrAg pliés. Les isomères les plus stables sont des structures cycliques. Nous avons également développé des potentiels pour modéliser les interactions. Nous avons montré que les potentiels de type électrostatique ne reproduisent pas les structures ab initio, confirmant ainsi que les interactions covalentes jouent un rôle important. Nous avons également étudié d'autres composés d'argent : nous avons présenté des spectres de masse d'agrégats de fluorure d'argent et aussi d'agrégats d'hydroxydes d'argent. Enfin, Nous avons déterminé l'énergie de photodétachement de petits agrégats (AgnFn)-.

Ce travail aborde le sujet des d efauts charg es dans le silicium. Jusqu' a pr esent, les d efauts charg es ont principalement et e etudi es en conditions p eriodiques (PBC). En e et, l'approche PBC est parfaite pour simuler unsolide in ni. Mais, comme je le montre dans ce chapitre, elle apporte aussi des artefacts. En particulier dans le traitement de l' electrostatique, o u des traitements math ematiques important doivent ^etre utilis es pour supprimer les interactions non d esir ees entre r epliques. Notre approche vise a simuler correctement un d efaut charg e, tout en conservant de bonne propri et es pourle mat eriau massif. Elle consiste a simuler le d efaut dans un nano-agr egat. Le traitement de l' electrostatique est correct dans un nano-agr egat et les r esultats obtenus peuvent ^etre extrapol es au mat eriau massif, comme il est montr e dans ce chapitre. Les perspectives de cette m ethode sont aussi abord ees ici.

Les agregats alcalins sont consideres comme des prototypes d'agregats metalliques, en raison d'un seul electron sur la couche de valence de l'atome. Nous avons applique diverses methodes afin d'etudier theoriquement les proprietes de ces petits edifices. Dans la premiere partie, nous avons donne des arguments en faveur du developpement d'hamiltoniens modeles, alternativement a l'utilisation de potentiels a deux corps simplistes ou de methodes ab initio certes sophistiquees, mais couteuses. Le formalisme d'un hamiltonien effectif adapte aux agregats alcalins est presente dans la deuxieme partie. Les parametres sont extraits a partir des energies du dimere et du tetramere de sodium. Un tel hamiltonien s'avere pertinent pour l'etude des petits agregats de sodium. L'application d'une methode monte-carlo permet d'explorer les surfaces de potentiel et de determiner les structures energetiquement stables. L'evolution des proprietes structurales et energetiques en fonction de la taille est presentee dans la troisieme partie. La quatrieme partie aborde une etude thermodynamique des agregats de sodium pour une methode de type monte-carlo metropolis. Cette etude permet de discuter dans quelle mesure les agregats de sodium peuvent etre consideres comme des systemes rigides ou flexibles, en relation avec des phenomenes de transition de phase. Enfin, la derniere partie concerne la determination theorique du spectre de photoabsorption du tetramere par la prise en compte de la vibration des atomes sur les transitions electroniques

Ce memoire est consacre a l'etude des proprietes energetiques, structurales et electroniques des agregats mixtes de bromure d'argent ag nbr p. Nous presentons a la fois des travaux experimentaux et des travaux theoriques portant sur les agregats neutres, les anions et les cations. L'etude experimentale est consacree a la spectrometrie de masse et a la fragmentation. Nous avons montre que les spectres de masse des especes chargees ont de fortes similitudes avec ceux d'agregats ioniques d'halogenures d'alcalins. D'autre part, nous avons developpe une nouvelle methode pour etudier la fragmentation d'agregats metastables charges. Nous avons constate que la majorite des agregats positifs evacuent preferentiellement un agregat ag 3br 3. La predominance de cette voie de dissociation a ete expliquee par nos calculs theoriques qui ont mis en evidence une tres grande stabilite pour cet agregat. Les calculs theoriques, de type interaction de configurations ou fonctionnelle de la densite (dft), ont montre que les liaisons inter-atomiques ne sont que partiellement ioniques et comportent un caractere covalent important avec un fort recouvrement entre des orbitales hybrides s-d de l'argent et des orbitales p du brome. Ces couplages ont un effet considerable sur les structures puisqu'ils favorisent la formation de sous-elements bragbr lineaires. Les isomeres les plus stables sont des structures cycliques. Nous avons egalement developpe des potentiels pour modeliser les interactions. Nous avons montre que les potentiels de type electrostatique ne reproduisent pas les structures ab initio, confirmant ainsi que les interactions covalentes jouent un role important. Nous avons egalement etudie d'autres composes d'argent : nous avons presente des spectres de masse d'agregats de fluorure d'argent et aussi d'agregats d'hydroxydes d'argent. Enfin, nous avons determine l'energie de photodetachement de petits agregats (ag nf n).

Cette thèse présente le développement et les applications d'un formalisme hybride quantique-classique pour décrire la structure électronique d'un système actif avec un environnement cryogénique (agrégat ou matrice d'atomes de gaz rare). La description quantique de la structure électronique du système actif est faite dans le cadre d'une approximation de type Liaisons Fortes de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité, avec charges atomiques autocohérentes (SCC-DFTB). L'environnement de gaz rare est décrit par des potentiels classiques atome-atome (FF). L'interaction entre le sytème actif et les atomes de l'environnement cryogénique est représentée par des opérateurs matriciels locaux anisotropes électron-atome, ainsi que par des contributions de polarisation et de dispersion. La détermination des opérateurs et des paramètres d'interaction est extraite de calculs ab initio post Hartree-Fock (CCSD-T) sur les paires atome actif/atome d'argon. Les applications concernent les interactions entre hydrocarbures, agrégats d'eau isolés ou complexes hydrocarbures/eau avec des agrégats et ou des matrices d'argon. Le modèle est validé sur de petits systèmes (molécule C6H6 , molécule H2O) en interaction avec des atomes et agrégats d'argon. Nous avons ainsi déterminé les données structurales et énergétiques pour les agrégats (C6H6)Arn (n < 55) qui ont été comparées à des données ab initio (DFT, CCSD-T) pour les plus petits agrégats, ou à des calculs de champ de force publiés dans la littérature pour les agrégats de plus grande taille. Le modèle permet également un traitement unifié de différentes situations électroniques permettant ainsi la détermination de l'évolution des potentiels d'ionisation du système actif en fonction de la taille n de l'agrégat solvatant. Le modèle DFTB/FF a ensuite été appliqué à des molécules et nano-agrégats d'eau (H2O)n (n=2-6) insérés dans des matrices d'argon, représentées par des sous-ensembles finis du réseau cristallin cubique faces centrées. Des données structurales et énergétiques ont été obtenues. Des études de dynamique moléculaire ont permis la détermination de spectres infrarouges (IR) à température finie. La comparaison des spectres IR théoriques caractérisant une molécule d'eau en matrice avec les données expérimentales nous a permis de valider l'approche DFTB/FF. Le cas de l'hexamère (H2O)6, plus petit agrégat présentant une structure tri-dimensionnelle et caractérisé par plusieurs isomères stables, a été étudié de façon exhaustive : l'effet de la matrice sur les structures de certains de ces isomères a été mis en évidence, ainsi que des effets différentiels sur leur stabilités respectives. Une influence sur les positions des bandes IR des agrégats a également été montrée. Les résultats obtenus permettent une interprétation satisfaisante des données expérimentales existantes pour les plus petits agrégats. L'assignation des spectres expérimentaux de l'hexamère demeure incertaine. Enfin, des résultats préliminaires sur les structures, l'énergétique et les spectres IR à température finie ont été obtenus pour des complexes d'Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques avec l'eau (HAP-H2O) en matrices d'argon. L'ensemble des données obtenues pour ces complexes est discuté en relation avec les résultats expérimentaux en environnement cryogénique obtenus dans l'équipe de Joëlle Mascetti de l'Institut des Sciences Moléculaires de l'Université Bordeaux I, dans le cadre d'une collaboration ANR (ANR PARCS no 13-BS08-0005). Ce travail a bénéficié d'une allocation de thèse co-financée par l'Institut de Physique du CNRS et le Conseil Régional de la région Midi-Pyrénées
This thesis presents the development and applications of an hybrid quantum-classical formalism in order to describe the electronic structure of an active system in a cryogenic environment (cluster or rare gas matrix). The quantum description of the electronical structure of the active system is based on a a tight-binding approximation of the density functional theory, with self-consistency regarding the charges (SCC-DFTB). The rare gaz environment is described via classical atom-atom potential (FF). The interaction between the active system and the atoms of the cryogenic environment is represented by local anisotropic matricial electron-atom operators, as well as by polarisation and dispersion contributions. Operators and interaction parameters are extracted from post Hartree-Fock \textit{ab initio} calculations (CCSD-T) of active atom/argon atom pairs. The applications involve hydrocarbons, isolated water clusters or hydrocarbon/water complexes in interaction with argon clusters or matrices. The model has been validated on small systems (C6H6 molecule, H2O molecule) in interaction with argon atoms and clusters. We have been able to determine structural and energetic data for (C6H6)Arn (n < 55) clusters which are benchmarked against ab initio results (DFT,CCSD-T) for the smaller sizes, or with respect to FF calculations, available in the literature, for larger sized clusters. The model enables to treat various electronic situations, allows in particular to determine the evolution of the ionization potentials of the active system as a function of the inert cluster size. The SCC-DFTB/FF model has then been applied to water molecules and water nano-clusters (H2O)n (n=2-6) embedded in argon matrices, represented by finite size cristal pieces of the face centered cubic lattice. Structural and energetical data have been obtained. Molecular dynamics studies have enabled the determination of finite temperature infrared (IR) spectra. Comparison between the theoretical and experimental spectra of the water monomer embedded in the matrix validates the SCC-DFTB/FF approach. The case of the water hexamer (H2O)6, the smallest cluster presenting a three-dimensional structure and caracterized by several low-energy isomers, has been investigated exhaustively : the effect of the matrix on the structures of some isomers has been shown as well as differential effects on their respective stabilities. An influence on IR lines positions has also been highlighted. Our theoretical study allows for a satisfactory interpretation of the experimental data for the smallest clusters (n<4). The assignment of the experimental spectra of the hexamer remains in discussion. Finally, preliminary results on structures, energetics and finite temperature IR spectra have been obtained for Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) /water complexes. The results for the complexes are discussed in relation with experimental data obtained in the team of Joëlle Mascetti at the Institute of Molecular Sciences (University of Bordeaux I), in the context of an ANR collaborative project (ANR PARCS no 13-BS08-0005). The thesis has been co-financed by the CNRS Institute of Physics and Conseil Regional of Region Midi-Pyrénées

La modélisation des agrégats moléculaires neutres ou cationiques représente encore un enjeu difficile pour les approches ab initio dès que les molécules impliquées sont de grande taille ou que leur nombre dépasse plusieurs unités. Nous développons, dans cette thèse, une méthode mixte fondée sur la combinaison de la méthode DFTB, une approximation de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), avec un schéma d'Interaction de Configurations (CI). Cette méthode (DFTB-CI) présente une approche originale et efficace permettant une description correcte de la résonance de charge au sein des agrégats cationiques. L'application aux agrégats d'hydrocarbures aromatiques polycycliques intéresse plusieurs domaines tels la physico-chimie du milieu interstellaire, la chimie de l'atmosphère ou encore les processus de combustion. Ce travail a permis de caractériser les propriétés structurales de l'état fondamental des agrégats neutres et cationiques de pyrène et de coronène contenant jusqu'à une dizaine de molécules. Il a nécessité la mise en place d'une stratégie multi-méthodes afin de rendre efficace la recherche des structures les plus stables à l'aide de l'algorithme d'exploration globale, "Parallel Tempering Monte-Carlo". A la suite des propriétés structurales, nous avons déterminé les grandeurs caractérisant la stabilité des agrégats (énergies de cohésion et de dissociation) ainsi que les propriétés électroniques comme la dépendance des potentiels d'ionisation en fonction de la taille, en très bon accord avec les résultats expérimentaux. Finalement, nous avons proposé une extension du modèle DFTB-CI pour calculer les états excités des agrégats moléculaires. Les applications aux dimères sont en bon accord avec les calculs ab initio. Une application aux petits agrégats cationiques de benzène et de pyrène a permis la détermination de leurs spectres électroniques d'absorption
Modeling of neutral or cationic molecular clusters remains a challenge in ab initio approaches as soon as the molecules involved are large or when their number exceed several units. We develop, in this thesis, a mixed method based on the combination of the DFTB method, an approximation of the Density Functional Theory (DFT), with a Configuration Interaction (CI). This method (DFTB-CI) provides an original and efficient approach to obtain a correct description of the charge resonance within cationic clusters. The application to polycyclic aromatic hydrocarbons clusters is of interest in various fields such as physics and chemistry of the interstellar medium, chemistry of the atmosphere and also combustion processes. This work has enabled the description of structural properties of the ground state of neutral and cationic clusters of pyrene and coronene containing up to ten molecules. A multi-method strategy has been implemented in order to efficient search for the most stable structures with the global exploration algorithm "Parallel Tempering Monte Carlo". In addition to the structural properties, we have determined the quantities characterizing the stability of these clusters (binding and dissociation energies) as well as their electronic properties such as the dependency of the ionization potentials on the size in good agreement with experimental results. Finally, we propose an extension to the DFTB-CI model in order to compute the excited states of molecular clusters. The results on dimers are found in good agreement with ab initio calculations. An application to small cationic clusters of benzene and pyrene presents the determination of their electronic absorption spectra

La dystrophie musculaire oculopharyngée (OPMD) est une maladie autosomique dominante à apparition tardive (50-60 ans) et à progression lente caractérisée par des faiblesses musculaires restreintes dans un premier temps à deux types de muscles : les muscles du pharynx, dont le cricopharyngien fait partie (CPM) et le muscle releveur de la paupière aboutissant à des difficultés de déglutition (dysphagie) et à une chute des paupières (ptosis) respectivement. Cette maladie est due à une petite expansion d’alanine dans la protéine PABPN1 (polyA Binding Protein Nuclear 1) ce qui aboutit à la formation d’agrégats nucléaires dans les muscles des patients OPMD. Les objectifs de cette étude sont : 1/ caractériser les agrégats de PABPN1 à partir de biopsies de patients OPMD pour voir si l’âge et le génotype des patients influencent leurs caractéristiques et 2/ d’évaluer l’efficacité de la molécule anti-agrégats guanabenz (GA) dans des modèles mammifères de la maladie. Les résultats montrent que l’âge et le génotype des patients OPMD influencent la taille, la composition ou le pourcentage de noyaux avec agrégats. L’utilisation de GA dans nos modèles murins de l’OPMD permet de diminuer le nombre et la taille de noyaux avec agrégats et d’améliorer les phénotypes musculaires chez la souris. Nous montrons dans cette étude que le GA module la réponse au stress du réticulum endoplasmique (ER) qui est pour la première fois mis en évidence dans l’OPMD. Cette étude nous permet de proposer que l’utilisation de molécules pharmacologiques atténuant entre autre le stress de l’ER est une bonne stratégie thérapeutique pour l’OPMD
Oculopharyngeal muscular dystrophy (OPMD) is a late onset autosomal genetic disease characterized by a restrictive muscle weakness: pharyngeal muscles (including cricopharyngeal muscle (CPM)) as well as eyelid muscles are primarly affected leading to swallowing difficulties (dysphagia) and eyelid drooping (ptosis) respectively. This disease stems from a short polyalanine expansion in the Poly(A) Binding Protein Nuclear 1 (PABPN1) leading to the formation of nuclear aggregates in the muscle of OPMD patients. The objectives of this study are : 1/ to characterize PABPN1 nuclear aggregates on human muscle biopsies to evaluate if age and genotype influence their features and 2/ to assess the efficacy of the anti-aggregates molecule guanabenz (GA) on mammalian models of OPMD. The results show that aging and genotype of OPMD patients influence the size, the percentage or the composition of nuclear aggregates. Treatment of cellular and mouse model of OPMD with guanabenz allows a diminution in the percentage and the size of nuclear aggregates as well as an improvement of the mice muscle phenotype. GA acts through the unfolded protein response to endoplasmic reticulum stress (ER) showing for the first time that ER stress is activated in OPMD. This study suggestes that the use of pharmacological molecules modulating notably ER stress is a promising strategy to treat OPMD

Ce travail porte sur l'étude de l'anisotropie d'échange dans des agrégats de cobalt nanométriques (1-6 nm de diamètre) fabriqués par une source à pulvérisation magnétron et condensation en phase vapeur. Des mesures de microscopie électronique en transmission à haute résolution et de diffraction de rayons X montrent que les agrégats sont icosaédriques. Cette structure, confirmée par des calculs utilisant un modèle atomistique, est déformée de façon non homogène. L'anisotropie magnétique de ces nano-objets, calculée à l'aide du modèle de paires de Néel, oscille en fonction du remplissage des couches successives de l'icosaèdre.
Le couplage d'échange F/AF est d'abord étudiée sur une assemblée d'agrégats de cobalt de différentes densités, couplés à un matériau AF (CoO ou NiO) sous forme de couche mince ou de coquille. L'effet maximum est obtenu lorsque la couche AF est continue, soit par contact direct entre agrégats oxydés, soit via une couche mince AF.
Enfin, des mesures utilisant la technique micro-SQUID ont pour la première fois permis de mettre en évidence le phénomène de couplage d'échange sur un agrégat de cobalt unique couplé à un AF. Les agrégats de cobalt oxydés ou non sont déposés sur une couche mince de CoO puis recouverts d'une couche de niobium supraconducteur dans laquelle sont gravées les boucles micro-SQUIDs. Ces mesures montrent que le couplage d'échange est présent même si le système F/AF n'est pas refroidi sous un champ magnétique. Elles mettent aussi en évidence que chaque agrégat possède sa propre anisotropie d'échange, dont la direction et le sens sont fixés par l'anisotropie locale de l'AF.

Ce travail de thèse a consisté en l'étude et l'optimisation d'une source ultra-brève de rayonnement X dans la gamme multi-keV, issue de l'interaction d'un laser intense avec un jet d'agrégats d'Argon. Nous avons porté un intérêt tout particulier sur la caractérisation du jet d'agrégats d'Argon employé lors des expériences (densité totale, densité et taille moyenne des agrégats). L'étude de la propagation de l'impulsion laser dans le jet dense d'agrégats a révélé l'existence d'un effet lié à la réfraction dans le jet. L'absorption, le chauffage et les spectres d'émission X ont été étudiés en fonction des paramètres du laser femtoseconde (durée et énergie de l'impulsion laser, contraste temporel) et de la taille des agrégats (20 à 35 nm), dans le but d'optimiser la source de rayonnement X,. L'absorption et 'émission X présentent un optimum avec la durée laser consistant avec un modèle existant. Le contraste s'est avéré un paramètre crucial pour la production de rayonnement X. Un rendement énergétique très intéressant a été obtenu : 12 nJ de rayonnement X émis autour de 3 keV, pour 3 mJ d'énergie laser incidente. L'analyse de l'énergie moyenne déposée par agrégat est associée à une modélisation simple de l'expansion hydrodynamique de l'agrégat. Un code de physique atomique est utilisé pour tenter de reconstruire les spectres et pour analyser l'aspect temporel de la source X. La comparaison de ces calculs avec une expérience préliminaire montre une durée ultra-brève de l'émission X (de l'ordre de la ps).

L'objet de ce travail est l'analyse complète de la fragmentation d'agrégats d'alcalins (Na_n^+ (n < 10), NaK^+ et K_2^+) consécutive à une collision avec une cible légère atomique (He) ou moléculaire (H_2). Il s'agit d'étudier les mécanismes d'excitation et de désexcitation, c'est-à-dire de déterminer comment l'énergie est transmise à l'agrégat au cours de la collision et de quelle manière cette énergie se répartie sur les différents degrés de liberté du système pour conduire à sa fragmentation. Deux types d'interaction gouvernent les processus de dissociation induite par collision : les mécanismes électroniques pour lesquels la molécule est portée dans un état dissociatif par perturbation de son nuage électronique et les mécanismes impulsionnels où la quantité de mouvement transférée aux atomes provoque la dissociation rovibrationnelle de la molécule. La méthode expérimentale utilisée repose sur la mesure des vecteurs vitesse des fragments issus de la collision et détectés en coïncidence. Elle permet de remonter à la cinématique complète de la fragmentation et ainsi de séparer et caractériser pour la première fois sans ambiguïté les deux types d'interaction. Les deux mécanismes de base de dissociation induite par collision ont pu être clairement mis en évidence dans le cas du dimère Na_2^+. L'étude de la molécule hétéronucléaire NaK^+ a révélé la combinaison des mécanismes électronique et impulsionnel pour certaines voies de dissociation. Cette méthode expérimentale appliquée à l'étude de la fragmentation des agrégats métalliques Na_n^+ (n < 10) a montré le rôle et l'importance relative de ces mécanismes ainsi que leur évolution avec la taille du système. L'analyse complète de la multi-fragmentation du système simple Na_3^+ est également présentée.

Les Agrégats d’Enrobés (AE) proviennent de la démolition des chaussées. Leur réemploi est une alternative aux matériaux vierges, et réduit l’impact environnemental. Le projet ORRAP développe un recyclage à froid des AE sans addition de liant, en couche d’assise de chaussées à faible trafic. Les charges routières répétées causent des dégradations : orniérage et fissuration par fatigue. L’objectif de la thèse est d’étudier le comportement thermo-hydro-mécanique d’AE. Une campagne d’essais triaxiaux a été menée à plusieurs températures, teneurs en eau et fréquences, afin de caractériser les comportements permanent et résilient. A partir des résultats expérimentaux, le comportement résilient a été décrit par un premier modèle analytique élastique non linéaire, puis par un second viscoélastique. Le module résilient a été prédit par des simulations numériques aux éléments discrets, avec un modèle de contact viscoélastique. Finalement, deux planches d’essais expérimentales ont été construites
Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) comes from the demolition of pavements. Its reuse is an alternative to virgin materials, to reduce the environmental impact. The ORRAP project develops a cold recycling without binder addition, in base and subbase layers of low traffic pavements. The traffic solicitations lead to damages: the rutting and the fatigue cracking. The objective of this thesis is to study the thermo-hydro-mechanical behaviour of RAP. A series of triaxial tests was carried out at several temperatures, water contents and frequencies. The experimental work allowed to characterise permanent and resilient behaviours. Based on experimental results, the resilient behaviour was described by a first non-linear elastic analytical model, and then by a second viscoelastic analytical model. Using the discrete element method, numerical simulations with a viscoelastic contact model predicted the resilient modulus. Finally, two full scale test sections were built

Ce travail consiste a verifier si le modele en couches electroniques (modele du jellium), utilise pour decrire les petits agregats de metaux alcalins, peut etre generalise au cas des metaux trivalents, dont la structure est plus complexe. En ce qui concerne l'indium et le gallium, l'evolution du potentiel d'ionisation en fonction de la taille est bien decrite par ce modele, les agregats etant mous et donc quasi-spheriques (ce qui est relie a la faible temperature de fusion des metaux). Pour les gros agregats de gallium, les structures en couches et supercouches electroniques sont observees, comme pour les alcalins. Mais ce phenomene apparait pour des systemes electroniques plus gros (850 atomes, soit 2550 electrons). L'introduction d'un profil de densite de charge positive inhomogene permet de retrouver theoriquement ce resultat. Dans le cas de l'aluminium, quelques ecarts par rapport aux predictions du modele electroniques sont observes, peut etre dus a l'existence de geometries particulieres. Pour les agregats plus gros (contenant plus de 250 atomes), une nouvelle structure reguliere apparait. Elle a ete identifiee comme etant due a un empilement atomique, correspondant au remplissage successif des faces d'un octaedre regulier. Ce phenomene de cristallisation des agregats est explique par une temperature de fusion plus elevee pour le solide. Des experiences de chauffage ont mis en evidence l'apparition d'effets electroniques, montrant une fusion des agregats. Quelques resultats preleminaires sur les metaux de transition (fer, cobalt, nickel) ont montre l'importance des structures geometriques (icosaedriques dans leur cas)

Les Liquides Ioniques (LI) sont des sels formés par associations de cations organiques et d'anions et une classe particulière est liquide à des températures proches de l'ambiante, inférieure à 100 °C. Leurs propriétés peuvent être choisies à façon, par l'existence d'un large choix de structures. Le présent travail décrit l'utilisation de LI comme solvant de réaction et également comme solvant d'agrégation. Les agrégats moléculaires sont connus pour catalyser et influencer la sélectivité d'une réaction en solubilisant, rapprochant et orientant les réactifs. Bien qu'obtenus généralement dans l'eau, les LI sont suffisamment cohésifs pour permettre leur formation. Les LI ont été utilisés comme solvant et composants de catalyseurs. Ainsi, des sels de LI palladés ont été synthétisés et utilisés comme catalyseurs dans un couplage de Heck mené en LI. Les nanoparticules de Pd générées servent de réservoir d'espèces actives dans le LI. Ce milieu permet de recycler la réaction sans perte de rendement au cours des cycles. Ensuite, la conception et l'étude structurale de liposomes en LI ont été réalisées. Puis, des microémulsions (µE) inverses LI dans huile ont été conçues afin de les utiliser comme nanoréacteurs. Le diagramme de phase triflylamidure de benzyl pyridinium/toluène/tritonTX100 a été établi montrant des domaines de µE inverses et de phases bicontinues caractérisés par différentes techniques. La diffusion des neutrons aux petits angles donnant des rayons de giration des µE inverses variant de 2 à 4 nm en fonction de la teneur en LI. Enfin ces µE ont été utilisées comme nanoréacteurs dans une réaction de Matsuda-Heck asymétrique catalysée par différentes espèces palladées. Un effet de confinement des réactifs a été sans ambigüité mis en évidence (rendements multipliés par deux) et s'est révélé être directement relié à la quantité de LI présente dans les nano-agrégats
Ionic liquids (IL) are salts essentially composed of solely organic cations and anions. Some of these compounds exist in the liquid phase over a range of temperatures very close to ambient conditions (below 100 °C), commonly known as "Room Temperature IL". Their properties can be readily modified by a suitable choice of cation/anion. Ionic liquids are becoming more popular in today's chemistry owing to the fact that they are greener than conventional organic solvents. Molecular aggregates resulting from self-assembly of amphiphilic molecules lead to the formation of objects of different forms and natures such as micelles, vesicles, lyotropic liquid crystals etc. These are known to be useful media for several chemical reactions and catalysis due to the fact that they exhibit high solubilisation capacities and usually give rise to both reactivity and selectivity enhancements. These organizations are normally obtained in water however for ionic liquids, water is absent, but yet they are cohesive enough to allow for such formations. The present work describes the use of IL as solvents for organic reactions and also for amphiphilic molecules aggregation. Initially a Heck coupling reaction using palladium salts derived from IL was investigated. Catalysts bearing counter ions with an IL moiety were synthesised and used in catalysis leading to good catalytic efficiency recovered during cycles. Design and structural studies of phospholipids vesicles (DPPC) in IL were then realised. Reverse microemulsions (IL in oil) were also prepared. Small angle neutron scattering studies supplied informations concerning the size and shape of droplets. Finally, the use of these nanoreactors (microheterogeneous systems) was tested via a Matsuda-Heck reaction which is both stereo- and regiospecific. Results in confined media (microemulsions) gave best results compared to those obtained for bulk IL

La photoexcitation des agrégats d'alcalins induit un effet collectif, qui se traduit par une résonance géante. L'objet de cette thèse est l'étude de ces résonances pour des agrégats libres, triés en masse de 100 a plus de 1000 atomes, en vue d'en tirer une évolution vers le solide. La spectrométrie de masses par temps de vol, des produits de l'évaporation qui fait suite à l'absorption séquentielle de photons, permet de déterminer la section efficace de photoabsorption pour des agrégats de plusieurs centaines d'atomes. Ces mesures montrent que la fréquence de résonance augmente lorsque la taille de l'agrégat croit et tend vers la réponse dipolaire, de type mie, d'une sphère métallique ayant la constante diélectrique mesurée dans le solide. Des calculs quantiques de champ moyen, ont été adaptes aux agrégats de grandes tailles, dans l'approximation du jellium. La réponse dipolaire de l'agrégat est bien décrite, en particulier la fragmentation de la force d'oscillateur responsable de l'élargissement de la résonance pour les faibles densités de niveaux. Cependant, le calcul de la valeur absolue de la résonance est décalée vers le bleu par rapport aux résultats expérimentaux. C'est en tenant compte de façon plus réaliste que ne le fait le modèle du jellium, de l'interaction avec les ions, que la description peut être améliorée.

Dans cette thèse, nous analysons le processus d'agrégation et de fragmentation d'agrégats de particules par turbulence, en particulier d'agrégats de fibres. L’originalité de notre étude réside dans le fait que la taille des agrégats et de leurs particules constitutives se situe dans la plage de turbulence inertielle. Les premières expériences sont consacrées à la caractérisation de la force de frottement entre les fibres. Nous avons utilisé un modèle simplifié pour mesurer la force nécessaire pour extraire une fibre d’un réseau. Dans la deuxième expérience, nous avons caractérisé les effets de la turbulence sur les agrégats. Pour ce faire, nous avons utilisé des agrégats de particules magnétiques. Afin de mesurer la taille des agrégats, nous les avons reconstruits en 3D. Les résultats expérimentaux sont en très bon accord avec notre modèle de fragmentation. Enfin, dans une troisième expérience, nous avons remplacé les particules magnétiques par des fibres de silicone souples. Une analyse théorique basée sur l’équilibre entre agrégation et fragmentation montre l’existence d’un seuil de transition entre les deux régimes. Nos expériences valident notre modèle d'agrégation / fragmentation
In this thesis we analyse the aggregation and fragmentation process of particle aggregates by turbulence, particularly fiber aggregates. What gives originality to our study is that the size of the aggregates and their constituent particles is within the inertial range of turbulence. The first experiments are devoted to characterize the friction force between fibers, for which we used a simplified model to measure the force necessay to puul out a fiber from a network. In the second experiments we characterized the effects of turbulence on aggregates. In order to achieve this, we used magnetic particle aggregates. In order to measure the size of the aggregates we performed a 3-D reconstruction of them. The experimental results are in very good agreement with our fragmentation model. Finally, in a third experiment we replaced the magnetic particles by flexible silicone fibers. A theoretical analysis based on the balance between aggregation and fragmentation, shows the existence of a transition threshold between the two regimes. Our experiments validate our aggregation/fragmentation model

Nous avons étudié les petits agrégats d'argent en solution aqueuse à l'aide de simulations Monte Carlo couplées à un formalisme Valence-Bond. L'agrégation de l'argent en solution aqueuse a déjà été étudiée à l'aide de la radiolyse pulsée, mais le mécanisme de cette agrégation reste mal connu, en particulier les premières étapes. L'objectif de ce travail théorique a été de fournir des informations sur le processus d'agrégation. Nous nous sommes intéressés aux deux points suivants : Les potentiels redox des couples Agn+/Agn sont un paramètre essentiel de l'interprétation de nombreuses réactions, comme par exemple le développement photographique. Mais pour les petits agrégats, ces potentiels ne sont pas connus et ce travail a permis de proposer une valeur de la différence des potentiels redox entre n=1 et n=2. Dans le cadre de ces calculs de potentiels redox, nous avons comparé plusieurs méthodes de calcul d'énergie libre. Nous avons alors montré que la méthode des histogrammes multiples auto-cohérents est la mieux adaptée au cas de la mutation d'un neutre en cation. En s'appuyant sur des expériences de radiolyse pulsée, Heinglein et collaborateurs ont proposé la formation de Ag3(2+) au cours de l'agrégation de l'argent. La stabilité de Ag3(2+) peut paraître mystérieuse étant donné que la répulsion des charges est importante et que cet agrégat possède un seul électron de liaison. Nous nous sommes alors intéressés à Ag3(2+), mais en imposant des contraintes géométriques afin de limiter la complexité des potentiels. Ces premiers travaux ont montré d'une part que cet agrégat est stable en solution et d'autre part que la barrière d'énergie de formation est importante, la réaction Ag(+) + Ag2(+) --> Ag3(2+) semble donc impossible à température ambiante. Cependant, il reste encore des améliorations à apporter, et une simulation sans contraintes géométriques peut modifier cette conclusion
We have studied silver clusters in aqueous solution with the help of Monte Carlo simulations coupled with a Valence-Bond formalism. Silver aggregation has already been investigated, but the mechanism of this aggregation remains poorly known, especially it's the first steps. The aim of this present theoretical work has been to provide informations on the process of aggregation. We have investigated the following two points: The redox potential of the couples Agn(+)/Agn is an essential parameter of the interpretation of numerous reactions, like the photographic development. The potentials of the small clusters are not known. We have evaluated the difference of the redox potential between n=1 and n=2. For the calculation of redox potentials, we have compared three methods of free energy calculation. We have shown that the self-consistent histograms method is the most reliable in the case of mutation from a neutral into a cation. With the help of pulse radiolysis, Heinglein and co-workers have proposed the formation of Ag3(2+). The formation of Ag3(2+) seems mysterious because this cluster displays a large charge repulsion and only one valence electron. We have studied Ag3(2+) in water with geometrical constraints to limit the complexity of the potential. These preliminary works show that on the one hand this cluster is metastable in solution and on the other hand that the formation energy barrier is important. Therefore the reaction Ag(+) + Ag2(+) --> Ag3(2+) seems impossible at room temperature. However, simulations without any constraints may change this conclusion

Ce travail de thèse a consisté en l'étude et l'optimisation d'une source ultra-brève de rayonnement X dans la gamme multi-keV, issue de l'interaction d'un laser intense avec un jet d'agrégats d'Argon. Nous avons porté un intérêt tout particulier sur la caractérisation du jet d'agrégats d'Argon employé lors des expériences (densité totale, densité et taille moyenne des agrégats). L'étude de la propagation de l'impulsion laser dans le jet dense d'agrégats a révélé l'existence d'un effet lié à la réfraction dans le jet. L'absorption, le chauffage et les spectres d'émission X ont été étudiés en fonction des paramètres du laser femtoseconde (durée et énergie de l'impulsion laser, contraste temporel) et de la taille des agrégats (20 à 35 nm), dans le but d'optimiser la source de rayonnement X,. L'absorption et l'émission X présentent un optimum avec la durée laser consistant avec un modèle existant. Le contraste s'est avéré un paramètre crucial pour la production de rayonnement X. Un rendement énergétique très intéressant a été obtenu : 12 nJ de rayonnement X émis autour de 3 keV, pour 3 mJ d'énergie laser incidente. L'analyse de l'énergie moyenne déposée par agrégat est associée à une modélisation simple de l'expansion hydrodynamique de l'agrégat. Un code de physique atomique est utilisé pour tenter de reconstruire les spectres et pour analyser l'aspect temporel de la source X. La comparaison de ces calculs avec une expérience préliminaire montre une durée ultra-brève de l'émission X (~ps).

La myopathie à agrégats tubulaire (MTA) est une maladie rare caractérisée par la présence, dans la biopsie musculaire, d’« agrégats tubulaires ». Nous avons retrouvé 15 cas de MTA parmi 13987 biopsies musculaires réalisées dans les 35 dernières années dans notre service. Parmi ces cas, se trouvait une famille de trois patients qui ne pouvaient être inclus dans aucun groupe clinique connu de myopathie à agrégats tubulaires, car ils étaient asymptomatiques avec une hyperCKémie isolée et un test de contracture positif.Nos travaux ont mis en évidence des mutations hétérozygotes du gène STIM1. Ces mutations localisées dans la partie du gène qui code le domaine intraluminal EF-hand, entrainent une activation constitutive de STIM1 avec exacerbation du mécanisme SOCE et en conséquence l’augmentation de l’influx de Ca2+, démontré dans des myoblastes transfectés. Nous avons également mis en évidence la mutation p.Arg304Trp du gène STIM1, comme cause du syndrome de Stormorken. Cela augmente le spectre phénotypique des mutations de ce gène.Nos résultats de l’analyse protéomique montrent que la protéostase dans la MTA est dérégulée, car le profil du protéome est différent chez les patients et dans les agrégats tubulaires microdisséqués par laser, en comparaison a des contrôles. Les protéines enrichies s’avèrent appartenir à des voies biologiques impliquées dans l’homéostase ionique, les systèmes de membranes de la triade et de l’exosome et dans le métabolisme mitochondrial.Nos travaux ouvrent des perspectives pour mieux comprendre la physiopathologie de la myopathie à agrégats tubulaires et ainsi pouvoir proposer des solutions thérapeutiques efficaces
Myopathy with tubular aggregates (MTA) is a rare disease characterized by the presence of tubular aggregates in muscle biopsy. We found 15 cases of MAT in our registry including 13987 muscle biopsies performed over 35 years. Among them, there was a family of three patients that did not fit any of the previously described clinical groups of MTA, since they were asymptomatic with isolated hyperCKemia and positive contracture test. Our works revealed heterozygous mutations in the gene STIM1. These mutations localized in the gene portion that codes for the intraluminal EF-hand domain, leads to a constitutive activation of STIM1 with SOCE mecanism enhancement and consequent increase of the Ca2+ entry which was demonstrated using transfected myoblasts. We also revealed the mutation p.Arg304Trp in the coding sequencing of the CC1 domain of STIM1, as the cause of Stormorken syndrome. This fact increases the phenotypical spectra of the mutations for this gene.The results of our proteomic analysis show that the proteostasis in MTA is disturbed, because the proteome profile is different in total muscle of the patients and in their tubular aggregates when compared to controls. The enriched proteins belong to the biological pathways linked to ionic homeostasis, membrane systems of the triads and the exosome, and to the mitochondrial metabolism.Our works bring perspectives for the continuation of our studies, in order to better understand the physiopathology of the myopathy with tubular aggregates and propose efficacious therapeutic solutions

Les nanoparticules d’oxyde de fer ont récemment été envisagées comme outils pour l’ingénierie tissulaire. Elles sont internalisées par les cellules qui deviennent alors magnétiques. Des forces magnétiques peuvent ainsi être appliquées à distance sur ces cellules pour contrôler leur organisation spatiale et temporelle, et former un tissu. Ces applications posent la question du devenir des nanoparticules, qui conditionne in fine leur utilisation clinique. Ce travail s’inscrit dans ce cadre et comporte deux axes.La première partie traite de l’étude des propriétés mécaniques et rhéologiques de tissus biologiques modèles, les agrégats multicellulaires. Une combinaison de méthodes magnétiques est proposée pour fabriquer et stimuler des tissus magnétiques de taille et de forme contrôlées. Ces agrégats magnétiques sont soumis à distance à des contraintes magnétiques d’écrasement. L’étude de leur déformation permet d’explorer des caractéristiques statiques et dynamiques rarement étudiées à l’échelle tissulaire (tension de surface, loi puissance, non linéarité). La deuxième partie se concentre sur l'évolution à moyen terme des nanoparticules dans leur environnement tissulaire, au cœur des agrégats. En combinant ce tissu modèle avec des méthodes de quantification magnétique, nous avons pu mettre en évidence une dégradation massive d’origine endosomale, sans pour autant impacter de manière importante l’homéostasie du fer. De plus, le modèle tissulaire mis en place permet d’étudier la biodégradation intracellulaire de n’importe quel type de nanoparticules. Nous l'avons testé avec des nano-architectures plus complexes: nanocubes, nanodimers, ou nanoparticules magnéto-plasmoniques
Iron oxide nanoparticles are promising candidates for applications in nanomedecine (contrast agents, vectors). They were also recently considered as a powerful tool for tissue engineering. Cells, magnetized through nanoparticules internalization, can be organized in space and time thanks to remote magnetic forces. For all those applications the nanoparticles fate inside the cells remains a key issue concerning the final clinical use. The first part of this work focuses on the study of the mechanical and rheological properties of biological tissue models, the multicellular aggregates. An original magnetic molding method and two different experimental setups were developed to produce aggregates with controlled shapes and sizes, to measure their surface tension and to evidence their power law and non linear behavior.In the second part, we investigate the medium term fate of iron oxide nanoparticles in stem cells forming a spheroid as a model tissue. We reveal a massive endosomal degradation. The set of methods and spheroid model we propose allow a comprehensive and quantitative follow up of the biodegradation of any nanomaterials. This was illustrated by investigating the degradation of nanomaterials with more complex nano-architectures (nanocubes, nanodimers) and assessing the efficiency of a protection strategy to modulate the biodegradation

La sédimentation de la biomasse microbienne formée au cours du procédé nommé "boues activées" est une étape clé du traitement biologique des eaux usées. Son efficacité dépend, outre de la présence de bactéries filamenteuses, de la structure physico-chimique des agrégats bactériens ou "flocs". L'analyse bibliographique souligne le caractère hydrophobe des micro-organismes et son effet sur la floculation. Afin d'améliorer la sédimentation des boues, nous avons cherché à expliquer et à contrôler le caractère hydrophobe des flocs. La microscopie électronique et des analyses granulométriques d'agrégats dispersés, montrent la structure hétérogène des flocs. Ceux dont le diamètre moyen est égal à 125 µm sont constitués de micro-agrégats de 13 µm et de particules de 2. 5 µm. Certains micro-agrégats correspondent à des micro-colonies bactériennes. Le floc est constitué de bactéries et d'une matrice d'hétéropolymères. Ces hétéropolymères, extraits par les ultrasons, sont constitués de protéines, de sucres et d'ADN. Par chromatographie d'adsorption à pH acide sur résines non ioniques, le caractère hydrophobe des hétéropolymères solubles est mis en évidence. Le test d'adhésion microbienne à l'octane révèle la coexistence dans les boues de bactéries "hydrophobes" et de bactéries "hydrophiles". Le caractère "hydrophobe / hydrophile" de certaines de ces souches varie en fonction des paramètres environnementaux qui agissent sur la croissance bactérienne (nutriments, oxygène,. . . ). Le contrôle de ces paramètres devrait permettre, en favorisant les populations bactériennes hydrophobes et/ou la production de polymères hydrophobes, d'assurer la formation de flocs présentant une bonne aptitude à décanter. Cependant, les plus faibles capacités de "biosorption" de la matière organique des eaux usées par les boues activées sont obtenues avec les flocs les plus denses. Il est alors nécessaire de trouver le compromis entre une bonne sédimentation des boues et une bonne capacité de biosorption
Settling of microbial biomass formed during the "activated sludge" process is a key step of biological wastewater treatment. Its efficiency is know to be innuenced by filamentous bacteria. Besides this, evidence is present that this settleability is mainly governed by the physico-chemical structure of bacterial aggregates (" flocs"). Then, a better knowledge of the structure and the factors governing the floc formation is necessary to weil control the settling step. The hydrophobie character of activated sludge floc components has been studied to elucidated the effect on sludge settleability. Electronic microscopy and granulometric analysis of dispersed flocs, showed the heterogeneous structure. Flocs with an average diameter of 125 µm are constituted of 13 pm micro-aggregates and 2. 5 pm particles. Some of the micro-flocs are bacterial colonies. The flocs are shown to consist of bacteria along exo-cellular polymers. Polymers, extraeted by ultrasonication, are found to be composed of proteins, sugars and DNA. Adsorption chromatography in acidic conditions with no ionic resins, showed the hydrophobie character of the soluble heteropolymers constitutiIig the floc matrix. By using the microbial adhesion test to octane, we demonstrated that "hydrophobie" and "hydrophilic" bacteria coexist into the sludges. The "hydrophobic / hydrophilic" character of some of these strains, changes as a funetion of the environmental parameters (nutrient load, oxygen concentration,. . . ). The control of these parameters should be able by favouring the hydrophobic bacterial populations, or/and the production of hydrophobic polymers, to product flocs with good settleability. However, measurements of "biosorption" of organic matter in wastewater by activated sludges, comparing with other floc characteristics, showed that the floes with the nicest structure (best settlement), present the lower adsorption ability. AIso, it is necessary to find a compromise between the best settleability of sludge and the best biosorption properties

La sédimentation de la biomasse microbienne formée au cours du procédé nommé "boues activées" est une étape clé du traitement biologique des eaux usées. Son efficacité dépend, outre de la présence de bactéries filamenteuses, de la structure physico-chimique des agrégats bactériens ou "flocs". L'analyse bibliographique souligne le caractère hydrophobe des micro-organismes et son effet sur la floculation. Afin d'améliorer la sédimentation des boues, nous avons cherché à expliquer et à contrôler le caractère hydrophobe des flocs. La microscopie électronique et des analyses granulométriques d'agrégats dispersés, montrent la structure hétérogène des flocs. Ceux dont le diamètre moyen est égal à 125 µm sont constitués de micro-agrégats de 13 µm et de particules de 2. 5 µm. Certains micro-agrégats correspondent à des micro-colonies bactériennes. Le floc est constitué de bactéries et d'une matrice d'hétéropolymères. Ces hétéropolymères, extraits par les ultrasons, sont constitués de protéines, de sucres et d'ADN. Par chromatographie d'adsorption à pH acide sur résines non ioniques, le caractère hydrophobe des hétéropolymères solubles est mis en évidence. Le test d'adhésion microbienne à l'octane révèle la coexistence dans les boues de bactéries "hydrophobes" et de bactéries "hydrophiles". Le caractère "hydrophobe / hydrophile" de certaines de ces souches varie en fonction des paramètres environnementaux qui agissent sur la croissance bactérienne (nutriments, oxygène,. . . ). Le contrôle de ces paramètres devrait permettre, en favorisant les populations bactériennes hydrophobes et/ou la production de polymères hydrophobes, d'assurer la formation de flocs présentant une bonne aptitude à décanter. Cependant, les plus faibles capacités de "biosorption" de la matière organique des eaux usées par les boues activées sont obtenues avec les flocs les plus denses. Il est alors nécessaire de trouver le compromis entre une bonne sédimentation des boues et une bonne capacité de biosorption
Settling of microbial biomass formed during the "activated sludge" process is a key step of biological wastewater treatment. Its efficiency is know to be innuenced by filamentous bacteria. Besides this, evidence is present that this settleability is mainly governed by the physico-chemical structure of bacterial aggregates (" flocs"). Then, a better knowledge of the structure and the factors governing the floc formation is necessary to weil control the settling step. The hydrophobie character of activated sludge floc components has been studied to elucidated the effect on sludge settleability. Electronic microscopy and granulometric analysis of dispersed flocs, showed the heterogeneous structure. Flocs with an average diameter of 125 µm are constituted of 13 pm micro-aggregates and 2. 5 pm particles. Some of the micro-flocs are bacterial colonies. The flocs are shown to consist of bacteria along exo-cellular polymers. Polymers, extraeted by ultrasonication, are found to be composed of proteins, sugars and DNA. Adsorption chromatography in acidic conditions with no ionic resins, showed the hydrophobie character of the soluble heteropolymers constitutiIig the floc matrix. By using the microbial adhesion test to octane, we demonstrated that "hydrophobie" and "hydrophilic" bacteria coexist into the sludges. The "hydrophobic / hydrophilic" character of some of these strains, changes as a funetion of the environmental parameters (nutrient load, oxygen concentration,. . . ). The control of these parameters should be able by favouring the hydrophobic bacterial populations, or/and the production of hydrophobic polymers, to product flocs with good settleability. However, measurements of "biosorption" of organic matter in wastewater by activated sludges, comparing with other floc characteristics, showed that the floes with the nicest structure (best settlement), present the lower adsorption ability. AIso, it is necessary to find a compromise between the best settleability of sludge and the best biosorption properties

L'etude des relations existantes entre matieres organiques des sols (mos) et structure est fondamentale si l'on veut comprendre comment la structure du sol peut contribuer au stockage des mos et comment en retour, les mos stabilisent la structure. Afin de pouvoir analyser ces relations, nous avons etudie les distributions des mos dans des agregats de sol. L'etude a porte sur des horizons de surfaces de sols limoneux cultives. La demarche que nous avons adoptee consiste a fractionner le sol en agregats de taille et stabilite physique differentes, d'analyser et de comparer leur composition. Les agregats ont ete obtenus par tamisages : tamisage a sec, tamisage dans l'eau (eclatement), tamisage dans l'eau avec rehumectation prealable des echantillons (microfissuration). Les agregats, quelque soient leur taille et leur stabilite, presentent la meme composition en constituants mineraux argile et limon. Par contre, les macroagregats stables (> 0,2 mm), sont enrichis, par rapport aux microagregats et par rapport aux agregats secs, en mos, en carbohydrates et en matieres organiques particulaires (mop). Le marquage naturel en #1#3c des mos issues de la monoculture de mais, nous a permis de montrer que les macroagregats stables sont enrichis en mo jeune, et qu'une grande partie de ces mo jeunes sont sous forme de matieres organiques particulaires. La stabilite des macroagregats peut ainsi etre attribuee a la matiere organique jeune. Nous avons developpe, par ailleurs, une methode de fractionnement des mop en fonction de leur localisation, externe ou interne, par rapport aux agregats. Cette methode, couplee au tracage isotopique des mop, a permis d'etablir la dynamique et les transferts des mop dans les agregats. Cela nous a amene a proposer un modele dynamique de formation de la structure des sols limoneux, a l'echelle de la macroagregation, dans lequel, la formation des agregats est dirigee par l'incorporation et la biodegradation des dans la structure du sol. Ce modele nous permet d'expliquer les distributions heterogenes des differentes fractions des matieres organiques etudiees, ainsi que les differences de stabilite physique des agregats.

Dans ce travail, nous avons étudié l'ionisation simple d'agrégats métalliques à couches fermées. Nous avons mené nos études dans le cadre de modèle du jellium sphérique dans lequel la structure ionique est ignorée. Nous avons traité le système de fermions (électrons délocalises) d'une part, dans l'approximation de la densité locale et d'autre part, dans l'approximation de la densité locale dépendant du temps TDLDA qui tient compte des corrélations dynamiques. L'étude des sections efficaces doublement différentielles dans l'approximation TDLDA pour différents moments de transfert nous a permis de montrer l'importance des effets collectifs et d'identifier trois régions d'énergie transférée. À basse énergie, nous avons observé le phénomène d'interférence entre l'ionisation directe et les excitations discrètes. Autour de 6 eV, on observe le plasmon de volume qui correspond à une résonance collective des électrons délocalisés dans tout le volume de l'agrégat. En fin, à haute énergie, comme dans le cas de la photoionisation, un comportement oscillatoire des sections efficaces apparaît. Nous avons appliqué notre modèle sur des agrégats chargés qui font l'objet d'expériences, nous avons pu identifier une loi d'échelle vérifiée par les sections efficaces doublement différentielles (DDCS) d'agrégats appartenant à la même séquence isoélectronique
In this work, we studied the simple ionization of metal cluster with closed layers. We undertook our studies within the framework of model of the spherical jellium in which the ionic structure is ignored. We treated the system of fermions (delocalized electrons) on the one hand, in the approximation of the local density depending on the time TDLDA which takes account of the dynamic correlations. The study of the cross sections doubling differential in approximation TDLDA for various moments of transfer enabled us to show the importance of the collective effects and to identify three areas of transfered energy. With low energy, we observed the phenomenon of interference between direct ionization and the discrete excitations. Around 6eV, one observes the plasmon of volume which corresponds to a collective resonance of the electrons delocalized in all the volume of the cluster. In the end, with high energy, as in the case of the photoionization, an oscillatory behavior of the cross sections appear. We applied our model to cluster charged which are the subject of experiments, we could identify a law of scale checked by the cross sections doubling differential (DDCS) of cluster belonging at the same isoelectronic sequence

Les agrégats métalliques de taille nanométrique possèdent, par rapport aux matériaux massifs, des propriétés chimiques singulières, et constituent des modèles pour l'étude de la catalyse hétérogène. La réactivité d'agrégats de palladium, élaborés par croissance épitaxique sur MgO(100) et caractérisés par microscopie électronique en transmission, a été étudiée. Des expériences d'adsorption de NO et de réactions CO+NO et CO+O2 ont été réalisées sous ultravide par une technique de jet moléculaire pulsé. Avant de se chimisorber sur les agrégats, les molécules de monoxyde d'azote peuvent diffuser sur le support. Nous avons mesuré la probabilité de physisorption de NO sur MgO, et quantifié ce phénomène de diffusion-capture. Une fois adsorbé sur le palladium, le NO se dissocie, produisant de l'azote, ou se désorbe. L'énergie d'activation de désorption du NO est de 32 kcal/mol. Une influence de la température et de la morphologie des agrégats sur leur capacité à adsorber et dissocier le NO a été mise en évidence. La réaction de réduction de NO par CO produit essentiellement CO2 et N2. A pressions de réactifs égales, l'activité catalytique est maximale à environ 260°C. Les étapes limitantes de la réaction sont, à basse température, la dissociation du NO et, à haute température, l'adsorption du CO. La prise en compte de la diffusion des réactifs sur le support permet de déterminer précisément l'influence de la taille des agrégats sur leur activité catalytique, et révèle une corrélation avec les expériences d'adsorption de NO. Enfin, la cinétique de la réaction d'oxydation du CO a été analysée en régime transitoire, à l'aide de simulations simples. En deçà d'environ 200°C, la vitesse de la réaction est limitée par l'inhibition de l'adsorption de l'oxygène par le CO fortement chimisorbé sur les arêtes des agrégats. Au-delà de 200°C, c'est l'existence d'un état précurseur de la chimisorption de CO à fort recouvrement en oxygène qui réduit la vitesse de production de CO2.

La taille finie des nanoparticules leur confère des caractéristiques spécifiques, tant en surface qu'en leur coeur. Dans ce contexte, nous avons étudié la thermodynamique des agrégats bimétalliques à l'aide d'un modèle d'Ising traité par simulations Monte Carlo et également dans l'approximation de champ moyen. Nous avons considéré le système Cu-Ag, prototype des systèmes à forte tendance à la démixtion. Pour un cuboctaèdre de quelques milliers d'atomes, les simulations Monte Carlo ont montré que les différentes facettes de la surface sont le lieu d'un équilibre dynamique à suffisamment basse température. Ainsi, au sein d'un même agrégat, nous prédisons la coexistence de facettes (100) riches en cuivre et riches en argent, ce résultat s'étendant aux facettes (111) et mêmes aux arêtes. Un équilibre dynamique similaire est également observé pour les couches de coeur, équivalent de la démixtion pour le système infini. L'étude de la chaîne linéaire nous a permis de déterminer les facteurs régissant la compétition entre le mouillage (enrichissement en Ag partant de la surface et gagnant progressivement le coeur) et l'établissement d'un équilibre dynamique initié au coeur. L'influence de la taille de la chaîne sur cette compétition a été spécialement étudiée, ce qui conduit à l'ébauche d'un diagramme de phase de milieu fini intégrant la ségrégation superficielle. Nous avons complété cette étude sur réseau par la prise en compte des relaxations atomiques, via un potentiel interatomique à N-corps, dans le cas de l'icosaèdre. Nous illustrons les effets des contraintes propres à cette structure, qui se manifestent par de fortes hétérogénéités de compositions intra et inter couches.

In intense laser – cluster interaction, the experimental results show a strong energetic coupling between radiation and matter. We have measured absolute x – ray yields and charge state distributions under well control conditions as a function of physical parameters governing the interaction; namely laser intensity, pulse duration, wavelength or polarization state of the laser light, the size and the species of the clusters (Ar, Kr, Xe). We have highlighted, for the first time, an intensity threshold in the x – ray production very low (~ 2.1014 W/cm2 for a pulse duration of 300 fs) which can results from an effect of the dynamical polarisation of clusters in an intense electric field. A weak dependence with the wavelength (400 nm / 800 nm) on the absolute x – ray yields has been found. Moreover, we have observed a saturation of the x – ray emission probability below a critical cluster size.

Les maladies à prion sont un cas unique de pathologie où l’agent infectieux, le prion, est une protéine. La protéine prion possède plusieurs caractéristiques qui la rendent particulière vis-à-vis d’autres protéines cellulaires, telles que sa capacité à agréger et à transmettre sa conformation agrégée à la protéine soluble ainsi que la transmission des agrégats de la protéine d’une cellule à l’autre et d’un organisme à un autre. De plus en plus, on associe l’agrégation de protéines à différentes maladies humaines, comme les maladies d’Alzheimer, de Parkinson et le diabète de type 2. Certaines protéines impliquées dans ces pathologies font partie des prionoïdes, une catégorie réservée aux protéines aux propriétés agrégatives qui démontrent certaines des caractéristiques associées aux prions. Récemment, la protéine p53, un facteur de transcription fortement impliqué dans le cancer, a été montrée comme étant capable d’agréger in vitro. Une accumulation de la protéine a également été observée dans des cellules tumorales, laissant croire que l’agrégation de p53 se produit également in vivo, et pourrait avoir un rôle dans le développement du cancer. Ces observations portent à croire que la protéine p53 pourrait elle aussi faire partie des prionoïdes. L’objectif de cette étude est donc de montrer que la protéine p53 possède certaines des caractéristiques des prions. Pour ce faire, la protéine p53 recombinante a été produite pour former des agrégats de p53 et ces agrégats ont été utilisés pour déterminer si la protéine démontre des caractères prionoïdes. Les résultats obtenus montrent une agrégation in vitro de p53WT pleine longueur ainsi que de sa forme tronquée, p53C. De plus, des cellules en culture sont capables d’internaliser ces agrégats, qui co-agrègent ensuite avec la protéine p53 endogène de ces cellules. Enfin, nos résultats montrent clairement que l’internalisation des agrégats par les cellules se fait par la macropinocytose. Nous avons donc réussi à prouver que la protéine p53 agit comme un prion puisqu’elle s’agrège spontanément, ses agrégats sont internalisés par des cellules en culture et sont capables de co-agréger avec la protéine soluble.

Ce travail concerne l'etude des agregats de metaux trivalents (aluminium, gallium et indium) en phase libre produits dans une source a vaporisation laser et analyses par spectrometrie de masse par temps de vol. Deux techniques experimentales ont ete utilisees. Tout d'abord, la technique de photoionisation pres du seuil a permis de mettre en evidence les proprietes electroniques des agregats de gallium jusqu'a des tailles de n=5000 atomes. Les couches et supercouches electroniques (battements) ont ete observees pour des tailles comprises entre n#e=100 et n#e=15000 electrons de valence et sont bien reproduites par un modele de jellium auto-coherent inhomogene. Pour les petites tailles (n<30), les potentiels d'ionisation (p. I. ) ont ete mesures et leur evolution reflete bien l'hybridation progressive des bandes de valence s et p caracteristique des agregats de metaux trivalents. Le gallium est l'element pour lequel l'evolution vers le caractere metallique semble la plus lente. Entre n=30 et n=50, on peut noter un saut brutal du p. I. Qui laisse suggerer qu'une transition covalent-metal a lieu dans ce domaine de tailles. D'autre part, nous avons realise des experiences d'evaporation unimoleculaire qui permettent d'avoir acces aux energies de dissociation des agregats. Dans de telles experiences, les agregats sont fortement chauffes et ionises simultanement. Leur refroidissement s'effectue par evaporations successives de fragments. Nous etudions ces processus de dissociation sur une periode de temps donnee en mesurant les taux d'evaporation des agregats. Les experiences ont revele que les petits agregats se refroidissent en evaporant soit un atome, soit un monomere charge. Au-dela d'une certaine taille (n=15, 16, 20 respectivement pour al, in et ga), seule l'evaporation de l'atome perdure. Le processus de dissociation par evaporation d'un monomere charge est propre aux elements trivalents et reflete l'hybridation s-p. Il est confirme par le comportement des potentiels d'ionisation des petits agregats vis-a-vis du potentiel d'ionisation de l'atome (le potentiel d'ionisation de l'agregat est superieur au potentiel d'ionisation de l'atome pour les petites tailles). Ces mecanismes d'evaporation ont ete decrits par un modele statistique de type r. R. K. Qui rend bien compte des differentes voies de dissociation empruntees par l'agregat. Par un ajustement experience-theorie r. R. K. , nous avons evalue les energies de dissociation relatives

Nous avons analysé des données de spectro-imagerie obtenues par le satellite Infrared Space Observatory en appliquant une décomposition en valeurs singulières. Ce travail a permis de montrer que les PAH sont produits par photoévaporation de très petits grains très probablement des agrégats de PAH. Des simulations Monte Carlo d'échange ont permis d'obtenir les structures les plus stables de ces agrégats qui sont formés d'empilements. L'étude de la compétition entre l'évaporation et le refroidissement par émission IR a permis de caractériser les conditions astrophysiques favorables à la stabilité des agrégats de PAH. Leur croissance par coalescence a été modélisées à l'aide d'un modèle combinant des approches classiques et quantiques. Cette étude montre que ces agrégats se forment très facilement dans le milieu interstellaire. Les spectres harmoniques de ces agrégats ont été calculés ce qui a permis de proposer une interprétation aux principaux motifs du spectre IR des petits grains
Spectro-imagery data obtained with the Infrared Space Observatory are analyzed applying the singular value decomposition method. This work shows that the emission is carried by PAHs and an additional population of aromatic Very Small Grains (VSGs). It was found that they produce free PAHs by photoevaporation leading to the PAH clusters hypothesis. A minimal size per cluster and a minimum UV absorption power for their dissociation were estimated. A parallel tempering Monte Carlo search of the structures with lowest energy of such clusters was performed adopting a classical potential energy. This work shows that the growth proceeds by stacking. A molecular dynamic model combining a classical and a quantum approach has been developed to study the PAH cluster growth. The comparison between the evaporation rate calculated using a statistical approach and the infrared emission rate allows to determine the astrophysical conditions favorable to the PAH clusters stability

Les agrégats produits par la détente supersonique d'une vapeur contiennent une certaine quantité d'énergie interne. Elle est répartie statistiquement sur tous les modes de vibration, mais il existe une probabilité d'en localiser une partie sur un mode donné. Ceci peut entrainer la dissociation unimoléculaire de l'édifice. La première partie de ce travail présente l'étude expérimentale la dissociation de la dynamique de la dissociation d'agrégats de 5 à 41 atomes de sodium ou de potassium. Les énergies de liaison et les températures des agrégats en sont déduites. La seconde partie indique que l'énergie apportée par un photon est également dissipée par évaporation d'atomes. L'étude de la photoévaporation donne accés aux énergies d'atomisation d'agrégats de 20 à 200 atomes. Leur comportement correspond aux prévisions du modèle de la goutte liquide. La troisième partie décrit la neutralisation d'agrégats ionisés triés en masse, par échange de charge avec des atomes de césium. L'énergie interne de l'agrégat intervient dans la fragmentation qui suit l'échange de charge. En conclusion, il apparait qu'une excitation électronique (collisionnelle ou photonique) d'un agrégat relaxe très rapidement en énergie de vibration. L'excés d'énergie interne est ensuite dissipé statistiquement par évaporation. La dynamique du processus renseigne sur l'état interne de l'agrégat.

Cette these concerne l'etude des proprietes electroniques et magnetiques de petits agregats de metaux de transition. L'etude est motivee par les possibles applications pratiques liees au developpement de nouveaux materiaux magnetiques avec de grands moments et de nouveaux catalyseurs de haute reactivite. Les modeles theoriques utilises associent un hamiltonien de liaisons fortes a un hamiltonien d'interaction electron-electron de complexite croissante, exprime dans une base d'orbitales d, puis s, p et d. Dans chaque cas, l'hamiltonien complet a ete traite dans l'approximation de hartree-fock. Il est montre comment la reduction du nombre de coordination local, qui modifie la structure electronique, donne lieu a l'apparition du magnetisme dans les petits agregats de la deuxieme serie de metaux de transition, elements qui dans le solide n'ont pas de moment magnetique, et comment les proprietes magnetiques de ces systemes evoluent avec la taille. L'anisotropie du moment angulaire orbital et l'energie d'anisotropie magnetique des petits agregats fe#n et co#n sont aussi etudiees. Les calculs auto-coherents ont montre une augmentation remarquable du moment orbital dans les agregats qui est superieure a celle trouvee pour les films minces et les multicouches. De meme, l'energie d'anisotropie magnetique des amas est beaucoup plus grande que celle du solide. Enfin, l'ensemble des resultats presentes dans cette these est compare aux donnees experimentales.

La réponse optique des petites particules de métaux nobles (Au, Ag, Cu) se manifeste essentiellement par une bande de résonance plasmon de surface dont la position et la largeur dépendent notamment de la taille des agrégats et du milieu environnant. Ce travail présente l'étude des propriétés optiques d'agrégats mixtes AuM (M=Ag, Ni, Co et Pt) de 1,5 à 6 nm de diamètre, en matrice d'alumine. La technique de préparation des films minces de nanoparticules en matrice d'alumine ainsi que les différentes techniques de caractérisation et d'étude de leurs propriétés optiques sont présentées d'abord. Puis les modèles théoriques qui permettent d'interprèter ces propriétés sont introduits : un modèle semiquantique, mettent en évidence l'influence des électrons de coeur, de la matrice et de sa porosité, mais qui n'est pas adapté à tous les systèmes; un modèle classique dans les autres cas. L'influence de la taille et de la composition des agrégats mixtes or-argent est étudiée ensuite. Les spectres d'absorption montrent une résonance plasmon de surface intermédiaire par rapport à l'argent et l'or purs, et le blue-shift odservé quand la taille diminue est d'autant plus important que la proportion d'or est grande. Ces résultats expérimentaux sont comparés avec ceux d'un calcul semi-quantique, en utilisant deux modèles pour la fonction dialectique du mélange AuAg. Il semble que ces agrégats forment plutôt des alliages. Enfin, les systèmes NiAg et CoAg forment des "core-shell" : un coeur de nickel ou de cobalt, entouré d'argent et leurs spectres d'absorption présentent une bande plasmon de surface conformément aux prévisions théoriques classiques. A l'inverse, les agrégats (PtxAg1-x)n présentent expérimentalement une résonnance plasmon de surface très fortement atténuée, contrairement aux prévisions classiques si l'agrégat est sous forme "core-shell" ou a une structure pour laquelle la fonction diélectique dépend simplement de celles de se constituants.

Les agrégats de gaz rare constituent un état de la matière intermédiaire entre les cibles solides et les atomes en phase gazeuse. Il a été démontré que les agrégats irradiés sont sources d'ions, d'électrons, de neutrons énergétiques ainsi que de rayonnement allant du visible aux X durs. Cette source peut-être produite avec un taux de répétition élevé et a l'avantage de ne pas produire de débris, et de présenter une très forte conversion de l'énergie laser incidente. Nous nous intéressons au rayonnement X particulièrement, en le caractérisant en intensité, spectre et durée, comme préalable à toute application. En collaboration avec l'INRS-Energie (Varenne, Canada), nous avons mis en œuvre une caméra à balayage de fente dont la résolution temporelle est de 800 fs rms. En focalisant des impulsions laser courtes (30 fs - 5 ps) et intenses (jusqu'à 1e17 W/cm2) sur des agrégats d'argon (15 - 30 nm), nous avons démontré que l'émission X dont l'énergie est supérieure à 2 keV est plus courte que la résolution temporelle. En couplant la caméra à un cristal tronconique, nous nous sommes intéressés au rayonnement de couche K dans la gamme 2,9 - 3,2 keV. Nous avons démontré que ce rayonnement a une durée inférieure à la résolution temporelle, et que les raies étaient émises avec un écart temporel relatif inférieur à 1 ps. Une simulation basée sur un modèle nano-plasma et sur un code collisionnel-radiatif a été développée au CELIA. Les spectres X résolus en temps calculés reproduisent à la fois la brièveté d'émission du rayonnement X et les états de charge élevés observés.

L'évolution des caractéristiques des particules en suspension au cours de leur transfert au sein des bassins versants est encore mal connue. Ceci limite actuellement notre aptitude à prédire correctement l'érosion ou les flux de matières en suspension (MES) et rend difficile la proposition de pratiques de gestion adaptées aux réglementations en vigueur. A partir d'expériences en milieu contrôlé, nous avons montré que les particules de sols ont tendance à se désagréger en milieu turbulent. Il semble de plus qu'une augmentation de la concentration en suspension accélère cette désagrégation et conduise à des particules plus fines. Même si l'évolution des particules à l'échelle horaire semble rester de second ordre derrière les caractéristiques des sols sources, il est indispensable de pouvoir vérifier si les particules en suspension se comportent de la même manière en conditions naturelles où des interactions complexes entre processus peuvent avoir lieu. Cependant l'absence de méthode de mesure permettant le suivi des propriétés de transport des sédiments en écoulements très concentrés (de 1 plusieurs centaines de grammes par litre) dans les bassins élémentaires limite notre capacité à hiérarchiser les processus à considérer pour modéliser le transfert sédimentaire ou améliorer la gestion opérationnelle des sédiments. Afin de répondre à ce besoin instrumental, nous avons développé un Système de Caractérisation des Agrégats et des Flocs (SCAF). Cet instrument est conçu pour être incorporé dans les stations de suivi hydro-sédimentaire. La mesure est réalisée immédiatement après prélèvement d'un échantillon de la suspension à caractériser par une série de capteurs optiques qui suivent l'évolution de l'absorbance optique durant la sédimentation de l'échantillon. Nous proposons une méthode de traitement des données optiques donnant accès à la distribution des vitesses de chute de la suspension ainsi qu'à un indice de floculation qui renseigne sur la capacité des MES à floculer durant leur sédimentation. Les distributions de vitesses de chute mesurées sont validées sur une large gamme de matériaux et de régimes de sédimentation, afin de couvrir la variabilité des types de matériaux et des concentrations observées en milieu naturel. Pour des sédiments non cohésifs ou floculant peu durant leur sédimentation les mesures du SCAF s'ajustent sur celles issues des autres méthodes. Pour les suspensions qui floculent durant leur sédimentation, la plupart des méthodes de mesure classiques conduisent à des vitesses de chute non représentatives de la suspension. Nous avons montré que les variations des propriétés optiques des matières en suspension lors de leur floculation impactent nos mesures. La méthode proposée permet cependant de quantifier l'augmentation des vitesses de chute avec la floculation, et d'encadrer l'incertitude des mesures. Pour les mesures à forte concentration (>10 g/l), un front d'entravement peut se former durant la sédimentation, le SCAF mesurant alors précisément les vitesses de chute du front. La mesure des distributions des vitesses de chute et de la cohésion des particules en suspension peut permettre d'identifier différentes populations de particules formant une suspension (grains de sables, flocs, matières fines...). Le suivi de telles informations au sein de bassins versants ouvre de nouvelles perspectives pour aborder la connectivité sédimentaire et s'orienter vers une gestion optimale des flux de MES
Little is known about the processes that govern the evolution of suspended particle characteristics during their transport through a river basin. This is a main limitation for modelling erosion severity or suspended solids (SS) fluxes. It also leads to difficulties to propose management policies adapted to environmental legislation. Based on experiments in controlled environments, we have shown that soil particles tend to disaggregate in turbulent flows. The increase in SS concentration was associated to an increase of the disaggregation of SS particles, leading to smaller final particle sizes. Laboratory experiments also showed that the variability of the particle sizes due to their evolution over one hour was smaller than the variability due to the soil type from which the particles originated. However it is important to ensure that the suspended particles behave in the same way in natural conditions, where complex interactions between hydraulic, chemical and biological processes can influence their evolution. Up to now no measurement method allows measuring continuously the suspended sediment properties in highly concentrated fluids (from one to hundreds grams per liter), such as those observed in headwater catchments during runoff events. This severely limits the possibility to identify the processes that are important to consider in numerical models. The Aggregate and Floc Characterization System (SCAF) has been developed in order to measure SS properties for a wide range of SS concentrations. It was designed to be easily incorporated into sequential samplers. Immediately after the collection of a sample from the river, the sedimentation of the suspension is recorded by continuous measurements of the absorbance by a series of optical sensors. A method was proposed to processes the raw optical data in order to obtain the settling velocity distribution of the suspension. It also provides a flocculation index representing the tendency of the particles to flocculate during their sedimentation. The calculated settling velocity distributions were validated on a large range of materials and settling regimes in order to cover the natural variability of suspended sediments. For sediments that hardly flocculate during their sedimentation or are non-cohesive, the measurements of the SCAF were similar to those from other methods. In the case of suspensions that strongly flocculate during sedimentation, most of the classical methods give non-representative falling velocities. In this case, the optical property of the particles may vary during settling, affecting the optical measurement. The proposed method allowed quantifying the increase of settling velocity induced by flocculation, and provided confidence intervals for the settling velocities. For high SS concentrations ( > 10 g/l), a settling front can be formed during the sedimentation, which is well characterized by the SCAF. The measurement of the settling velocity distributions and of the flocculation index can be used to identify different particle populations (sand grains, flocs, individual particles) forming a suspension. Monitoring these properties in watersheds offers new insights to explore sediment connectivity within river basins and to optimize water management strategies