Academic literature on the topic 'Molécules à haut spin'


 
 
 
 L’œuf de poule est le lieu de développement de l’embryon, mais aussi un aliment de base et une source importante de molécules dotées d’activités biologiques largement utilisées en santé humaine et dans les industries agroalimentaires, cosmétiques et pharmaceutiques. L’identification des protéines de l’œuf initialement réalisée par des techniques classiques de biochimie, a connu un essor considérable grâce aux développements d’outils d’analyse à haut débit, la publication de la séquence génomique de la poule et l’essor de la bioinformatique. Dans cette revue, nous décrirons quel est l’apport de la génomique fonctionnelle et comment l’analyse transcriptomique et protéomique constituent des avancées majeures dans la connaissance des protéines de l’œuf. Ces avancées ont permis en quelques années l’identification et la caractérisation dans les différents compartiments de l’œuf de centaines de nouveaux composés aux fonctions riches et variées. Des études expérimentales supplémentaires seront nécessaires pour explorer les fonctions des composés nouvellement identifiés dans l’œuf. Ces nouvelles molécules constituent potentiellement des composés biologiquement actifs aux propriétés bénéfiques pour l’Homme ou l’animal. Certains de ces composés pourront être utilisés comme marqueurs biologiques dont le polymorphisme d’un nucléotide simple (SNP) permettra de développer une Sélection Assistée par Marqueurs (SAM) pour améliorer les défenses naturelles de l’œuf et réduire le risque de toxi-infections alimentaires humaines.
 
 
 

Les anticorps sont désormais devenus d’une utilisation courante dans un large champ thérapeutique qui n’est plus restreint à la cancérologie et à l’inflammation. Cette explosion du domaine conduit à des besoins nouveaux qui peuvent être mieux remplis par des molécules inspirées mais différentes des anticorps classiques. En particulier, la molécule anticorps a de multiples fonctions qui ne sont pas toujours nécessaires, comme sa capacité à recruter les cellules du système immunitaire, à se lier de façon bivalente à sa cible ou à présenter une demi-vie plasmatique élevée. En revanche, dans la grande majorité des applications, sa remarquable capacité à reconnaître spécifiquement sa cible moléculaire et surtout sa diversité de reconnaissance doivent être conservées. De plus, les anticorps sont des molécules de très haut poids moléculaire, coûteuses à produire et qui présentent des propriétés physicochimiques limitées ne permettant pas leur utilisation dans des milieux agressifs. Finalement, dans certaines applications thérapeutiques, la grande taille de la molécule (environ 150 kDa) peut également limiter sa diffusion dans les tissus et empêcher la reconnaissance de certaines structures moléculaires peu accessibles. Pour répondre à ces limitations, de nombreux formats alternatifs aux anticorps entiers ont été développés au cours de ces vingt dernières années. Les applications couvrent les domaines de la biotechnologie, du diagnostic in vitro et in vivo et de la thérapie. Deux grandes familles de molécules permettent de couvrir ce champ et seront présentées dans cette mini-revue. Une première famille s’appuie sur la diversité naturelle des anticorps mais en en réduisant la taille, comme les fragments d’anticorps classiques (Fab, scFv) ou ceux provenant des camélidés ou des requins (VHH, V-NAR). La deuxième famille a été développée en partant des propriétés finales désirées et notamment la stabilité en milieu extrême et la productivité en système simple et économique de production comme l’utilisation de bactéries et en y greffant des propriétés de liaison comparables aux anticorps par des méthodes d’évolution moléculaire dirigée in vitro. Cette mini-revue se concentrera sur les molécules les plus avancées, mais le domaine est en très forte et rapide expansion. Il faut noter que beaucoup de ces molécules, voire ces approches, sont couvertes par des brevets et sont souvent développées dans le cadre de jeunes sociétés innovantes dont certaines ont déjà été rachetées par de grands groupes de la pharmacie.

Les organoïdes rénaux dérivés de cellules souches pluripotentes sont devenus une réelle alternative à l’utilisation de modèles in vitro limités ou de modèles animaux contraignants et d’utilisation sensible. La compréhension des mécanismes clés de développement du rein a permis d’établir des protocoles permettant, à partir de cellules souches pluripotentes, d’obtenir de tels organoïdes, qui sont constitués de structures hautement complexes et organisées, contenant plusieurs types cellulaires. Ces organes miniatures permettent des applications majeures : la possibilité de contrôler le génome des iPSC (induced pluripotent stem cell), par sélection de patients atteints de pathologies spécifiques ou par édition de génome, permet d’obtenir in vitro des organoïdes rénaux qui intègrent des mécanismes physiopathologiques, comme le développement de kystes observé dans la polykystose rénale. Ces organoïdes peuvent également être utilisés pour des applications « haut-débit » afin d’accélérer la mise au point de tests de molécules néphrotoxiques ou de composés thérapeutiques. Enfin, les organoïdes rénaux présentent un intérêt majeur dans un contexte de réparation tissulaire, une application qui reste limitée actuellement et pour laquelle de nombreuses barrières restent à franchir.

Le traitement de la crise migraineuse repose actuellement sur les anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) et les triptans, qui sont les deux seules classes pharmacologiques dont l’efficacité thérapeutique a été démontrée avec un haut niveau de preuve dans cette indication. Ces deux classes pharmacologiques ne couvrent cependant pas tous les besoins thérapeutiques des migraineux. Deux programmes de développement clinique méritent une attention particulière et concernent les antagonistes des récepteurs du CGRP et les agonistes du récepteur 5-HT1F de la sérotonine. L’approche prophylactique est un élément capital du traitement de la migraine épisodique qui concerne plus d’un tiers des migraineux. Actuellement, cette approche prophylactique est possible au travers de plusieurs traitements pharmacologiques ayant un bon niveau de preuve dans cette indication et appartenant à diverses classes pharmacologiques : bêta-bloquants (propranolol, métoprolol), antiépileptiques (divalproate de sodium, topiramate, gabapentine), inhibiteurs calciques (flunarizine), antidépresseurs tricycliques et antagonistes sérotoninergiques (pizotifène). L’approche prophylactique peut également faire appel en seconde intention à des molécules mises plus récemment sur le marché mais dont le niveau de preuve dans cette indication est plus faible : vérapamil, venlafaxine, lisinopril et candesartan. Enfin, il convient de ne pas oublier l’utilisation d’anciens traitements (oxétorone) toujours en usage dans certains pays (comme la France). Devant le manque de spécificité, de nouveaux médicaments émergent, les plus importants étant les anticorps monoclonaux antagonistes du Calcitonin Gene-Related Peptide (CGRP), mais de nombreux autres sont en phase I ou II de recherche tels que les modulateurs de la fonction endothéliale, les antagonistes orexinergiques, l’ocytocine, les inhibiteurs non sélectifs des phosphodiestérases, les modulateurs des jonctions communicantes. Enfin, un futur plus lointain repose sur les neuropeptides hypothalamiques (Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide, PACAP ; neuropeptide Y, NPY), les inhibiteurs de synthèse de l’oxyde nitrique (NO) et les canaux ioniques activés par l’acidité extracellulaire (ASIC, Acid-Sensing Ion Channels).

La présence de résidus médicamenteux dans les cours d’eau est notamment due à une épuration incomplète de ces derniers dans les stations de traitement des eaux usées (STEU). Leur impact potentiel sur la faune aquatique a été mis en lumière par la féminisation des poissons causée par la présence d’hormones à quelques ng∙L‑1dans l'eau. Cette étude fait un focus de plusieurs mois sur les performances d’épuration d’un filtre planté de roseaux à deux étages et écoulement vertical (FPRvv), ainsi que de la zone de rejet végétalisée (ZRV) située en aval du FPRvv. La STEU est dimensionnée pour 808 équivalents habitants et se situe dans le Haut-Rhin, France. La ZRV est de type mare et reçoit les eaux en sortie de FPRvv et les restitue au milieu récepteur; 81 résidus pharmaceutiques y sont recherchés dans les échantillons d’eau, de plantes et de sol. Les résultats mettent en évidence que le nombre de micropolluants a augmenté en période hivernale. Une concentration maximum fut atteinte en novembre 2016 pour l’amitriptyline (antidépresseur) à 2,9 µg∙L‑1alors qu’en été ce fut l’alpha éthinylestradiol (contraceptif hormonal) à 54 µg∙L-1. Le FPRvv a abattu majoritairement entre 30 et 70 % des micropolluants. La ZRV a quant à elle complété cette épuration en abattant là aussi majoritairement entre 30 et 70 % de la pollution en sortie de FPRvv (soit une participation à l’épuration globale comprise entre 30 et 70 %). L’étude des plantes et du sol de la ZRV a mis en lumière que ces matrices captaient des micropolluants et les cumulaient dans le temps. Les concentrations sont de l’ordre du pg∙g‑1de matière sèche (plante) ou de boue égouttée. La détection des molécules diffère qualitativement et quantitativement d’une plante à l’autre, laissant supposer un transfert spécifique d’une molécule à une espèce.

A la question «Qui de l’oeuf ou de la poule est né le premier ?» Silésius répondait «l’oeuf est dans la poule et la poule dans l’oeuf» soulignant sa dualité, le passage du deux en un. Dans l’imagerie populaire, l’oeuf reflète le tout et son contraire, fragilité, protection, épargne, abondance (être «plein comme un oeuf»), richesse («avoir pondu ses oeufs»), éternité (le Phénix est né de l’oeuf) mais aussi mort et destruction («casser ses oeufs» se dit d’une fausse couche). Dans la mythologie de nombreuses civilisations, l’oeuf est le symbole de la naissance du monde (Apollon, le dieu grec de la lumière est né de l’oeuf). L’oeuf décoré apparu 3000 ans avant J.-C. en Ukraine fête, au printemps, le retour de la fécondité de la nature ; l’oeuf de Pâques la résurrection du Christ.
 L’oeuf est un tout à condition d’en sortir ! Fragile cependant car selon La Fontaine briser l’oeuf de la poule aux oeufs d’or (par curiosité) rompt l’effet magique (Auer et Streff 1999).
 Pour l’Homme, l’oeuf séduit pour sa valeur nutritionnelle, sa diversité d’utilisation en cuisine et son prix modique. Il en existe une grande diversité, de l’oeuf de Colibri (0,5 g) à l’oeuf de l’Aepyornis (8 litres soit l’équivalent de 150 oeufs), un oiseau de Madagascar (500 kg) disparu au 18ème siècle. Mais l’Homme ne consomme que l’oeuf de caille, de poule ou de cane. L’ère moderne a considérablement intensifié la production de ces deux dernières espèces car les poules saisonnées, qui étaient élevées avec soin par la fermière, ont plus que doublé leur production en 60 ans (de 120 oeufs par an dans les années 50 à plus de 300 aujourd’hui). Cette révolution technique résulte des efforts conjugués de la sélection génétique, d’une alimentation raisonnée répondant aux besoins nutritionnels, d’une évolution du système de production (apparition des cages) et d’une meilleure connaissance de la pathologie aviaire. Qu’en est-il du contrôle de la qualité nutritionnelle, organoleptique, technologique et hygiénique de l’oeuf ?
 L’oeuf est la plus large cellule reproductrice en biologie animale. Il assure dans un milieu externe le développement et la protection d’un embryon dans une enceinte fermée matérialisée par la coquille. Aussi, une de ses particularités est la diversité de ses constituants, de leur parfait équilibre nutritionnel et leur forte digestibilité, qui assure la croissance d’un être vivant. Ces caractéristiques sont à l’origine de la qualité nutritionnelle exceptionnelle de l’oeuf pour l’Homme. Une autre particularité est la présence d’une protection physique, la coquille mais, aussi d’un système complexe de défenses chimiques. Aussi, ce produit est-il remarquable de par son aptitude à engendrer la vie et pour l’oeuf de table à se conserver. Outre les éléments nutritifs, on y trouve de multiples molécules participant au développement et à la protection de l’embryon (molécules antibactériennes, antivirales, antioxydantes). Certaines d’entre elles, comme par exemple le lysozyme de blanc d’oeuf, sont partiellement valorisées par différents secteurs industriels (agroalimentaire, cosmétique, santé animale/humaine). La révélation récente d’un grand nombre de nouveaux constituants de l’oeuf, suite au séquençage génomique de la poule et au développement de la biologie intégrative, a conforté l’existence d‘activités antimicrobiennes, anti-adhésives, immuno-modulatrices, hypertensives, anticancéreuses, antiinflammatoires ou cryoprotectrices, prometteuses en médecine humaine et devrait à terme enrichir le potentiel d’utilisation de ce produit en agroalimentaire et en santé.
 L’objet de ce numéro spécial d’INRA Productions Animales est de rassembler les principales informations qui ont contribué au développement économique récent de ce produit, de rappeler les efforts en génétique, élevage et nutrition qui ont assuré des progrès quantitatifs et qualitatifs remarquables de la production et de la qualité des oeufs au cours des trente dernières années. Les poules élevées à l’origine par la femme pour un usage domestique se comptent aujourd’hui par milliers dans les élevages. Quelle sera la durabilité de ce système d’élevage dans un contexte socio-économique européen remettant en cause en 2012 le système éprouvé de production conventionnel d’oeufs en cage pour des cages aménagées ou des systèmes alternatifs avec ou sans parcours ? Notre objectif est d’analyser les facteurs qui contribueront à son maintien, notamment le contrôle de la qualité de l’oeuf. Il est aussi de décrire l’évolution spectaculaire des connaissances sur ce produit liée au développement des techniques à haut débit et des outils d’analyse des séquences moléculaires. Il permettra enfin d’actualiser les atouts de ce produit. Ce numéro est complémentaire d’un ouvrage plus exhaustif sur la production et la qualité de l’oeuf (Nau et al 2010).
 Le premier article de P. Magdelaine souligne la croissance considérable en 20 ans de la production d’oeufs dans les pays d’Asie et d’Amérique du Sud (× 4 pour la Chine, × 2 en Inde et au Mexique). En revanche, les pays très développés notamment européens à forte consommation (> 150 oeufs/hab) ont stabilisé leur production malgré une évolution importante de la part des ovoproduits mais aussi de leurs systèmes de production. La consommation des protéines animales entre pays est tout aussi hétérogène puisque le ratio protéines de l’oeuf / protéines du lait varie de 0,4 au USA, à 0,9 en France et 2,7 en Chine !
 Le doublement de la production mondiale d’oeufs en 20 ans n’a été possible que grâce à des progrès techniques considérables. La sélection génétique a renforcé les gains de productivité (+ 40 oeufs pour une année de production et réduction de l’indice de consommation de 15% en 20 ans !). L’article de C. Beaumont et al décrit cette évolution, la prise en compte croissante de nouveaux critères de qualité technologique, nutritionnelle ou sanitaire. Ces auteurs soulignent les apports des nouvelles technologies, marqueurs moléculaires et cartes génétiques sur les méthodes de sélection. Ils dressent un bilan actualisé des apports et du potentiel de cette évolution récente en sélection.
 Le séquençage génomique et le développement de la génomique fonctionnelle est aussi à l’origine d’une vraie révolution des connaissances sur les constituants de l’oeuf comme le démontre l’article de J. Gautron et al. Le nombre de protéines identifiées dans l’oeuf a été multiplié par plus de dix fois et devrait dans un avenir proche permettre la caractérisation fonctionnelle de nombreuses molécules. Il donne aussi de nouveaux moyens pour prospecter les mécanismes d’élaboration de ce produit.
 Un exemple de l’apport de ces nouvelles technologies est illustré par l’article de Y. Nys et al sur les propriétés et la formation de la coquille. Des progrès considérables sur la compréhension de l’élaboration de cette structure minérale sophistiquée ont été réalisés suite à l’identification des constituants organiques de la coquille puis de l’analyse de leur fonction potentielle élucidée grâce à la disponibilité des séquences des gènes et protéines associés. La mise en place de collaborations internationales associant de nombreuses disciplines, (microscopie électronique, biochimie, cristallographie, mécanique des matériaux) a démontré le rôle de ces protéines dans le processus de minéralisation et du contrôle de la texture de la coquille et de ses propriétés mécaniques. Cette progression des connaissances a permis de mieux comprendre l’origine de la dégradation de la solidité de la coquille observée chez les poules en fin d’année de production.
 La physiologie de la poule est responsable d’évolution importante de la qualité de l’oeuf. Aussi, l’article de A. Travel et al rappelle l’importance d’effets négatifs de l’âge de la poule contre lequel nous disposons de peu de moyens. Cet article résume également les principales données, souvent anciennes, concernant l’influence importante des programmes lumineux ou de la mue pour améliorer la qualité de l’oeuf. Enfin, il souligne l’importance de l’exposition des poules à de hautes températures ambiantes sur leur physiologie et la qualité de l’oeuf.
 Le troisième facteur indispensable à l’expression du potentiel génétique des poules, et déterminant de la qualité technologique et nutritionnelle de l’oeuf, est la nutrition de la poule. Elle représente plus de 60% du coût de production. L’article de I. Bouvarel et al fait le point sur l’influence de la concentration énergétique de l’aliment, de l’apport en protéines et acides aminés, acides gras et minéraux sur le poids de l’oeuf, la proportion de blanc et de jaune ou sa composition notamment pour obtenir des oeufs enrichis en nutriments d’intérêt en nutrition humaine.
 Cependant, la préoccupation principale des éleveurs depuis une dizaine d’année est la mise en place en 2012 de nouveaux systèmes de production d’oeufs pour assurer une meilleure prise en compte du bien-être animal. L’article de S. Mallet et al traite de l’impact des systèmes alternatifs sur la qualité hygiénique de l’oeuf. Ces auteurs concluent positivement sur l’introduction de ces nouveaux systèmes pour la qualité hygiénique de l’oeuf une fois que les difficultés associées aux méconnaissances d’un nouveau système de production seront résolues.
 La qualité sanitaire de l’oeuf est la préoccupation majeure des consommateurs et un accident sanitaire a des conséquences considérables sur la consommation d’oeufs. L’article de F. Baron et S. Jan résume d’une manière exhaustive l’ensemble des éléments déterminants de la qualité microbiologique de l’oeuf et des ovoproduits : mode de contamination, développement des bactéries dans les compartiments de l’oeuf, défenses chimiques du blanc et moyens pour contrôler la contamination des oeufs et des ovoproduits.
 Le consommateur ne souhaite pas, à juste titre, ingérer d’éventuels contaminants chimiques présents dans ses aliments. L’article de C. Jondreville et al analyse ce risque associé à la consommation des oeufs. Il est exceptionnel de détecter la présence de polluants organiques au seuil toléré par la législation. Les auteurs insistent notamment sur l’importance de contrôler la consommation par les animaux élevés en plein air de sols qui peuvent être une source de contaminants.
 Une caractéristique de l’évolution de la production d’oeufs est le développement des ovoproduits qui répondent parfaitement à l’usage et à la sécurité sanitaire exigée en restauration collective. L’article de M. Anton et al décrit le processus d’obtention et l’intérêt des fractions d’oeufs du fait de leurs propriétés technologiques (pouvoirs moussant, foisonnant, gélifiant ou émulsifiant). Les différents processus de séparation, de décontamination et de stabilisation sont analysés pour leur effet sur la qualité du produit final.
 Enfin le dernier article de ce numéro spécial de F. Nau et al se devait d’aborder la principale qualité de l’oeuf qui conditionne son usage : la qualité nutritionnelle de ce produit pour l’Homme. Cet article actualise l’information dans ce domaine et fait le point sur les atouts nutritionnels en tentant de corriger de fausses idées. L’oeuf présente un intérêt nutritionnel du fait de la diversité et l’équilibre de ces constituants pour l’Homme mais mériterait plus d’études pour mieux évaluer son potentiel réel.
 En conclusion, l’oeuf est la source de protéines animales ayant la meilleure valeur nutritionnelle, la moins chère, facile d’emploi et possédant de nombreuses propriétés techno-fonctionnelles valorisées en cuisine. Dans les pays développés, l’oeuf a souffert jusqu’à aujourd’hui d’une image entachée par plusieurs éléments négatifs aux yeux des consommateurs : sa richesse en cholestérol, le risque sanitaire associé à sa consommation sous forme crue ou son système de production en cage. L’évolution des connaissances sur le risque cardio-vasculaire, les progrès réalisés sur le contrôle sanitaire des Salmonelloses en Europe et la modification radicale des systèmes de production d’oeufs devraient modifier positivement son image. La consommation de protéines de l’oeuf a augmenté de plus de 25% en 20 ans (2,53 g/personne/j vs 4,3 g pour le lait en 2005) et poursuivra sa croissance rapide notamment dans les pays en développementoù sa consommation par habitant reste faible. Cette évolution considérable de la production de ce produit devrait être mieux intégrée dans les formations des écoles spécialisées en productions animales. L’oeuf restera dans l’avenir une des sources de protéines animales dominantes et l’acquisition de connaissances sur la fonction des nombreux constituants récemment mis à jour devait renforcer son intérêt pour la santé de l’Homme.
 Je ne voudrais pas terminer cette préface sans remercier au nom des auteurs, Jean-Marc Perez, le responsable de la revue INRA Productions Animales, d’avoir pris l'initiative de la publication de ce numéro spécial dédié à l'oeuf et d’avoir amélioré par plusieurs lectures attentives la qualité finale des textes. Je voudrais aussi adresser mes remerciements à sa collaboratrice Danièle Caste pour le soin apporté dans la finition de ce document. Enfin, je n'oublie pas le travail d'évaluation critique des projets d'article par les différents lecteursarbitres que je tiens à remercier ici collectivement.
 Auer M., Streff J., 1999. Histoires d’oeufs. Idées et Calendes, Neuchatel, Suisse, 261p.Nau F., Guérin-Dubiard C., Baron F., Thapon J.L., 2010. Science et technologie de l’oeuf et des ovoproduits, Editions Tec et Doc Lavoisier, Paris, France, vol 1, 361p., vol 2, 552p.

De nombreux médicaments bronchodilatateurs sont disponibles pour l’administration inhalée à l’aide de nébuliseurs ou d’aérosol doseurs. Les principales molécules évaluées dans le cadre de l’assistance ventilatoire sont le salbutamol et l’ipratropium qui ont une durée d’action courte. Les bronchodilatateurs sont fréquemment utilisés en réanimation principalement au cours du traitement des exacerbations aiguës des pathologies respiratoires obstructives chroniques, malgré l’absence d’un haut niveau de preuve concernant leur bénéfice sur des critères d’évaluation durs centrés sur les patients. Leur index thérapeutique est large c’est-à-dire qu’ils présentent une efficacité physiologique observée pour de faibles doses et une bonne tolérance, y compris pour des doses élevées. Néanmoins, certains effets indésirables principalement cardiovasculaires peuvent survenir malgré l’administration par voie pulmonaire. Leurs modalités d’administration sont différentes en fonction des modalités d’assistance ventilatoire, mais sont globalement simples que ce soit au cours de la ventilation non invasive, du haut débit nasal ou de la ventilation invasive, en raison de l’index thérapeutique large qui dispense de toute mesure d’optimisation. Au-delà de la surveillance clinique durant l’administration inhalée, la mise en place d’un filtre sur la branche expiratoire protégeant le ventilateur constitue un élément de sécurité important.

Depuis la mise en évidence du phénomène de relaxation lente de l'aimantation du composé Mn12-ac dans les années 90, de nombreuses équipes se sont attelées à la synthèse de clusters présentant de telles propriétés. La méthode de synthèse "one-pot" la plus courante ne permet pourtant pas de contrôler l'état de spin fondamental et l'anisotropie de la molécule, responsables du phénomène. La méthode adoptée dans cette thèse est basée sur une synthèse par étapes et l'utilisation de ponts cyanure. Un choix judicieux des ligands a permis d'isoler des molécules, et d'avoir un contrôle non négligeable de la géométrie et de l'état de spin fondamental. Un complexe linéaire trinucléaire Cr2Ni de spin S = 4 ainsi qu'un complexe tétranucléaire de géométrie carrée Cr2Ni2 de spin S = 5 ont été isolés, mais ne présentent pas de comportement de molécule-aimant. L'anisotropie d'un complexe polynucléaire à ponts cyanure étant liée principalement à l'anisotropie locale des ions le constituant, l'étude de complexes mononucléaires de Ni(II) est donc fondamentale. Une série de complexes mononucléaires de Ni(II) de géométrie très distordue a été synthétisé et caractérisé par RPE à hauts champs et hautes fréquences et FDMRS, indiquant une anisotropie très élevée pour ce genre d'espèces, et contrôlée par le ligand. Trois complexes polynucléaires CrNi2 (S=7/2), CrNi3 (S=9/2) et Cr2Ni7 (2 spins S=7/2) ont été synthétisés à partir de ces précurseurs et étudiés par RPE. Ces espèces présentent une anisotropie élevée. Leur étude à basse température indique un phénomène d'effet tunnel magnétique en champ nul<br>Since the discovery of the slow relaxation of the magnetization of compound Mn12-ac, much groups in the molecular magnetism field have reported the synthesis of clusters showing such properties. The common "one -pot" synthetic method used for cluster synthesis doesn't allow much control of the spin ground state and magnetic anisotropy of the specie, those parameters being responsible for Single-Molecule Magnet behaviour. The method selected here is based on a stepwidse approach and the use of cyanide ligands as bridges. A judicious choice of the ligands allows to crystallize polynuclear bimetallic compounds, and to increase the control of the cluster's geometry and spin ground state. In that way, a trinuclear linear Cr2Ni complex (S=4) and a tetranuclear square Cr2Ni2 complex have been obtained, but don't behave like Single-Molecule Magnets. The anisotropy of a cyanide bridged polynuclear complex is closely related to the local anisotropy of its ions. The study of Ni(II) mononuclear complexes, and especially anisotropic ones, is thus crucial. A series of Ni(II) mononuclear complexes of very distorted geometry have been crystallized and studied by high fields and high frequencies EPR and FDMRS, indicating a huge anisotropy for that kind of compounds, which seems to be controled by the organic ligand. Three polynuclear complexes CrNi2 (S=7/2), CrNi3 (S=9/2) and Cr2Ni7 (2 spins S=7/2) have been obtained using the previous complexes as precursors and studied by EPR. Those species show important anisotropy parameters. Their low temperature study indicates a zero field magnetic tunnel effect phenomenon

Le travail décrit dans ce manuscrit appartient au domaine du Magnétisme Moléculaire, et est divisé en deux parties. Dans la première, nous nous sommes attachés à décrire la préparation de complexes magnétiques polynucléaires contenant des centres chiraux. Le chapitre I est dédié aux conception et caractérisation de complexes mononucléaires énantiopures de Fe(III) et de Mn(III), qui seront utilisés comme synthons de base pour la synthèse d'édifices moléculaires de haute nucléarité. Nous focalisons sur l'étude de l'anisotropie magnétique de ces espèces mononucléaires par Résonance Paramagnétique Electronique à Haut Champ et Haute Fréquence (RPEHF-HF). Dans le chapitre 2, nous discutons les propriétés chiro-optiques et magnétiques de deux complexes dinucléaires énantiomères, basés sur le ligand pontant oxalate. La seconde partie de ce travail décrit la préparation de nouvelles molécule-aimants obtenues par assemblage d'ions métalliques et du ligand 1,1,1-tris(hydroxymethyl)éthane (H3thme). Après une brève introduction sur les molécules aimants, le chapitre 3 relate les synthèse et caractérisation d'un nouveau complexe Fe4 se comportant comme une molécule-aimant. Le chapitre 4 est dédié à la chimie et à l'étude physicochimique de complexes polynucléaires de Co(II) et Ni(II)<br>The work described here belongs to the area of Molecular Magnetism and it is divided in two parts. The first part of this work is related to the preparation of magnetic polynuclear complexes containing chiral centres. Chapter 1 is devoted to the design and characterization of enantiopure mononuclear complexes of Fe(III) and Mn(III) that will be used in order to prepare high nuclearity complexes. We focus on the study of the magnetic anisotropy of these mononuclear complexes using the High Field High Frequency Electron Paramagnetic Resonance technique (HF-HFEPR). In Chapter 2 we discuss the chiro-optical and the magnetic properties of two enantiomeric dinuclear oxalate complexes. The second part of this work describes the preparation of new single-molecule magnets obtained by a serendipitous assembly approach using the l,l,l-tris(hydroxymethyl)ethane (H3thme) ligand. After a brief introduction on Single Molecule Magnets (SMMs), in Chapter 3 the synthesis and characterization of a new Fe4 complex that behaves as a single-molecule magnet is presented. Chapter 4 is devoted to the chemistry and the magnetic properties of Co(II) and Ni(II) polynuclear complexes

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la recherche de nouveaux matériaux polyfonctionnels, avec en particulier la synthèse et l'étude de particules photomagnétiques d'analogues cobalt-fer du bleu de Prusse, et de molécules à haut spin photomagnétiques à base d'octacyanométallates et de cuivre. D'une part, il a été ainsi mis en évidence un transfert d'électron piezzoinduit dans des particules d'analogues cobalt-fer du bleu de Prusse, ainsi que l'influence de la morphologie et de la taille des particules sur l'effet photoactif de ces composés. D'autre part, de nouvelles molécules polynucléaires hétérobimétalliques MoCuX et WCuX (x = 1, 2, 4, 6) à base d'octacyanométallates ont été synthétisées, leurs propriétés photomagnétiques étudiées et le transfert d'électron photoinduit démontré. De nouveaux complexes hétérotrimétalliques présentant des propriétés de molécule aimant ont également été synthétisés, ouvrant la voie des molécules aimant photomagnétiques.

Par une approche supramoléculaire, des architectures radiales hétéro-poly-métalliques ont été réalisées pour des applications en photosynthèse artificielle et en magnétisme moléculaire. Dans une première partie, la synthèse et la caractérisation (spectroscopie UV-vis, émission, électrochimique, DRX) de complexes de ruthénium(II), possédant une gamme de ligands polypyridines, ont été réalisées. Les calculs théoriques ont été effectués afin de soutenir l’interprétation des propriétés photophysiques. Ces complexes, présentant un certain nombre de pyridines externes, ont servi de cœur à des architectures à base de rhénium tris-carbonyles (pour les effets d’antenne), et de cobaloximes (pour les propriétés catalytiques). Les nucléarités obtenues varient de 2 à 7 selon le cœur utilisé. Ces systèmes ont été engagés dans des cycles de photo-production de dihydrogène, démontrant une meilleure efficacité que la référence du domaine, le [Ru(bpy)3]2+. La seconde partie concerne l’étude de couples de métaux de transition, construits à partir de briques polycyanométallates, ou de lanthanides pontés par des ligands oxamides. Ces approches « complexes comme ligand » puis « assemblages comme ligand » permettent d’obtenir des systèmes de haute nucléarité, présentant des propriétés de molécule-aimant ou des effets magnéto-caloriques (à base de CrNi, GdCu, DyCu). Des propriétés photomagnétiques ont été observées sur les couples RuCu et MoCu, pouvant servir de commutateurs moléculaires dans des systèmes complexes. Enfin, une structure hétéro-tétra-métallique trifonctionnelle a été obtenue contenant à la fois un commutateur MoCu, une entité molécule-aimant CuTb et un complexe de ruthénium.<br>By a supramolecular strategy, radial hetero-poly-metallic architectures were obtained for applications in artificial photosynthesis and molecular magnetism. The first part is devoted to the synthesis, as well as the photophysical characterization (UV-vis absorption, emission, electrochemistry, X-ray diffraction) of ruthenium(II) complexes bearing a wide range of polypyridine ligands. Theoretical calculations were performed to support the interpretation of the photophysical properties. Through their pendant pyridine moieties, these complexes were used as core of architectures, bearing rhenium tris-carbonyl (for antenna effects), and cobaloximes (for catalytic properties) complexes. The nuclearities obtained vary from two to seven according to the core involved. These systems were engaged in photo-production of hydrogen, demonstrating more efficient systems than the reference in the field, the archetypal [Ru(bpy)3]2+. The second part concerns the study of transition metal couples, built on polycyanometallate cores, or oxamide-bridged lanthanide-based assemblies. These “complex as ligand” and “assemblies as ligand” approaches allow us to obtain high nuclearity systems on which we seek single molecule magnet (SMM) properties or good magnetocaloric effect (based on CrNi, GdCu, DyCu). Photo-magnetic properties have been studied on the RuCu and MoCu couples, which can serve as molecular switches in complex systems. Finally, a tri-functional hetero-tetra-metallic architecture was obtained containing a MoCu switch, a CuTb SMM entity, and a ruthenium complex.

Cette thèse étudie les régions d'irrégularité marquée dans les spectres électroniques des dimères alcalins. Ces perturbations, qui rendent difficile voire impossible l’attribution habituelle et sans ambiguïté des nombres quantiques moléculaires, sont produites par de forts couplages spin-orbite. Des méthodes numériques nous permettent de résoudre l'équation de Schrödinger radiale pour de tels systèmes. Nous avons élaboré des stratégies permettant d’utiliser des formes analytiques pour les courbes d’énergie potentielle moléculaire et pour les fonctions de couplage spin-orbite. Nous prenons en compte les perturbations d’origine spin-orbite, et les effets de couplage spin-rotation dans des calculs d’états couplés, en utilisant des techniques numériques de différences finies et les méthodes de collocation, avec hamiltoniens moléculaires appropriés. La méthode a été testée avec succès sur des données publiées sur NaK, et également sur des données expérimentales obtenues pour des paires d’états électroniques excités fortement couplés (A 1Σ+(u) et b 3Π(u) pour Rb2 et pour NaCs), suite à des expériences de fluorescence induite par laser analysée par spectrométrie de Fourier. En optimisant les paramètres des potentiels moléculaires et des fonctions spin-orbite par le biais d’ajustements itératifs par moindres carrés non-linéaires, les modèles permettent d'atteindre la précision expérimentale (limite Doppler) actuelle. Les résultats sont controlés par étude des effets de substitution isotopique et des intensités observées. Un schéma pour refroidissement optique de NaCs a été proposé à partir des probabilités de transition calculées<br>This thesis investigates regions of marked irregularity in the electronic spectra of alkali dimers. These perturbations, which make it difficult (if not impossible) to give the usual unambiguous assignment of molecular quantum numbers, are caused by strong spin-orbit coupling between close-lying electronic states. Numerical methods allow us to solve the radial Schrödinger equation for such systems. We have developed strategies to use analytical forms for molecular energy potentials and spin-orbit coupling functions in order to represent such situations, using Hund’s case (a) basis sets. Calculations are then performed using finite difference and collocation methods, with appropriate coupled-channel molecular Hamiltonians that take into account spin-orbit and spin-rotation interactions. Our analytical mapping procedure, based on a reduced variable representation of the radial coordinate, improves the computational efficiency for uniform finite-difference grid solutions of the coupled channel equations. The method has been successfully tested on published data for NaK (D 1Πd 3Πstates), and also on experimental data obtained by laser induced fluorescence and Fourier transform spectrometry for pairs of strongly coupled excited electronic states of heavier alkali species, Rb2 and NaCs (A 1Σ+(u) and b 3Π(u) states). Optimising the parameters of molecular potentials and spin-orbit functions through iterative non-linear least squares fits, the models achieve the current (Doppler limited) experimental level of precision. The validity of the results is confirmed by investigating the effects of isotopic substitution and intensity patterns. Results have been used to predict transition probabilities for a two-step optical cooling cycle for the NaCs molecule<br>Данная диссертационная работа посвящена изучению возмущений в электронно-колебательно-вращательных спектрах димеров щелочных металлов. Нерегулярности вколебательно-вращательной структуре, вызванные сильным спин-орбитальнымвзаимодействием близко лежащих электронных состояний осложняют, а иногда и делаютневозможным, однозначное отнесение линий в молекулярных спектрах. В данной работе, врамках метода связанных колебательных каналов, разработана модель неадиабатическогоописания энергетических и радиационных свойств синглет-триплетных комплексоввозмущенных состояний, подчиняющихся промежуточным a-b-c случаям связи по Гунду взависимости от величины вращательного квантового числа и межъядерного расстояния.Ключевыми параметрами этой модели являются потенциальные кривые рассматриваемыхсостояний и функции спин-орбитального взаимодействия. Аналитическая замена радиальнойкоординаты в сочетании с аналитическим представлением варьируемых функций позволилиповысить эффективность решения системы уравнений Шредингера для рассматриваемыхсистем, а также улучшить экстраполяционные свойства неэмпирических функцийпотенциальной энергии. Предложенный подход использован для анализа (представленных влитературе) ровибронных энергий молекулы NaK (D1Π , d3Π состояния), а такжеоригинальных экспериментальных данных, полученных в данной работе методом лазерно-индуцированной флуоресценции для сильно возмущенных электронных состояний Rb2 иNaCs ( A1Σ(u)+ и b3Π(u) состояния). Проверка адекватности полученных структурныхпараметров выполнена путем предсказания и сопоставления с экспериментом (1)энергетических свойств для различных изотопомеров; (2) распределения относительныхинтенсивностей в спектрах лазерно-индуцированной флуоресценции с локальновозмущенных уровней комплексов в основное электронное состояние. Результаты,полученные для молекул NaCs, были использованы для расчета оптимальных путейдвухступенчатой оптической конверсии неустойчивых электронно-возбужденных молекул,образующихся в результате столкновений холодных атомов, на низший по энергиировибронный уровень основного электронного состояния

Les développements de deux spéctromètres de saturation à ultra-haute résolution dans le domaine infrarouge, l'un dans la région spectrale 9-12 mu m et l'autre accordable de 2,3 a 3,2 mu m sont exposés en detail. La stabilisation en fréquence d'un laser à CO(2) conventionnel ou guide d'ondes au niveau de la dizaine de hertz ainsi que l'obtention d'une stabilité meilleure que 1 khz pour le laser à centres colores soulignent le role cle de ces oscillateurs dans la chaine de raccordement de fréquence de l'horloge à cesium vers le domaine visible. L'étude des interactions hyperfines est presentée dans le cas des molécules diatomiques héteronucleaires (hf) et des toupies spheriques du groupe ponctuel O(h) (sf(6)). Grace a l'enregistrement de structures hyperfines tres bien resolues, de nombreux effets ont etes mis en evidence et interpretes à l'aide du formalisme tensoriel (dans le groupe (l)o(3) x O(h)) en particulier : l'interaction de spin-vibration (bande upsilon (3) de sf(6)), les mélanges d'états de types de symétrie differents (sf(6)), les corrections ro-vibrationnelles à l'interaction de spin-rotation (hf et sf(6)), les structures superhyperfines (sf(6))

La recherche sur les effets quantiques a l'echelle mesoscopique a connu recemment un regain d'interet avec l'etude de nouveaux systemes d'agregats magnetiques moleculaires a haut spin. L'objectif de ce travail est d'etudier les proprietes magnetiques macroscopiques de ces composes (sous forme de monocristaux), a travers deux systemes particuliers : mn 1 2-ac et fe 1 7fe 1 9. Dans le cas de mn 1 2-ac, le magnetisme est porte par des agregats composes de douze ions manganese couples par superechange. Un cristal de ce compose est constitue d'une assemblee d'agregats identiques, de taille nanometrique et en faible interaction. Chaque agregat porte un spin s = 10 a basse temperature, ainsi qu'une forte anisotropie uniaxiale. Les mesures d'hysteresis et de relaxation sont une signature macroscopique de la nature quantique du magnetisme de ces agregats. Au dela de la mise en evidence de l'effet tunnel a l'echelle du nanometre, l'etude des proprietes magnetiques de ce compose montre que cet effet existe jusqu'a des temperatures elevees (t 10k). A ces temperatures, l'effet tunnel se manifeste par une acceleration de la dynamique des spins a la resonance. Dans le cas de fe 1 7fe 1 9, nous approchons la limite des systemes organometalliques superparamagnetiques. Il s'agit du plus gros complexe a base d'ions fer synthetise jusqu'a present. Un cristal de ce compose est constitue d'une assemblee d'agregats identiques de deux types : l'un a dix-sept ions fer (fe 1 7), et l'autre a dix-neuf ions fer (fe 1 9). Outre la valeur elevee du moment magnetique porte par chaque entite dans le cristal (35 b pour fe 1 9 et 25 b pour fe 1 7), on voit apparaitre des chemins de superechange dans la structure, entre ions fer appartenant a des agregats differents. L'etude des phenomenes de relaxation magnetique a tres basse temperature dans ce complexe nous amene a considerer l'eventualite d'un effet tunnel dans la relaxation de l'aimantation du compose ferrimagnetique fe 1 7fe 1 9, ou les deux agregats sont couples.

L’électronique moléculaire est un domaine d’étude visant à caractériser le transport du courant au travers des systèmes organiques (polymères, couche moléculaire, molécule unique) disposés entre deux électrodes métalliques. Si les électrodes sont des métaux ferromagnétiques, on peut alors parler d’électronique de spin moléculaire. Le but de ce travail était l’étude au moyen d’une technologie innovante du comportement électrique de molécules nouvelles. Cette technologie a combiné des techniques de nanofabrication, de microfluidique et d’électrochimie, le tout appuyé par l’utilisation d’un système « lab-on-chip ». Avant de procéder aux caractérisations électriques en elles-mêmes, une étude rigoureuse de l’accroche des molécules sur les surfaces est nécessaire. Pour cela, nous nous sommes appuyés sur l’utilisation de techniques gravimétriques et spectroscopiques donnant des informations sur l’adsorption des molécules sur des surfaces d’or et de nickel mais aussi, pour la spectroscopie, sur les densités électroniques des molécules révélant ainsi le caractère potentiellement conducteur de certaines. Les mesures de transport de courant au travers de molécules ont révélé le potentiel conducteur prometteur chez une molécule de type zwitterionique formant une jonction avec l’or et le nickel, induisant pour ce dernier, un vif intérêt pour l’électronique de spin. Des améliorations technologiques restent à envisager afin de fiabiliser notre méthode, et l’appliquer de façon systématique à d’autres matériaux<br>Molecular electronic relates to the study of electrical transport through organic systems (polymers, molecular monolayer, single molecule) trapped between two metallic electrodes. If the electrodes are made of ferromagnetic materials, one can talk about the field of molecular spintronics. The aim of this PhD was to find an original way to study novel types of molecules. The chosen technology was a combination of nanofabrication, microfluidic and electrochemistry techniques, resulting in the use of a “lab-on-chip” system. Before proceeding to the electrical characterizations, a rigorous study of molecular binding on surfaces was necessary. Gravimetric and spectroscopic techniques were used, giving informations on molecules adsorption on gold and nickel as well as, for spectroscopy, on molecular electronic densities revealing the potentially conducting behaviour of some molecules. Current transport measurements revealed promising conductivity properties for one of the zwitterionic molecules binding to gold electrodes and nickel, resulting in significant promises for molecular spintronics properties. Some technological improvements have to be considered, in the perspective of improving the reliability of our method, and apply it systematically to other materials