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Des expographes et des œuvres. Analyse typologique des formes d'implication personnelle de l'expographe dans les logiques de disposition qu'il conçoit
No full textThe purpose of the thesis is to study the logics that determined and determine the arrangement of works of art, the one after the other, in the exhibitions and the museums. Two typologies are set up and identify different exhibitors ("classificateur, chercheur, vecteur, entremetteur, créateur and discurseur") and various approaches and logics of arrangement ("taxinomique, analytique, perceptive, analogique, dialogique, expocentrique nnd infradiscursive"). This lead to elaborate an analytic model that highlights the issues of any exhibition of works of art.La thèse a pour objet l'étude des logiques qui ont présidé et président à la disposition des œuvres d'art, les unes par rapport aux autres, dans les expositions et musées publics. Une double typologie y est établie et identifie différents expographes (classificateur, chercheur, vecteur, entremetteur, créateur et discurseur) ainsi que diverses approches et logiques de disposition (taxinomique, analytique, perceptive, analogique, dialogique, expocentrique, infradiscursive). Les différents types identifiés aboutissent à la construction d’un modèle d'analyse qui met en évidence les enjeux propres à toute mise en exposition d’œuvres d'art.(DOCFILO02) -- FUNDP, 201
Les kératinocytes épidermiques contrôlent l'expression et la libération de l'Heparin-Binding EGF-like Growth Factor (HB-EGF) lors de stress cellulaires
No full textLa peau constitue l’organe le plus externe du corps humain et est par conséquent en contact direct avec l’environnement extérieur. Lors d’une blessure ou d’une brûlure cutanée, il est capital de reconstruire la portion du tissu cutané endommagé afin de maintenir les fonctions essentielles de la peau et notamment son rôle de barrière de protection. Les facteurs de croissance de la famille EGF sont connus pour jouer un rôle important dans la prolifération et la migration des kératinocytes. Parmi ces facteurs, nous nous sommes intéressés à l’Heparin-Binding EGF-like Growth Factor (HB-EGF) qui joue un rôle crucial dans la cicatrisation, principalement dans la phase de ré-épithélialisation en favorisant la prolifération et la migration des kératinocytes. De plus, HB-EGF intervient dans la croissance autocrine des kératinocytes et semble être un facteur-clé dans le développement de certaines pathologies dermatologiques comme le psoriasis.
Dans ce travail, nous avons étudié plusieurs stress ou traitements: une déplétion en cholestérol par la méthyl-béta-cyclodextrine (MbCD), un traitement par l’ester de phorbol 12-O-tétradécanoylphorbol-13-acétate (TPA), un stress oxydatif par le peroxyde d’hydrogène (H2O2), un stress mécanique (scratch) et un traitement par l’acide rétinoïque et/ou le R115866. Nos résultats montrent que tous ces traitements sont capables d’induire non seulement la synthèse d’HB-EGF dans les kératinocytes épidermiques, mais également la libération de ce facteur de croissance dans le milieu de culture. De plus, notre étude a permis de mettre en évidence le rôle capital de l’ATP extracellulaire dans l’induction de l’expression d’HB-EGF lors d’une déplétion en cholestérol. Enfin, nous montrons que les MAPKs p38 et ERK1/2 sont impliquées dans la signalisation menant à l’expression d’HB-EGF.
En conclusion, notre travail a permis de considérer comme un nouveau marqueur de stress cutané, le facteur de croissance HB-EGF. La libération de ce facteur de croissance suite à son induction représente un moyen de réponse cellulaire face aux changements de l’environnement immédiat du kératinocyte. Nous pensons que cette réponse cellulaire a pour but de rétablir le plus rapidement possible l’homéostasie épidermique.(DOCMED02) -- FUNDP, 201
Enseignement à l’Université, perspective institutionnelle et contrat didactique.Le cas de la dualité en algèbre linéaire
No full textThe object of our research work is the study of duality in linear algebra. An institutional point of view is adopted. The anthropological theory of didactics has been chosen as main theoretical framework. It allows us to propose a description of the duality sector in the linear algebra domain, by decomposing it into five themes. An analysis of duality as a knowledge to be taught is realized at various levels, with among others the introduction and the definition of five purpose tools for this sector. Drawing on this presentation, a survey concerning duality was elaborated and submitted to students enrolled in first-year university mathematics or physics programs at the University of Namur (Belgium). We present the results by categorizing the difficulties met by the students. We show how we can speak of transition about duality, and how the identified difficulties can be interpreted as consequences of a change of institutional didactical contract. Finally, we formulate propositions for the introduction of duality in linear algebra. The statement of various perspectives concludes our work.Notre travail de recherche a pour objet d’étude la dualité en algèbre linéaire. Il se positionne dans une perspective institutionnelle. C’est ainsi la théorie anthropologique du didactique qui sert de cadre théorique principal à notre travail, et qui nous permet de proposer une description du secteur dualité dans le domaine de l’algèbre linéaire, en le décomposant en cinq thèmes. Une analyse de la dualité comme savoir à enseigner est réalisée à différents niveaux, avec entre autres l’introduction et la définition de cinq finalités outil pour ce secteur. Sur base de cette présentation, une enquête concernant la dualité a été conçue et menée auprès d’étudiants inscrits en première année d’université en mathématiques ou en physique à l’université de Namur (Belgique). Nous en présentons les résultats en catégorisant les difficultés rencontrées par les étudiants. Nous montrons de quelle manière nous pouvons parler de transition à propos de dualité, et comment les difficultés identifiées peuvent être interprétées comme des conséquences d’un changement de contrat didactique institutionnel. Enfin, nous formulons des propositions pour l’introduction de la dualité en algèbre linéaire. L’énoncé de différentes perspectives conclut notre travail.(DOCSC00) -- FUNDP, 201
Etude structurale de l'inhibition des ADN (cytosine-5) méthyltransférases par des inhibiteurs non-nucléosidiques originaux
No full textxEn 2006, 2,3 millions de nouveaux cas de cancer sont apparus et plus d'un million de personnes en sont mortes dans l'Union européenne, motivant ainsi la recherche de nouvelles stratégies thérapeutiques anti-cancéreuses. Le développement des cellules cancéreuses n’est pas seulement associé à des mutations directes de la séquence de l’ADN, généralement irréversibles, mais également à des modifications épigénétiques, c’est-à-dire des altérations chimiques réversibles de l’ADN. Parmi celles-ci, la méthylation de l’ADN et la désacétylation des histones jouent un rôle important. Dans ce contexte, une stratégie originale de développement d’inhibiteurs mixtes agissant sur ces deux mécanismes complémentaires semble prometteuse.
L’objectif principal de cette thèse était l’étude de nouveaux composés non-nucléosidiques, inhibiteurs des ADN (cytosine-5) méthyltransférases (DNMTs) dans un cadre plus large de conception d’inhibiteurs mixtes DNMTs/HDACs. Deux séries de molécules originales (caractérisées par de larges plateformes aromatiques et une fonction imide) ont été étudiées. Ces nouvelles molécules étaient inspirées par le RG108, un inhibiteur réversible des DNMTs découvert en 2005. Nous avons tenté de mieux comprendre comment et par quel mécanisme ces composés inhibaient les DNMTs. Nous avons pour cela utilisé et développé plusieurs tests enzymatiques afin d’évaluer leur activité inhibitrice. De nombreux essais de cristallogenèse d’une DNMT bactérienne en complexe avec des inhibiteurs ont été tentés mais n’ont pas mené à l’obtention de structures de complexes. Par contre, nous avons obtenu plusieurs structures de cette enzyme en complexe avec son cofacteur à haute résolution ainsi qu’en son absence. Pour pallier au manque d’informations concernant le mode d’action de ces nouveaux composés, une étude théorique simulant les interactions entre les inhibiteurs et la DNMT ont été menés. Plusieurs hypothèses mécanistiques ont été envisagées (compétition avec le cofacteur, le substrat, etc) et la compétition des composés avec le cofacteur a été proposée comme mode d’action plausible des inhibiteurs.(DOCSC02) -- FUNDP, 201
Hessian approximation in multilevel nonlinear optimization
No full textThis research concerns the algorithmic study of Hessian approximation in the context of multilevel nonlinear optimization problems. Methods using finite-difference approximations or secant equations are here considered. We present new methods for the Hessian approximation and update, and numerically compare their performance with existing methods. A software implementing an efficient method for Hessian approximation in this context has been developed, and is documented in this manuscript. Moreover an application of these developments to the modelling of snake-skin pigmentation patterns is presented.Ce travail de recherche porte sur l'étude algorithmique des techniques d'approximation du hessien dans le contexte des problèmes d'optimisation non linéaire multi-niveaux. Des méthodes basées sur des approximations par différences finies ou sur des équations sécantes sont envisagées. Nous présentons de nouvelles méthodes pour approximer le hessien et comparons numériquement leurs performances par rapport à des méthodes existantes. Un logiciel implémentant une méthode efficace d'approximation du hessien dans ce contexte a été développé et est documenté dans ce document. Nous présentons également une application de ces développements à la modélisation des motifs de pigmentation sur les peaux de serpents.(DOCSC00) -- FUNDP, 201
Etude de la mort cellulaire induite par une réponseantivirale ou un stress du réticulum endoplasmiquedans les lignées lymphoïdes
No full textCancer is caused by the uncontrolled proliferation of aberrant cells that
harbour multiple oncogenic mutations in signaling pathways implicated in growth and
cell death. Most of today’s anticancer therapies lead to destruction of tumour cells by
apoptosis. However, mutations leading to the development of cancer not only promote
tumour progression, but often allow cells to avoid apoptotic death and thus result in
resistance to treatment. Fortunately, many pathways lead to apoptosis and alternative
cell death programmes do exist. Advances in the knowledge about how apoptosis and
alternative cell death are activated are important and could pave the way for the
development of alternative therapies. Using lymphoid cell lines, in particular Jurkat T
cells, we have studied cell death pathways induced by an antiviral response or a
prolonged endoplasmic reticulum (ER) stress. First, we have studied the involvement
of RIP1 and the activation of dsRNA-activated protein kinase (PKR) in external
dsRNA-induced apoptotic and necrotic cell death in Jurkat T cell lymphoma. Our
findings suggest that RIP1 is implicated in apoptosis and necrosis induced by dsRNA
and a caspase-dependent mode of activation of PKR in apoptosis. PKR is cleaved in
two fragments, PKR-ND containing the N-terminal domain of PKR and PKR-KD
containing the kinase domain. The PKR-KD fragment interacts with and activates
intact PKR. PKR-ND facilitates the interaction of PKR-KD with full-length PKR and
thus the activation of the kinase and amplifies the translation inhibitory signal.
Secondly, we explored the pathways leading to caspase activation and the
involvement of Bcl2 pro-apoptotic members and RIP1 in cell death induced by ER
stress in Jurkat T cells. Our results show that caspases-3, -8 and -9 are implicated in
apoptosis induced by brefeldin-A (BFA). Using caspase-8 and FADD deficient Jurkat
T cells, we demonstrate that these proteins are redundant for BFA induced apoptosis.
In Bcl2 overexpressing Jurkat cells exposed to BFA, survival was tremendously
improved, although a fraction of the cells died by necrosis. Interestingly, caspase-8
deficient cells were more resistant to thapsigargin and Bcl2 overexpression had no
effect on the cytotoxicity of this inhibitor, suggesting that BFA and thapsigargin
induce distinct cell death signaling pathways. Comparing Bcl2-like proteins
expression in BFA induced apoptotic with necrotic cells; we demonstrate significant
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differences suggesting that different Bcl2 like proteins may play a role in distinct ER
stress induced cell death pathways.
To conclude these results bring new data about apoptotic and necrotic
pathways induced by an antiviral response and ER stress in lymphoid cell lines.
Alternative cell death pathways induced by dsRNA or ER stress could be interesting
pathways in developing new cancer therapies.Le cancer est causé par la prolifération incontrôlée de cellules suite à de
nombreuses altérations génétiques affectant notamment les voies de signalisation
impliquées dans la croissance et la mort cellulaires. La majorité des thérapies
anticancéreuses visent à induire l’apoptose des cellules cancéreuses, cependant, les
cellules y deviennent de plus en plus résistantes. Heureusement, le concept d’apoptose
ne représente pas le seul mécanisme pouvant mener à la mort cellulaire et d’autres
types de mort émergent et doivent être pris en considération. Une meilleure
compréhension des mécanismes d’apoptose et des modes alternatifs de mort cellulaire
permettrait de déterminer de nouvelles cibles dans le but d’améliorer certaines
thérapies actuelles. Nos recherches ont porté sur l’étude de la mort cellulaire induite
lors d’une réponse antivirale ou lors d’un stress du réticulum endoplasmique (RE)
dans des lignées lymphoïdes et plus particulièrement, les cellules T Jurkat. D’une
part, nous nous sommes intéressés à décortiquer les mécanismes de l’activation de la
kinase PKR (double stranded RNA-dependent kinase) par les caspases et à
l’implication de RIP1 au cours de l’apoptose et de la nécrose induites par l’ARNdb
(ARN double brin) dans les cellules T Jurkat. Nos résultats suggèrent que RIP1 est
impliqué dans l’apoptose et la nécrose induite par l’ARNdb. Nous mettons aussi en
évidence un nouveau mode d’activation de PKR dépendant des caspases au cours de
l’apoptose. La PKR est clivée par les caspases en fragments N-terminal (PKR-ND) et
C-terminal porteur du domaine kinase (PKR-KD). Ces deux fragments montrent des
fonctions différentes. PKR-KD est capable de se lier et d’activer la PKR tandis que
PKR-ND amplifie ce processus en facilitant l’interaction entre PKR-KD et la kinase
PKR entière. D’autre part, nous avons étudié l’implication des caspases, des membres
de la famille Bcl-2 et de RIP1 (receptor-interacting protein-1) dans l’apoptose et la
nécrose induites par un stress du RE. Nous avons montré que les caspases-3, -8 et -9
jouent un rôle dans l’apoptose induite par la bréfeldine-A (BFA). Par l’utilisation de
cellules Jurkat déficientes en caspase-8 et en FADD, nous avons montré que ces
protéines sont redondantes dans ce processus apoptotique. Par contre, une
surexpression de Bcl-2 augmente clairement la survie cellulaire et les cellules
mourantes meurent par nécrose. De plus, les cellules Jurkat déficientes en caspase-8
semblent plus résistantes à la thapsigargine tandis que la surexpression de Bcl-2 n’a
pas d’effet sur la cytotoxicité liée à cet inhibiteur, ce qui suggère que la BFA et la
thaspigargine induisent des voies de signalisation de mort cellulaire différentes. En
comparant l’abondance des protéines pro-apoptotiques de la famille Bcl-2 dans
l’apoptose et la nécrose induite par la BFA, nous avons mis en évidence des
différences de profil d’expression suggérant que ces protéines jouent un rôle dans la
mort cellulaire induite par un stress du RE.
En conclusion, les résultats obtenus apportent de nouvelles données dans la
compréhension des mécanismes apoptotiques et nécrotiques induits par une réponse
antivirale ou de stress du RE dans les lignées lymphoïdes. Les voies alternatives de
mort cellulaire induite par l’ARNdb, plus particulièrement la PKR, et les voies
induites par un stress du RE semblent des pistes intéressantes afin d’améliorer certains
traitements contre le cancer(DOCSC03) -- FUNDP, 201
Effet de l'hypoxie sur l'expression protéique de cellules cancéreuses : identification de modifications indépendantes du facteur HIF-1
No full textOxygen is required for energy production in mammalian cells, one of the essential
processes that promote cell survival and ensure normal cell functions. Hypoxia, which is
characterized by a decrease in oxygen availability, can occur at different steps of tumor
development and is involved in cancer resistance to therapeutic treatments. The master
regulator of the adaptive response to hypoxia is HIF-1, which is now a target for cancer
therapy. However, while some data show that HIF-1 can control more than 80% of the genes
induced under hypoxia, other experiments clearly demonstrate that a part of the hypoxic
response is HIF-1 independent.
The goal of this study was to identify some of these HIF-1 independent factors and to
investigate their functional roles in the adaptation of tumor cells to hypoxia. Using a
proteomic approach on human hepatoma cells HepG2, we showed that the cytoplasmic
dynein intermediate chain 2 (DH IC-2), a component of an intracellular ATPase minus-end
directed tubulin-based motile complex, was upregulated and post-translationally modified
under hypoxia in a HIF-1 independent way. We identified this post-translational modification
as a phosphorylation by protein kinase C, which is inhibited under hypoxia. In parallel, the
migration of HepG2 cells was enhanced under hypoxia. Cell migration was also increased, to
the same extent, by the invalidation of DH IC-2 using siRNA under normoxia. Taken
together, these results suggest that under hypoxia, a specific modification of DH IC-2 may
modulate its activity, and in turn promote cell migration. These results are important for a
better understanding of cancer development since they highlight a HIF-1 independent
mechanism, which may be involved in metastasis.
In parallel, the proteomic approach pointed out clusters of proteins involved in the
mRNA biosynthesis, UPR and others stress responses, proteasomal degradation, building and
cytoskeleton maturation, etc. If the role of these proteins in cancer HIF-1 independent
hypoxic response still need to be ascertained, they may also be a part of the cancer cell
adaptation to hypoxia.L’oxygène est nécessaire pour la production d’énergie dans les cellules de mammifères,
une des bases indispensables à la survie et à la réalisation des fonctions cellulaires. L’hypoxie
correspond à une déficience en oxygène, un phénomène qui peut se produire lors de plusieurs
étapes du développement tumoral et qui est impliqué dans la résistance des cancers à divers
traitements thérapeutiques. Le régulateur principal de cette réponse adaptative à l’hypoxie est
HIF-1 et ce dernier est actuellement une des cibles des thérapies anti-cancéreuses. Cependant,
même si plusieurs données de la littérature montrent que HIF-1 contrôlerait plus ou moins
80% des gènes induits par l’hypoxie, différentes expériences démontrent clairement qu’une
partie de cette réponse adaptative est indépendante de HIF-1.
L’objectif de ce travail consistait à identifier certains de ces facteurs indépendants de
HIF-1 et de préciser leurs rôles dans l’adaptation des cellules tumorales à l’hypoxie. Par une
étude protéomique sur des cellules d’hépatome humain HepG2, nous avons montré que la
chaîne intermédiaire 2 de la dynéine (DH IC-2), un composant d’une ATPase intracellulaire
appartenant à un complexe moteur dirigé vers les extrémités moins des microtubules, est
surexprimée et post-traductionnellement modifiée en hypoxie et ce, de façon indépendante de
HIF-1. Nous avons identifié cette modification post-traductionnelle comme étant une
phosphorylation dépendante de la protéine kinase C, laquelle est inhibée en hypoxie. En
parallèle, on observe que la migration des cellules HepG2 est augmentée de la même manière
en hypoxie et lorsque l’expression de DH IC-2 est invalidée par siRNA en normoxie.
Considérés dans leur ensemble, ces résultats suggèrent qu’en condition hypoxique, une
modification particulière de DH IC-2 influence son activité, ce qui se traduit par une
migration cellulaire accrue. Ces résultats participent à une meilleure compréhension des
mécanismes d’adaptation des tumeurs vis-à-vis de l’hypoxie et mettent en évidence un
nouveau processus indépendant de HIF-1 qui pourrait être impliqué dans les métastases.
En parallèle, cette approche protéomique a mis en évidence des protéines liées à la
biosynthèse des ARNm, à la réponse UPR et à d’autres stress, à la dégradation protéasomale,
à la construction et à la maturation du cytosquelette, etc. Si le rôle de ces protéines dans
l’adaptation indépendante de HIF-1 des cellules cancéreuses vis-à-vis de l’hypoxie doit
encore faire l’objet d’investigations, elles pourraient également participer à la réponse
adaptative des cellules cancéreuses en hypoxie.(DOCSC03) -- FUNDP, 201
Short-period effects in the rotation of Mercury
No full textIn the framework of the space mission BepiColombo, a very accurate model of rotation of Mercury is required. In this thesis, we study various causes affecting the rotation of the planet on a time span going from a few days to several decades.
In the first part of this work, we describe the model of a planet constituted of an ellipsoidal mantle and a spherical liquid core (no interaction), and without planetary perturbations. We compute the libration in longitude and in latitude as well as the polar motion of Mercury.
In the second part, we study the effects of the indirect planetatery perturbations in the rotation. We emphasize several potential resonances capable of enhancing the longitudinal and latitudinal librations.
In the third part, we analyse the core-mantle interactions assuming that the core is an ellipsoidal cavity. We show that an additional resonance plays a major role in this case and that the observations of the rotation of the mantle can yield information on the size of the core but not its shape.
Finally, we study more theoretically a resonance between a free period of the system and the orbital period of Jupiter, raising the influence of Jupiter in the rotation.
All the results were obtained analytically using a Hamiltonian approach of the problem and a perturbation method based on canonical Lie transforms, and were then verified using numerical integrations and frequency analysis.Dans le cadre de la mission spatiale BepiColombo, un modèle très précis de la rotation de Mercure est requis. Dans cette thèse, nous étudions les différentes causes affectant la rotation de la planète sur une période allant de quelques jours à plusieurs dizaines d'années.
Dans la première partie de ce travail, nous décrivons le modèle d'une planète constituée d'un manteau ellipsoïdal et d'un noyau liquide sphérique (sans interaction), et sans perturbation planétaire. Nous déduisons la valeur des librations en longitude et en latitude ainsi que le mouvement du pôle de Mercure.
Dans la deuxième partie, nous étudions les effets des perturbations planétaires indirectes sur la rotation. Nous mettons en évidence plusieurs résonances potentielles susceptibles de faire exploser les librations en longitude et en latitude.
Dans la troisième partie, nous analysons les interactions entre noyau et manteau en prenant comme hypothèse que le noyau est une cavité ellipsoïdale. Nous montrons qu'une résonance additionnelle joue un rôle majeur dans ce cas et que les observations de la rotation du manteau peuvent nous donner des informations sur la taille du noyau, mais pas sur sa forme.
Enfin, nous étudions de manière plus théorique une résonance entre une période fondamentale du système et la période orbitale de Jupiter, augmentant l'influence de Jupiter sur la rotation.
Tous les résultats ont été obtenus de manière analytique en utilisant une étude hamiltonienne du problème et une méthode de perturbations par transformée de Lie, et ont ensuite été vérifiés par intégration numérique et analyse en fréquence.(DOCSC00) -- FUNDP, 201
Conception de Matériaux bio-hybrides photosynthétiques par immobilisation de biosystèmes végétaux au sein de matrices silicées
No full textEvolution pressure typically forces natural systems to become highly optimized, sophisticated and efficient. Specifically, the living systems are able to perform a series of complex and attractive catalytic reactions. Consequently, their integration into new devices has the potential to produce breakthroughs in both fundamental science and possibly leads to new technologies in diverse fields (environment, energy, health). However, cells, isolated from their native environment, are generally fragile or unsuitable in the development of technologies. In the past few years, abundant researches have proved that encapsulation of biomolecules, enzymes and microorganisms into various artificial matrices can be very attractive to create new functional bio-composites. This ever-growing field of research is very promising in the development of new eco-friendly technologies such as whole cell sensors, depolluting devices, stable bioreactors and artificial organs.
The aim of this thesis consists of a fundamental study on the elaboration of functional and stable bio-hybrid materials via the immobilisation of organelles or photosynthetic plant cells within various silica matrices in order to design a photo-bioreactor.
The first part of this work was devoted to the development of immobilisation methods adapted for the in situ incorporation of fragile biological species (thylakoids, chloroplasts, cells) within porous silica scaffold. Several inorganic precursors and synthesis parameters were studied in order to determine their effects on the morphological, textural and rheological properties of the silica matrices. Particularly, the bioactivity of entrapped thylakoids was investigated and correlated with the properties of the support. Since these photosynthetic structures are very sensitive, a biocompatible synthesis pathway has been designed to allow the formation of stable hybrid materials. In these conditions, the photochemical activity of thylakoids can be preserved for more than 40 days whereas no enzymatic activity can be detected after 3 days in a free suspension of thylakoids.
The second part was focused on the realisation of a solid photobioreactor via the in situ or post-synthesis immobilisation of plant cells (Arabidopsis thaliana). With this in mind, the biological activity and the cell-matrix interactions were investigated by using several techniques. A control of the chemical surface properties of silica has shown to be crucial in order to avoid the mineralization of cell walls and prolong the cellular viability of plant cells. Additionally, the porosity of the matrix was also studied. This parameter is able to control the growth and the confinement of cells within the material. Encapsulated within an organo-modified silica matrix, the photoautotrophic plant cells are able to convert water into O2 and produce valuable compounds from CO2 under light irradiation. In the future, such bio-hybrid gels could play a key role in the development of new sustainable technologies.Après plusieurs milliards d’années d’évolution, la nature a pu assembler de simples atomes en de magnifiques édifices supramoléculaires dotés de multiples fonctions conduisant à une véritable machinerie moléculaire : la cellule. L’intégration de ces fonctions au sein de nouveaux dispositifs pourrait conduire à une percée technologique dans de nombreux domaines (environnement, énergie, santé). Toutefois, bien que présentant un degré de sophistication extraordinaire, auquel aucun système artificiel n’est comparable, les systèmes vivants sont fragiles. Ces dernières années, de nombreuses recherches ont montré que l'immobilisation de biomolécules, d’enzymes ou de microorganismes au sein de diverses matrices artificielles permet de protéger ces biostructures et de créer de nouveaux biocomposites fonctionnels. Ce secteur de recherche en plein essor pourrait, dès lors, conduire, dans un futur proche, à la création de nouvelles technologies prometteuses telles que des senseurs cellulaires, des systèmes de dépollution, des bioréacteurs ou encore à la mise au point d’organes artificiels.
L’objectif général de cette thèse consiste en une étude fondamentale portant sur l'élaboration de matériaux bio-hybrides fonctionnels stables par immobilisation d’organites ou de cellules photosynthétiques modèles au sein de matrices silicées en vue de développer un photo-bioréacteur.
La première partie de ce travail est dédiée à la mise au point de méthodes d’immobilisation propices à l’incorporation in situ d’entités biologiques fragiles (thylakoïdes, chloroplastes, cellules) au sein de supports silicés poreux. Différents précurseurs inorganiques et variables de synthèse ont été étudiés afin de déterminer leur effets sur les propriétés morphologiques, texturales, structurales et rhéologiques des matrices silicées. Particulièrement, l’activité photosynthétique des membranes thylakoïdales encapsulées a été investiguée et corrélée aux propriétés du support. Cette étude a conduit au développement d’une voie propice de synthèse biocompatible, laquelle a permis de prolonger jusqu'à 40 jours l’activité enzymatique des thylakoïdes. Cette longévité est exceptionnelle, étant donné que plus aucune activité n’est détectable après environ 3 jours pour ces biostructures isolées en simple suspension.
La seconde partie porte sur la réalisation d’un photobioréacteur solide via l’immobilisation in situ ou post-synthèse de cellules végétales (Arabidopsis thaliana). Dans cette optique, l’activité cellulaire et les interactions matrice-cellules ont été étudiées grâce à diverses techniques. Un contrôle de la chimie de surface du réseau silicé s’est avéré crucial pour éviter une minéralisation des parois cellulaires et maintenir in fine la viabilité cellulaire. De même, la porosité de la matrice est un facteur clé. Elle permet de moduler la croissance et le confinement des cellules au sein même du matériau. Encapsulées dans une matrice silicée organomodifiée, les cellules photoautotrophes sont capables de secréter des molécules organiques au départ du dioxyde de carbone tout en convertissant l’eau en dioxygène durant plus de 30 jours. Ces résultats concrétisent effectivement la notion de matériaux bio-hybrides fonctionnels capables de photosynthétiser.(DOCSC02) -- FUNDP, 201
Synthesis of smooth and microtextured films by acetylene magnetron discharge:Study of growth mechanisms and fabrication of superhydrophobic surfaces
No full textSuperhydrophobic surfaces are used to avoid fog condensation, frost and also for preventing contamination. They are known as "self-cleaning", non wettable and water-repellent surfaces. The best known example in nature is found in the leaves of the Lotus plant (Nelumbo nucifera). Lotus leaves always remain clean because water droplets form spheres with very little adhesion to the surface and can easily roll off, collecting and removing contaminations. This self – cleaning effect, often called the “Lotus effect”, is due to a combination of a rough surface with special micro- and nanostructures, along with low surface energy materials.
So far, artificial superhydrophobic surfaces have been produced mainly in two ways. One is to prepare a rough surface from a low surface energy material. This method is generally a simple one-step process, but presents a major drawback as it is applicable only to a small limited set of materials. The other way is to first obtain a rough coating and then to modify it with a low surface energy material. This enlarges potential applications because it can be applied to a wide variety of substrates such as silicon wafer, glass, metals, stainless steel and polymer surfaces. This is the chosen approach for this thesis.
Finally, most of methods used to produce rough surfaces are multi-step processes and are not environment friendly because of their use of organic solvents. These drawbacks can be solved by plasma deposition, the method used in this work.
One of the significant results of this work is the synthesis of microtextured films by pulsed magnetron discharge from acetylene and the proposition of a qualitative model to explain their growth mode. The microtextured films obtained have a unique morphology with nanoparticles and particular agglomerates (“microflowers”) present at the surface. To the best of our knowledge, this is the first time that such carbon based microstructures are observed. One of the challenges was to understand the formation of these unknown microstructures. The gas phase was analyzed by quadrupole mass spectrometry. The bulk structure of both smooth and microtextured films was determined by combining three techniques including IR spectroscopy, Raman spectroscopy and Laser Desorption / Ionization Fourier Transform Mass Spectrometry (LDI-FTMS).
Finally, this thesis demonstrates that the microtextured films functionalized with fluorine are superhydrophobic surfaces. One of the perspectives is the elaboration of superhydrophobic surfaces without fluorine treatments, by maximizing the surface density of fractal structures (“microflowers”).Les surfaces superhydrophobes sont utilisées pour limiter la buée, le givre ou le dépôt de salissures. Elles sont souvent qualifiées de surfaces "autonettoyantes", non-mouillantes ou qui repoussent l’eau. Il existe des surfaces naturelles superhydrophobes, telles que les feuilles de Lotus (Nelumbo nucifera). Ces feuilles sont toujours propres car les gouttes d'eau forment des sphères très peu adhérentes à la surface. Elles peuvent par conséquent facilement rouler en emportant les salissures. Cet effet "autonettoyant", souvent appelé "Effet Lotus", est dû à une combinaison d'une surface rugueuse présentant des micro- et nanostructures, avec des matériaux de faible énergie de surface.
Jusqu'ici, les surfaces superhydrophobes artificielles ont été produites principalement de deux manières. La première consiste en la création d’une surface rugueuse à partir d’un matériau ayant une énergie de surface faible. Cette méthode est simple et généralement réalisable en une seule étape, elle présente néanmoins un inconvénient important car elle s'applique seulement à un ensemble limité de matériaux. La deuxième méthode consiste en l’obtention d’une couche rugueuse, dont les propriétés de surface sont par la suite modifiées par l’application d’un matériau à faible énergie de surface. Cette méthode prometteuse élargit considérablement le champ d’application des surfaces superhydrophobes car, contrairement à la précédente, elle peut être appliquée à une large variété de substrats tels que des galettes de silicium, du verre, des métaux, de l’acier et des surfaces polymères. C’est cette dernière approche qui a été choisie dans cette thèse.
La plupart des méthodes employées pour produire des surfaces rugueuses sont composées de plusieurs étapes et sont peu écologiques car elles nécessitent l’utilisation de solvants organiques. Ces inconvénients peuvent être éliminés par l’utilisation de la technologie plasma, méthode utilisée dans ce travail.
Une des avancées significatives de cette thèse est la synthèse de films microtexturés par décharge magnétron pulsée à partir d’acétylène et la proposition d’un modèle de croissance qualitatif. Les films microtexturés obtenus ont une morphologie unique composée de nanoparticules et d’agglomérats ("microfleurs") présents en surface. A notre connaissance, c’est la première fois que de telles microstructures à base de carbone sont observées. La phase gazeuse a été analysée par spectrométrie de masse quadripôle. La structure des films plats et microtexturés a été déterminée en combinant trois techniques: la spectroscopie IR, la spectroscopie Raman et la spectrométrie de masse LDI-FTMS (Laser Desorption / Ionization Fourier Transform Mass Spectrometry).
Finalement, cette thèse démontre que les films microtexturés fonctionnalisés au fluor sont des surfaces superhydrophobes. Une des perspectives de ce travail est de maximiser le nombre de structures fractales en surface ("microfleurs") afin d’élaborer des surfaces superhydrophobes sans traitement fluoré.(DOCSC01) -- FUNDP, 201