Dissertationen zum Thema „Contacts membranaires“

Lors de la migration cellulaire nécessite, les contacts focaux, points d'ancrage des cellules à la matrice extracellulaire, constituent des sites particulièrement remaniés. La paxilline en est un des composants protéiques essentiels. Ce travail de thèse a porté sur l’étude de la dégradation de la paxilline pendant la migration cellulaire et de la régulation de ce phénomène par phosphorylation. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés aux sérines 188/190, les deux résidus principalement phosphorylés en réponse à l’adhésion cellulaire mais dont la fonction restait à découvrir. Nous avons pu montrer que la paxilline est dégradée par la voie protéasomale et que, lorsque les cellules migrent, la dégradation de la paxilline est retardée. De plus, ce retard de dégradation requiert la phosphorylation des sérines 188/190. Nous avons également pu montrer que la phosphorylation des sérines 188/190 régule l’étalement, la migration cellulaire, et la dynamique des protrusions membranaires.

Chez la levure S. cerevisiae, le complexe ERMES (ER Mitochondria Encounter Complex) est impliqué dans l'établissement de contacts entre le RE et la mitochondrie. Il est composé de plusieurs protéines membranaires dont Mmm1 dans le RE, Mdm34 et Mdm10 à la membrane externe mitochondriale et d'une protéine soluble Mdm12, qui permet de relier les deux structures. Notre laboratoire a montré que deux composants du complexe ERMES, Mdm34 et Mdm12, étaient ubiquitinés par la ligase d'ubiquitine Rsp5, en particulier, après induction de la mitophagie. Il a également montré que cette ubiquitination était nécessaire pour une mitophagie efficace et qu'un défaut d'ubiquitination du complexe ERMES entraînait une diminution de cette mitophagie. Au cours de ma thèse, j'ai essayé de comprendre comment l'ubiquitination du complexe ERMES pouvait affecter/réguler la mitophagie. De manière générale, nos résultats apportent de nouvelles données concernant les mécanismes moléculaires impliquant ERMES au cours de la mitophagie
N the yeast S. cerevisiae, the ERMES complex (ER Mitochondria Encounter Complex) is involved in the establishment of contacts between the ER and the mitochondria. It is composed of several membrane proteins including Mmm1 in the ER, Mdm34 and Mdm10 on the outer mitochondrial membrane and a soluble protein Mdm12, which connects the two structures. Our laboratory has shown that two components of the ERMES complex, Mdm34 and Mdm12, are ubiquitinated by the ubiquitin ligase Rsp5, in particular, after mitophagy induction. They also showed that this ubiquitination is necessary for efficient mitophagy and that a defect of ubiquitination of the ERMES complex reduces mitophagy. During my thesis, I tried to understand how the ubiquitination of the ERMES complex could affect/regulate mitophagy. Overall, our results provide new insights into the molecular mechanism of ERMES action during mitophagy

La multicellularité chez les plantes repose sur une communication intercellulaire qui permette le transfert d'informations à travers l'entièreté de l'organisme. Chez les plantes terrestres, la route principale de ces “conversations cellulaires” est assurée par les plasmodesmes (PD), des canaux nanoscopiques qui traversent la paroi pecto-cellulosique. En effet, ces pores sont impliqués dans la circulation d'une très grande variété de molécules, comme des facteurs de transcription, de l'ARN, des hormones et des métabolites et ceci à tous les stades de la vie végétale, permettant réponses et adaptations à l'environnement. Les PD sont particuliers dans le sens où ils forment une continuité du réticulum endoplasmic (RE), de la membrane plasmique (MP) et du cytoplasme entre les cellules adjacentes. Leur architecture est singulière et consiste en un filament de RE, appelé desmotubule, entouré d'un tube de MP qui, lui, longe la paroi. Les PD sont actuellement décrits comme des sites de contact membranaire, du fait du fort accolement des membranes du RE et de la MP (2 à 10 nm) et de la présence de protéines de jonction qui connectent les deux organelles. Dans la présente étude, nous décrivons au niveau structural et fonctionnel plusieurs membres de la famille des MCTPs (protéine avec de multiples domaines C2 et une région transmembranaire) comme protéines assurant la jonction du RE et de la MP dans les PD. Nous démontrons que ces protéines possèdent les caractéristiques moléculaires nécessaires à l'interaction transitoire avec les lipides anioniques de la MP, via leurs domaines C2, ainsi qu'à l'induction de courbure membranaire au RE, via la région transmembranaire qui agit comme un domaine homologue aux protéines réticulons. Ces données nous ont permis de corréler la fonction des MCTPs à l'architecture et la biogenèse des PD et de réfléchir au rôle du RE à l'intérieur des PD. En conclusion, ce travail a fourni des résultats originaux qui placent les MCTPs comme des protéines centrales dans l'établissement de la structure fine des PD et des fonctions qui y sont associées
Plant multicellularity relies on intercellular communication in order to transmit information from cell to cell and throughout the entire plant body. In land plants, the major line for such cellular conversations is through plasmodesmata (PD) pores, which are nanoscopic membranous tunnels spanning the pecto-cellulosic cell wall. These pores are indeed involved in the transfer of a wide variety of molecules such as transcription factors, RNAs, hormones and metabolites during all stages of plant life, adaptation and responses to their environment. PD are singular amongst other types of intercellular junctions as they provide a direct continuity of the endoplasmic reticulum (ER), the plasma membrane (PM) and the cytosol between neighboring cells. Their architectural organization can be summarized as followed: a thin strand of constricted ER, called desmotubule, is encased in a tube of PM lining the cell wall. PD are seen as a specialized ER-PM membrane contact sites from the very close apposition (2 to 10 nm) of the ER and PM membranes and the presence of tethering elements bridging the two organelles. In this study, we describe the structural organization and function of several members of the MCTP (Multiple C2 domains and Transmembrane region Protein) family which act as ER-PM tethering elements at PD. We show that these proteins possess molecular features capable of transient interaction with anionic lipids of the PM, through their C2 domains, as well as ER membrane shaping, through their transmembrane region which presents homology to a reticulon domain. We further correlate MCTP function with PD architecture and biogenesis, and investigate on the role of the ER inside PD. Altogether, this work provides original data placing MCTPs as core PD proteins that appear to be crucial in the establishment of PD ultrastructure and associated functions

Dans cette thèse ont été développés des modèles mathématiques pour les procédés de distillation membranaire à contact direct (DCMD) et avec balayage gazeux (SGMD) ainsi qu’un modèle sur l’hydrodynamique des bioréacteurs membranaires anaérobiques (AnMBRs) équipés d’un système de vibration membranaire induite (MMV). Les modèles pour la DCMD et la SGMD permettent de simuler le comportement des modules plats ou à fibres creuses sous différentes conditions opératoires, sans avoir recours aux données expérimentales ou à des équations empiriques pour les transferts de masse et de chaleur. Les modèles ont été validés avec des résultats expérimentaux et de la littérature et ont permis de déterminer l'influence de différents paramètres opérationnels et de la géométrie des modules sur les performances des procédés. Le modèle développé pour les AnMBRs équipés du système MMV permet d’étudier l’effet de la vibration membranaire sur l’hydrodynamique du réservoir. L’analyse paramétrique a permis d’étudier l’effet de la fréquence et de l’amplitude des vibrations sur la vitesse du fluide et la fraction volumique des solides dans le réservoir. Dans ce travail il a été démontré que les modèles proposés pourront être potentiellement appliqués à des études expérimentales préliminaires, l’optimisation des conditions opératoires, la conception des modules membranaires ainsi que pour l’estimation des coûts des procédés
In this work have been developed general predictive models for direct contact membrane distillation (DCMD) and sweeping gas membrane distillation (SGMD) as well as a hydrodynamic model for anaerobic membrane bioreactors (AnMBRs) equipped with the induced membrane vibration (MMV) system. The DCMD and SGMD models allow simulating hollow fibre and flat sheet configurations under wide range of process conditions without empirical mass and heat transfer coefficients or laboratory experiments. The models have been validated with experimental and literature data. Indeed, the influence of operating conditions and membrane geometric characteristics on the process performance has been investigated. The model for AnMBRs with MMV studies the effect of the membrane vibration on the hydrodynamics of the AnMBR tank. The parametric study allows knowing, the effects of the vibration frequency and amplitude on the fluid velocity and volume fraction of solids. The conducted studies prove that all the proposed models would be potentially applied for the pre-experimental study, optimization of process conditions, design of membrane modules as well as for the further cost estimation of the processes

Les sites de contact membranaire (SCM) sont des régions subcellulaires où deux organites sont physiquement connectés. Ces micro-domaines, moléculairement définis par des interactions protéine-protéine et/ou protéine-membrane, sont impliqués dans la dynamique des organites et la communication inter-organites. Le champ disciplinaire des SCM s’enrichit constamment grâce à la découverte de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans l'attachement des organites entre eux. Dans ce contexte de recherche, nous avons identifié un nouvel acteur impliqué dans la formation de SCM, appelé MOSPD2 (motile sperm domain-containing protein 2). Cette protéine est ancrée dans la membrane du réticulum endoplasmique (RE) ; elle peut interagir grâce à son domaine MSP avec d’autres protéines (associées à d’autres organites cellulaires) dont la caractéristique commune est de posséder un court motif protéique nommé FFAT. Par ces interactions, MOSPD2 permet l’établissement de SCM entre le RE et les endosomes, les mitochondries et l’appareil de Golgi. Ces résultats montrent une nouvelle façon de piéger des organites dans le grand filet cytoplasmique qu’est le RE
Membrane contact sites (MCS) are specific subcellular regions where two organelles are physically connected. Such micro-domains - molecularly defined by protein-protein and/or protein membrane interactions - are involved in organelle dynamic and inter-organelle communication. The field of MCS is constantly expanding thanks to the discovery of new molecular actors involved in organelle tethering. In this context of research, we identified MOSPD2 (motile sperm domain-containing protein 2) as a new factor involved in the formation of MCS. The MOSPD2 protein is anchored to the membrane of the endoplasmic reticulum (ER); it is able to interact thanks to its MSP domain with other organelle-associated proteins which common feature is to have a short protein motif called FFAT. By binding with its protein partners, MOSPD2 establishes MCS between the ER and endosomes, mitochondria and the Golgi apparatus. These results show how a large net covering the entire cytoplasm made by the ER can trap a large variety of cellular organelles

La croissance des neurites au cours du développement neuronal nécessite une expansion de la membrane plasmique (MP) via l’insertion de nouveaux lipides et protéines. Cet événement se produit à la suite de la fusion des vésicules de sécrétion avec la MP. Cependant, plusieurs études ont montré que le transfert non-vésiculaire de lipides au niveau des sites de contact entre le réticulum endoplasmique (RE) et la MP joue aussi un rôle dans la croissance des cellules. Des membres de la famille de synaptotagmines étendues (E-Syts) ont été identifiés comme protéines de transfert des lipides dépendantes du Ca2+ au niveau des jonctions RE-MP.Nous avons découvert qu’un nouveau complexe SNARE aux sites de contact RE-MP, composé par Sec22b et Stx1, est impliqué dans la croissance des neurites bien qu’il soit incapable de favoriser la fusion membranaire. Cependant, la manière dont ce complexe participe à l’extension des neurites reste à élucider. Chez la levure, Sec22 interagit avec les protéines de transfert des lipides de la famille OSH, enrichis aux sites de contact RE-MP.Sur la base de ces observations, notre hypothèse est que le transfert non-vésiculaire de lipides induit par E-Syts au niveau des jonctions RE-MP contenant Sec22b pourrait contribuer à la croissance neuronale. L’objectif de ma thèse était d’explorer cette hypothèse. Nous montrons que Sec22b interagit avec E-Syt2 et Stx1 dans les cellules PC12 et avec E-Syt2, E-Syt3 et Stx3 dans les cellules HeLa. L’interaction Sec22b/E-Syt2 dépend du domaine Longin de Sec22b. La surexpression des E-Syts stabilise l’association Sec22b/Stx1, alors que l’inactivation des E-Syts provoque l’effet inverse. La surexpression de E-Syt2 de type sauvage, mais pas des mutants incapables de transférer les lipides ou non fixés au RE, augmentent la formation de filopodes axonaux et la ramification de neurites dans les neurones en développement. Cet effet est inhibé par une neurotoxine clostridiale clivant Stx1, par l’expression du domaine Sec22b Longin et par un mutant Sec22b ayant une extension entre les domaines SNARE et transmembranaire.En conclusion, mes résultats soutiennent l’idée que les sites de contact Sec22b/Stx1 contribuent à l’expansion de la MP via une interaction avec des protéines de transfert de phospholipides comme E-Syts
The growth of neurites during neuronal development requires a massive increase of surface area via the insertion of new proteins and lipids. This event occurs through the fusion of secretory vesicles with the plasma membrane (PM), the final step of the secretory pathway. Recently, non-vesicular transfer of lipids at contacts between endoplasmic reticulum (ER) and PM was shown to contribute to membrane expansion. Members of the ER-integral membrane protein Extended-Synaptotagmin (E-Syt) family have been identified as Ca2+-dependent lipid transfer proteins at ER-PM contact sites, and shown to transfer glycerophospholipids via their lipid binding domains. The laboratory previously found that a novel ER-PM SNARE complex, composed of the ER-resident Sec22b and the neuronal plasmalemmal Stx1, is involved in neurite growth despite being unable to mediate membrane fusion. However, how this complex participates to neurite extension remained to be elucidated. In yeast, Sec22 interacts with lipid transfer proteins of the OSH family, enriched at the ER- PM contacts, supporting a role for Sec22b-populated ER- PM junctions in non-vesicular lipid transport between these bilayers. Based on these observations, our starting hypothesis was that E-Syts-mediated non-vesicular lipid transfer at Sec22b-populated ER-PM contacts, might contribute to neurite growth. The goal of my PhD was to explore this hypothesis with two specific questions: 1-What are the partners of Sec22b complexes which might be involved in the unconventional mechanisms of membrane expansion? 2-What is the mechanism whereby the non-fusogenic SNARE Sec22b/Stx1 complex acts in neuronal development?Here we show that Sec22b interacts with E-Syt2 and Stx1 in PC12 cells and with E-Syt2, E-Syt3 and Stx3 in HeLa cells. Overexpression of E-Syt2 stabilized Sec22b-Stx3 association, whereas silencing of E-Syt2 had the opposite effect. Overexpression of E-Syt2 full length, but not the mutant forms which are unable to transfer lipids or attach to the ER, increased the formation of filopodia particularly in the growing axon. Finally, this effect was inhibited by a clostridial neurotoxin cleaving Stx1, by the expression of Sec22b Longin domain and a by a Sec22b mutant with extended linker between SNARE and transmembrane domains.In conclusion, these results support the hypothesis that Sec22b/Stx1 junctions may contribute to membrane expansion via an interaction with phospholipid transfer proteins like E-Syts

Les cellules eucaryotes sont caractérisées par le cloisonnement des organelles par des membranes. La communication entre les différents compartiments cellulaires est assurée par deux voies de transport : le transport vésiculaire et transport non-vésiculaire. Le transport vésiculaire permet à la fois le trafic des protéines et des lipides d'un compartiment à un autre, alors que le transport non-vésiculaire permet uniquement le trafic des lipides. En effet, les lipides jouent un rôle essentiel dans l'organisation cellulaire. Au cours de ma thèse, je me suis intéressé au rôle des lipides dans le trafic intracellulaire, en utilisant la levure comme organisme modèle. Dans une première partie de ma thèse, j'ai étudié les hélices amphipathiques qui permettent le ciblage des protéines vers des compartiments cellulaires spécifiques. Dans une étude précédente, réalisé au laboratoire a montré que ces hélices amphipathiques interagissaient directement avec les lipides membranaires, ce qui permet un adressage spécifique des protéines en fonction des environnements lipidiques dans la cellule. Deux hélices amphipatiques ont fait l’objet de cette étude : le motif ALPS qui cible les vésicules de la voie sécrétoire précoce, et alpha-synucléine qui reconnaît et fixe les vésicules du compartiment trans-Golgi-membrane plasmique. Dans cette première partie de la thèse j’ai cherché à identifier des motifs similaires à celui d’alpha-synucléine dans les protéines de levure, et de déterminer leurs rôles dans la cellule. Dans une seconde partie de ma thèse, en collaboration avec le laboratoire du Dr Thierry Galli, j'ai étudié de nouveaux composants impliqués dans le métabolisme lipidique aux sites de contact entre le réticulum endoplasmique et la membrane plasmique. Les sites de contact membranaires sont des régions de proches appositions (de l'ordre de 10 à 30 nm) entre deux membranes, généralement entre la membrane du réticulum endoplasmique (RE) et une autre organelle. Ce sont principalement des sites de transfert des lipides et d'ions. Maja Petkovic dans le laboratoire de Thierry Galli a fait la découverte que la protéine SNARE du RE, Sec22, interagit avec une syntaxine (Stx1) de la membrane plasmique dans les neurones, ce qui permet un nouveau mécanisme de contact entre ces deux membranes. J’ai donc essayé de voir si ce mécanisme est conservé chez la levure. Les résultats que j'ai obtenus ont confirmé que la levure Sec22 est capable d'interagir avec une protéine SNARE SSO1 localisée à la membrane plasmatique et homologue de Stx1. J'ai trouvé par co-immunoprecipitation que Sec22 et SSO1 deux interagissent avec les protéines de transfert des lipides localisées aux sites de contact. L'utilisation d'une sonde spécifique au Phosphatidylinositol-4 phosphate (PI4P), nous a permis de montrer que Sec22 est impliquée dans la régulation du niveau de PI4P à la membrane plasmique. Pour disséquer les deux fonctions de Sec22, dans la voie sécrétoire et aux sites de contact, nous avons utilisé l'approche des suppresseurs multicopies dans la levure. Parmi les suppresseurs identifiés, nous avons trouvé le Sfh1, une protéine qui a un rôle potentiel dans le transfert des lipides. Ces résultats confirment bien ceux obtenus par l’équipe de Thierry Galli, montrant que Sec22 a un nouveau rôle aux sites de contact entre le RE et la membrane plasmique et suggèrent que ce complexe SNARE pourrait être impliqué dans transfert de lipides chez la levure
Eukaryotic cells are characterized by their internal membrane compartmentalization, with the various specialized organelles of the cell bounded by lipid membranes. Communication between different cellular compartments occurs via two transport pathways: vesicular transport and non-vesicular transport. Vesicular transport carries both proteins and lipids from one compartment to another in cells, whereas non-vesicular transport carries only lipids. An emerging idea is the important role that lipids play in cellular organization. Lipid binding amphipathic helices such as the ALPS (amphipathic lipid packing sensor) motif are targeted to membranes of a specific lipid composition, and hence act to transfer information encoded in membrane lipids to the vesicle trafficking machinery. The lipid composition of the membranes of different organelles is therefore of great importance. One mechanism that cells use to maintain the distinct lipid compositions of organelles is lipid transport, which occurs preferentially at membrane contact sites (MCS). MCS are regions of close appositions, on the order of 10 to 30 nm, between two membranes, generally between the membrane of the endoplasmic reticulum (ER) and another organelle. In my thesis, I addressed two aspects of how lipids and their transport function in intracellular trafficking, using yeast as a model system. First, I studied amphipathic motifs that mediate targeting of proteins to specific compartments in cells. Lipid binding amphipathic helices were shown in a previous study in the laboratory to mediate specific targeting to distinct lipid environments via direct protein-lipid interactions, both in vitro and in cells. One of these, the ALPS motif, targets vesicles of the early secretory pathway. The other, alpha-synuclein, targets vesicles travelling between the late Golgi, the plasma membrane and endosomes. I studied new potential alpha-synuclein-like motifs in yeast proteins, and their roles in cells. In a second project, in collaboration with the laboratory of Dr. Thierry Galli, I studied new compenents involved in lipid metabolism at contact sites between the endoplasmic reticulum and the plasma membrane. Maja Petkovic in the laboratory of Thierry Galli made the important discovery that the ER-localized SNARE protein Sec22 interacts with a plasma membrane syntaxin in neurons, thus providing a novel mechanism for mediating close contact between these two membranes. I addressed the question of whether this mechanism is conserved in yeast. The results I obtained confirmed that yeast Sec22 is able to interact with a SNARE protein localized to the plasma membrane, Sso1. I found by co-immunoprecitation that Sec22 and Sso1 both interact with lipid transfer proteins localized to ER-plasma membrane contact sites. Using a specific probe for phosphatidylinositol-4 phosphate (PI4P), we showed that Sec22 was involved in regulating the level of PI4P at the plasma membrane. These results extend to yeast those obtained by Maja Petkovic, Thierry Galli and colleauges showing that Sec22 has a novel role at ER-plasma membrane contact sites, and suggest that this SNARE complex might be implicated in lipid transfer at these sites in yeast

Le déploiement des structures membranaires pressurisées est un sujet intéressant qui trouve des applications pratiques dans l'industrie spatiale. Son étude présente du point de vue mécanique un défi intéressant dans la mesure où elle fait intervenir plusieurs non-linéarités : celle géométrique due aux grandes transformations, celle matérielle due aux lois de comportement hyperélastiques des membranes, celle due à la pression de gonflage étant un chargement suiveur et enfin la non-linéarité des conditions aux limites de contact. Dans ce travail, le déploiement est étudié en quasi-statique à partir de deux études complémentaires : l'expérimentation et la modélisation numérique. L'expérimentation comprend deux parties : (i) l'identification des caractéristiques thermomécaniques des matériaux membranaires par une méthode de mesure sans contact; (ii) la campagne d'essais de déploiement effectuée sur des tubes pliés soumis à différentes charges mortes appliquées à leur extrémité supérieure. Le développement numérique s'effectue sous l'hypothèse du contact lisse et suit deux approches distinctes : (i) la première utilise le principe des travaux virtuels en lagrangien augmenté et conduit aux éléments finis de membrane classiques avec contact; (ii) la seconde est une approche plus simple et plus adaptée au problème en question, elle consiste à minimiser l’énergie potentielle pénalisée sous une contrainte de volume. Dans les deux approches, les algorithmes de contact lisse implémentés sont validés sur différents exemples de contact de membranes pressurisées. Ensuite, les résultats numériques obtenus sur le déploiement quasi-statique des tubes sont confrontés aux résultats expérimentaux. Les courbes de réponse donnant la flèche en tête du tube en fonction de la pression interne montrent une bonne concordance entre les mesures et les simulations numériques
The deployment of membrane structures is an attractive research subject which interests particularly the spatial industry for its direct applications. This study is a significant challenge from the mechanical point of view, because of the various non linearities involved: the geometrical one due to finite deformations, the material one through a hyperelastic constitutive law of membranes, the inflation pressure which is a follower loading, and the contact-type boundary conditions. In this work, the deployment is dealt with in quasi-statics following two complementary studies : the experimentation and the numerical simulation. The experimentation contains two parts: (i) identification of the thermomechanical properties of the membrane materials by a contactless measure procedure; (ii) a series of deployment measurements conducted on folded tubes, subjected to different dead loads applied at their top side. The numerical development is carried out under the frictionless contact hypothesis by means of two distinct approaches: (i) the first uses the augmented Lagrangian version of the principle of virtual works, giving rise to the classical membrane finite element with contact; (ii) the second one -simpler and more suited for the problem in hand - consists in minimizing the penalized potential energy under a volume constraint. In both approaches, the implemented frictionless contact algorithms are validated through different examples of pressurized membranes in contact. Finally, the numerical results of the quasi-static deployment of folded tubes are compared with experimental results. The curves giving the deflection at the tip of the tube versus the internal pressure shows a good correlation between the measurement and the numerical model

Les mitochondries sont des organelles très dynamiques qui subissent des phénomènes de fission et de fusion constants de leurs membranes extérieures et intérieures. Ces processus sont essentiels pour le maintien des fonctions mitochondriales essentielles telles que la phosphorylation oxydative ou la signalisation du calcium. D’un point de vue moléculaire, la fusion et la fission mitochondriale dépendent tous les deux des grandes GTPases de la famille des protéines de type dynamine. Les dynamines qui favorisent l’attachement et la fusion des membranes mitochondriales extérieures sont appelés les mitofusines.La mitofusine de la levure Fzo1 est une GTPase transmembranaire située dans la membrane externe de la mitochondrie. Son oligomérisation favorise l’attachement suivi de la fusion de la membrane externe mitochondriale. Fzo1 a été proposé récemment comme une protéine d’attachement potentielle entre les peroxysomes et les mitochondries lorsqu’elle est surexprimée. Cependant, on ignore si Fzo1 est présent sur les membranes peroxysomales dans les cellules sauvages ou si cette localisation extra-mitochondriale est une conséquence de la surexpression. De plus, nous ne savons toujours pas comment le Fzo1 peroxysomal et le Fzo1 mitochondrial interagissent dans ces contacts et quel est leur rôle dans la cellule. Durant ma thèse, j’ai pu prouver que Fzo1 se trouve réellement aux peroxysomes dans des conditions physiologiques et oligomérise avec le Fzo1 mitochondrial créant ainsi des contacts Fzo1-Fzo1 entre les peroxysomes et les mitochondries que nous appellerons maintenant des contacts « Permit Fzo1-dépendants ». On a découvert que ces contacts sont modulés par les niveaux de Fzo1 qui sont étroitement régulés par la ligase ubiquitine appelée Mdm30 mais aussi en fonction des niveaux de désaturation des acides gras dans la cellule. D’un point de vue fonctionnel et après avoir écarté plusieurs possibilités, nous avons trouvé que le rôle des contacts Permit Fzo1-dépendants est de réguler la fusion mitochondriale à travers le cycle glyoxylate, un processus qui permet aux cellules de convertir des composés unitaires de C2 en précurseurs de C4 pour la biosynthèse des acides aminés et des glucides. Nous avons découvert que les contacts Permit Fzo1-dépendants permettent le transfert mitochondrial des produits intermédiaires du cycle de glyoxylate pour stimuler la fusion mitochondriale. Ces résultats révèlent ainsi une réponse des organelles aux changements de désaturation des acides gras et aux besoins métaboliques de la cellule pour réguler la fusion mitochondriale.Enfin, les résultats obtenus au cours de ma thèse ont enrichi nos connaissances sur les contacts entre organelles et nous ont permis de prouver que Fzo1 est localisé sur les membranes mitochondriales et peroxysomales dans les cellules de type sauvage de levure. Nos études montrent également que les contacts Permit Fzo1-dépendants sont modulés en fonction des besoins de la cellule car ils jouent un rôle crucial dans l’entretien de la fusion mitochondriale en créant un raccourci possible pour les produits intermédiaires du cycle du glyoxylate pour atteindre les mitochondries lorsque cela est nécessaire
Mitochondria are highly dynamic organelles that undergo constant fission and fusion of their outer and inner membranes. These processes are critical to maintain essential mitochondrial functions such as oxidative phosphorylation or calcium signaling. On a molecular basis, mitochondrial fusion and fission both depend on large GTPases of the Dynamin-Related Protein (DRP) family. The DRPs that mediate attachment and fusion of mitochondrial outer membranes are called the Mitofusins. The yeast mitofusin Fzo1 is located in the mitochondrial outer membrane. Its oligomerization promotes mitochondrial tethering followed by mitochondrial outer membrane fusion. Fzo1 has recently been proposed as a potential tether between peroxisomes and mitochondria when overexpressed. However, whether Fzo1 is present on peroxisomal membranes in WT cells or whether this extra-mitochondrial localization is a consequence of overexpression is unknown. In addition, we still don’t know how peroxisomal and mitochondrial Fzo1 mediate these contacts and their purpose in the cell. In my thesis, we were able to prove that Fzo1 naturally localizes to peroxisomes and oligomerizes with the mitochondrial Fzo1 thus creating Fzo1-Fzo1 contacts between peroxisomes and mitochondria which we will now call “Fzo1-mediated permit” contacts. We found that these contacts are modulated by Fzo1 levels which are tightly regulated by an SCF ubiquitin ligase called Mdm30 but also depending on fatty acid desaturation levels in the cell. From a functional standpoint, we found that the role of Fzo1-mediated permit contacts is to regulate mitochondrial fusion through the glyoxylate cycle, a process which allows cells to convert C2 unit compounds to C4 precursors for amino acid and carbohydrate biosynthesis. We discovered that Fzo1-mediated permit contacts allow the mitochondrial transfer of early byproducts of the glyoxylate cycle to stimulate mitochondrial fusion. In fine, the results obtained during my thesis enriched our knowledge on organelle contacts and allowed us to prove that Fzo1 is localized on both mitochondrial and peroxisomal membranes in wild type cells. Our studies also show that Fzo1-mediated permit contacts are modulated according to the cell’s needs as they play a crucial role in upkeeping mitochondrial fusion by providing a possible shortcut for byproducts of the glyoxylate cycle to reach mitochondria when direly needed

La protéine OSBP est un transporteur de lipides qui régule la distribution cellulaire du cholestérol. OSBP comprend un domaine PH, deux séquences « coiled coil », un motif FFAT (deux phénylalanines dans un environement acide), et un domaine de liaison de lipides (ORD) à son extrémité C-terminale. Le domaine PH interagit avec le PI(4)P et la petite protéine G Arf1-GTP au niveau du Golgi, alors que le motif FFAT interagit avec la protéine VAP-A, résidente du réticulum endoplasmique (RE). En liant simultanément tous ces déterminants, OSBP stabilise des sites de contact membranaire entre RE et Golgi, permettant ainsi un contre-échange cholestérol / PI(4)P par l'ORD. OSBP contient également une longue séquence N-terminale d’environ 80 aa, intrinsèquement désordonnée, composée principalement de glycine, proline et d'alanine. Nous démontrons que la présence de ce N-terminus désordonné augmente le rayon de Stoke de OSBP tronquée du domaine ORD, et limite sa densité d’association sur la membrane portant le PI(4)P. La protéine dépourvue du N terminus favorise l'agrégation symétrique des liposomes PI(4)P (mimant la membrane du Golgi) par les deux domaines PH du dimère OSBP, alors que la présence de la séquence désordonnée empêche cette association symétrique. De même, nous observons que la distribution d’OSBP sur la membrane de vésicules unilamellaires géantes (GUV) varie selon la présence ou l'absence du N-terminus. En présence de la séquence désordonnée, la protéine est répartie de manière homogène sur toute la surface du GUV, alors que la protéine sans N-terminal a tendance à s'accumuler à l'interface entre deux GUV de type Golgi. Cette accumulation locale ralentit fortement la mobilité de la protéine à l’interface. Un effet similaire du N-terminal sur la dynamique des protéines est observé lorsque l’association de membranes de type ER et Golgi est assuré par des protéines monomériques (dépourvue du coiled coil) en présence de Vap-A. Les résultats de nos expériences in vitro ont été confirmés en cellules vivantes, où la séquence intrinsèquement désordonnée contrôle le recrutement d’OSBP sur les membranes Golgiennes, sa mobilité et sa dynamique d’activité au cours des cycles de transfert de lipides. La plupart des protéines de la famille d’OSBP contiennent des séquences N-terminales de faible complexité, suggérant un mécanisme général de régulation
Oxysterol binding protein (OSBP) is a lipid transfer protein that regulates cholesterol distribution in cell membranes. OSBP consists of a pleckstrin homology (PH) domain, two coiled-coils, a “two phenylalanines in acidic tract” (FFAT) motif and a C-terminal lipid binding OSBP-Related Domain (ORD). The PH domain recognizes PI(4)P and small G protein Arf1-GTP at the Golgi, whereas the FFAT motif interacts with the ER-resident protein VAP-A. By binding all these determinants simultaneously, OSBP creates membrane contact sites between ER and Golgi, allowing the counter-transport of cholesterol and PI(4)P by the ORD. OSBP also contains an intrinsically disordered ~80 aa long N-terminal sequence, composed mostly of glycine, proline and alanine. We demonstrate that the presence of disordered N-terminus increases the Stoke’s radius of OSBP truncated proteins and limits their density and saturation level on PI(4)P-containing membrane. The N-terminus also prevents the two PH domains of OSBP dimer to symmetrically tether two PI(4)P-containing (Golgi-like) liposomes, whereas protein lacking the disordered sequence promotes symmetrical liposome aggregation. Similarly, we observe a difference in OSBP membrane distribution on tethered giant unilamellar vesicles (GUVs), based on the presence/absence of N-terminus. Protein with disordered sequence is homogeneously distributed all over the GUV surface, whereas protein without N-terminus tends to accumulate at the interface between two PI(4)P-containing GUVs. This protein accumulation leads to local overcrowding, which is reflected by slow in-plane diffusion. The effect of N-terminus is also manifested in monomeric OSBPderived proteins that tether ER-like and Golgi-like membranes in the presence of VAP-A. Findings from our in vitro experiments are confirmed in living cells, where N-terminus controls the recruitment of OSBP on Golgi membranes, its motility and the on-and-off dynamics during lipid transfer cycles. Most OSBP-related proteins contain low complexity N-terminal sequences, suggesting a general effect

Cette étude porte sur la modélisation dynamique d'un pilote d'extraction liquide-liquide avec des contacteurs membranaires à fibres creuses. L'objectif de ce travail est donc le développement d'un outil de modélisation afin d'optimiser des contacteurs membranaires à fibres creuses pour l'extraction liquide-liquide dans deux applications différentes : l'extraction d'arômes et de cuivre des solutions aqueuses. Un modèle axial-radial et à fibre unique basé sur une analyse des résistances en série ont été décrits. Il a aussi été développé un modèle en régime transitoire capable de prédire la concentration en soluté dans les réservoirs d'alimentation en fonction du temps. Ces deux modèles ont été couplés afin de former un modèle dynamique intégré pour l'extraction liquide-liquide avec une unité membranaire. Une étude expérimentale a permis de déterminer le mécanisme d'extraction avec plusieurs systèmes et solvants et ainsi valider le modèle dynamique intégré. Le modèle a permis ensuite la détermination de l'influence de divers paramètres comme la configuration, la structure des membranes, l'hydrodynamique et les conditions de transport ou opératoires sur l'efficacité de la vitesse d'extraction
The current study deals with the dynamic modelling of hollow fiber membrane contactor extraction plant. The objective of the study is to develop a simulation tool in order to optimize the membrane contactors for liquid-liquid extraction in two different applications: aroma and copper extraction from aqueous solutions. Axial-radial stage and single-fiber model of hollow fiber membrane contactor have been proposed based on resistance-in-series model. A separate dynamic model across reservoir has been developed based on macroscopic unsteady state mass transfer balance. Both models are, then, coupled to consolidate into an integrated dynamic model of the membrane-based solvent extraction plant. Experiments have been carried out to verify the reaction mechanism of various solvent extraction systems and to validate the integrated dynamic model. Model has been used to determine the influence of different module configurations, membrane structural para meters, hydrodynamic, transport and operating conditions upon the extraction efficiency and speed of extraction

STARD3 est une protéine endosomale de la famille START (Steroidogenic Acute Regulatory (StAR) Related lipid Transfer), qui lie le cholestérol. STARD3 module l’organisation de la cellule en formant des sites de contact membranaire entre les endosomes et le réticulum endoplasmique (RE). Le lien entre les sites de contact membranaire et le transport du cholestérol n’était pas compris. Dans ce travail, nous montrons que STARD3 en interagissant avec les protéines VAPs (VAMP–Associated Proteins) bâtit une machine moléculaire autonome qui transporte le cholestérol au niveau des contacts RE–endosomes. Ce transport permet la formation de membranes internes dans les endosomes et est potentiellement impliqué dans le fonctionnement de ces organites. De plus, nous avons étudié la fonction de STARD3 dans la maladie Niemann Pick type C, qui est caractérisée par une anomalie du transport de cholestérol dans les endosomes
STARD3 is an endosomal sterol-binding protein which belongs to the START protein family. Remarkably, STARD3 modulates the cellular organization by creating membrane contact sites between the endoplasmic reticulum (ER) and endosomes. The link between ER-endosome contact sites and cholesterol transport was not understood. In this work, we showed that STARD3 and its ER–resident partner, VAMP–associated protein (VAP), assemble into a machine that allows a highly efficient transport of cholesterol within ER–endosome contacts. This cholesterol transport provides building blocks for endosome inner membranes formation, and is probably involved in endosome dynamics. Furthermore, we studied STARD3 function in Niemann Pick type C disease, a condition characterized by an impairment of endosomal cholesterol export

Les procédés membranaires sont considérés comme l’une des technologies de rupture les plus prometteuses pour les opérations de cristallisation/précipitation. Les matériaux les plus exploités à ce jour sont poreux mais leurs limitations en terme de bouchage de pores et de mouillage entravent le bon déploiement du procédé. L’utilisation de matériaux denses permettrait de s’affranchir de ce phénomène de colmatage des pores tout en conservant les bénéfices apportés par les procédés membranaires. Dans une première partie expérimentale, le composé modèle choisi, le BaCO3, est précipité dans un contacteur membranaire gaz-liquide et liquide-liquide, opéré dans les deux cas en conditions statiques. Cette configuration permet de s’affranchir de l’influence de l’hydrodynamique. Les interactions membranes-cristaux sont étudiées sur divers matériaux polymères denses. La perméabilité des espèces réactives et la tension de surface sont les deux paramètres ayant un impact majeur sur la localisation de la précipitation et la capacité à décrocher les cristaux déposés de la surface du matériau. Le PDMS et le Teflon AF 2400 ont été retenus comme étant les deux matériaux les plus prometteurs pour l’application visée car ils ne présentent pas de colmatage interne et de surface. Une deuxième partie expérimentale a été menée en conditions dynamiques sur le même composé modèle, en système gaz-liquide. Des modules membranaires de fibres creuses autosupportées (PDMS) et de fibres creuses composites (PP-Teflon AF 2400) ont été utilisés. Les études réalisées sur l’influence des paramètres opératoires ont présenté des résultats semblables à ceux des contacteurs membranaires utilisés pour le captage du CO2 : la résistance au transfert de matière est majoritairement localisée dans la phase liquide. Les performances stables obtenues sur le module PP-Teflon AF 2400 d’une compacité de 10 % ont permis de valider le concept. La géométrie du module, en particulier sa compacité, est un critère primordial pour limiter le colmatage du module. Enfin, une modélisation de mécanique des fluides en 2D, par la méthode des éléments finis, a été menée. Le modèle repose sur l’ajustement d’un seul paramètre cinétique. Les profils de concentration simulés ne sont pas satisfaisants. En revanche, le modèle permet de prédire correctement la productivité des cristaux
Membrane processes are considered as one of the most promising breakthrough technology for crystallization/precipitation operations. Porous materials have been extensively investigated but they have shown some serious limitations due to pore blocking and wetting phenomenon. The use of a dense membrane is expected to circumvent the pore blocking issue while keeping the advantages of membrane processes. In a first part, the model compound, BaCO3, is precipitated within a gas-liquid or liquid-liquid membrane contactor working under static conditions for both systems. In this configuration, hydrodynamic influences are avoided. The membrane-crystals interactions are studied using several dense membrane polymers. Permeability of both reactant species and surface tension are the key parameters to be considered. Indeed, these parameters greatly affect the deposit location of the crystals and their adherence on the membrane surface. Fouling within the membrane and on the surface are prevented with PDMS and Teflon AF 2400 which are thereby the two most promising materials for the given application. In a second part, the same model compound is precipitated in gas-liquid system under dynamic conditions. Self-supporting (PDMS) and composite hollow fibers (PP-Teflon AF 2400) are studied. Investigations on the operating condition influences show similar results to those obtained with membrane contactor used for CO2 capture: resistance to mass transfer is mainly located in the liquid phase. Proof of concept is supported by the stable performances obtained with the PP-Teflon AF 2400 module of 10 % packing ratio. The module geometry, and more specifically its packing ratio, is an important criterion to take into account to avoid module blocking. Finally, 2D computational fluid dynamics simulations, using the finite element method are performed. One single kinetic parameter is used to fit the experimental data. The simulated concentration profiles are not satisfactory. Nonetheless, predictability of the model seems to be promising: crystal productivities are rather well estimated

La communication intercellulaire est essentielle pour le développement et la survie d'organismes multicellulaires. Dans le règne végétale, une des voies privilégiée pour la communication intercellulaire est la voie symplastique qui implique des canaux aux dimensions nanométriques connectant les cellules entre elles, leur permettant d'échanger directement photo-assimilats, miARN, protéines, oligoéléments etc. Observés pour la première fois en 1880 par le botaniste autrichien Eduard Tangl (Tangl 1880; Kohler & Carr 2006), ils ont longtemps été considérés comme de simples trous perméables permettant la diffusion de matériel cellulaire (Lee & Lu 2011; Oparka & Roberts 2001). Etant donné leurs taille nanoscopique, ce n'est que dans les années 1960, avec la démocratisation de la Microscopie Électronique en Transmission (MET) qui permet d'atteindre , que les premiers modèles ultrastructuraux sont établis (Lopez-Saez 1965; Robards 1970). Ils font état d'un canal d'environ 30 à 40 nm de diamètre avec un élément central cylindrique traversant le pore, appelé le desmotubule, connecté au Réticulum Endoplasmique des deux cellules (Figure 1 of our review Tilsner et al. 2016). Dans les années 1980 notre compréhension des plasmodesmes a quelque peu évolué et nous savons maintenant que ces structures ne sont pas de simples trous mais des structures membranaires très spécialisées et régulées (Lucas & Lee 2004; Faulkner & Maule 2011; Furuta et al. 2012). Le modèle ultrastructural actuel découle de la congrégation d'études ultrastructurale, physiologiques et pharmacologiques plus ou moins anciennes dépeignant une structure morphologiquement très souple et changeant de conformation au cours du développement. Les plasmodesmes peuvent réguler leur ouverture/fermeture par la constriction de leurs extrémités grâce à l'accumulation entre la membrane plasmique et la paroi végétale d'un polymère de sucre, la callose qui va pousser la membrane plasmique contre le desmotubule et en obstruer les entrées. Cette modulation permettrait majoritairement de réguler les flux intercellulaires qui impliquent les plasmodesmes. Cependant nos connaissances sur les remaniements membranaires prenant place durant le développement des plasmodesmes et sur la régulation de leur perméabilité sont encore imparfaites.La microscopie électronique en transmission, malgré l'ancienneté de la technique, est l'une des plus résolutive, largement utilisée en biologie. Avec l'amélioration des techniques de préservation d'échantillons, notamment les cryo- méthodes, elle permet d'atteindre à l'heure actuelle des résolutions inférieures à 5 nm en condition contrastée et inclus en résine et peut descendre en dessous du nanomètre pour la cryo-microscopie. Ce potentiel permet aisément l'étude des sous-compartiments cellulaires de l'ordre du µm tel que mitochondries, chloroplastes, noyaux etc. (Frey et al. 2002) mais permet également l'étude ultrastructurale précise de structures de l'ordre de la dizaine de nm (Beck et al. 2007; Al-Amoudi et al. 2007).En revanche, dans son utilisation classique, la microscopie électronique ne permet pas d'accéder à la troisième dimension de l'espace, rendant difficile l'interprétation de structure à l'architecture quelque peu compliquée. En effet, les images produites ne sont que des projections en deux dimensions d'objets en trois dimensions. Cela a mené au développement de la tomographie électronique en transmission (Crowther et al. 1970), méthode basée sur un concept mathématiques formulé par Johann Radon au XIXe siècle. Ce n'est que dans les années 2000 que la tomographie électronique a pris un essor significatif grâce au couplage avec des méthodes d'automatisation informatiques
Plasmodesmata were first observed by Austrian botanist Eduard Tangl in 1880. He devoted himself to studying the anatomy and cytology of plants and his greatest discovery, of course, was the observation and first characterization of plasmodesmata (Tangl 1880, 1884 and 1885). Despite not having access to their ultrastructure, he observed thin striations (see front page engraving) between cotyledon cells of Strychnos nuxvomica and in the endosperm of seeds and described them as being conductive ducts. Already at the time, he was evoking the idea that these strands "unite them [the cells] to an entity of higher order", in other words formulating the first definition of a symplastic domain. lt is only in 1901 that Strasburger finally names these canals "plasmodesmata". His discovery led to a radical change in our conception of the plant entity and brought in new concepts such as the symplasm (Munch 1930) and transmembrane fluxes between cells, which are now being tackled with great interest by numerous research teams around the globe.Because of their size, plasmodesmata ultrastructure was not accessible until the advent of electron microscopy and they were long thought to be simple holes connecting plant cells one-another with no specific regulation. lt is only with the advent of electron microscopy and chemical fixation that botanists started to gain interest in this structure again. And even with these methods allowing the observation of structures down to several nanometers in size, there are still debates on the nature of the canal, its constituents and physiology (Lopez-Saez J. 1965, Robards A. 1970, Ding et al. 1992, Tilney et al. 1991, Overall and Gunning 1982, Schulz et al. 1995).Nowadays, with the advent of modern cryopreservation and three-dimensional electron tomography methods, great improvements are to be done in the understanding of the ultrastructure and physiology of these mysterious canals. More particularly by understanding the link between the membranous rearrangements taking place in these pores and the molecular transit regulation.My work has led us to view plasmodesmata as specialised Membrane Contact Sites (MCS). Hence, by analogy with MCS found in mammals, yeast and plants, this work embraces an original angle on the speculation of the composition and role of the desmotubule-plasma-membrane tethering complex. The work produced during my thesis allowed me to contribute to the publication of one review and two articles, which will constitute the introduction and two main sub-sections of the results chapter, respectively. The introductory review has been published in 2016 in Annual Review of Plant Biology. The first one is still under reviewing at Nature Plant and the other has been published in The Plant Cell journal in April 2015

L'objectif primordial de cette thèse est la recherche de modèles mathématiques qui sont à mieux de décrire le processus d'absorption gaz-liquide dans un contacteur membranaire à fibres creuses poreuses ou denses. La configuration géométrique de ces contacteurs combinée à leur compacité, et de leur faible consommation d'énergie leur permet de se substituer progressivement aux procédés conventionnels tels les colonnes à garnissage et autres tours d'absorption. Notre but est d'étudier la performance de ces processus novateurs par l'élaboration de modèles mathématiques de plus en plus rigoureux. Pour cela, nous avons étudié plusieurs cas de figures où l'hydrodynamique d'écoulement des fluides, la nature du soluté et/ou du solvant ont été changées. Dans un premier temps, il n'a été tenu compte que de l'hydrodynamique du compartiment côté fibre pour deux types de processus d'absorption avec et sans réaction chimique. Par la suite, l'hydrodynamique d'écoulement des fluides dans le côté fibre comme côté calandre a été prise en considération. Des modèles ont été développés pour l'absorption classique de gaz carbonique dans des solutions de monoéthanolamine (liquide d'absorption de référence) où l'écoulement du fluide côté calandre est assimilé à un écoulement piston dans un premier cas, obéissant au modèle dit de surface libre "modèle de Happel" dans un deuxième cas, et enfin caractérisé par des équations de moments de Navier-Stokes dans un troisième cas. La comparaison des résultats numériques de ces modèles a montré que ceux du troisième cas de figure sont les plus proches des résultats d"essais expérimentaux
The overarching objective of this thesis is the research of mathematical models which are better to describe the process of gas-liquid absorption in a membrane contactor with porous or dense hollow fibers. The geometric configuration of these contactors, combined with their low energy consumption and their compactness, allows them to gradually replace conventional processes such as packing towers and absorption columns. Our goal is to study the performance of these innovative processes by developing more rigorous mathematical models. In this scope, we studied several cases where the hydrodynamics of fluid flow, the nature of the solute or solvent have been changed. First, only the hydrodynamics of the fibre side compartment has been taken into account for two types of an absorption process with and without chemical reaction. Subsequently, the hydrodynamics of fluid flow in both the fiber side as shell side were taken into consideration. Models have been developed for classical carbon dioxide absorption in monoéthanolamine solutions (liquid absorption of reference) where the flow fluid in the shell were is assumed to obey a plug-flow in a first case, described by the surface free model known as "Happel model" in a second case, and finally characterized by the momentum Navier-Stokes equations in a third case. The comparison of the numerically simulated results collected from the three models showed that those of the third case matched very closely with the laboratory experimental results

Le travail présenté porte sur le couplage d’un procédé membranaire à extraction liquide-liquide avec un bioréacteur impliquant des molécules hydrophobes. La bioconversion modèle utilisée est la production de cis-2-methyl-5-isopropylhexa-2,5-dienal (isonovalal) à partir d’α-pinène oxyde, instable en phase aqueuse, par des cellules entières perméabilisées de Pseudomonas rhodesiae (CIP 107491). La production d’isonovalal en milieu biphasique eau (tampon phosphate)/hexadécane présente des verrous technologiques importants, dont une inactivation de l'enzyme à l'interface eau-solvant organique ainsi que l'apparition d'une émulsion stable. L’intérêt de la membrane porte sur l'absence de formation d'émulsion et sur l’augmentation de la durée de vie du biocatalyseur en raison de l'absence de contact direct du biocatalyseur avec l'interface liquide-liquide. La nature de la membrane a été choisie à partir de l'analyse des propriétés physico-chimiques du matériau et de l’étude des affinités entre membrane et composés d’intérêt (solutés, solvants). Il a été montré que les conditions d'écoulement au voisinage de la membrane, notamment du côté aqueux, jouent un rôle prépondérant sur les vitesses de transfert. Ce résultat souligne l'importance du design et des conditions d'opération du module membranaire sur les capacités de transfert. Le couplage de l’extraction membranaire liquide-liquide et de la réaction biologique a conduit à la mise en place d’un système bi-membranaire. Le prototype développé a permis de doubler les capacités catalytiques (+ 100 % d’isonovalal par gramme de biomasse) ainsi que de la durée de vie du biocatalyseur (160 h contre 80 h) par rapport à la même bioconversion réalisée en système biphasique conventionnel
The study deals with the combination of a membrane process based on liquid/liquid extraction with a bioreactor producing hydrophobic molecules. The bioconversion used is the production of cis-2-methyl-5-isopropylhexa-2,5-dienal (isonovalal) from α-pinene oxide (unstable in aqueous phase) by whole cells of Pseudomonas rhodesiae (CIP 107491). The production of isonovalal in two-phase medium water/organic is known about but presents important technological brakes. Membrane interest concerns the stabilization of liquid/liquid interface and capacity to increase the biocatalyst life-time. Membrane nature is chosen from the analysis of physical and chemical properties of membrane material and study of the affinities between membrane and interest compounds (solutes, solvents). Two membrane contactors are designed and implemented on laboratory scale to study transfers between liquid phases. It is shown that the hydrodynamic conditions in the membrane neighborhood, in particular on aqueous side, play a major role on transfer speeds. This result underlines the importance of design and operation conditions in membrane module about the transfer capacities. The combination of liquid/liquid membrane extraction and biological reaction with unstable substrate had been studied and lead to the implementation of a serial bi-membrane system. The developed prototype, equipped with a PTFE membrane (polytetrafluoroethylene) with 0.22 μm pores’ diameter, highlights a doubling of catalytic capacities (+ 100 % of isonovalal per gram of biomass) as well as biocatalyst life-time (160 hours against 80 hours) compared with the same bioconversion realized in conventional two-phase medium system

Ce travail est consacré à la séparation du CO2 d'un syngas pour produire de l'hydrogène de haute pureté par contacteurs membranaires. Le pilote construit au laboratoire utilise des contacteurs à fibres creuses (HFMC). Un premier jeu de données montre que la pureté reste sous le seuil de 99%. Un modèle théorique d'équilibre a permis d'expliquer cela par les concentrations résiduelles de carbonate CO2/3− et de bicarbonate HCO3−. Cela a permis de proposer une nouvelle approche reposant sur la variation du pH (pHSA). Elle atteint une pureté de H2 de 99,96 % et un rendement de 94 %. Un modèle prédictif de transferts a été résolu en 1D, pour une absorption de CO2 pur puis pour un mélange gazeux. Dans les deux cas, les paramètres ont été ajustés puis validés sur des données expérimentales. Ce travail ouvre des perspectives pour une solution compétitive en coûts d'investissement et d'exploitation. Le modèle numérique développé est un puissant outil de conception et d'optimisation
This work focuses on separating CO2 from syngas to produce high purity hydrogen based on gas-liquid absorption. To do so, a lab-scale pilot was built featuring three Hollow Fiber Membrane Contactors (HFMC). Primary sensitivity analysis of the process revealed that the purity remains below 99%, explained by the residual concentrations of carbonate CO2/3− and bicarbonate HCO3−. A theoretical equilibrium model and later a new approach based on pH variation (pHSA) was put forward to overcome the purity limitation achieving H2 purity of 99.96% and 94% yield. Moreover, a predictive transfer model was solved in 1D to predict absorption of CO2 in pure and gas mixtures. The model was fitted for both cases and then validated with experimental data. This work opens perspectives as a competitive solution in terms of investment and operating costs. The numerical model developed is a powerful design and optimization tool

Des contacteurs membranaires à fibres creuses (HFMC) ont été utilisés pour la capture du CO2 des courants gazeux. Pour ce faire, des liquides ioniques à température ambiante (RTIL) et des liquides ioniques d'acides aminés (AAIL) à base d'imidazolium ont été utilisés comme absorbants, avec une double approche expérimentale et de modélisation. La solubilité du CO2 à l'équilibre dans les RTIL a été mesurée par la chute de pression isochronique. Le mouillage des pores a été analysé avec la mesure de la tension superficielle des RTIL, l'angle de contact et la pression d'intrusion (LEP). Le travail expérimental de capture du CO2 à partir d'un mélange gazeux a été réalisé avec une unité à l'échelle de laboratoire en utilisant soit un HFMC pour l'absorption simple soit deux HFMC couplés, travaillant simultanément un en absorption et le second en désorption. En outre, une approche de modélisation en régime dynamique robuste et rigoureuse a été développée pour l'absorption isotherme (avec des RTIL) et non isotherme (avec des AAIL), les modèles développés ont étés validés avec les résultats expérimentaux et utilisés pour simuler un large éventail des conditions opératoires. Le flux d'absorption du CO2 et les coefficients de transfert de masse expérimentaux, initialement très élevés, décroisent avec le temps atteignant une valeur presque constante arrivant à un état pseudo-stationnaire. Avant d'atteindre l’état pseudo-stationnaire, le rendement de séparation du procédé couplé s’est montré plus efficace que l’absorption avec un module unique
Post-combustion CO2 capture in a hollow fiber membrane contactor (HFMC), using imidazolium-based room temperature ionic liquids (RTILs) and amino acid ionic liquids (AAILs) as absorbents, was studied through an experimental and modeling approach. Equilibrium solubility of CO2 in RTILs was measured by isochoric pressure drop. Pore wetting was analyzed by measuring surface tension of the RTILs, contact angle and liquid entry pressure (LEP). The experimental work of CO2 capture from a gas mixture was carried out with a laboratory scale unit using a single HFMC for absorption or two coupled HFMCs one for absorption and a second for desorption working simultaneously. Furthermore, robust and rigorous dynamic modelling approaches were developed for isothermal (with RTILs) and non-isothermal (with AAILs) absorption. Both isothermal and non-isothermal models were validated with experimental data and were used to simulate a large range of operating conditions. Initial high values of CO2 absorption rate and experimental mass transfer coefficients decreased with operation time and reached a nearly constant value at pseudo-steady-state. Before reaching pseudo-steady-state, the separation efficiency of coupled process was higher when compared with the absorption with a single module

La capture du dioxyde de carbone (CO2) en postcombustion est une stratégie importante pour la limitation de l’effet de serre. Le procédé de référence est l’absorption du CO2 dans des solutions aqueuses aminées, suivie par une étape de stripage du solvant. La technologie mature associée à ce procédé est la colonne à garnissage. Toutefois, afin de rendre le procédé plus attractif, il convient de l’intensifier en réduisant le volume des équipements et le coût énergétique associé. Les contacteurs membranaires à fibres creuses (CMFC) constituent une alternative aux colonnes à garnissage. Les CMFC permettent de développer d’importantes aires spécifiques conduisant potentiellement à une intensification des transferts gaz-liquide. Ainsi, l’utilisation des CMFC réduirait la taille des installations, mais aussi diminuerait la consommation énergétique par la diminution de la quantité de vapeur de stripage. Cependant, l’utilisation de CMFC dans les étapes d’absorption et de stripage dans des conditions industrielles a été peu étudiée. Afin de combler cette lacune, des modèles à différents niveaux de complexité : monodimensionnel, bidimensionnel, isotherme et adiabatique ont été développés, comparés et validés. Ceci afin d’identifier le niveau de complexité approprié. Les résultats de simulation ont mis en évidence le potentiel d’intensification des CMFC dans l’étape d’absorption et aussi de stripage, se traduisant par une réduction en volume de 4 à 10 fois par rapport aux colonnes à garnissage. Néanmoins, les CMFC peuvent difficilement réduire le coût énergétique du procédé étant donné que l’étape de stripage fonctionne dans des conditions très proches de la limite thermodynamique
Post-combustion CO2 capture (PCC) is an important strategy in mitigating greenhouse effect. The reference process in PCC is the CO2 absorption into amine aqueous solutions, followed by the regeneration (or stripping) of the solvent. The robustness of packed columns makes it the standard technology for both absorption and stripping steps. However, the treatment of large quantities of flue gases requires itself equipment of a large size. Hollow fibre membrane contactors (HFMC) are considered as one of the most promising strategies for intensified CO2 absorption process, due to their significantly higher interfacial area than that of packed columns, allowing to reduce the equipment size. In addition, this would reduce the energy penalty of the process by reducing the required amount of stripping steam. However, despite the potential advantages of HFMC, very few investigations have studied implementing this technology for PCC within an industrial framework. To fill this lack, the performances of both absorption and stripping steps using HFMC under industrial conditions were estimated by modelling and simulation. To identify the optimal modelling strategy, transfer models with different levels of complexity were developed ranging from one-dimensional isothermal single-component to two-dimensional adiabatic multi-component. Simulation results of both absorption and stripping steps revealed that, compared to traditional packed columns, contactor volume reduction factors comprised between 4 and 10 might be achieved using HFMC. However, since the stripping operating conditions are very close to thermodynamic equilibrium, HFMC can hardly reduce the energy consumption of the process

L'absorption du CO2 à l'ammoniaque au sein d'une colonne garnie est une technologie prometteuse pour capter le CO2 en postcombustion. La fuite d'NH3 engendrée par la volatilité de ce solvant gêne néanmoins le déploiement de ce procédé. Dans cette étude, la faculté des contacteurs membranaires à permettre des performances d'absorption du CO2 intensifiées et des pertes en NH3 réduites par rapport au procédé conventionnel est évaluée. Pour cela, l'emploi de fibres composites innovantes constituées d'une peau dense assurant un transport sélectif du CO2 vis-à-vis de NH3 a été proposé. Compte tenu des propriétés de ces molécules, aucun matériau ne présentait jusqu'alors de sélectivité de séparation favorable au CO2. Des essais de temps-retards ont permis de révéler 6 matériaux fluorés présentant les propriétés de sélectivités inverses recherchées. Le Teflon AF2400, polymère hautement perméable au CO2, a été choisi pour constituer les fibres creuses composites employées lors d'expériences d'absorption. Leurs performances ont été comparées à celles de contacteurs commerciaux microporeux (Oxyphan) et composites (Oxyplus) pour différentes conditions opératoires. Alors qu'aucune expérience stable n'a pu être achevée avec les contacteurs microporeux du fait de la précipitation de sels d'ammonium, les contacteurs composites ont permis des performances de capture supérieures aux objectifs fixés. La modélisation 2D du transfert de matière a permis de révéler le rôle prépondérant du support microporeux dans les performances d'absorption observées. Enfin, une intensification élevée des performances d'absorption du CO2 et des pertes en NH3 fortement réduites par rapport au procédé conventionnel ont pu être démontrées
Aqueous ammonia as a solvent for post-combustion CO2 capture in a packed column is seen as a promising technology. Nevertheless, ammonia volatility is a considerable drawback for its large scale deployment. In this study, the ability of hollow fiber membrane contactors to significantly improve CO2 mass transfer performances while mitigating ammonia losses when compared to packed column is evaluated. In that purpose, the use of innovating composite fibers made of a thin dense layer selective for CO2 over NH3 is proposed. Up to now, a faster permeation of CO2 compared to NH3 in dense polymers was totally unexpected and to our knowledge unexplored. Time-lag experiments have revealed a series of 6 fluorinated structures showing the desired reverse selectivity properties. Teflon AF2400 has been selected as the dense skin of composite fibers used during absorption experiments. Their performances have been compared, for different operating conditions, to those given by commercial microporous (Oxyphan) and composite (Oxyplus) membrane contactors. Due to ammonium salt precipitation issues, no stable experiment has been achieved using microporous membrane contactors. At the opposite, absorption efficiencies higher than post-combustion capture standards have been reached using composite membrane contactors. 2D mass transfer modeling has revealed the controlling role of the microporous support in the observed absorption performances. Finally, high CO2 mass transfer intensification factor and drastically reduced ammonia losses have been shown

Dans le cadre de la recherche de procédés d'absorption gaz-liquide intensifiés, cette étude vise au développement des contacteurs membranaires pour la capture du CO₂ en post combustion, comparativement aux colonnes garnies. Les contacteurs à membranes fibres creuses microporeuses permettent un transfert de matière élevé mais sont confrontés à des problèmes de mouillage entraînant une dégradation importante des performances dans le temps. Notre but est de concevoir des fibres composites constituées d'une structure microporeuse et d'une peau dense fine et fortement perméable au CO₂ afin d'établir une barrière au passage du liquide et de limiter la résistance au transfert de matière. Pour cela, nous avons sélectionné des polymères super vitreux comme le PTMSP et le Téflon AF2400 qui se caractérisent par une très forte perméabilité au CO₂ et une bonne compatibilité chimique avec la MEA (liquide d'absorption de référence). Les fibres composites ont été réalisées par un procédé de recouvrement conduisant à une faible épaisseur de peau dense (1 à 2 microns). Des modules à fibres composites ont été testés pour séparer un mélange CO₂/N2 avec une solution aqueuse de MEA. Les fibres composites présentent des efficacités de capture similaires à celles des fibres microporeuses mais assurent en plus le maintien des conditions de non mouillage. Des simulations, reposant sur une modélisation 2D du transfert de matière, ont permis de prédire les performances des contacteurs membranaires à fibres composites dans des conditions plus proches de la réalité industrielle et ont mis en évidence un facteur d’intensification pouvant aller jusqu’à 6 par rapport aux colonnes garnies
The present work aims to explore the intensification of gas-liquid absorption processes. This study is applied to post combustion CO₂ capture by means of membrane contactors in comparison to packed columns. Microporous hollow fiber membrane contactors lead to high mass transfer but wetting problems are likely to occur and result in tremendous deterioration in performances with time. Our objective is to develop composite hollow fibers based on a microporous structure and a thin dense layer highly permeable to CO₂, in order to create a real barrier to liquid penetration and to limit mass transfer resistance. Super glassy polymers as PTMSP and Teflon AF2400 were selected for their extremely high CO₂ permeability and their chemical resistance to MEA (reference absorption liquid). Composite hollow fibers were made by coating and the dense layers obtained are thin (1 to 2 microns). Composite hollow fiber membrane contactors were tested for the separation of a CO₂/N2 mixture with an aqueous solution of MEA. Capture ratios achieved by composite hollow fibers are similar to those measured for microporous membranes and the dense layer prevents from wetting problems. Simulations based on 2D modeling of the mass transfer, show that the performances of composite hollow fiber membrane contactors, under operating conditions close to the industrial case, can lead to an intensification factor up to 6 compared to packed columns

L'objectif de ces travaux vise à évaluer les performances d'un contacteur membranaire à fibres creuses utilisé pour réaliser l'absorption chimique du CO2 dans une solution ammoniacale ainsi que la régénération de cette dernière. Les membranes utilisées sont composites, c'est-à-dire composées d'une fine couche dense recouverte sur un support microporeux, la couche dense permettant d'éviter le mouillage par pénétration de liquide dans la membrane. Pour réaliser ces études, une approche combinant expérimentation et modélisation a été adoptée. Lors de la réalisation de l'absorption chimique avec un contacteur membranaire, des chutes importantes d’efficacité de captage du CO2 au cours du temps ont été observées et confirment les résultats obtenus lors de travaux ultérieurs. Cette baisse des performances est attribuée à la précipitation de sels d’ammonium en phase gaz. Lors de l'utilisation d’un gaz saturé en vapeur d'eau, comme le seraient les fumées industrielles, les performances du procédé se sont révélées stables. Un modèle 1D multi-composant adiabatique du contacteur a été développé sur Aspen Custom Modeler® et validé à partir des résultats expérimentaux. Les simulations réalisées avec ce modèle ont confirmé le potentiel d'intensification volumique de la technologie, toutefois, la réduction des pertes de NH3, grâce à l'utilisation d’une couche dense sélective moins perméable à NH3 qu’au CO2, n’a pas été satisfaisante. Les phénomènes de condensation dans les contacteurs membranaires ont été étudiés par expérimentation et modélisation. Il a ainsi été montré que le mouillage par condensation de la membrane ne devrait pas survenir, par contre, la condensation dans le lumen des fibres creuses entraîne une augmentation importante de la perte de charge pouvant conduire à des coûts de compression des gaz à traiter plus élevés. Des expériences et des simulations sur la régénération de solutions ammoniacales chargées avec des contacteurs membranaires ont été effectuées et des disparités importantes ont été trouvées entre les flux de CO2 mesurés et simulés. Une réduction volumique de trois par rapport à la colonne à garnissage a pu être calculée laissant entrevoir un potentiel intéressant de la technologie pour l’étape de régénération. En collaboration avec les partenaires du projet C2B, dans lequel s’intègre cette thèse, des essais d’absorption de CO2 ont été réalisés sur site avec un contacteur de taille industrielle. Les résultats de ce pilote sont conformes aux résultats obtenus au laboratoire et encourageants quant au transfert de la technologie vers l’échelle industrielle
This work aims to evaluate the performances of hollow fiber membrane contactors used for the CO2 absorption in aqueous ammonia and the regeneration of the latter within the frame of post-combustion CO2 capture. Fibers are made of a thin dense layer coated on a microporous support, the dense layer prevent membrane wetting by liquid penetration. Both experiment and modelling were done. During absorption experiments, important decrease of the CO2 capture efficiency was observed due to ammonium salts precipitation in the gas-side corroborating results from previous works. Experiments with CO2/N2 mixture saturated with water vapor, as would be the case for flue gas, interestingly, showed stable performances of the process. A one-dimensional multi-component adiabatic transfer model for CO2 absorption in NH3 has been implemented in Aspen Custom Modeler® and validated with experimental results. The simulations performed with the model confirmed the volumetric intensification potential of the technology, however, the NH3 slip reduction expected, because of the use of a dense layer more permeable to CO2 than NH3, wasn’t satisfying. Water condensation phenomenon in membrane contactors were studied with both experiments and simulations. It was thus showed that membrane pore wetting by condensation should not happened but gas-side condensation led to an important increase of the pressure drop with the potential of increasing compression costs. Experiments and simulations of the desorption of CO2 from a loaded aqueous ammonia solution with a membrane contactor were performed and important disparities were found between CO2 flux measured and simulated. A volumetric reduction of the membrane contactor when compared to the packed column was calculated highlighting the potential of the technology for the stripping step. In collaboration with the partners of the C2B project, in which this thesis is integrated, CO2 absorption essays were carried out on site with an industrial scale membrane contactor. The results of this pilot are consistent with laboratory results and encourages the transfer of the technology to the industrial scale

L'objectif de ce travail est de développer des vecteurs pharmaceutiques, encapsulant la vitamine E, adaptés à l'administration pulmonaire par aérosolisation. La vitamine E, antioxydant physiologique, peut être utilisée pour lutter contre les phénomènes du stress oxydatif en particulier ceux observés au niveau pulmonaire. L'encapsulation de la vitamine E dans des vecteurs inhalables a été envisagée afin d'optimiser son efficacité thérapeutique en améliorant la concentration du principe actif pouvant atteindre son site d'action, les alvéoles pulmonaires. Les différents systèmes d'encapsulation de la vitamine E ont été préparés par des méthodes utilisant des contacteurs à membrane. Le principe de préparation se résume au passage de la phase dispersée, à travers les pores d'une membrane microporeuse, au sein de la phase continue. Les avantages de cette technique sont en particulier une bonne reproductibilité et un faible apport d'énergie et par conséquent un coût d'exploitation modéré. De plus, les procédés à base de contacteurs à membrane se prêtent aisément au passage à l'échelle de production industrielle. Au cours de ce travail, les paramètres influençant le procédé de fabrication par contacteur à membrane ont été étudiés ; principalement la pression transmembranaire de passage de la phase discontinue, la force de cisaillement de la phase continue et la microstructure de la membrane utilisée. Différentes configurations membranaires ont été testées telles que (i) les modules membranaires tubulaires avec écoulement tangentiel de la phase continue, (ii) les membranes planes montées dans des cellules d'agitation et (iii) les membranes dotées d'un mouvement d'oscillation à l'intérieur de la phase continue. En cas d'émulsification directe, diverses membranes ont été utilisées : des membranes SPG, des membranes microsieves et des membranes en céramique. Pour la « premix emulsification » des membranes dites dynamiques, constituées par un lit de billes en verre, ont été étudiées
The present study investigated the preparation of pharmaceutical drug carriers encapsulating the vitamin E and intended for pulmonary administration after nebulisation. Vitamin E, a physiological antioxidant, could be used to prevent cigarette smoke toxicity since several pulmonary disorders are mainly caused by oxidative stress phenomena. The methods used for the drug carriers’ preparation were based on the membrane emulsification principle. In these methods, the to-be-dispersed phase was injected in the continuous phase through the pores of a microporous membrane. The advantages of this method are: a better control over the diffusive mixing at the liquid / membrane interface and thus a fine control of droplets size distribution, a less energy consumption and an easy extrapolation of the obtained results for an industrial large scale-up. In order to investigate the preparation processes, key parameters influence on particles characteristics was investigated. Different experimental set-ups were used: (i) tubular membranes with a cross flow circulation of the continuous phase, (ii) stirred cell device with a flat micro-engineered membrane, (iii) oscillating membrane module in a stationary continuous phase. For direct emulsification, various membranes were used such as : SPG membranes, micro-engineered membranes and ceramic membranes. For premix emulsification, a packed bed of glass beads, called dynamic membrane, was studied. Four different drug carriers were developed during this study: liposomes, micelles, nano-emulsion and solid-lipid particles. The different encapsulating systems were characterized in terms of size distribution, zeta potential, microscopic morphology, encapsulation efficiency and stability. Results showed that the obtained drug carriers presented convenient properties. After nebulization of vitamin E encapsulating systems, the obtained aerosols presented satisfying aerodynamic characteristics which allowed the prediction (using a mathematical model) of a high level of vitamin E deposit on its action site

Au niveau du canal central (CC) du tronc cérébral et de la moelle épinière, on trouve des neurones au contact avec le liquide céphalorachidien (Nc-LCR). Les Nc-LCR sont GABAergiques et projettent une seule dendrite dans le CC qui se termine par une large protrusion. Ils expriment sélectivement le canal PKD2L1 pour lequel des fonctions de chimio- et mécanorécepteur ont été démontrées. Compte tenu de leur localisation, de leur morphologie et de l’expression sélective de PKD2L1, les Nc-LCR représenteraient une nouvelle population de neurones sensoriels dans le SNC. Au cours de ma thèse, je me suis concentrée sur la caractérisation des canaux Ca2+ et les mécanismes de signalisation Ca2+ dans les Nc-LCR bulbo-spinaux de souris. Je rapporte que les Nc-LCR expriment des canaux Ca2+ qui sont modulés par les récepteurs métabotropiques GABAB et muscarinique. Je montre aussi l'implication des stocks intracellulaires dans la régulation du Ca2+ intracellulaire. Ensuite, je démontre pour la première fois la relation fonctionnelle entre la protrusion et le soma et indique que la protrusion serait dépourvu de conductance ionique active. Enfin, pour aborder le rôle des Nc-LCR, j'ai développé des modèles chimiogénétiques (DREADDs) et optogénétiques (channelrhodopsin) chez la souris afin de manipuler sélectivement l'activité Nc-LCR. Dans l'ensemble, les résultats de mon étude de doctorat contribuent à mieux comprendre les Nc-LCR bulbo-spinaux des mammifères en en contribuant à la caractérisation de leur physiologie et modulation. Ils ouvrent également la voie à de futures études qui permettront de démontrer le rôle de cette population neuronale dans la régulation de l'activité du SNC
Cerebrospinal fluid-contacting neurons (CSF-cNs) located in the ependymal region around the central canal (CC) in the brainstem and the spinal cord are GABAergic neurons that project a single dendrite to the CSF and ends with a large protrusion. They selectively express PKD2L1 channel suggested to act as chemo- and mechanoreceptor. Considering their localization, morphology and selective expression of PKD2L1 channel, CSF-cNs would represent a novel population of sensory neurons within the CNS. To better understand the role of CSF-cNs in mammals, it is necessary to describe the physiological properties and modulation of CFS-cNs. In the present study, I focused on Ca2+ channels and Ca2+ signaling mechanisms in mouse medullo-spinal CSF-cNs. I report that Ca2+ channels in CSF-cNs undergo modulation by metabotropic GABAB and muscarinic acetylcholine receptors. I further show the involvement of intracellular Ca2+ stores in the regulation of intracellular Ca2+. Next, I demonstrate for the first time functional relationship between bud and soma and indicate that the bud would be devoid of active ionic conductance. Finally, to address the role of CSF-cNs, I developed chemogenetic (DREADDs) and optogenetic (channelrhodopsin) mice models to be able to selectively manipulate CSF-cN activity. Altogether, the results of my PhD study contribute to better understanding mammalian medullo-spinal CSF-cNs by providing valuable information on their physiology and modulation. They also set ground for further studies carried out in ex-vivo preparation or in vivo models to demonstrate their role in the regulation of CNS activity

Actuellement, la production d'énergie est de plus en plus associée à une hausse simultanée d'émissions de Gaz à Effet de Serre (GES). Malgré les inquiétudes concernant les GES dans l'atmosphère, les énergies fossiles resteront probablement longtemps la principale source d'énergie primaire à l'échelle mondiale. Le procédé de captage de CO2, principal gaz à effet de serre, généralement préconisé est un procédé d'absorption chimique avec de la monoéthanolamine (MEA). Ce procédé pose de nombreux problèmes comme le coût de la régénération de l'amine. Cette étude s'intéresse à une alternative consistant à absorber chimiquement le dioxyde de carbone dans une solution aqueuse d'ammoniac. Par ailleurs, dans le but d'améliorer les procédés de captage et d'intensifier le transfert gaz-liquide, des techniques de captage à base de membranes (contacteurs membranaires) ont été développées et couplées à l'absorption chimique. Dans un premier temps des mesures d'absorption du CO2 à partir d'une solution aqueuse d'ammoniac ont été réalisées. Ces mesures ont été effectuées entre 278 et 303 K dans un réacteur fermé de type cellule de Lewis. Le taux de charge maximum, la pression partielle du CO2 à l'équilibre ont été déterminés. Les performances ont été comparées à celles de solvants conventionnels tels que la MEA et la N-méthyldiéthanolamine (MDEA). Dans un second temps, des mesures d'absorption à travers un contacteur membranaire ont été réalisées. L'efficacité de captage est étudiée en fonction de la nature des matériaux constituants la membrane et des paramètres opératoires. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible de capter le CO2 par l'ammoniaque à travers une membrane avec une efficacité de captage supérieure à 90 %. La membrane limite les pertes d'ammoniaque mais ne les élimine pas. La simulation du fonctionnement de la centrale thermique alimentée au charbon pulvérisé (CP) intégrant le captage de CO2 a été réalisée à l'aide du logiciel Aspen Plus. Les fumées issues de la post-combustion sont captées par différents solvants. Une étude paramétrique a été conduite afin de préciser les conditions optimales pour capter le CO2 par l'ammoniaque. Des comparaisons de dépense énergétique dans le cas de la régénération pour les solvants NH3, MEA et MDEA ont été réalisées. L'étude comparative suggère que l'absorption chimique utilisant l'ammoniaque comme solvant est un des procédés les plus intéressants pour la centrale CP.

La micro-oxygénation des vins, par la dispersion de bulles d’oxygène, est une pratique de plus en plus utilisée dans le domaine de l’œnologie. Cette technique n’est pas toujours convenablement maitrisée par manque de connaissances scientifiques sur les paramètres régissant le transfert de l’oxygène. La recherche s'est focalisée sur l'étude des coefficients de transfert en fonction des composés du vin (CO2, éthanol, sucrose, consommateurs d’oxygène) et des conditions opératoires (type de diffuseur, température, rapport entre hauteur et diamètre du contenant de liquide). Les résultats montrent que lors de la micro-oxygénation, le dioxyde de carbone dissous et le sucrose ont une incidence négative sur le transfert alors que la présence d’éthanol améliore le transfert. En ce qui concerne les conditions opératoires, l’augmentation de débit de gaz et l’augmentation de rapport entre la hauteur et le diamètre de la cuve de micro-oxygénation joue positivement sur le transfert d’oxygène La surface spécifique des bulles et le coefficient de transfert de matière ont pu être dissociés pour les vins. La nature tensio-active des composés du vin semble être un élément important sur le transfert de matière. Les connaissances acquises ont été appliquées à la micro-oxygénation au cours de deux étapes de l'élaboration des vins : la fermentation alcoolique avec la maitrise de l’apport d’oxygène et la simulation de la technique d’élevage en barrique par micro-oxygénation couplée à l’ajout de copeaux de bois. Une nouvelle approche concerne l'étude d'un contacteur membranaire qui permet le transfert d’oxygène par diffusion
Micro-oxygenation of the wines, by the dispersion of oxygen bubbles, is a practice increasingly used in oenology. This technique is not always suitably controlled for lack of scientific knowledge on the parameters governing the transfer of oxygen. Research was focused on the study of transfer coefficients in function of wine components (CO2, ethanol, sucrose, consuming oxygen) and of operating conditions (type of diffuser, temperature, relationship between height and diameter of the container of liquid). The results show that during micro-oxygenation, the dissolved carbon dioxide and the sucrose have a negative incidence on the transfer whereas the presence of ethanol improves the transfer. As operating conditions are concerned, the increase in gas output and the increase in micro-oxygenation tank height/diameter ratio positively influence oxygen transfer. For wines, the specific surface of the bubbles and the mass transfer coefficient could be dissociated. The surfactant nature of wine components seems to be the most important factor in mass transfer. The knowledge so acquired was applied to micro-oxygenation during two stages of wine making: alcoholic fermentation with the oxygen yield control and the simulation of ageing technique in barrels coupled with the wood chips addition. A new approach relates to the study of a membrane contactor application allowing the oxygen transfer by diffusion

La thèse concerne l'étude des déformations cellulaires à travers 2 approches complémentaires, expérimentale et théorique. motivées par la mise en évidence lors de travaux antérieurs, de l'existence d'une certaine auto-organisation des schémas des déformations membranaires pour des cellules arrondies. Nous avons choisi de nous intéresser ici au cas de fibroblastes L929 qui présentent une organisation plus complexe du cytosquelette. La caractérisation expérimentale a été réalisée à partir de séquences d'images vidéomicroscopiques. Les données morphodynamiques des cellules ont été extraites des séquences par 2 méthodes : (i) une segmentation des contours et (ii) une méthode de flot optique. Les résultats montrent que les cellules présentent le plus souvent des morphologies symétriques caractérisées dynamiquement par un mouvement pulsant synchronisé et périodique. Sur le plan théorique, nous nous sommes intéressés à un modèle cytomécanique des déformations décrivant la dynamique de poly/dépolymérisation de l'actine en relation avec les interactions mécaniques entre la membrane et le cytosquelette. Les simulations montrent la capacité du modèle à générer qualitativement des états pulsants tels qu'observés. Deux extensions du modèle ont alors été proposées pour prendre en compte : (i) l'interaction cellule-cellule caractérisée par l'inhibition de l'activité protrusive et (ii) la migration cellulaire par chimiotaxie, en agissant dans les 2 cas sur les propriétés mécaniques de la membrane et du cortex. Des comportements cellulaires réalistes ont ainsi pu être simulés. Finalement, une nouvelle formulation du modèle initial a été proposée pour modéliser les longs prolongements membranaires des fibroblastes. Le travail réalisé permet en particulier de proposer la possibilité d'utiliser les paramètres morphodynamiques comme critères d'identification des phénotypes cellulaires.