Dissertationen zum Thema „Exploration du paysage conformationnel“

L'objectif principal de cette thèse est de développer des méthodes efficaces pour caractériser les conformations des molécules à un niveau quantique. Différentes méthodes dédiées au calcul de l'énergie potentielle d’une molécule sont examinées, ainsi que les schémas d'exploration globale des surfaces d'énergie potentielle (SEP) les plus populaires sont présentés. Une contribution clé de cette thèse est le couplage de la méthode IGLOO (Iterative Global exploration and LOcal Optimization), inspirée de la robotique, mise en œuvre dans le logiciel MoMA, avec le potentiel basé sur la “Density-Functional based Tight-Binding” (DFTB), implémenté dans le logiciel deMonNano. IGLOO intègre l'algorithme de planification de mouvement “Rapidly-exploring Random Trees” (RRT) avec des optimisations locales de l’énergie et un filtrage des structures. Une preuve de concept a été réalisée par l'identification des conformations de basse énergie de la molécule de d'alanine dipeptide.Le couplage IGLOO/DFTB a été appliqué à la cartographie des SEP de trois molécules de taille proche de la famille des phtalates (dibutyl phtalate DBP, benzyl butyl phtalate BBP et di-2-éthylhexyl phtalate DEHP), donnant un aperçu détaillé de leurs différents paysages conformationnels. Divers descripteurs géométriques ont été utilisés pour analyser leurs relations structure-énergie. Les interactions de Coulomb, l'encombrement stérique et les interactions dispersives sont à l'origine des propriétés géométriques et une forte corrélation a été mise en évidence entre les deux angles diédraux décrivant l'orientation des chaînes latérales des molécules de phtalate.En complément, un algorithme innovant pour la génération à grande échelle de molécules, incluant une variété de conformations, est présenté. Il combine la génération de graphes de molécules avec des techniques d'ajout d'atomes ou de fragments. Il est appliqué pour fournir une vaste base de données de structures 3D de molécules de carbone amorphe hydrogéné (a-CH). L'analyse de la base de données générée dans cette étude permet de comprendre la relation entre les descripteurs géométriques et électroniques des structures a-C:H. Ces propriétés sont comparées à celles des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) compacts et des chaînes linéaires, qui représentent des cas limites.Enfin, une revue des méthodes visant à identifier les points de selle et les chemins de transition entre les conformations de faible énergie sur la SEP est présentée. Une première étape pour l'identification des chemins de transition entre les conformations de faible énergie à l'aide d'un algorithme de planification de mouvement, connu sous le nom de Transition-based RRT (T-RRT), est présentée. Une mesure de similarité, désignée sous le nom de Symmetrized Segment-Path Distance (SSPD), est utilisée pour comparer les trajectoires générées. Ensuite, une technique de regroupement, à savoir Analyse de regroupement hiérarchique (HCA), est employée pour regrouper les trajectoires afin d'identifier les classes de chemin donnant la dynamique des changements de conformation. La méthodologie a été appliquée avec succès à l'identification de chemins à faible énergie entre deux minima de la SEP de l’alanine dipeptide.Dans l'ensemble, les travaux présentent des avancées significatives dans l'exploration de SEP de molécules complexes au niveau quantique, y compris (i) le couplage IGLOO/DFTB (ii) un nouvel algorithme pour la génération de structures 3D de molécules à grande échelle et (iii) un schéma original permettant l'identification de multiples chemins de transition. Des corrélations entre les propriétés structurelles, énergétiques et électroniques ont été mises en évidence pour les molécules polluantes de la famille des phtalates ainsi que pour les a-CH ayant une importance du point de vue astrophysique. Ces contributions ouvrent la voie à de futures recherches visant à étendre ces méthodes à des systèmes plus grands et plus complexes
The primary aim of this thesis is to develop efficient methods for characterizing molecular conformations at a quantum level. Various methods devoted to the computation of molecular potential energy are reviewed, as well as the most popular potential energy surfaces (PES) global exploration schemes. In this context, a key contribution of this thesis is the coupling of the robotics-inspired Iterative Global exploration and LOcal Optimization (IGLOO) method, implemented in the MoMA software, with the quantum Density-Functional based Tight-Binding (DFTB) potential, implemented in the deMonNano software. The IGLOO algorithm integrates the motion planning Rapidly-exploring Random Trees (RRT) algorithm with local optimization and structural filtering. A proof of concept has been done through the identification of low-energy conformations of the alanine dipeptide.The IGLOO/DFTB coupling has been applied to the mapping of the PES of three close-sized molecules of the phthalate family (dibutyl phthalate DBP, benzyl butyl phthalate BBP and di-2-ethylhexyl phthalate DEHP), providing detailed insights into their different conformational landscapes. Various geometrical descriptors have been used to analyze their structure-energy relationships. Coulomb interactions, steric hindrance, and dispersive interactions have been found to drive the geometric properties and a strong correlation has been evidenced between the two dihedral angles describing the side-chains orientation of the phthalate molecules. The results demonstrate the method's capability to identify low-energy minima without prior knowledge of the PES.Furthermore, an innovative algorithm for the large-scale generation of molecular structures, including a conformational variety, is presented. It combines molecular graph generation with atom or fragment addition techniques. It is applied to provide an extensive database of 3D structures of hydrogenated amorphous carbon (a-CH) molecules. The analysis of the database generated in this study provides a comprehensive understanding of the relationship between the geometrical and electronic descriptors of a-C:H structures. These properties are compared with those of compact Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and linear chains, representing limit cases.Finally, a review is given on methods aiming at identifying saddle points and transition paths between low-energy conformations on the PES. A first step toward the identification of transition paths between low-energy conformations using a motion planning algorithm, known as Transition-based Rapidly-exploring Random Trees (T-RRT), is presented. A similarity measure, designated as the Symmetrized Segment-Path Distance (SSPD), is used to compare the generated trajectories. Subsequently, a clustering technique, namely the Hierarchical Clustering Analysis (HCA), is employed to group similar trajectories in order to identify the common pathways, thereby providing valuable insights into the dynamics of conformational changes. The methodology has been successfully applied to the identification of low-energy paths between two minima of the alanine dipeptide PES.Overall, the research presents significant advancements in the exploration of complex molecular PES at a quantum level including (i) the IGLOO/DFTB coupling (ii) a novel algorithm for 3D structure generation of large-scale molecules and (iii) an original scheme allowing for the identification of multiple transition paths. Correlations between the structural, energetic and electronic properties have been evidenced for the polluting phthalate molecules and astrophysically relevant hydrogenated amorphous carbon (a-CH) molecules. These contributions pave the way for future research, aiming to extend these methods to larger and more complex systems

Les progrès réalisés en matière de spectroscopie laser en phase gazeuse permettent maintenant d'aborder l'étude de molécules complexes, flexibles telles que les petites chaînes peptidiques. Ce travail a pour but de caractériser, avec toute la résolution spectrale permise par la phase gazeuse, les propriétés structurelles intrinsèques de systèmes peptidiques à deux et trois résidus, notamment en matière de repliement et de liaison hydrogène. La stratégie expérimentale associe la vaporisation laser à une détente supersonique et repose sur la spectroscopie laser de double résonance IR-UV.
La spectroscopie UV permet de détecter les conformères les plus stables formés dans la détente, tandis que la spectroscopie dans le proche IR (vibrations d'élongation NH et CO, et de déformation NH) donne accès à leur réseau de liaisons hydrogène.
L'attribution finale des conformères observés est réalisée par comparaison avec les spectres issus des calculs de chimie quantique (théorie de la fonctionnelle de la densité) pour des conformations présentant un réseau de liaisons hydrogène compatible avec l'expérience, permettant en retour de valider les calculs réalisés.
Cette synergie expérience/théorie nous a ainsi permis de montrer l'existence d'une compétition entre deux grandes familles conformationnelles possédant des signatures spectroscopiques distinctes. La première consiste en une juxtaposition de préférences
conformationnelles locales autour de chaque résidu, caractérisées par des liaisons hydrogène reliant des groupements amides CO-NH proches dans la séquence. La deuxième famille est représentée par les structures secondaires, stabilisées par des liaisons hydrogène reliant des groupements amides plus éloignés.
En les isolant et les caractérisant pour la première fois en phase gazeuse, nous avons montré que la formation des structures secondaires typiques de la biologie telles que des coudes beta et des hélices 3-10 était bien une propriété intrinsèque de ces molécules.

L'acétylcholinestérase est une enzyme très rapide, essentielle à la neurotransmission cholinergique. Elle est la cible de toutes les molécules actuellement utilisées dans le traitement de la maladie d'Alzheimer, et les progrès à venir dans la modulation de son activité réclament une connaissance plus fine de sa structure et de sa dynamique. Dans cette thèse, nous décrivons trois approches expérimentales ayant permis d'obtenir des informations structurales sur la dynamique de l'acétylcholinestérase. Nous rapportons, dans un premier temps, la structure de cette enzyme en complexe avec un putatif médicament anti-Alzheimer de seconde génération. Nous décrivons, par ailleurs, une approche de mise à l'équilibre réactionnel de complexes enzyme/substrat cristallins, grâce à laquelle. Le trafic des substrats au sein de l'acétylcholinestérase a pu être suivi structuralement. Nous présentons, enfin, le développement d'une stratégie nouvelle en cristallographie cinétique des protéines, basée sur l'utilisation d'un précurseur photosensible du produit de réaction enzymatique, sa photolyse in-crystallo par le biais d'un laser, et l'application subséquente de profils de température adéquats afin de permettre la survenue des mouvements moléculaires nécessaires à l'expulsion des produits de photolyse. Prises conjointement, les différents résultats de cette thèse permettent une description détaillée du trafic des substrats et produits au sein de l'acétylcholinestérase, et fournissent un aperçu structural de son paysage conformationnel
Acetylcholinesterase is a very rapid enzyme, essential in the process of nerve impulse transmission at cholinergic synapses. It is the target of ail currently approved anti-Alzheimer drugs and further progress in the modulation of its activity requires structural as weil as dynamical information. Here we report three experimental approaches that allowed to gain structural insight into the dynamics of acetylcholinesterase. First, the structure of its complex with a putative second-generation anti-Alzheimer drug is presented. Next, a steady-state approach for determining atomic-resolution structures of enzyme/substrate complexes is detailed, which allowed to structurally follow the trafflc of substrates within the active site of the acetylcholinesterase. Lastly, a new kinetic-crystallography strategy is described, in which a photolabile precursor of the enzymatic product is cleaved in-crystallo by me ans of UV-laser irradiation, and the molecular motions necessary for the expulsion of photolysis products to occur triggered by temperature-controlled X-ray crystallography. Taken together, the results described herein permit a detailed description of the traffic of substrates and products within acetylcholinesterase, and provide insights into its conformational energy landscape

Les protéines intrinsèquement désordonnées (IDP), dépourvues d’une structure rigide et stable, constituent une classe de protéines diverses et fonctionnellement importantes. La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technique spectroscopique bien établie pour caractériser les propriétés conformationnelles et dynamiques des IDP avec une résolution atomique. L’espace conformationnel, en général large et varié, des IPD en fait une cible difficile pour la biologie structurale dont le but est de déterminer avec précision et exactitude les propriétés structurales, dynamique et physico-chimiques qui sous-tendent la fonction des macromolécules biologiques. Ce manuscrit présente une étude biophysique détaillée de la région intrinsèquement désordonnée (IDR) du facteur de transcription Engrailed-2, avant tout par RMN. Après une présentation de cette homéoprotéine, nous décrivons les protocoles d’expression et de purification de cette protéine isotopiquement marquée. Nous introduisons ensuite une nouvelle approche pour la caractérisation des mouvements pico- et nanoseconde des protéines intrinsèquement désordonnées à partir de données de relaxation des spins nucléaires enregistrées à plusieurs champs magnétiques. Les effets de relaxation paramagnétique (PRE) ont été utilisés pour identifier des interactions transitoires entre la région désordonnée et l’homéodomaine d’Engrailed-2. L’interaction d’Engrailed-2 avec l’ADN a été étudiée en détail en utilisant l’anisotropie de fluorescence sur une série de constructions de la protéine, afin de mettre en lumière le rôle de la partie désordonnée dans l’interaction avec l’ADN. Nous avons également employé la résonance paramagnétique électronique pour tenter de détecter une interaction potentielle entre le noyau hydrophobe de l’hexapeptide dans la région désordonnée et l’homéodomaine. Les couplages dipolaires résiduels (RDC) dans les paires 1H-15N, Cα-Hα et Cα-C′ ont également été mesurés sur des échantillons d’Engrailed en milieu anisotrope. Ces données seront essentielles pour reconstituer l’espace conformationnel d’Engrailed 2. L’ensemble des approches présentées a permis de constituer un socle solide de connaissances qui permettent de mieux comprendre les propriétés conformationnelles, dynamiques et fonctionnelles de l’IDR d’Engrailed-2
Intrinsically Disordered Proteins (IDPs), which lack a stable rigid structure constitute a large and functionally important class of proteins. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is a well-established technique to characterize the structural and dynamical features of IDPs at atomic resolution. The broad conformational space of IDPs makes them challenging targets for structural biology to define their precise structural features and motions, the physical and chemical properties that underlie their biological functions. The present thesis establishes biophysical investigation of the disordered region of the transcription factor Engrailed-2 (13.5 kDa) primarily by NMR. After describing the protocol of expression and purification of the isotopically labeled protein, we present a novel approach to characterize the pico – nano second motions in IDPs using nuclear spin relaxation data at multiple fields. Paramagnetic Relaxation Enhancements (PREs) are used to identify transient long-range interactions between the disordered region and the folded homeodomain of Engrailed-2. Binding to DNA was studied by fluorescence anisotropy and highlights the role of the disordered region in the DNA binding. We used Electron Paramagnetic Resonance (EPR) to probe the potential interaction between the hydrophobic cluster (hexapeptide) in the disordered region and the homeodomain. The one-bond 1H-15N, Cα-Hα and Cα-C′ residual dipolar couplings (RDCs) measured for Engrailed-2 provide important constraints for the refinement of the conformational space of Engrailed_2. All these approaches provide valuable insights in understanding the structural, dynamical and functional properties of this IDP

L'adaptation des plantes à la vie terrestre il y a 500 millions d'années a joué un rôle majeur dans l'évolution de la vie sur Terre. Les plantes jouent toujours un rôle crucial à l'heure actuelle, en tant que base de la plupart des écosystèmes et, par conséquent, base de toutes les civilisations humaines. Comprendre leur adaptation aux modifications passées et présentes de leurs conditions de vie est une clef pour comprendre le passé et être capable de répondre aux défis agricoles futurs. Les sciences végétales ont fait de grands progrès dans la compréhension de la réponse des plantes à leur environnement, mais la plupart des études se sont concentrées sur la lignée des angiospermes, qui comprend les plantes cultivées. Néanmoins, pour avoir une vision plus large de l'adaptation des plantes terrestres (Embryophytes) à diverses conditions, dans le cadre de 500 millions d'années d'évolution sur la terre ferme, il est essentiel d'étudier d'autres lignées de plantes terrestres. Dans cette logique, ce travail se focalisera sur la plante modèle non vasculaire Marchantia polymorpha, dont la lignée a divergé des plantes vasculaires il y a environ 480 millions d'années. Nous avons développé un ensemble de données sur la diversité intraspécifique qui nous a permis de mettre en évidence certains mécanismes d'adaptation chez M. polymorpha. L'analyse des signatures de sélection sur les gènes nous a permis de distinguer les fonctions conservées soumises à une forte sélection purificatrice des fonctions variables soumises à une sélection équilibrante ou à des balayages sélectifs. En utilisant cet ensemble de données sur la diversité intraspécifique, des études d'association à l'échelle du génome (GWAS) ont pu être réalisées sur la réponse de M. polymorpha aux conditions climatiques mais aussi au champignon pathogène Colletotrichum nymphaeae (stress biotique). Enfin, un pangénome basé sur les gènes a été construit et a permis d'identifier des gènes avec une variation de présence-absence entre les accessions, qui sont souvent associés à la réponse au stress et à l'adaptation locale. En croisant ces trois approches, nous avons trouvé des familles de gènes qui semblent impliquées dans la réponse de M. polymorpha aux stress. Parmi elles, on peut citer les terpènes synthases, les peroxydases, les NBS-LRR (NLR), les lectines, les lipoxygénases ou les polyphénols oxydases. La plupart de ces fonctions sont partagées avec d'autres plantes terrestres, ce qui montre que la plupart des mécanismes généraux d'adaptation sont assez conservés chez les Embryophytes. Néanmoins, la plupart de ces familles de gènes présentent des caractéristiques propres à la lignée, telles que des gènes spécifiques, des expansions de famille ou des transferts horizontaux de gènes, qui différencient l'organisation des familles de gènes chez les Marchantia de celle connue chez les angiospermes. L'ensemble de ces résultats montre que les plantes terrestres partagent la plupart de leurs mécanismes d'adaptation, hérités de leur dernier ancêtre commun, et que ces fonctions générales ont subi des modifications spécifiques à chaque lignée, dépendant des différentes contraintes qui ont façonné les lignées de plantes terrestres
Plant adaptation to a terrestrial life 500 million years ago played a major role in the evolution of life on Earth. Plants still play a crucial role at present time, as bases of most ecosystems, and consequently base of all human civilizations. Understanding their adaptation to past and present modification of their living conditions is a key to understand the past and be able to respond to future agricultural challenges. Plants sciences made great advances in understanding plant response to their environment, but most studies focused on the angiosperm lineage which contains crops. Nevertheless, to get a broader picture of land plant (Embryophytes) adaptation to various conditions, in the framework of 500 million years of evolution on land, it is essential to study other land plant lineages. In line with this logic, this work will focus on the non-vascular plant model Marchantia polymorpha, whose lineage diverged from vascular plants around 480 million years ago. We developed an intraspecific diversity dataset that allowed us to uncover some mechanisms of adaptation in M. polymorpha. Analyses of selection signatures on genes enabled us to distinguish conserved functions under strong purifying selection from variable ones undergoing balancing selection or selective sweeps. Using this intraspecific diversity dataset, genome-wide associations studies (GWAS) could be performed on the response of M. polymorpha to climatic conditions but also to the fungal pathogen Colletotrichum nymphaeae (biotic stress). Finally, a gene-based pangenome was built and allowed identifying genes with a presence-absence variation between accessions, that are often associated with stress response and local adaptation. Crossing these three approaches, we found gene families that seem involved in M. polymorpha response to stresses. Among them can be cited the terpene synthases, the peroxidases, the NBS-LRR (NLR), the lectins, the lipoxygenases or the polyphenol oxidases. Most of these functions are shared with other land plants, showing that most general mechanism of adaptation are quite conserved in Embryophytes. Nevertheless, most of these gene families displayed lineage-specific characteristics, such as specific genes, family expansions or horizontal gene transfer, that differentiated gene family organization in Marchantia from the one known in angiosperms. Taken together, these results show that land plants share most of their mechanisms of adaptation, inherited from their last common ancestor, and that these general functions underwent lineage-specific modifications, that can hint at the different constraints that shaped the different lineages of land plants

Les appariements d’ions sontomniprésents dans la nature, des océans auxaérosols, et passant par les organismes vivants.Les paires d’ions présentes dans les solutionsriches en ions y jouent un rôle crucial, notammentdans le déroulement des mécanismes réactionnelschimiques et biochimiques. En dépit de leurimportance, la caractérisation expérimentale despaires en solution reste problématique en raison dela coexistence de plusieurs types. Ainsi, le premierobjectif de ce travail est de développer uneapproche originale en phase gazeuse, pour l’étudedes paires d’ions modèles entre un groupementcarboxylate et un cation alcalin, illustrant le typed’appariement observé dans le milieu biologique.Ces premières études sont menées à l’aide d’uneapproche de spectroscopie IR et UV sélective enconformation, combinée à des calculs au niveauchimie quantique sur des modèles de formulegénérale (C6H5-(CH2)n-COO-, M+; M = Li, Na, K,Rb, Cs et n ≤ 4). L’appariement entre les ions a étéainsi caractérisé sur l’ensemble de ces systèmes, etune compétition entre les interactions cation-anionet cation-π a été observée pour les systèmes de plusgrande taille.Dans un second temps, une étude théorique estdéveloppée dans l’objectif de proposer un spectrethéorique pour chaque type de paires, et de leconfronter aux spectres expérimentaux en solutionde la littérature. L’approche repose sur le calcul dela signature vibrationnelle de paires (CH3-COO-,M+; M = Li, Na) et de l’anion libre, entouréssuccessivement de molécules d’eau explicitesdécrites au niveau chimie quantique, puis auniveau champ de force et enfin par un modèle desolvant continu.Cet apport original pour l’étude des paires d’ionsneutres ouvre la voie vers une meilleurecaractérisation de ces paires dans les solutions électrolytiques
Ion pairs are ubiquitous in nature andwere documented in sea waters, aerosols andliving organisms, thus they play a crucial role inmany chemical and biochemical mechanisms.Although many experimental approaches aimedat identifying these ion pairs in solutions, theyfailed in characterizing their microscopicproperties, mainly due to the coexistence of manytypes of pairs in solution. This original study aimsto identify the structural properties of ion pairmodels in the gas phase that depicts theinteraction between carboxylate group and alkalication, largely present in biological media.Model systems (M+, C6H5(CH2)nCOO-, M = Li,Na, K, Rb, Cs and n ≤ 4) were the subject of thefirst studies conducted using gas phaseconformational selective IR and UV spectroscopycombined to quantum chemistry calculations.Among the identified structures, we found asecondary interaction between the cation andphenyl ring (cation-π interaction) for systems witha flexible carbon chain, which led us to study thecompetition between cation-anion and cation-πinteractions.The second study developed focused mainly oncharacterizing ion pairs (M+, CH3COO-; M = Li,Na) and free anion in solution, where the firstsolvation layer were described at the quantumlevel, followed by a solvent continuum. Thus thevibrationnal signatures proposed for theseaggregates were compared to solution spectra inlitterature, thus offering a reliable structuralassignement.This study on neutral ion pairs paves way to a betterunderstanding of ion pairing and offers a uniqueapproach to adress the structural characterization ofthese systems in solution

Pour faire face aux défis et la forte concurrence d’aujourd’hui, l’enseignement supérieur s’est tourné vers la stratégie de communication sur les réseaux sociaux en vue de fidéliser leur public, améliorer leur réputation et renforcer les relations avec la communauté à travers des niveaux d’engagement plus élevés. L’enjeu de cette thèse est d’appréhender cet engagement de la communauté universitaire sur les réseaux sociaux. La recherche s’intéressera dans un premier temps à l’étude des concepts clés reliés à son objectif, à savoir, l’engagement, la communauté et les médias sociaux. Des études empiriques quantitatives et qualitatives seront mises en œuvre par les méthodes du questionnaire et du data mining. Les résultats statistiques, l’analyse du contenu et la détection des communautés ont permis de comprendre le rôle que joue la stratégie contenu et l’impact du profil communautaire sur les niveaux d’engagement sur les publications créées par les principaux établissements d’enseignement supérieur au Liban
To face the challenges and strong competition of today, higher education has turned to the strategy of communication on social networks in order to retain their audience, improve their reputation and strengthen relations with the community through higher levels of engagement. The aim of this thesis is to understand this engagement of the university community on social networks. The research is initially interested in the study of key concepts related to its objective, namely, engagement, community and social media. Quantitative and qualitative empirical studies will be implemented using questionnaire and data mining methods. Statistical results, content analysis and community detection helped to understand the role of content strategy and the impact of community profile on engagement levels on posts created by major higher education institutions in Lebanon

Ces dernières décennies, la spectroscopie moléculaire a bénéficié du progrès des spectromètres, notamment en terme de sélectivité et sensibilité, et de méthodes d'analyse et de calculs de chimie quantique toujours plus avancés. Désormais, la spectroscopie rotationnelle s'oriente vers l'analyse de systèmes moléculaires plus complexes caractérisés spectralement par une forte densité de raies. La congestion spectrale des espèces étudiées dans ma thèse s'explique non seulement par de faibles constantes rotationnelles mais aussi par la présence d'états vibrationnels excités à température ambiante, une forte richesse isotopique, un haut degré de splittings dus aux mouvements de grande amplitude ou encore par un paysage conformationnel complexe. Cette thèse illustre ainsi divers scénarii à travers les études du chlorure de thionyle, des nitrotoluènes et des méthoxyphénols. Les spectres rovibrationnels des bandes v2 et v5 des isotopologues du chlorure de thionyle ont été mesurés dans l'infrarouge lointain au synchroton SOLEIL et analysés en utilisant une approche semi-automatique basée sur des algorithmes évolutionnaires. Les isomères du nitrotoluène ont été ciblés pour leur intérêt défense comme traceurs d'explosif (TNT), les spectres de rotation pure ont été mesurés dans les régions micro-ondes en jet moléculaire et millimétrique à température ambiante. Le spectre millimétrique du 3-nitrotoluène était particulièrement faible et congestionné avec des splittings dus à la rotation interne très importants (jusqu'à plusieurs GHz) en raison d'une barrière de rotation très faible ( Vз=6.7659(24)cmˉ ¹). La limite de détection a été estimée et une liste de raies établie. Les spectres millimétriques des 2-nitrotoluène et 4-nitrotoluène ont également été partiellement analysés. Enfin, les méthoxyphénols émis lors de feux de biomasse ont également étudiés comme précurseurs d'aérosols organiques secondaires pour leur détection atmosphérique future. Associée à des calculs de chimie quantique, l'analyse du spectre millimétrique du 3-méthoxyphénol mesuré à température ambiante dans la région millimétrique a permis de déterminer la stabilité relative de quatre conformères
In recent decades, molecular spectroscopy has benefited from the progress of spectrometers, particularly in terms of selectivity and sensitivity, and from the continuous advancement of the analysis methods and quantum chemistry calculations. Today, rational spectroscopy is moving towards the analysis of more complex molecular systems spectrally characterized by a high density of lines. The spectral congestion of the species studied in this thesis is not only explained by low rotational constants, but also by the presence of vibrational states excited at room temperature, a high isotopic richness, a high degree of line splitting due to large amplitude motions or by a complex conformational landscape. This thesis thus illustrates various scenarios through the studies of thionyl chloride, nitrotoluenes and methoxyphenols. The rovibrational spectra of the v2 and v5 bands of the isotopologues of thionyl chloride were measured in far-infrared at the SOLEIL synchroton and analyzed using a semi-automatic approach based on evolutionary algorithms. The isomers of nitrotoluene have been targeted for military application as explosive taggants (TNT), the pure rotation spectra were measured in the microwave region in molecular jet and in the millimeter-wave region at room temperature. The millimeter-wave spectrum of 3-nitrotoluene was especially weak and congested with very large internal rotation splittings (up to several GHz) due to a very weak rotational barrier (V3=6.7659(24)cmˉ ¹). The detection limit was estimated and a linelist established. The 2-nitrotoluene and 4-nitrotoluene millimeter-wave spectra have been also partially analyzed. Finally, methoxyphenols emitted during biomass fires have also been studied as they are secondary organic aerosol precursors for their future atmospheric detection. Combined with quantum chemistry calculations, the analysis of the millimeter-wave spectrum of the 3-methoxyphenol measured at room temperature permitted the relative stability of four conformers to be determined

On attribue souvent aux œuvres des peintres Albert Bierstadt et Thomas Moran et des photographes Carleton Watkins et William H. Jackson un impact certain sur la création des parcs nationaux de Yosemite et Yellowstone. Plutôt que de rechercher des preuves de leur influence sur les hommes politiques – preuves qui se révèlent ténues et appartiennent plus à la légende qu’à la réalité – cette thèse se propose d’étudier comment la représentation du paysage a pu progressivement, au cours de la période 1820-1890, façonner les esprits américains au point qu’ils puissent admirer cette nature sauvage qu’ils redoutaient depuis longtemps et en venir à prôner ou à accepter qu’on la préserve. Dans une première partie, nous aborderons l’évolution de l’image de la nature et de l’art depuis l’arrivée des premiers colons et leurs destins croisés. Dans la seconde partie, nous nous intéresserons aux facteurs qui firent des artistes des pionniers de l’esthétique et de la préservation, les envoyant en mission d’exploration pour étudier les éléments naturels et recréer les scènes observées. Puis nous analyserons les écrits de certains artistes où transparaît une sensibilité écologique précoce et les actions concrètes de ceux qui luttèrent pour préserver certains sites. Enfin, dans la troisième partie, nous examinerons les innovations technologiques ou artistiques et l’adaptation des traditions picturales européennes qui favorisèrent l’appropriation visuelle de la nature : panorama et stéréographie, alliance de la vision de loin et de haut et de la précision télescopique ou pastoralisation par une présence humaine, animale ou par l’alliance du sublime et du beau
The works of painters Albert Bierstadt and Thomas Moran and photographers Carleton Watkins and William H. Jackson are often credited with having been instrumental in the creation of the Yosemite and Yellowstone National Parks. Rather than look for evidence of their influence on politicians – evidence which turns out to be flimsy and the stuff of legend more than reality –this dissertation aims to study how landscape representation between 1820 and 1890 progressively shaped American mentalities so that people came to admire the wilderness they had dreaded for a long time and to advocate or accept its preservation. In the first part we will deal with the evolution of the image of nature and art since the arrival of the first settlers and their shared destinies. In the second part, we will look at how artists were made into aesthetic and environmental pioneers, sent on a mission of exploration to study the elements of nature thoroughly and recreate the scenes they had observed. Then we will analyze the writings of some artists which show a precocious ecological sensitivity and the concrete actions of those who fought for the preservation of certain sites. Finally, in the third part, we will examine the technological or artistic innovations and the adaptation of European pictorial conventions that favored the visual appropriation of nature : the panorama and the stereography, elevated vision from a distance and telescopic precision, as well as its pastoralization by human, animal presence or by the union of the sublime and the beautiful

Les changements climatiques actuels induisent des modifications du paysage thermique et hydrique dans lequel vivent les organismes. Il est attendu que les organismes ectothermes, qui régulent leur température corporelle via le comportement, aient la capacité de tamponner tout ou partie des effets négatifs de ces modifications sur la physiologie et les performances. Toutefois peu d’études se sont penchées sur les coûts que peuvent avoir les modifications de l’environnement hydrique sur les comportements de thermorégulation. L’objectif principal de cette thèse est de décrire des mécanismes comportementaux de régulation conjointe de la température corporelle et de la balance hydrique, définis alors comme comportements de thermo-hydrorégulation. Je me suis concentré sur l’étude du comportement d’un squamate de milieu tempéré, le lézard vivipare (Zootoca vivipara) à l'aide de protocoles expérimentaux et de suivis en milieu naturel. Mes résultats permettent de mettre en évidence des compromis et des synergies entre les patrons de comportements d’hydrorégulation et de thermorégulation selon les conditions environnementales. Ces ajustements comportementaux s'expliquent par une nécessité de limiter les pertes en eaux. Une diminution de la disponibilité hydrique dans l’environnement ainsi que la déshydratation de l’animal induisent aussi des modifications dans les stratégies de thermorégulation. Ces travaux suggèrent qu’une prise en compte conjointe des contraintes thermiques et hydriques dans l’environnement semble critique à l’étude des réponses des organismes aux changements globaux, et pourrait questionner notre compréhension des réponses individuelles à ces changements
Actual climate changes drive modifications of the thermal and water landscapes where live organisms. Thermoregulation in ectotherm species mostly rely on behavioral adjustments. These adjustments buffer the negative effects of these environmental changes on the physiology and the performances of the individuals. However, too few studies focused on the costs of changes in the water environment on thermoregulation behaviors. The main objective of this thesis is to highlight behavioral patterns involved in the joint regulation of body temperature and water balance, hereafter called thermo-hydroregulation behaviors, which would be critical to understand the responses of organisms to global changes. I focused on studying space use behaviors (activity patterns, micro-habitat selection) of a temperate squamate species, the common lizard (Zootoca vivipara) through experimental set-ups in laboratory or outdoor conditions, as well as a comparative study of natural populations in the Massif Central, France. My results highlighted that behavioral regulation of the water balance can trade-off or act in synergy with thermoregulation behaviors according to environmental conditions. The observed behavioral adjustments could consist in a water conservation strategy. A decrease in water availability in the environment as well as a dehydration induced changes in thermoregulation strategies (body temperature, thermoregulation accuracy). These studies highlighted the importance of a joint consideration of the thermal and water constraints when studying the ectotherms responses to global change, and questioned our current understanding of individual and populational responses to these changes

À partir des romans de Xavier-Laurent Petit, il s’agit d’explorer les procédés utilisés pour créer le voyage et favoriser l’adhésion du lecteur. L’espace, comme univers fictionnel du récit, induit un ancrage géographique des textes. Cette figuration de l’ailleurs repose sur des choix d’écriture personnels et s’inscrit dans une relation pertinente entre le monde et les mots. Mais l’espace, également élément constitutif du roman, pose le lieu comme un fondement du récit, un incontournable de la création littéraire. Il m’intéresse alors de démontrer que la littérature de voyage pour la jeunesse donne la possibilité de suivre une construction identitaire autour d’un double nœud didactique : l’ici et l’ailleurs. L’espace, enfin, apparaît au cœur d’un désir de transmission du monde. Les auteurs pour la jeunesse, en s’inscrivant dans un héritage humaniste, s’opposeraient à l’image d’un monde hostile souvent mise en avant aujourd’hui. L’approche géopoétique permet d’ancrer cette recherche dans un triple regard : à la fois scientifique, philosophique et poétique. À la frontière de la littérature et de la géographie, le récit de voyage pour la jeunesse a le pouvoir d’interroger le monde. Il donne à lire un espace, un paysage, voire un parcours par le biais du langage
Focusing on 14 of Xavier-Laurent Petit’ s novels, we explore the processes used to create the trip and to gain the reader's consideration. Space, as a fictional universe of the narrative, induces a geographical anchoring of the texts. This representation of otherworldliness is based on personal writing choices and is part of a relevant relationship between the world and the words. But space, being constitutive of the novel, establishes the location as a foundation for the narrative, as an essential element for literary creation. I’m interested to show that fiction books about travel intended for youths give the possibility to follow an identity’ s construction around a double didactic node: the here and the elsewhere. I propose to introduce the concept of Geopoetics, which enables us to comprehend and analyse the territorial, geographical and geo-ecological dimensions of a literary text – and finally the aesthetically encoded relationships between man and Earth. This concept anchors this research in a triple way: simultaneously scientific, philosophical and poetic. Skirting the boundaries of literature and geography, trip novels for youths have the power to question the world. Through language, they give a space, a landscape, and even sometimes a path to read

Cette thèse s'inscrit dans un partenariat entre l'INRA et l'INRIA et dans le champs de l'extraction de connaissances à partir de bases de données spatiales. La problématique porte sur la caractérisation et la simulation de paysages agricoles. Plus précisément, nous nous concentrons sur des lignes qui structurent le paysage agricole, telles que les routes, les fossés d'irrigation et les haies. Notre objectif est de modéliser les haies en raison de leur rôle dans de nombreux processus écologiques et environnementaux. Nous étudions les moyens de caractériser les structures de haies sur deux paysages agricoles contrastés, l'un situé dans le sud-Est de la France (majoritairement composé de vergers) et le second en Bretagne (Ouest de la France, de type bocage). Nous déterminons également si, et dans quelles circonstances, la répartition spatiale des haies est structurée par la position des éléments linéaires plus pérennes du paysage tels que les routes et les fossés et l'échelle de ces structures. La démarche d'extraction de connaissances à partir de base de données (ECBD) mise en place comporte différentes étapes de prétraitement et de fouille de données, alliant des méthodes mathématiques et informatiques. La première partie du travail de thèse se concentre sur la création d'un indice spatial statistique, fondé sur une notion géométrique de voisinage et permettant la caractérisation des structures de haies. Celui-Ci a permis de décrire les structures de haies dans le paysage et les résultats montrent qu'elles dépendent des éléments plus pérennes à courte distance et que le voisinage des haies est uniforme au-Delà de 150 mètres. En outre différentes structures de voisinage ont été mises en évidence selon les principales orientations de haies dans le sud-Est de la France, mais pas en Bretagne. La seconde partie du travail de thèse a exploré l'intérêt du couplage de méthodes de linéarisation avec des méthodes de Markov. Les méthodes de linéarisation ont été introduites avec l'utilisation d'une variante des courbes de Hilbert : les chemins de Hilbert adaptatifs. Les données spatiales linéaires ainsi construites ont ensuite été traitées avec les méthodes de Markov. Ces dernières ont l'avantage de pouvoir servir à la fois pour l'apprentissage sur les données réelles et pour la génération de données, dans le cadre, par exemple, de la simulation d'un paysage. Les résultats montrent que ces méthodes couplées permettant un apprentissage et une génération automatique qui capte des caractéristiques des différents paysages. Les premières simulations sont encourageantes malgré le besoin d'un post-Traitement. Finalement, ce travail de thèse a permis la création d'une méthode d'exploration de données spatiales basée sur différents outils et prenant en charge toutes les étapes de l'ECBD classique, depuis la sélection des données jusqu'à la visualisation des résultats. De plus, la construction de cette méthode est telle qu'elle peut servir à son tour à la génération de données, volet nécessaire pour la simulation de paysage
This thesis is part of a partnership between INRA and INRIA in the field of knowledge extraction from spatial databases. The study focuses on the characterization and simulation of agricultural landscapes. More specifically, we focus on linears that structure the agricultural landscape, such as roads, irrigation ditches and hedgerows. Our goal is to model the spatial distribution of hedgerows because of their role in many ecological and environmental processes. We more specifically study how to characterize the spatial structure of hedgerows in two contrasting agricultural landscapes, one located in south-Eastern France (mainly composed of orchards) and the second in Brittany (western France, \emph{bocage}-Type). We determine if the spatial distribution of hedgerows is structured by the position of the more perennial linear landscape features, such as roads and ditches, or not. In such a case, we also detect the circumstances under which this spatial distribution is structured and the scale of these structures. The implementation of the process of Knowledge Discovery in Databases (KDD) is comprised of different preprocessing steps and data mining algorithms which combine mathematical and computational methods. The first part of the thesis focuses on the creation of a statistical spatial index, based on a geometric neighborhood concept and allowing the characterization of structures of hedgerows. Spatial index allows to describe the structures of hedgerows in the landscape. The results show that hedgerows depend on more permanent linear elements at short distances, and that their neighborhood is uniform beyond 150 meters. In addition different neighborhood structures have been identified depending on the orientation of hedgerows in the South-East of France but not in Brittany. The second part of the thesis explores the potential of coupling linearization methods with Markov methods. The linearization methods are based on the use of alternative Hilbert curves: Hilbert adaptive paths. The linearized spatial data thus constructed were then treated with Markov methods. These methods have the advantage of being able to serve both for the machine learning and for the generation of new data, for example in the context of the simulation of a landscape. The results show that the combination of these methods for learning and automatic generation of hedgerows captures some characteristics of the different study landscapes. The first simulations are encouraging despite the need for post-Processing. Finally, this work has enabled the creation of a spatial data mining method based on different tools that support all stages of a classic KDD, from the selection of data to the visualization of results. Furthermore, this method was constructed in such a way that it can also be used for data generation, a component necessary for the simulation of landscapes

Cette thèse s'inscrit dans un partenariat entre l'INRA et l'INRIA et dans le champs de l'extraction de connaissances à partir de bases de données spatiales. La problématique porte sur la caractérisation et la simulation de paysages agricoles. Plus précisément, nous nous concentrons sur des lignes qui structurent le paysage agricole, telles que les routes, les fossés d'irrigation et les haies. Notre objectif est de modéliser les haies en raison de leur rôle dans de nombreux processus écologiques et environnementaux. Nous étudions les moyens de caractériser les structures de haies sur deux paysages agricoles contrastés, l'un situé dans le sud-Est de la France (majoritairement composé de vergers) et le second en Bretagne (Ouest de la France, de type bocage). Nous déterminons également si, et dans quelles circonstances, la répartition spatiale des haies est structurée par la position des éléments linéaires plus pérennes du paysage tels que les routes et les fossés et l'échelle de ces structures. La démarche d'extraction de connaissances à partir de base de données (ECBD) mise en place comporte différentes étapes de prétraitement et de fouille de données, alliant des méthodes mathématiques et informatiques. La première partie du travail de thèse se concentre sur la création d'un indice spatial statistique, fondé sur une notion géométrique de voisinage et permettant la caractérisation des structures de haies. Celui-Ci a permis de décrire les structures de haies dans le paysage et les résultats montrent qu'elles dépendent des éléments plus pérennes à courte distance et que le voisinage des haies est uniforme au-Delà de 150 mètres. En outre différentes structures de voisinage ont été mises en évidence selon les principales orientations de haies dans le sud-Est de la France, mais pas en Bretagne. La seconde partie du travail de thèse a exploré l'intérêt du couplage de méthodes de linéarisation avec des méthodes de Markov. Les méthodes de linéarisation ont été introduites avec l'utilisation d'une variante des courbes de Hilbert : les chemins de Hilbert adaptatifs. Les données spatiales linéaires ainsi construites ont ensuite été traitées avec les méthodes de Markov. Ces dernières ont l'avantage de pouvoir servir à la fois pour l'apprentissage sur les données réelles et pour la génération de données, dans le cadre, par exemple, de la simulation d'un paysage. Les résultats montrent que ces méthodes couplées permettant un apprentissage et une génération automatique qui capte des caractéristiques des différents paysages. Les premières simulations sont encourageantes malgré le besoin d'un post-Traitement. Finalement, ce travail de thèse a permis la création d'une méthode d'exploration de données spatiales basée sur différents outils et prenant en charge toutes les étapes de l'ECBD classique, depuis la sélection des données jusqu'à la visualisation des résultats. De plus, la construction de cette méthode est telle qu'elle peut servir à son tour à la génération de données, volet nécessaire pour la simulation de paysage
This thesis is part of a partnership between INRA and INRIA in the field of knowledge extraction from spatial databases. The study focuses on the characterization and simulation of agricultural landscapes. More specifically, we focus on linears that structure the agricultural landscape, such as roads, irrigation ditches and hedgerows. Our goal is to model the spatial distribution of hedgerows because of their role in many ecological and environmental processes. We more specifically study how to characterize the spatial structure of hedgerows in two contrasting agricultural landscapes, one located in south-Eastern France (mainly composed of orchards) and the second in Brittany (western France, \emph{bocage}-Type). We determine if the spatial distribution of hedgerows is structured by the position of the more perennial linear landscape features, such as roads and ditches, or not. In such a case, we also detect the circumstances under which this spatial distribution is structured and the scale of these structures. The implementation of the process of Knowledge Discovery in Databases (KDD) is comprised of different preprocessing steps and data mining algorithms which combine mathematical and computational methods. The first part of the thesis focuses on the creation of a statistical spatial index, based on a geometric neighborhood concept and allowing the characterization of structures of hedgerows. Spatial index allows to describe the structures of hedgerows in the landscape. The results show that hedgerows depend on more permanent linear elements at short distances, and that their neighborhood is uniform beyond 150 meters. In addition different neighborhood structures have been identified depending on the orientation of hedgerows in the South-East of France but not in Brittany. The second part of the thesis explores the potential of coupling linearization methods with Markov methods. The linearization methods are based on the use of alternative Hilbert curves: Hilbert adaptive paths. The linearized spatial data thus constructed were then treated with Markov methods. These methods have the advantage of being able to serve both for the machine learning and for the generation of new data, for example in the context of the simulation of a landscape. The results show that the combination of these methods for learning and automatic generation of hedgerows captures some characteristics of the different study landscapes. The first simulations are encouraging despite the need for post-Processing. Finally, this work has enabled the creation of a spatial data mining method based on different tools that support all stages of a classic KDD, from the selection of data to the visualization of results. Furthermore, this method was constructed in such a way that it can also be used for data generation, a component necessary for the simulation of landscapes

L'acétylcholinestérase est une enzyme très rapide, essentielle à la neurotransmission cholinergique. Elle est la cible de toutes les molécules actuellement utilisées dans le traitement de la maladie d'Alzheimer, et les progrès à venir dans la modulation de son activité réclament une connaissance plus fine de sa structure et de sa dynamique. Dans cette thèse, nous décrivons trois approches expérimentales ayant permis d'obtenir des informations structurales sur la dynamique de l'acétylcholinestérase. Nous rapportons, dans un premier temps, la structure de cette enzyme en complexe avec un putatif médicament anti-Alzheimer de seconde génération. Nous décrivons, par ailleurs, une approche de mise à l'équilibre réactionnel de complexes enzyme/substrat cristallins, grâce à laquelle le trafic des substrats au sein de l'acétylcholinestérase a pu être suivi structuralement. Nous présentons, enfin, le développement d'une stratégie nouvelle en cristallographie cinétique des protéines, basée sur l'utilisation d'un précurseur photosensible du produit de réaction enzymatique, sa photolyse in-crystallo par le biais d'un laser, et l'application subséquente de profils de température adéquats afin de permettre la survenue des mouvements moléculaires nécessaires à l'expulsion des produits de photolyse. Prises conjointement, les différents résultats de cette thèse permettent une description détaillée du trafic des substrats et produits au sein de l'acétylcholinestérase, et fournissent un aperçu structural de son paysage conformationnel.