Academic literature on the topic 'Molécules-Plateforme'

Les impacts énergétiques et environnementaux ont conduit les processus industriels. L'utilisation de la biomasse comme matière première constitue un moyen durable de produire des carburants. La synthèse Fischer-Tropsch (FT)est une alternative prometteuse pour la conversion des matières premières renouvelables en produits chimiques et en carburants. Même si la synthèse FT est considérée comme une technologie bien établie, certains principes chimiques fondamentaux doivent être mieux compris et approfondis. L'utilisation et la transformation du CO2 en produits chimiques à valeur ajoutée ont suscité un intérêt mondial, tant du point de vue théorique que pratique. L'hydrogénation du CO2 en acide formique est un exemple de conversion du CO2 en un hydrocarbure liquide utile, et est réalisée à l'aide de catalyseurs homogènes. Cependant, quelques travaux montrent que des catalyseurs métalliques supportés hautement dispersés sont capables de réaliser cette réaction. L'activité élevée de ces catalyseurs pourrait être attribuée à leur capacité à stabiliser le métal actif dans un état d'atomes métalliques uniques ou de complexes métalliques hétérogénéisés, qui peuvent démontrer une activité plus élevée que les atomes métalliques à la surface des nanoparticules métalliques.Dans ce travail, nous avons considéré deux espaces confinés différents de matériaux à base de carbone, les nanotubes de carbone (CNTs) et les COF (covalent organic frameworks), et évalué le nanoconfinement des espèces actives de fer, de cuivre et de ruthénium pour les réactions d'hydrogénation du CO et du CO2 pour la production des molécules plates-formes.Dans les catalyseurs à base de fer pour la synthèse du FT supportés par des CNTs, la phase active était nanoconfinée à l'intérieur des canaux ou localisée sur la surface extérieure. Dans la plupart des travaux antérieurs, la distribution des nanoparticules métalliques à l'intérieur ou à l'extérieur des CNTs est considérée comme immobile pendant l'activation du catalyseur ou la réaction catalytique. Dans ce travail, nous avons découvert une mobilité remarquable des espèces de fer et de cuivre dans les catalyseurs bimétalliques entre les canaux intérieurs des CNTs et la surface extérieure, qui se produit dans le monoxyde de carbone et le gaz de synthèse, alors qu'il n'y a pratiquement pas de migration des espèces de fer dans les catalyseurs monométalliques. Cette mobilité est renforcée par une fragilité et des défauts notables dans les CNTs, qui apparaissent lors de leur imprégnation par les solutions acides des précurseurs métalliques et de la décomposition des précurseurs. La mobilité remarquable des espèces de fer et de cuivre dans les catalyseurs bimétalliques affecte la genèse des sites actifs du fer et renforce l'interaction du fer avec le promoteur. Dans les catalyseurs bimétalliques fer-cuivre, la principale augmentation de l'activité a été attribuée à une fréquence de renouvellement des réactions plus élevée sur les sites de surface du fer situés à proximité du cuivre.Pour l'hydrogénation du CO2 en acide formique, nous proposons une stratégie basée sur des matériaux COF avec différentes structures et compositions chimiques pour la médiation de la dispersion du ruthénium et la conception de catalyseurs efficaces pour l'hydrogénation du CO2 à basse température en acide formique. La caractérisation in-situ combinée à des tests catalytiques a révélé que la densité des groupes fonctionnels d'azote dans la matrice COF était le facteur clé affectant la dispersion et la performance des catalyseurs de ruthénium soutenus par COF. Les performances du catalyseur découlent principalement de la capacité du ruthénium à persister sous forme d'atomes uniques dans des sites spécifiques et à résister à sa réduction à l'état métallique. La stratégie proposée pour la médiation de la dispersion des métaux peut être étendue au développement d'une variété de catalyseurs à atome unique soutenus par COF pour différentes réactions
Energy and environmental impacts drove the industrial processes. A sustainable route to produce fuels starts using biomass as raw material. Fischer-Tropsch synthesis is a promising alternative way for conversion of renewable feedstocks to chemicals and fuels. Even FT synthesis is considered a well-established technology, there are chemistry fundamentals to be better and deeply understood. Besides, the FT process depends strongly on the catalyst performance. The utilization and transformation of CO2 into value-added chemicals have been of global interest, from both theoretical and practical viewpoints. One example of CO2 conversion to a useful liquid hydrocarbon is hydrogenation of CO2 to formic acid (HCOOH). The state-of-the-art hydrogenation of CO2 to formic acid is produced over homogeneous catalysts. However, there are a few works showing that highly dispersed supported metal catalysts are able to carry out this reaction. The high activity of these catalysts could be assigned to their ability to stabilize the active metal in a state of single-metal atoms or heterogenized metal complexes, which may demonstrate a higher activity than metal atoms on the surface of metal nanoparticles.In this work we have considered two different confined spaces of carbon-based materials, CNTs and COFs, and evaluated the nanoconfinement of iron, copper and ruthenium active species for CO and CO2 hydrogenation reactions to produce value-added chemicals and platform molecules.In the iron catalysts for FT synthesis supported by carbon nanotubes, the active phase was nanoconfined inside the channels or localized on the outer surface. In most of previous work, the distribution of metal nanoparticles inside or outside carbon nanotubes is considered to be immobile during the catalyst activation or catalytic reaction. In this work, we uncovered remarkable mobility of both iron and copper species in the bimetallic catalysts between inner carbon nanotube channels and outer surface, which occurs in carbon monoxide and syngas, while almost no migration of iron species proceeds in the monometallic catalysts. This mobility is enhanced by noticeable fragility and defects in carbon nanotubes, which appear on their impregnation with the acid solutions of metal precursors and precursor decomposition. Remarkable mobility of iron and copper species in bimetallic catalysts affects the genesis of iron active sites, and enhances interaction of iron with the promoter. In the bimetallic iron-copper catalysts, the major increase in the activity was attributed to higher reaction turnover frequency over iron surface sites located in a close proximity with copper.For CO2 hydrgentaion to formic acid, we propose a strategy based on COF materials with different structures and chemical compositions for mediation of ruthenium dispersion and design of efficient catalysts for low-temperature CO2 hydrogenation to formic acid. Operando characterization combined with catalytic tests revealed that the density of nitrogen functional groups in the COF matrix was the key factor affecting the dispersion and performance of COF-supported ruthenium catalysts. The catalyst performance primarily arises from ruthenium capability to persist as single atoms in specific sites and resist its reduction to the metallic state. The proposed strategy for mediating metal dispersion can be extended to develop a variety of COF-supported single-atom catalysts for different reactions

L'objectif de ce projet est de développer des molécules nom/elles, libres d'exploitation et ciblant la polymérase NS5B, la protease NS3 et la protéase/hélicase du virus de l'hépatite C (VHC). Mon travail de thèse a consisté à contribuer au développement d'une plateforme cellulaire innovante dans son concept et radicalement différente de celles existantes. Le système double hybride en levure est utilisé de manière originale afin d'identifier des peptides « 3D-Sensors », sensibles aux changements | de conformation de la cible en présence de ligands connus. Le système est ensuite transféré en cellules humaines afin de développer la plateforme cellulaire « 3D»Screen ». Cette dernière a été validée avec le récepteur à Festrogène alpha (ERα) et a démontré sa sélectivité et sa robustesse. Le criblage d'une chimiotlièque a permis didentifier 7 molécules nouvelles altérant la conformation du récepteur ERα et dotées potentiellement d'un mécanisme d'action original. La polymérase NS5B et la protéine NS3 sont des cibles validées pour le contrôle de la implication du VHC. La plateforme appliquée à la polymérase NS5R à la protease NS3 ainsi qu'à la protéase/hélicase a montré sa pertinence pour Identification de molécules ciblant ces protéines. L'adaptation à un format de criblage à haut débit a permis d'identifier 12 molécules candidates anti-NS5B et 5 composés anti-protéase NS3 confirmées en système replicon. Les propriétés uniques de la plateforme 3D-Screen ont également été exploitées pour prédire l'activité de composés sur un panel de mutants résistants à des inhibiteurs de la polymérase NS5B ou de la protéase NS3 développés par d'autres sociétés et testés en essais cliniques
The objective of this project is to develop free to operate and innovative molecules targeting the NS5B polymerase. The NS3 protease and the protease/helicase of the hepatitis C virus (HCV). My PhD work consisted in contributing to the development of a cell-based platform innovative in its concept and radically different from the existing ones. The two hybrid System in yeast was used, in an original way, to identity "3D-Sensor" peptides sensitive to the target's conformational changes in presence of known ligands. The System was then transferred to human cells to generate the 443D-Screen" platform. This cellular platform was validated with the estrogen receptor alpha (ERα) and showed selectivity and robustness. Screening of a small molecule library enabled the identification of 7 novel compounds that alter ERa conformation and display a potential original mechanism of action. In fact these compounds are not detected by assays classically used in the pharma industry. The NS5B polymerase and the NS3 protein are validated targets for the control of HCV replication. The 3D-Screen platform applied to NS5B, NS3 protease as well as the protease/ helicase, demonstrated its relevance for the identification of molecules targeting these proteins. Screening enabled the identification of 12 anti-NS5B compounds and 5 anti-NS3 ones. The anti-viral activity of these compounds was confirmed in the replicon System. The unique properties of the 3D-Screen platform were also used to predict the activity of compounds on a panel of mutants resistant to NS5B polymerase or NS3 protease inhibitors developed by other companies and tested in clinical trials

Pseudomonas aeruginosa (PA) est l’un des principaux germes impliqués dans les maladies nosocomiales et est aussi la principale cause de mortalité et morbidité des patients atteints de la mucoviscidose malgré l’utilisation massive d’antibiotiques. Dans la lutte contre PA, une alternative aux antibiotiques est l’inhibition de ses facteurs de virulence notamment ceux impliqués dans l’adhésion et la formation du biofilm via des interactions de type sucres/protéines. Ces protéines sont appelées lectines (PA-IL, PA-IIL, FliD). L’objectif de ce travail est la recherche de molécules inhibitrices (glycoclusters) de ces lectines impliquées dans la virulence de PA. Compte tenu du grand nombre de glycoclusters à tester et des faibles quantités de matériels biologiques disponibles, un outil de criblage innovant a été développé (glycoarray) à partir d’une lame de verre microstructurée et fonctionnalisée chimiquement afin d’immobiliser de manière organisée et ordonnée les glycoclusters. La méthode d’immobilisation choisie est la méthode d’immobilisation spécifique par hybridation de l’ADN appelée DDI : DNA Directed Immobilization. Sur ces glycoarrays, 3 méthodes indépendantes (lecture de fluorescence directe, IC50 et Kd) de mesure des interactions glycoclusters/lectines ont été mises au point et validées par une étude comparative donnant un classement similaire des glycoclusters pour leur affinité vis-à-vis des lectines Il faut noter que ces mesures faites sur glycoarrays ne consomment que quelques picomoles de glycoclusters comparées aux méthodes classiques (ITC, ELLA, RMN, …) qui nécessitent des micromoles de produits. A l’aide de ces glycoarrays, un criblage d’une bibliothèque d’une centaine de glycoclusters multivalents, de différentes topologies, charges et linkers a permis d’identifier deux structures montrant une très forte affinité vis-à-vis des lectines de PA. Ces glycoclusters sont actuellement en test in vitro et in vivo. Ces études d’interactions sur DDI-glycoarray ont été étendues à d’autres agents pathogènes tels que les bactéries Burkholderia ambifaria, Viscum album ou contre le virus de la grippe. Dans le futur, pour mieux appréhender les mécanismes d’interactions sucres/protéines, il serait intéressant de pouvoir suivre en temps réel ces interactions en utilisant des systèmes de détection sans marquage tel que, par exemple, la résonance plasmonique de surface. Aussi, le dernier chapitre donne les prémices d’une adaptation de la méthode DDI sur glycoarray sur surface d’or
Pseudomonas aeruginosa (PA) is one of the predominant bacterium encountered in nosocomial infections. PA infections often lead to chronic inflammation and eventually to death despite aggressive antibiotic therapy. A promising approach is to inhibit the virulence factors of PA such as PA-IL, PA-IIL, FliD (lectins). Therefore, there is a great interest for studying carbohydrate/lectin interactions in order to design new treatments. The goal of this work is the research for inhibitory molecules (glycoclusters ) of these lectins involved in the virulence of PA. An innovative screening tool for studying carbohydrate/lectin interactions has been developed (glycoarray). Glycoarray are microstructured glass-slides, chemically functionalized in order to immobilize, organized and orderly, glycoclusters at the surface. The immobilization method is the specific immobilization method based on DNA hybridization called DDI (DNA Directed Immobilization). This miniaturized analytical biosystem allows multiplex test performed in one single microwell. Moreover, three independent methods of affinity measurement (direct fluorescence read-out, IC50 and Kd) have been developed and validated by a comparative study giving a similar ranking of glycoclusters for their affinity towards PA-IL. These measurements on glycoarrays consume only a few picomoles glycoclusters compared to conventional methods (ITC, ELLA...) that require micromoles of products. Using these glycoarrays, the screening of a library of hundreds of glycoclusters presenting different topologies, multivalencies, charges and linkers led to the identification of two structures showing a very strong affinity for PA lectins. These glycoclusters are currently in vitro assay and in vivo. These interaction studies on DDI-glycoarray were extended to other pathogens such as Burkholderia ambifaria bacteria, Viscum album or against the influenza virus. In the future, to better understand the mechanisms of sugar / protein interactions, it would be interesting to monitor in real time the interactions using label-free detection systems such as, for example, the surface plasmon resonance (SPR). Also, the last chapter gives the beginnings of an adaptation of the method of DDI glycoarray on gold surface

Les méthodes de simulation Monte-Carlo s’étendent avec succès à différents domaines de la physique médicale mais aussi à différentes échelles, par exemple de la planification des traitements de radiothérapie jusqu’à une prévision des effets des rayonnements au niveau des cellules cancéreuses. La plateforme de simulation Monte-Carlo GATE, basée sur l’outil Geant4, propose des fonctionnalités dédiées aux simulations en physique médicale (médecine nucléaire et radiothérapie). Pour les applications en radiobiologie, les modèles physiques Geant4-DNA implémentés jusqu’à très basse énergie (eV) permettent d’estimer des quantités micro-dosimétriques d’intérêt. Dans le but d’implémenter une plateforme de simulation Monte-Carlo multi-échelles, nous nous sommes d’abord intéressés à la validation des modèles physiques de Geant4-DNA, puis à leur intégration dans la plateforme de simulation GATE et enfin à une validation de cette implémentation dans un contexte de radiothérapie et protonthérapie. De manière à valider les modèles physiques de Geant4-DNA, des points kernels de dose en électrons mono-énergétiques (de 10 keV à 100 keV) ont été simulés en utilisant les modèles physiques de Geant4 et de Geant4-DNA et ils ont comparés au code Monte-Carlo EGSnrc. Les parcours et pouvoirs d’arrêts des électrons (de 7,4 eV à 1 MeV) et des protons (de 1 keV à 100 MeV) calculés avec Geant4-DNA (processus et modèles préalablement intégrés dans GATE) ont ensuite été validés. Nous avons alors proposé de simuler avec la plateforme GATE l’impact de faisceaux cliniques et pré-cliniques sur l’ADN cellulaire. Nous avons ainsi modélisé un faisceau de protonthérapie de 193,1 MeV, un accélérateur linéaire en mode électrons de 6 MeV et un irradiateur RX de 250 kV. Ces simulations ont d’abord été validées en milieu aqueux par une comparaison de la dose macroscopique avec des mesures expérimentales. Les faisceaux ont ensuite été utilisés pour calculer, pour chacun d’entre eux, les fréquences de dépôts d’énergie à l’ADN. La molécule d’ADN a été simulée tout d’abord grâce à des cylindres équivalents en dimension à 10 paires de base (2 nm x 2 nm), équivalents à la taille d’un nucléosome (10 nm x 5 nm) et équivalents à la taille d’une fibre de chromatine (25 nm x 25 nm). Tous ces cylindres ont été placés aléatoirement dans un volume d’eau liquide (de rayon 500 nm). Nous avons ensuite reconstruit la molécule d’ADN dans Geant4 à partir de la lecture de fichiers PDB (Protein Data Bank) représentant douze paires de base de la molécule d’ADN et un dinucléosome (347 paires de base). Enfin, nous avons développé un outil permettant de corréler les positions de dépôts d’énergie directs dans l’eau liquide avec les coordonnées des paires de base de l’ADN, afin de calculer les nombres de cassures simple et double brin de l’ADN. Tous les calculs réalisés au cours de ce travail, ont été déployés sur l’Infrastructure de Grille Européenne ; des tests de performance sont proposés pour mesurer l’intérêt de ce type d’architecture pour les calculs Monte-Carlo
The Monte Carlo simulation methods are successfully being used in various areas of medical physics but also at different scales, for example, from the radiation therapy treatment planning systems to the prediction of the effects of radiation in cancer cells. The Monte Carlo simulation platform GATE based on the Geant4 toolkit offers features dedicated to simulations in medical physics (nuclear medicine and radiotherapy). For radiobiology applications, the Geant4-DNA physical models are implemented to track particles till very low energy (eV) and are adapted for estimation of micro-dosimetric quantities. In order to implement a multi-scale Monte Carlo platform, we first validated the physical models of Geant4-DNA, and integrated them into GATE. Finally, we validated this implementation in the context of radiation therapy and proton therapy. In order to validate the Geant4-DNA physical models, dose point kernels for monoenergetic electrons (10 keV to 100 keV) were simulated using the physical models of Geant4-DNA and were compared to those simulated with Geant4 Standard physical models and another Monte Carlo code EGSnrc. The range and the stopping powers of electrons (7.4 eV to 1 MeV) and protons (1 keV to 100 MeV) calculated with GATE/Geant4-DNA were then compared with literature. We proposed to simulate with the GATE platform the impact of clinical and preclinical beams on cellular DNA. We modeled a clinical proton beam of 193.1 MeV, 6 MeV clinical electron beam and a X-ray irradiator beam. The beams models were validated by comparing absorbed dose computed and measured in liquid water. Then, the beams were used to calculate the frequency of energy deposits in DNA represented by different geometries. First, the DNA molecule was represented by small cylinders : 2 nm x 2 nm ( 10 bp), 5 nm x 10 nm ( nucleosome) and 25 nm x 25 nm ( chromatin fiber). All these cylinders were placed randomly in a sphere of liquid water (500 nm radius). Then we reconstructed the DNA molecule in Geant4 by reading PDB (Protein Data Bank) files representing twelve base pairs of the DNA molecule and a dinucleosome (347 base pairs). Finally, we developed a tool to correlate the positions of direct energy deposit in liquid water with the coordinates of the base pairs of DNA to calculate the number of single and double strand breaks in DNA. All calculations in this work were perfomed on the European Grid Infrastructure; performance tests are available to estimate the utility of this type of architecture for Monte Carlo calculations

Les nanoparticules (NP) de poly(acide lactique) (PLA) sont des vecteurs biodégradables prometteurs pour la vaccination et la délivrance thérapeutique. Cependant leur évaluation in vivo n'est pas toujours couronnée de succès. Un des écueils réside dans la difficulté à suivre la prise en charge cellulaire de ces nanomatériaux à l'échelle d'un organisme, ces NP étant indécelables dans les tissus profonds. L'objectif de cette thèse est de valider l'utilisation des NP de PLA comme plateforme d'imagerie et de vectorisation d'actifs chez Drosophila Melanogaster et d'analyser ainsi le devenir de NP dans un corps entier. Le modèle drosophile a été choisi pour son faible encombrement, sa facilité d'élevage, la diversité des lignées transgéniques et la puissance des outils génétiques à disposition. Il permet également de mener des études mécanistiques in vivo dans un laps de temps restreint. Nous avons évalué in cellulo et in vivo la toxicité de ces NP afin d'établir des conditions optimales expérimentales. Ensuite le potentiel des NP de PLA a été évalué in cellulo sur des cellules de drosophile transfectées transitoirement par un plasmide porteur du gène GFP sous le contrôle du promoteur UAS. Les NP vectorisant le gène gal4 ou la protéine GAL4 permettent de confirmer par simple observation en microscopie à fluorescence l'efficacité de délivrance de molécules actives dans la cellule via la fixation de la protéine GAL4 sur le promoteur UAS. Enfin, ces formulations ont été administrées par voie orale à des drosophiles transgéniques UAS-RFP pour confirmer les résultats précédents in vivo. GAL4 est un outil prometteur pour le suivi indirect de NP dans des organismes transgéniques
The biodegradable NanoParticles (NPs) of PolyLactic Acid) (PLA) are promising vectors for vaccination and therapeutic delivery. However, their in vivo evaluation is not always successful. NPs being undetectable in deep tissues, one of the challenges is the difficulty to follow the cellular uptake of these nanomaterials at the organism level. The aim of this thesis is to validate the use of PLA NPs as an imaging and drug vectorization platform in Drosophila melanogaster, and to analyze their fate in the whole fly body. The Drosophila model was chosen for its small footprint, the ease of breeding, the variety of transgenic lines, and the power of genetic tools available. Tt also allows to carry out in vivo mechanistic studies in a limited time window. We evaluated in cellulo and in vivo toxicity of these NP to determine optimal experimental conditions. Then the potential of PLA NPs was evaluated in cellulo on transiently transfected Drosophila cells by a plasmid carrying the GFP gene under the control of the UAS promoter. A simple observation by fluorescence microscopy of NPs vectorizing the gal4 gene or the GAL4 protein can confirm the effective delivery of active molecules into the cell through the binding of GAL4 protein to the UAS promoter. Finally, these formulations were orally administered to transgenic Drosophila UAS-RFP to confirm the previous in vivo results. GAL4 is a promising tool for indirect monitoring of NPs in transgenic organisms

Dans le cadre de la recherche pharmaceutique, les propriétés relatives à l’Absorption, la Distribution, le Métabolisme, l’Elimination (ADME) et la Toxicité (Tox) sont cruciales pour le succès des phases cliniques lors de la conception de nouveaux médicaments. Durant ce processus, la chémoinformatique est régulièrement utilisée afin de prédire le profil ADME-Tox des molécules bioactives et d’améliorer leurs propriétés pharmacocinétiques. Ces modèles de prédiction, basés sur la quantification des relations structure-activité (QSAR), ne sont pas toujours efficaces à cause du faible nombre de données ADME-Tox disponibles et de leur hétérogénéité induite par des différences dans les protocoles expérimentaux, ou encore de certaines erreurs expérimentales. Au cours de cette thèse, nous avons d’abord constitué une base de données contenant 150 000 mesures pour une cinquantaine de propriétés ADME-Tox. Afin de valoriser l’ensemble de ces données, nous avons dans un deuxième temps proposé une plateforme automatique de création de modèles de prédiction QSAR. Cette plateforme, nommée MetaPredict, a été conçue afin d’optimiser chacune des étapes de création d’un modèle statistique, dans le but d’améliorer leur qualité et leur robustesse. Nous avons dans un troisième temps valorisé les modèles obtenus grâce à la plateforme MetaPredict en proposant une application en ligne. Cette application a été développée pour faciliter l’utilisation des modèles, apporter une interprétation simplifiée des résultats et moduler les observations obtenues en fonction des spécificités d’un projet de recherche. Finalement, MetaPredict permet de rendre les modèles ADME-Tox accessibles à l’ensemble des chercheurs
Absorption, Distribution, Metabolism, Elimination (ADME) and Toxicity (Tox) properties are crucial for the success of clinical trials of a drug candidate. During this process, chemoinformatics is regularly used to predict the ADME-Tox profile of bioactive compounds and to improve their pharmacokinetic properties. In silico approaches have already been developed to improve poor pharmacokinetics and toxicity of lead compounds. These predictive models, based on the quantification of structure-activity relationships (QSAR), were not always efficient enough due to the low number of accessible biological data and their heterogeneity induced by the differences in experimental assays or the significant experimental error. In this thesis, we first built a database containing 150,000 data points for about 50 ADME-Tox properties. In order to valorize all this data, we then proposed an automatic platform for creating predictive models. This platform, called MetaPredict, has been designed to optimize each step of model development, in order to improve their quality and robustness. Third,, we promoted the statistical models using the online application of MetaPredict platform. This application has been developed to facilitate the use of newly built models, to provide a simplified interpretation of the results and to modulate the obtained observations according to the needs of the researchers. Finally, this platform provides an easy access to the ADME-Tox models for the scientific community

La réalisation de structures hybrides à base de graphène, dans lesquelles le graphène est associé à d'autres matériaux, constitue une piste prometteuse pour l'étude de nombreux phénomènes. En particulier, il est possible de cette façon d'induire des propriétés dans le graphène via des effets de proximité. Ici, le système cible que nous avons considéré consiste en une plateforme de graphène quasi-flottant, au caractère supraconducteur induit, et qui est placée à proximité d'impuretés magnétiques. A la lecture d'articles théoriques parus récemment, il semble qu'un tel échantillon pourrait présenter des états de Yu-Shiba-Rusinov (YSR) non conventionnels.Bien que le système cible n'ait pas encore été fabriqué, les trois ingrédients nécessaires à sa réalisation (graphène quasi-flottant, caractère supraconducteur induit et proximité à des impuretés magnétiques) ont été abordés, et ce à l'aide d'outils de la science des surfaces.Comme cela a pu être démontré précédemment, le graphène peut être rendu supraconducteur lorsqu'il est crû directement sur un matériau supraconducteur tel que le rhénium. Des aspects structuraux liés au graphène crû sur Re(0001) ont été explorés. En particulier, nous avons montré qu'augmenter le nombre de cycles de recuit contribue positivement à la croissance de domaines de graphène étendus et de bonne qualité. La structure d'un carbure de surface du rhénium, habituellement mal comprise, a également fait l'objet d'une étude.De plus, nous avons examiné un défaut présent dans le graphène crû sur des métaux interagissant fortement, tels que le Re(0001) et le Ru(0001). Dans la structure ondulée à l'échelle nanométrique du graphène, ce défaut apparaît sous la forme d'une dépression. Sa présence a été attribuée à des défauts d'empilement se trouvant soit dans le graphène, soit dans le substrat métallique.En prenant le graphène supraconducteur crû sur Re(0001) comme point de départ pour la fabrication de notre système cible, nous avons recouvré le caractère quasi-flottant du graphène (perdu à cause de sa forte interaction avec le substrat de rhénium) via l'intercalation d'une sub-monocouche ou de quelques couches d'atomes d'or. La présence d'une forte densité de défauts, observée dans le graphène sur Re(0001) intercalé à l'or, a été attribuée au processus d'intercalation lui-même. Par ailleurs, nous avons démontré que le caractère supraconducteur du graphène, induit par le rhénium, n'est pas affecté par l'intercalation d'or. A ce stade, deux des trois conditions prévues pour la réalisation du système cible étaient remplies.A condition d'amener des impuretés magnétiques à proximité immédiate d'un tel échantillon, des états de YSR étendus sur plusieurs nanomètres devraient être observables. Des résultats préliminaires impliquant deux composés magnétiques de type verdazyl ont été présentés. L'un de ces deux composés fut déposé sur un système modèle : le Cu(111). Avant de considérer l'usage du graphène quasi-flottant et supraconducteur comme substrat-hôte de ces composés magnétiques, des études complémentaires sur des systèmes modèles sont nécessaires. Et pour cause, nous n'avons pas encore réussi à résoudre la structure exacte des assemblées moléculaires observées sur la surface de Cu(111) ; la stabilité thermique de ces composés a été mise en cause
The realization of graphene-based hybrid structures, where graphene is associated with other materials, offers a promising avenue for testing a variety of phenomena. In particular, one can induce properties in graphene by proximity effects. Here, the targeted graphene-based system consists of a quasi free-standing graphene platform with induced superconducting character and in close vicinity to magnetic impurities. According to recent theoretical articles, such a sample could exhibit unconventional Yu-Shiba-Rusinov (YSR) states.Although the targeted graphene-based system was not fabricated yet, we have addressed, with the help of surface science tools, all three ingredients required for its realization (quasi-free standing graphene, induced superconducting character and proximity to magnetic impurities).As previously demonstrated, graphene can be rendered superconducting by growing it directly on top of a superconducting material such as rhenium. Structural aspects related to graphene grown on Re(0001) were investigated. In particular, we showed that increasing the number of annealing cycles positively contributes to growing high-quality extended graphene domains. The structure of a surface rhenium carbide, which constitutes a usually ill-characterized object, was studied as well.Additionnally, a defect appearing as a depression in the nanorippled structure of graphene on strongly interacting metals such as Re(0001) and Ru(0001) was investigated and ascribed to stacking faults either in graphene or in the metal substrate.Using superconducting graphene grown on Re(0001) as a starting point for the fabrication of the targeted graphene-based system, we recovered the quasi free-standing character of graphene (lost due to its strong interaction with the rhenium substrate) via intercalation of sub-monolayer to few layers of gold atoms. A high density of defects observed in gold-intercalated graphene on Re(0001) was attributed to the intercalation process itself. Besides, we demonstrated that the rhenium-induced superconducting character in graphene was not affected by gold intercalation. At this point, two of the three requirements for realizing the targeted graphene-based system were fulfilled.Provided that we bring magnetic impurities in close proximity to such a sample, few-nanometers extended YSR states could be observed. Preliminary results involving two original magnetic verdazyl compounds were presented, one of which was deposited on a model system, namely Cu(111). Before turning to quasi-free standing superconducting graphene as a hosting material for these magnetic compounds, further investigations on model systems are needed. Indeed, we could not resolve the precise structure of the molecular assemblies covering the Cu(111) surface yet, and the thermal stability of the compounds was discussed

La consommation de ressources pétrolières, épuisables et non renouvelables, conduit à rechercher de nouvelles voies de production pour l’industrie chimique. De plus, la production d’Ordures Ménagères Résiduelles (OMR) continue d’augmenter à l’échelle mondiale. La fermentation acidogène des OMR permet de répondre au double objectif de traiter ces déchets et réduire leur quantité tout en produisant des molécules plateformes biosourcées (acides organiques) d’intérêt pour la chimie.La teneur en solides élevée des OMR et le souci de limiter les coûts de procédé justifient le choix du réacteur à lit percolant ou LBR: il s’agit d’un procédé de fermentation discontinue en voie solide dans lequel une phase liquide est recirculée au sein d’un lit statique de déchets solides. De plus, la mise en œuvre de la fermentation en culture mixte vise à apporter de la diversité microbienne, donc de la robustesse face aux variations de conditions environnementales, et permet de s’affranchir de la nécessité de stériliser le milieu. Par souci de reproductibilité, le principal substrat d’étude a été une reconstitution d’OMR.La première partie de ce travail concerne la compréhension des processus biologiques et chimiques et de leur interaction, au cours de la fermentation acidogène en réacteur batchs séquentiels. L’impact de différents facteurs sur l’hydrolyse et la production de métabolites ont été étudiés: l’ajout d’un inoculum exogène au départ, l’acclimatation de la population microbienne initialement présente vis-à-vis des conditions environnementales, le pH. Il a ainsi été confirmé que le pH joue un rôle clé dans la solubilisation du substrat, la production de métabolites et le spectre de produits. L’analyse de l’évolution des communautés microbiennes a permis de corréler la sélection de certaines familles de bactéries aux performances observées. La fermentation a pu être effectuée avec l’utilisation unique du consortium microbien indigène et l’ajout d’un inoculum extérieur n’a pas contribué à améliorer les performances atteintes. En revanche, la réutilisation de communautés microbiennes, acclimatées aux conditions opératoires par les batchs séquentiels, a été déterminante pour augmenter les productions de métabolites. Ces conclusions ont été comparées à des résultats obtenus à forte teneur en solides.La teneur en solides a une influence considérable sur la réaction de fermentation. Toutefois, sa seule considération n’est pas suffisante car le lit de déchets solides constitue un milieu poreux multiphasique complexe au sein duquel la répartition de l’eau et les phénomènes de transfert sont aussi essentiels. La seconde partie de ce travail visait donc à caractériser le lit de déchets en LBR sur le plan physique et hydrodynamique, en conditions abiotiques. Pour cela, des OMR reconstituées, mais aussi réelles, ont été utilisées. En réalisant des cycles de percolation et drainage avant et après compaction des lits de déchets, la structure des massifs et la distribution de l’eau dans les compartiments ont été déterminées. L’application d’un modèle à double porosité classique pour représenter ces cycles a mis en évidence l’existence d’une fraction d’eau immobile dans la macroporosité. Aussi, un modèle amélioré a été proposé pour reproduire de manière plus adéquate ces dynamiques d’écoulement d’eau dans le massif. Des coefficients de transfert d’eau entre les compartiments ont alors pu être estimés via ce nouveau modèle.Les travaux pluridisciplinaires menés au sein de cette thèse se sont intéressés à deux aspects complémentaires de la fermentation acidogène en LBR et apportent aussi de nouvelles perspectives. Par exemple, la stratégie de recirculation, le contrôle de pH au sein de ce milieu complexe, mais aussi la validation sur des déchets réels sont autant de sujets à explorer afin de pouvoir mettre en œuvre la production optimale et reproductible des molécules plateformes par le procédé étudié, en accord avec les utilisations postérieures visées
The consumption of exhaustible and non-renewable petroleum resources leads to the search for new production routes for the chemical industry. In addition, the global production of Household Solid Waste (HSW) is expected to keep growing. Among a variety of recovery methods, acidogenic fermentation of HSW makes it possible to meet two objectives: treating this waste and reducing its quantity while producing biobased platform molecules of interest for chemical industry such as organic acids.The leach-bed reactor or LBR was chosen due to the high total solids content of HSW and the process cost efficiency. The technology consists of a discontinuous solid-state fermentation process in which a liquid phase is recirculated within a static solid waste bed. Moreover, the use of a mixed culture in fermentation aims to provide microbial diversity, and thus the robustness to face changes in environmental conditions. This strategy also eliminates the need to sterilise the environment. Finally, in this work, the main substrate studied was a reconstitution of HSW.The first part of this work concerns the understanding of the biological and chemical processes and their interaction, during the acidogenic fermentation in sequential batch reactors. The impact of different factors on the hydrolysis of the complex solid substrate and the production of metabolites was studied: the pH, the addition of an exogenous inoculum at start-up and the acclimation of the initial microbial population to the environmental conditions. It was confirmed that pH plays a key role in substrate solubilisation, metabolites production and product spectrum. The analysis of the evolution of microbial communities was assessed, which allowed to correlate the selection of certain families of bacteria with the performances observed. Furthermore, it was feasible to carry out acidogenic fermentation with the unique use of the indigenous microbial consortium and the addition of an external inoculum did not contribute to improve the performances. On the other hand, reusing the microbial communities, acclimated to the operating conditions through the sequential batches, was decisive for increasing the production of metabolites. These conclusions were also compared to results of supplementary experiments obtained at high total solids content.The total solids content has a considerable influence on the fermentation reactions. However, its sole consideration is insufficient because the solid waste bed constitutes a complex multiphase porous medium in which the distribution of water and transfer processes are also essential. Thus, the second part of this work aimed at characterising the physical and hydrodynamic features of the waste bed in a LBR under abiotic conditions. For this, reconstituted HSW as well as real HSW were used. By performing several percolation and drainage cycles, before and after compaction of the waste beds, their physical structure and the distribution of water in their compartments were determined. The application of a classical dual porosity model to represent these cycles helped to demonstrate the existence of a static water fraction in the macroporosity. An improved dual porosity model was proposed to reproduce more adequately the water flow dynamics in the waste bed. Water transfer coefficients between the compartments were then estimated using this new model.The multidisciplinary work carried out in this thesis, focused on two complementary aspects of acidogenic fermentation in a LBR and also brought new perspectives. For instance, the recirculation strategy, the pH control within this complex medium as well as the validation on real waste are all topics to further study in order to implement the optimal and reproducible production of platform molecules by this process, in accordance with the subsequent targeted uses