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Développement de mini-éprouvettes pour évaluer la ténacité de tubes de transport pour application H2
No full textThe transition towards renewable energy sources has led to increased interest in hydrogen as a clean energy vector, especially in transportation applications. However, the interaction of hydrogen with materials, particularly steels used in gas pipelines, poses challenges related to hydrogen embrittlement (HE), which compromises material performance. This research focuses on the development and application of sub-size mechanical specimens to evaluate the mechanical properties of pipeline steels in hydrogen environments.The thesis is carried out under the ANR Industrial Chair MESSIAH, in collaboration with Air Liquide and Mannesmann Precision Tubes France. It aims to develop experimental methodologies for testing miniature specimens extracted from in-service pipelines to evaluate degradation induced by gaseous hydrogen. The novelty of this approach lies in the use of small-scale samples for advanced mechanical testing, providing a practical solution for in-situ evaluation while maintaining the structural integrity of critical infrastructures.The thesis investigates two types of steel, a modern alloy and a vintage counterpart, to assess the influence of microstructural characteristics, such as inclusions, on HE susceptibility. The mechanical tests include tensile and fracture toughness experiments conducted under both atmospheric and gaseous hydrogen conditions. An innovative test setup was developed to perform mechanical characterization of hydrogen embrittlement in a gaseous environment using sub-size specimens.The key findings of this research indicate that sub-size specimens are effective in capturing the fracture behavior and hydrogen embrittlement effects in pipeline steels. Through extensive mechanical testing and fracture characterization, the study discusses the correlation between the results obtained from sub-size and standard-size specimens, aiming to validate the reliability of mini-specimen tests for material degradation analysis.The outcomes of this research will contribute to the standardization of miniature specimen testing for hydrogen-exposed infrastructures. Furthermore, they provide insights into the mechanical performance of steels under hydrogen exposure, supporting the design and safety of future hydrogen transport systems.La transition vers des sources d'énergie renouvelables a suscité un intérêt croissant pour l'hydrogène en tant que vecteur énergétique propre, notamment dans les applications de transport. Cependant, l'interaction de l'hydrogène avec les matériaux, en particulier les aciers utilisés dans les gazoducs, présente des défis liés à la fragilisation par l'hydrogène (FH), qui compromet la performance des matériaux. Cette recherche se concentre sur le développement et l'application de mini-éprouvettes pour évaluer les propriétés mécaniques des aciers de pipeline dans des environnements contenant de l'hydrogène.Cette thèse est réalisée dans le cadre de la Chaire Industrielle ANR MESSIAH, en collaboration avec Air Liquide et Mannesmann Precision Tubes France. Elle vise à développer des méthodologies expérimentales pour tester des mini-éprouvettes extraites de pipelines en service afin d'évaluer la dégradation induite par l'hydrogène gazeux. La nouveauté de cette approche réside dans l'utilisation d'échantillons de petite taille pour des essais mécaniques avancés, offrant une solution pratique pour des évaluations in-situ tout en préservant l'intégrité structurelle des infrastructures critiques.La thèse examine deux types d'acier, un alliage moderne et un acier vintage, afin d'évaluer l'influence des caractéristiques microstructurales, telles que les inclusions, sur la susceptibilité à la FH. Les essais mécaniques incluent des tests de traction et de ténacité à la rupture réalisés dans des conditions atmosphériques et sous hydrogène gazeux. Un banc d'essai innovant a été développé pour réaliser la caractérisation mécanique de la fragilisation par l'hydrogène en milieu gazeux à l'aide de mini-éprouvettes.Les résultats principaux de cette recherche montrent que les mini-éprouvettes sont efficaces pour capturer le comportement de fracture et les effets de la fragilisation par l'hydrogène dans les aciers de pipeline. Grâce à des essais mécaniques et à une caractérisation approfondie de la rupture, l'étude discute de la corrélation entre les résultats obtenus avec des mini-éprouvettes et des éprouvettes de taille standard, dans le but de valider la fiabilité des tests sur mini-éprouvettes pour l'analyse de la dégradation des matériaux.Les résultats de cette recherche contribueront à la normalisation des tests sur mini-éprouvettes pour les infrastructures exposées à l'hydrogène. De plus, ils apportent des connaissances sur les performances mécaniques des aciers sous exposition à l'hydrogène, soutenant ainsi la conception et la sécurité des futurs systèmes de transport d'hydrogène
Utilisation de nanomatériaux dans l'étude de marqueurs spectraux de maladies neurodegénératives
No full textThis thesis focuses primarily on two neurological disorders: Multiple Sclerosis and Alzheimer’s disease. The first part of the thesis addresses relapsing-remitting multiple sclerosis (RRMS), a chronic autoimmune disease of the central nervous system (CNS) characterized by demyelination and inflammation. Two molecules, interferon-β (IFN-β) and XBD173, have been used to treat experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), a mouse model of RRMS. A combining 10 mg/kg XBD173 with a lower dose of IFNβ exerts a synergistic effect, resulting in lower clinical scores in RRMS mice.The second part of the thesis focuses on Alzheimer’s disease (AD), a progressive neurodegenerative disorder. At the AD plaque position, a strong distribution is observed in the 1366–1395 cm⁻¹ region, and the increase in the 1087–1113 cm⁻¹ region is attributed to PO₃⁻ symmetric stretching. Gold nanoparticles (GNP) in combination with the CP was able to disaggregate the fibrillar Aβ40. Furthermore, GNP-functionalized with CP-2 does not revert fibrillar Aβ40 back to the initial monomeric form during the reaction during the disaggregation process.Cette thèse se concentre principalement sur deux maladies neurologiques : la sclérose en plaques et la maladie d'Alzheimer. La première partie de la thèse aborde la sclérose en plaques récurrente-rémittente (SEP-RR), une maladie auto-immune inflammatoire chronique du système nerveux central (SNC) caractérisée par la démyélinisation et l'inflammation. Deux molécules, l'interféron-β (IFN-β) et le XBD173, ont été utilisées pour traiter l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE), un modèle murin de la SEP-RR. L’association de 10 mg/kg de XBD173 avec une dose plus faible d’IFNβ exerce un effet synergique, entraînant une diminution des scores cliniques chez les souris atteintes de SEP récurrente-rémittente (RR). La deuxième partie de la thèse porte sur la maladie d'Alzheimer (MA), un trouble neurodégénératif progressif. Au niveau des plaques amyloïdes d’AD, une forte distribution est observée dans la région 1366–1395 cm⁻¹, tandis que l’augmentation observée dans la région 1087–1113 cm⁻¹ est attribuée à l’élongation symétrique du groupement PO₃⁻. Les nanoparticules d’or (GNP), en combinaison avec le CP, ont permis de désagréger les fibrilles d’Aβ40. En outre, les GNP fonctionnalisées avec le CP-2 ne ramènent pas l’Aβ40 fibrillaire à sa forme monomérique initiale au cours du processus de désagrégation
Étude de la Turbulence Convective des Panaches issus des Fumeurs Hydrothermaux en Océan Profond à l'aide de la LES et des Observations In-situ
No full textHydrothermal fields are oases of life in the inhospitable depths, where energy is supplied through heat and chemical fluxes in strong interaction with lithospheric convection. These zones serve as gateways to the hydrosphere, with their activity accounting for about 25\% of the Earth's heat loss, yet they remained unknown until the end of the 20th century. One of the main drivers of hydrothermal circulation are black smokers, vents where the discharge temperature approaches 350 °C. Only a few centimeters in diameter, they give rise to a turbulent convective plume, driven by the injection of buoyancy flux in a weakly stratified environment. This plume can reach several hundred meters in height and extend tens of meters in radius, interacting with submesoscale currents, which allows particles to be dispersed over large distances. These phenomena are either absent or simply parameterized in ocean models, and in-situ measurements remain rare due to the difficulty of obtaining them at these depths. Integral theoretical models have provided a good representation of plumes but face their own limitations. Numerical models encounter the challenge of accurately representing the diversity of turbulent scales within the plume, including the hydrothermal regime, being beyond typical oceanic conditions. This thesis aims to reconstruct the turbulence of hydrothermal plumes in a realistic framework by modeling all turbulent scales using Large Eddy Simulations (LES) approach, combined with Adaptive Mesh Refinement and tracking of coherent structures. The Lucky Strike site, and particularly the Tour Eiffel edifice, are used as a reference framework.In the first part, the fine-scale hydrodynamics of the plume emitted by a 300 °C black smoker are reconstructed throughout the entire water column, with a resolution ranging from centimeters at the vent to meters at the level of neutral buoyancy. The plume entrainment rate, a key assumption in theoretical models and a parameterization of turbulence, is investigated. The vertical structure of the flow is detailed. Measurements in the ocean column reveal the plume signal and are interpreted using LES. This allows for an estimate of the heat flux from the Tour Eiffel hydrothermal field, which is compared to previous estimates.In the second part, the near-vent region, which interacts with benthic communities, is studied in detail. The dynamics near the vents remain a challenge in plume modeling, and LES is used to characterize the hydrodynamics of this zone. The plume is in an transitional state that is described. Mixing is analyzed through the entrainment rate, in relation to turbulent structures. The results are compared to theoretical models and available in-situ data, and used to better interpret observations at the scale of hydrothermal edifices, as well as the plume's influence on biology.In the third part, the parameter space of hydrothermal source fields is explored, with a particular focus on distinguishing between forced plumes and lazy plumes. This study highlights the mechanisms driving hydrothermal plumes and tests the fundamental assumptions of theoretical models. General laws are derived to predict plume behavior at these depths and to establish links with in-situ observation methods.Les champs hydrothermaux sont des oasis de vie à des profondeurs inhospitalières, dont l'apport en énergie se fait grâce aux flux de chaleur et de chimie en interaction forte avec la convection de la lithosphère. Ces zones constituent des passerelles avec l'hydrosphère, leur activité représentant environ 25 \% de la perte de chaleur de la Terre, et sont pourtant restées inconnues jusqu'à la fin du XXe siècle. Un des vecteurs de la circulation hydrothermale sont les fumeurs noirs, des évents dont la température de sortie avoisine les 350 °C. De quelques centimètres de diamètre, ils donnent naissance à un panache convectif turbulent, piloté par l’injection d’un flux de flottabilité en environnement faiblement stratifié. Ce panache peut atteindre plusieurs centaines de mètres de hauteur et plusieurs dizaines de mètres de rayon, interagissant avec les courants de sous-mésoéchelle, ce qui permet la dispersion de particules sur de grandes distances. Ces phénomènes sont absents ou simplement paramétrisés dans les modèles océaniques, et les mesures in-situ restent rares en raison de leur complexité d'obtention à ces profondeurs. Des modèles théoriques intégraux ont permis une bonne représentation des panaches, mais connaissent leurs propres limitations. Les modèles numériques sont confrontés à la difficulté de représenter fidèlement la diversité des échelles turbulentes du panache, dont le régime hydrothermal, en dehors des conditions océaniques habituelles. Ce travail de thèse propose de reconstruire la turbulence du panache hydrothermal dans un cadre réaliste, en modélisant l'ensemble des échelles turbulentes grâce à une approche de Simulation des Grandes Échelles (LES), combinée à un maillage adaptatif (Adaptive Mesh Refinement) et au suivi des structures cohérentes. Le site de Lucky Strike, et plus particulièrement l'édifice de Tour Eiffel, sont utilisés comme cadre de référence.Dans une première partie, l'hydrodynamique à fine-échelle du panache issu d'un fumeur noir à 300 °C est reconstruite dans toute la colonne d'eau, avec une résolution allant du centimètre à l’évent au mètre au niveau d’équilibration. Le taux d’entraînement du panache, qui est une hypothèse clé dans les modèles théoriques et paramétrise la turbulence, est investigué. La structure verticale de l’écoulement est détaillée. Des mesures dans la colonne permettent de mettre en évidence le signal du panache, et sont interprétées par la LES. Cela permet d’estimer le flux de chaleur du champ hydrothermal de Tour Eiffel, qui est comparé aux estimations précédentes.Dans une deuxième partie, le champ proche du fumeur, celui en interaction avec les communautés benthiques, est étudié en détail. La dynamique à proximité des évents reste un défi dans la modélisation des panaches, et la LES permet de caractériser l’hydrodynamique de cette zone. Le panache est dans un état transitoire qui est décrit. Le mélange est analysé via le taux d’entraînement, en lien avec les structures turbulentes. Les résultats sont comparés aux modèles théoriques et aux données in-situ disponibles, et utilisés pour mieux décrire les observations à l’échelle des édifices hydrothermaux, ainsi que l’influence du panache sur la biologie.Dans une troisième partie, l’espace des paramètres des sources des champs hydrothermaux est étudié, en distinguant notamment les panaches forcés et les panaches paresseux. Cette étude met en avant les mécanismes pilotant les panaches hydrothermaux et teste les hypothèses fondamentales des modèles théoriques. Des lois générales sont inférées pour prédire le comportement des panaches à ces profondeurs, et font le lien avec les méthodes d’observation in-situ
Sujet pensant et sujet parlant, faits de langue et faits d’appropriation : le cas du locuteur sino-francophone en néoténie linguistique
No full textThe relationship between language activities and cognitive activities has long been a fascinating subject of investigation for numerous researchers from various fields, particularly cognitive linguistics. In Gustave Guillaume’s theory, the relationship between thought and language is conceptualized distinctively through his dichotomy of the thinking subject/speaking subject, where the former exists permanently, seated at the center of linguistic representations, while the latter exists instantaneously, organizing its expressions. From this perspective, the speech act can thus be interpreted as the instantaneous transition from the thinking subject to the speaking subject. Moreover, the theory of linguistic neoteny, introduced by linguist Samir Bajrić, adds a third element to this linguistic transition: the “pre-telling.” Defined as “the totality of cognitive contents by which language compels the speaker to express or withhold such and such a statement” (Bajrić, 2023, p. 47), this notion is considered a cognitive mechanism that directs the elements of language (instituted, non-free domain) towards the elements of discourse (free, non-instituted domain). The cross-examination of the Guillaumian dichotomy and the notion of “pre-telling” allows us to discover another emerging subject during the linguistic transition: the pre-teller (the subject in the state of “pre-telling”), designating the speaker in the median phase of the transition, after the emergence of a mental idea and before its linguistic realization.Thus, we borrow the neotenic term “pre-telling” as a terminological tool, along with our new concept of the “pre-teller,” to describe the continuities between the thinking subject and the speaking subject, and to explore the cognitive factors involved both in linguistic representations (language fact), in the linguistic behaviors of speakers, and in their acquisition of another language (appropriation fact).At the level of language fact, we refer to the Chinese language and explore cognitive elements through three categories of linguistic representation: Chinese characters, homophones, and classifiers. At the level of linguistic behavior, we focus on the enunciative choices related to politeness formulas among Chinese speakers and explore the factors influencing their “pre-telling” realization. Finally, regarding appropriation facts, we analyze the linguistic-cognitive characteristics manifested in Sino-French bilingual speakers through a number of interviews and questionnaires. These are the essential axes of the present thesis.La mise en relation entre les activités langagières et les activités cognitives constitue depuis longtemps un objet d’investigation fascinant pour de nombreux chercheurs de divers domaines, en particulier celui des linguistiques cognitives. Selon Gustave Guillaume, la relation entre la pensée et la langue est conceptualisée de manière distinctive, à travers sa dichotomie sujet pensant / sujet parlant, où le premier existe en permanence, siégeant au centre des représentations linguistiques, tandis que le second existe de façon instantanée, organisant l’univers de l’expression. Dans cette perspective, l’acte de langage peut donc être interprété comme un passage instantané du sujet pensant au sujet parlant. D’ailleurs, la théorie de la néoténie linguistique, introduite par le linguiste Samir Bajrić, ajoute un troisième élément à cette transition d’ordre linguistique et cognitif : le « vouloir-dire ». Définie comme « la totalité des contenus cognitifs par lesquels la langue oblige le locuteur à dire ou à taire tel énoncé ou tel autre » (Bajrić, 2023, p. 47), cette notion est considérée comme un mécanisme cognitif qui oriente les éléments de la langue (domaine institué, non libre) vers les éléments du discours (domaine non institué, libre). Le regard croisé sur ladite dichotomie guillaumienne et la notion de « vouloir-dire » permettent de découvrir un autre sujet émergeant au cours de la transition en question : le sujet voulant-disant (le sujet aux états de « vouloir-dire »), désignant le locuteur en phase médiane de la transition, après l’émergence d’une idée mentale et avant la concrétisation linguistique de cette idée.Ainsi, nous empruntons comme outil terminologique le vouloir-dire en terme néoténique ainsi que notre nouveau concept de « sujet voulant-disant », pour décrire les continuités entre le sujet pensant et le sujet parlant et pour explorer les facteurs cognitifs impliqués à la fois dans les représentations linguistiques (fait de langue), dans les comportements linguistiques des locuteurs, et dans leur appropriation d’une autre langue (fait d’appropriation).Au niveau du fait de langue, nous faisons référence à la langue chinoise et explorons les éléments cognitifs à travers trois catégories de représentation linguistique : les caractères chinois, les homophones et les classificateurs. Au niveau du comportement linguistique, nous nous focalisons sur les choix énonciatifs liés aux formules de politesse des sinophones et explorons les facteurs influençant la concrétisation du « vouloir-dire » de ces derniers. Enfin, concernant les faits d’appropriation, nous analysons les caractéristiques linguistico-cognitives manifestées chez des locuteurs bilingues sino-francophones à travers un certain nombre d’entretiens et de questionnaires. Tels sont les axes essentiels de la présente thèse
Première mesure des corrélations 3D à petite échelle de la forêt Lyman-alpha avec le relevé cosmologique DESI
No full textThe Lyman-alpha forest offers a unique window into the high-redshift matter distribution, with sensitivity to both linear and non-linear regimes of structure formation. This thesis contributes to the analysis of Lyman-alpha forest data from the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), focusing on small-scale correlation measurements and their interpretation. I first contribute to the measurement of the one-dimensional Lyman-alpha forest power spectrum (P1D) using DESI data, evaluating observational and instrumental systematics and validating the analysis pipeline to ensure reliable future cosmological applications. The core of this thesis is the development of a full analysis pipeline to measure the three-dimensional forest power spectrum at small scales (Px). This estimator extends the P1D framework by capturing transverse correlations across forest pairs. It enables a precise study of the anisotropic clustering of the intergalactic medium in the mildly non-linear regime. As a first application, I perform a preliminary cosmological fit of the Px measurement to illustrate its ability to constrain parameters and break degeneracies affecting P1D-only analyses. Finally, I contribute to the DESI DR2 Lyman-alpha BAO analysis through validation on dedicated mock catalogs to assess the robustness of the standard BAO pipeline. The results of this thesis provide new tools and measurements for fully exploiting the statistical power of DESI's Lyman-alpha forest sample.La forêt Lyman-alpha offre une fenêtre unique sur la distribution de la matière à grand redshift, avec une sensibilité aux régimes linéaire et non linéaire de la formation des structures. Cette thèse contribue à l'analyse des données de la forêt Lyman-alpha obtenues avec le relevé spectroscopique DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), en se concentrant sur la mesure et l'interprétation des corrélations à petite échelle. Je contribue d'abord à la mesure du spectre de puissance unidimensionnel de la forêt Lyman-alpha (P1D) à partir des données de DESI, en évaluant les effets systématiques observationnels et instrumentaux et en validant la chaîne d'analyse pour garantir des applications cosmologiques fiables. Le cœur de cette thèse est le développement d'une chaîne complète d'analyse pour mesurer le spectre de puissance tridimensionnel à petite échelle (Px). Cet estimateur étend le cadre du P1D en capturant les corrélations transverses entre paires de forêts. Il permet une étude précise du clustering anisotrope du milieu intergalactique dans le régime faiblement non linéaire. Une première application consiste en une interprétation cosmologique préliminaire de la mesure de Px, illustrant sa capacité à contraindre les paramètres et à lever les dégénérescences propres aux analyses reposant uniquement sur P1D. Enfin, je contribue à l'analyse BAO Lyman-alpha de DESI DR2 par des études de validation sur des catalogues de simulations dédiés, afin d'évaluer la robustesse de la chaîne de mesure standard du signal BAO. Les résultats de cette thèse fournissent de nouveaux outils et mesures pour exploiter pleinement la puissance statistique de l'échantillon Lyman-alpha de DESI
Etude de l’impact physiopathologique du récepteur aux cannabinoïdes 1 dans les maladies rénales chroniques associées au diabète
No full textDiabetic nephropathy (DN) is one of the most severe complications of diabetes, often responsible for chronic kidney disease. Although standard treatments, such as sodium-glucose co-transporter 2 inhibitors (SGLT2i), have shown positive effects in treating this condition, new strategies targeting other underlying pathophysiological mechanisms are necessary. The CB1 receptor (CB1R) is one of the two main receptors present in the endocannabinoid system, which plays a major role in the pathophysiology of metabolic and renal alterations associated with diabetes. Furthermore, the use of rimonabant, the first CB1R antagonist marketed in 2006, demonstrated therapeutic efficacy by reducing food intake, body weight, and significantly improving metabolic parameters. However, due to severe psychiatric disorders associated with its central effects, this compound was withdrawn from the market two years later. Since then, the development and characterization of antagonists unable to cross the blood-brain barrier have shown that the deactivation of peripheral CB1Rs is sufficient to reduce the cardio-metabolic risk in obese mice. Thus, we studied the effects of a new generation CB1R antagonist, monlunabant, on renal parameters during DN.During this doctoral project, we adopted a two-step approach. First, we evaluated the efficacy of monlunabant in a murine model of DN and observed a reduction in albuminuria, oxidative stress, inflammation, and renal fibrosis. Second, a poly-pharmacological approach combining monlunabant and empagliflozin, an SGLT2i, showed a synergistic effect on renal protection, particularly by regulating the STAT3 pathway. These results suggest that peripheral modulation of CB1R, alone or in combination with existing treatments, could represent an innovative and promising therapeutic strategy for treating DN. In parallel, we developed and characterized a new murine model of DN that best represents human pathophysiology while limiting the disadvantages encountered with current models by combining nutritional approaches and chemical induction of diabetes.La néphropathie diabétique (ND) est l’une des complications les plus graves du diabète, souvent responsable de l’insuffisance rénale chronique. Bien que des traitements de référence, comme les inhibiteurs du co-transporteur sodium-glucose de type 2 (SGLT2i) aient montré des effets positifs pour traiter cette pathologie, de nouvelles stratégies ciblant d’autres mécanismes physiopathologiques sous-jacents sont nécessaires. Le récepteur CB1 (CB1R), est l’un des deux principaux récepteurs présents dans le système endocannabinoïde. Ce dernier joue un rôle majeur dans la physiopathologie des altérations métaboliques et rénales associées au diabète. Par ailleurs, l'utilisation du rimonabant, premier antagoniste des récepteurs CB1R commercialisé en 2006, a montré une efficacité thérapeutique en diminuant l'apport alimentaire, le poids corporel et en améliorant de manière significative les indicateurs métaboliques. Cependant, en raison des graves troubles psychiatriques associés à ses effets centraux, ce composé a été retiré du marché deux ans plus tard. Depuis, le développement et la caractérisation d'antagonistes incapables de traverser la barrière hémato-encéphalique a permis de prouver que la désactivation des CB1R périphériques suffisait à réduire le risque cardio-métabolique chez des souris obèses. Ainsi, nous avons étudiés les effets d’un antagoniste CB1R de nouvelle génération, le monlunabant, sur les paramètres rénaux aux cours de la ND.Au cours de ce projet doctoral, nous avons ainsi adopté une approche en deux étapes. Dans un premier temps, nous avons évalué l’efficacité du monlunabant dans un modèle murin de ND et observé une réduction de l’albuminurie, du stress oxydatif, de l’inflammation et de la fibrose rénale. Dans un second temps, une approche poly-pharmacologique combinant le monlunabant et l’empagliflozine, un SGLT2i, a montré un effet synergique sur la protection rénale, en régulant notamment la voie STAT3. Ces résultats suggèrant ainsi que la modulation périphérique du CB1R, seule ou associée à des traitements existants, pourrait représenter une stratégie thérapeutique innovante et prometteuse pour traiter la ND. En parallèle, nous avons développé et caractérisé un nouveau modèle d’étude murin de la ND en combinant approche nutritionnelle et induction chimique du diabète. L’objectif était de représenter au mieux la physiopathologie humaine tout en limitant les inconvénients rencontrés avec les modèles actuels
Contrôle optimal de certaines classes de processus de rafle et applications
No full textThis thesis investigates the optimal control of dynamical systems governed by sweeping processes, with a particular focus on both implicit and explicit formulations involving convex and polyhedral geometries. These systems, characterized by highly nonsmooth differential inclusions with state-dependent constraints, arise naturally in models of elasto-plasticity, hysteresis, and contact mechanics. The primary challenge in controlling such systems arises from the discontinuous nature of the normal cone operator, which obstructs the direct application of classical optimal control tools.We begin by establishing a Pontryagin-type maximum principle for a class of optimal control problems governed by implicit sweeping processes with general endpoint constraints. The sweeping set is assumed to be polyhedral and control-dependent, and the dynamics include state and control variables in both the inclusion and perturbation terms. The analysis relies on precise coderivative estimates for the metric projection mapping onto polyhedral convex sets. Applications include variational inequalities and projected dynamical systems, such as generalized Lotka–Volterra models.To support this framework, we conduct a detailed study of the coderivative geometry of projection operators. We present new estimates for the Dini and Mordukhovich coderivatives of the metric projection mapping, focusing on two important classes of convex sets: those with strictly Hadamard differentiable boundaries and polyhedral sets. These results are instrumental in handling the nonsmooth structure of sweeping processes and form a critical component in deriving necessary optimality conditions.We further propose a novel approximation scheme for solving optimal control problems governed by explicit sweeping processes, which are inherently more challenging due to their nonsmoothness. By introducing a family of implicit sweeping dynamics, we regularize the system in a way that enables the application of classical maximum principle techniques. We establish convergence results and validate the method through an application to the optimal control of a single degree-of-freedom elasto-plastic oscillator, a benchmark model in structural mechanics and seismic engineering.Overall, the dissertation provides a unified theoretical and methodological framework for the optimal control of sweeping processes, contributing new insights to nonsmooth analysis, variational inequalities, and control theory.Cette thèse porte sur le contrôle optimal de systèmes dynamiques gouvernés par des processus de rafle de Moreau (sweeping processes), en mettant particulièrement l’accent sur les formulations implicites et explicites en considérant des ensembles polyédriques et convexes. Ces systèmes, caractérisés par des inclusions différentielles fortement non régulières avec des contraintes dépendantes de l’état ou du contrôle, apparaissent naturellement dans des modèles d’élasto-plasticité, d’hystérésis et de mécanique du contact. La difficulté principale dans le contrôle de tels systèmes réside dans le caractère discontinu de l’opérateur de cône normal, ce qui empêche l’application directe des outils classiques du contrôle optimal.Nous commençons par établir un principe du maximum de type Pontryagin pour une classe de problèmes de contrôle optimal gouvernés par des processus de rafle implicites avec des contraintes terminales générales. L’ensemble balayé est supposé polyédrique et dépendant du contrôle, et la dynamique fait intervenir à la fois l’état et le contrôle dans l’inclusion différentielle ainsi que dans le terme de la perturbation. L’analyse repose sur des estimations précises de la codérivée de l’application projection sur des ensembles convexes et/ou polyédriques. Des applications sont données, notamment aux inégalités variationnelles et aux systèmes dynamiques projetés, tels que les modèles de Lotka–Volterra généralisés.Dans ce cadre, nous menons une étude détaillée sur le calcul de la codérivée de l’opérateur de projection. Nous présentons de nouvelles estimations pour les codérivées de Dini et de Mordukhovich de cette application de projection, en nous concentrant sur deux classes importantes d’ensembles convexes : ceux à frontière strictement différentiable au sens de Hadamard, et les ensembles polyédriques. Ces résultats sont essentiels pour traiter la structure non régulière des processus de rafle de Moreau et constituent un élément central dans la dérivation des conditions nécessaires d’optimalité.Nous proposons ensuite un schéma d’approximation original pour la résolution de problèmes de contrôle optimal gouvernés par des processus de Moreau explicites, qui sont plus complexes en raison de leur non régularité intrinsèque. En introduisant une famille de rafle de Moreau implicites, nous régularisons le système de manière à permettre l’application des techniques classiques du principe du maximum. Nous établissons des résultats de convergence et validons notre approche à travers une application au contrôle optimal d’un oscillateur élasto-plastique à un degré de liberté, un modèle de référence en mécanique des structures et en ingénierie sismique.Dans l’ensemble, cette dissertation propose un cadre théorique et méthodologique unifié pour le contrôle optimal des processus de rafle de Moreau, apportant des contributions nouvelles à l’analyse non lisse, aux inégalités variationnelles et à la théorie du contrôle
Simulation des transferts d'eau et de sel dans les milieux granulaires
No full textWe are interested in the transport of salt in humid porous media. During drying, salt can migrate to the surface, causing efflorescence or a salt crust. In practice, this phenomenon can alter the substrate - concrete or stone - and lead to the deterioration of any paint or frescoes covering it. Previous studies have mainly focused on situations where the porous medium is initially saturated or continuously supplied with salt water. This thesis focuses on cases where the medium is initially unsaturated and seeks to understand and determine the main mechanisms responsible for salt transfer : capillarity, viscous liquid flow, heat transfer, crystallization, etc. Through simple experiments that we conducted, initial saturation appears to be an important parameter that triggers or prevents salt transport by movement of the liquid phase. In this regard, the presence of continuous liquid paths also proves to be an essential element in characterizing this transport. A numerical study of this phenomenon was conducted using a Pore Network Model, which can take into account all of the above mechanisms. Particular attention was paid to the initial conditions, defined by two parameters : overall saturation and the spatial distribution of salt water. Two distinct drying regimes were observed : one leading to the crystallization of salt in place, and the other leading to a migration of salt toward the surface. Even though our simulations were limited to the isothermal case, the program was written to easily include many other physical processes.On s’intéresse aux milieux poreux humides salés. Sous l’effet du séchage, le sel peut migrer à la surface, donnant une efflorescence ou une croûte saline. En pratique, ce phénomène peut altérer le support - béton ou pierre - et conduire à la dégradation d’éventuelles peintures ou fresques le recouvrant. Les études antérieures concernent principalement les situations où le milieu poreux est saturé ou bien alimenté en continu par de l’eau salé. Cette thèse s’intéresse au cas où le milieu est initialement insaturé et elle cherche à comprendre et à déterminer les principaux mécanismes de transfert de sel qui résultent de nombreux phénomènes couplés : capillarité, écoulement de liquide visqueux, transfert thermique, cristallisation. . . La saturation initiale apparaı̂t, par le biais d’expériences simples qui ont été réalisées par nos soins, un paramètre important déclenchant ou non la remontée du sel par le mouvement de la phase liquide. À cet égard, la présence de chemins liquides continus s’avère être également un élément indispensable pour caractériser cette remontée. L’étude numérique de ce phénomène a été conduite par l’utilisation des réseaux de pores (Pore Network Model) permettant de prendre en compte potentiellement tous les mécanismes cités ci-dessus. Un soin particulier a été apporté aux conditions initiales, définies par deux paramètres : la saturation globale et la répartition spatiale de l’eau salée. Deux régimes de séchage distincts sont observés : l’un conduisant à la cristallisation du sel sur place, l’autre conduisant à une migration vers la surface. Bien que nos simulations aient été limitées au cas isotherme, le logiciel mis au point a été conçu pour inclure facilement de nombreux autres phénomènes physiques
DEUX RÉSULTATS SUR LES MODÈLES DES ÉPIDÉMIES A INFECTIVITÉ VARIABLE
No full textIn this thesis, we focused on the study of infectious disease models. This work is dividedinto three parts. First, we briefly review deterministic and stochastic models of epidemics.Next, we study the extinction time of an epidemic. To do this, we recall the SIR ordinarydifferential equation (ODE) model, followed by the random infectivity model. From thesetwo models, we determine the extinction time law for each of them, in order to comparethe time needed for the epidemic to die out. The last part concerns the theoretical study ofthe stochastic spatial model SI with variable infectivity, where individuals are distributedover different patches with a scale between neighboring sites ε. We then show, using thelaw of large numbers, that as the population size tends to infinity and ε tends to zero,this discrete-space model converges to the deterministic continuous-space model.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l’étude des modèles de maladies infectieuses.Ce travail est divisé en trois parties. Tout d’abord, nous passons brièvement en revueles modèles déterministes et stochastiques d’épidémies. Ensuite, nous étudions le tempsd’extinction d’une épidémie. Pour ce faire, nous rappelons le modèle d’équation différentielleordinaire (EDO) SIR, suivi du modèle d’infectivité aléatoire. A partir de ces deux modèles,nous déterminons la loi du temps d’extinction pour chacun d’entre eux, afin de comparer letemps nécessaire à l’épidémie pour s’éteindre. La dernière partie concerne l’étude théoriquedu modèle spatial stochastique SI à infectivité variable, où les individus sont distribuéssur différents patchs avec une échelle entre les sites voisins ε. Nous montrons ensuite, enutilisant la loi des grands nombres, que lorsque la taille de la population tend vers l’infiniet que ε tend vers zéro, ce modèle à espace discret converge vers le modèle déterministe àespace continu
Cavitation sous transfert extrême
No full textThis thesis is part of the CASTEX ANR project, which goal is to study the energy transfers at the nanoscale by using nanoparticles in solution as a system model. Our work focuses on the formation of bubbles generated by the pulsed laser irradiation of nanoparticles immersed in water. We study this phenomena experimentally, by analyzing the fragmentation of colloids irradiated by a pulsed laser, and numerically, by developing a code simulating photoacoustic effects and vaporization around a nanoparticle heated by a pulsed laser. The initial goal of our experimental study was to study photoacoustic and vaporization around nanoparticles irradiated by a nanosecond pulsed laser at low excitation (low fluence). Thus, I developed a pump-probe setup enabling us to acquire shadowgraph images of bubbles generated by the laser-nanoparticle interaction. However, the experiment quickly showed that bubbles could only be directly seen in the fragmentation regime, despite a 1.5 µm spatial resolution and a nanosecond time resolution. To analyze our data, we model the dynamics of our bubbles using scaled values in an inertial regime, based on the Rayleigh-Plesset approach. The model was parameterized using data from previous studies regarding laser ablation in liquids by the team. Combined with the observation of tens of thousands of bubbles, I could infer the dynamics and the statistics of maximum bubble radius around the colloid. Additionally, measurements of transmitted power through colloid solutions, for different nanoparticle sizes, allowed us to estimate the power absorbed by the creation and growth of a plasma in this fragmentation regime. Finally, we highlight the small dependence of produced colloid sizes generated from the laser fluence, as long as the latter is above the fragmentation threshold, for initial nanoparticle sizes between 20 nm and 200 nm. These results allow us to better understand the energy balance in these regimes, which is useful for material processing in liquids. The other part of our work is devoted to the numerical simulation of the nanoparticle-laser interaction in a liquid environment. Here, I present the model based on a phase-field formulation entirely developed for our work, simulating a nanoparticle heated by a pulsed laser and exchanging heat with the liquid water surrounding it. This heating can lead to the vaporization of the liquid, and the further generation of bubbles. In our model, I first detail derivable and analytical of viscosity, heat capacity, and heat conductivity, based on data extracted from NIST (National Institute of Standards and Technology). These expressions enable us to obtain quantitative predictions for the thermodynamics of water for the liquid phase, gas phase, and also metastable regions using a mixing rule between stable liquid and vapor regions. We thus predict the vaporization thresholds from our simulations, for different pulse durations, different nanoparticle sizes, and different interfacial thermal conductance between the nanoparticle and the fluid. Finally, we study the photoacoustic waves produced by the nanoparticle heating, which present applications in nanomedicine, in particular for photoporation of biological membranes. We discuss the conditions to optimize the photoporation with irradiated nanoparticles.Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l'ANR CASTEX, dont l’objectif est d’étudier les transferts d'énergie à très courte échelle en utilisant comme système modèle des nanoparticules en solution. La thèse se focalise donc sur la formation de bulles générées par l'interaction entre des nanoparticules immergées dans l'eau et un laser pulsé. Cette thèse présente deux approches, l'une expérimentale, portant sur l'étude de la fragmentation de colloïdes d’or irradiés par laser, et l'autre numérique, portant sur le développement d'un code de type champ de phase permettant de simuler la réponse photoacoustique et la vaporisation autour d'une nanoparticule immergée dans de l'eau et irradiée par un pulse laser. Pour notre étude expérimentale, le but initial était d'étudier les régimes photoacoustiques et de vaporisation autour de nanoparticules irradiées par un laser nanoseconde, en régime de faible excitation (basse fluence). J’ai alors développé un système pompe-sonde d'imagerie en ombroscopie des bulles générées par laser. Cependant, l’expérience à vite montré que les seules observations directes possibles de génération de bulles, malgré une résolution du système d’imagerie de l’ordre de 1µm et une résolution temporelle nanoseconde, ne se feraient que dans le cadre du régime de fragmentation. L’analyse des données générée a nécessité la construction d’un modèle basé sur la définition d’une dynamique de bulle en grandeur adimensionnée dans le régime inertiel, et s’appuyant sur le modèle de Rayleigh-Plesset. Le modèle a été paramétrisé à partir de données collectées dans de précédentes études de l’équipe. Appliqué à l’observation d’un grand nombre de bulles, j’ai pu remonter à la dynamique et à la statistique des tailles maximales de bulles générées par l’irradiation d’un colloïde dans l'eau. De plus, des mesures de la puissance transmise à travers les colloïdes, pour différentes tailles de nanoparticules, nous ont permis d’estimer la puissance absorbée lors de la création et de la génération d’un plasma dans ces régimes de fragmentation. Enfin, nous avons mis en évidence la faible dépendance de la taille moyenne des colloïdes formés par fragmentation vis-à-vis de la fluence laser, dès lors qu’elle dépasse le seuil de fragmentation, et ce, quelle que soit la taille des particules initiales, de 20 nm à 200 nm. Ces résultats nous permettent de mieux comprendre comment l’énergie est absorbée dans ces régimes, ce qui est utile pour la synthèse de matériaux en milieu liquide. Cette thèse présente aussi un travail de modélisation numérique de l'interaction entre nanoparticule et pulse laser. Je présente ici le modèle du code de champ de phase, entièrement développé pour nos travaux, simulant une nanoparticule chauffée par un pulse laser et échangeant sa chaleur avec de l'eau liquide environnante, pouvant aller jusqu'à sa vaporisation et la création d'une bulle. Dans ce modèle, je détaille des expressions dérivables et analytiques de la viscosité, la capacité thermique, et la conductivité thermique, basées sur des données tirées du NIST(National Institute of Standards and Technology). Ces expressions permettent des prédictions quantitatives de la thermodynamique de l'eau liquide, vapeur, ou métastable grâce à l’utilisation d’une règle de mélange entre les phases stables liquide-vapeur. Nous détaillons alors les seuils de vaporisation prédits par nos simulations, pour différentes durées d’impulsion laser, différentes tailles de nanoparticules, et différentes valeurs de conductance thermiques d'interface entre la nanoparticule et le fluide. Nous étudions finalement la dynamique des nanobulles générées ainsi que les ondes acoustiques générées par l’échauffement des nanoparticules. Ces ondes présentent des applications en médecine, notamment pour la photoporation des membranes biologiques. Nous discutons les conditions d’optimisation de photoporation