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Localisation et sensing dans la 5G NR et au-delà
No full textAccurate localization and environmental sensing capabilities are crucial for developing intelligent, autonomous, and connected systems. Apart from offering high data rates and low latency communication, next-generation cellular networks, such as 5G and beyond, are expected to provide precise localization and environmental sensing capabilities. These capabilities rely on the accurate estimation of the channel state information (CSI). However, in practice, the estimated CSI suffers from impairments such as clock drift and timing correction loops. The clock drift occurs when the clocks on the base station (gNB) and the user equipment (UE) run asynchronously, leading to drift over time. To mitigate this issue, timing correction loops are incorporated into the cellular protocol stack to correct the clock drift periodically. While cellular systems were traditionally designed for communication purposes, the effect of clock drift and timing correction loops is negligible on the communication performance. In contrast, these factors significantly affect the performance of the localization and sensing. Specifically, they introduce variability in the delay estimates of the multipath components obtained from the CSI across different time slots. As a result, even when the UE is static and the gNB has access to multiple channel measurements, the delay estimates of the multipath components estimated from the CSI vary over time. In this dissertation, we design a system and propose signaling schemes that allow us to obtain CSI that is robust to clock drift and timing correction loops within a cellular system. Additionally, we propose a system that leverages sensing information to improve the performance of the communication system. Specifically, we introduce a system framework that facilitates the fusion of sensing information into the communication system, thereby reducing the pilots in channel estimation. We also provide a framework to evaluate the performance of our proposed localization algorithms in a digital twin using the Colosseum platform. Furthermore, we demonstrate a drone-based localization and sensing application for search and rescue missions, emphasizing the importance of backhaul connectivity to the cellular network in such scenarios. Finally, we highlight that most of our work has been validated using OpenAirInterface (OAI).La localisation précise et les capacités de sensing environnementale sont essentielles au développement de systèmes intelligents, autonomes et connectés. En plus d'offrir des débits élevés et une communication à faible latence, les réseaux cellulaires de nouvelle génération, tels que la 5G et au-delà, devraient également fournir des capacités de localisation et de sensing environnementale précises. Ces capacités reposent sur une estimation précise de l'état du canal, connue sous le nom d'informations d'état du canal (CSI - Channel State Information). Cependant, dans la pratique, le CSI estimé est affecté par des perturbations telles que la dérive d'horloge et les boucles de correction temporelle. La dérive d'horloge se produit lorsque les horloges de la station de base (gNB) et de l'équipement utilisateur (UE) ne sont pas synchronisées, entraînant une dérive au fil du temps. Pour atténuer ce problème, des boucles de correction temporelle sont intégrées dans la pile protocolaire du réseau cellulaire afin de corriger périodiquement la dérive d'horloge. Alors que les systèmes cellulaires ont été conçus à l'origine pour des fins de communication, l'effet de la dérive d'horloge et des boucles de correction temporelle sur les performances de communication reste négligeable. En revanche, ces facteurs ont un impact significatif sur les performances de localisation et de sensing. Plus précisément, ils introduisent une variabilité dans les estimations de délai des composantes de trajets multiples extraites du CSI à différents instants. En conséquence, même lorsque l'UE est statique et que la gNB dispose de multiples mesures de canal, les estimations de délai des composantes multipaths dérivées du CSI varient dans le temps. Dans cette dissertation, nous concevons un système et proposons des schémas de signalisation permettant d'obtenir un CSI robuste face à la dérive d'horloge et aux boucles de correction temporelle au sein d'un système cellulaire. Par ailleurs, nous proposons un système exploitant les informations de sensing afin d'améliorer les performances du système de communication. Plus précisément, nous introduisons un cadre systémique facilitant la fusion des informations de sensing dans le système de communication, réduisant ainsi le besoin de pilotes pour l'estimation du canal. Nous présentons également un cadre d'évaluation des performances de nos algorithmes de localisation proposés dans un jumeau numérique, à l'aide de la plateforme Colosseum. De plus, nous démontrons une application de localisation et de sensing basée sur drone pour des missions de recherche et de sauvetage, en soulignant l'importance de la connectivité dorsale au réseau cellulaire dans ce type de scénarios. Enfin, nous soulignons que la majorité de nos travaux a été validée en utilisant OpenAirInterface (OAI)
Estimation des limites de performances d'antennes miniatures utilisant un algorithme de machine learning
No full textSmall antennas are particularly of interest for modern applications such as 5G mobile communications and the Internet of Things (IoT). The design of small antennas is challenging because fundamental physics limits their performance. Over the years, several works have tried to estimate these performance bounds. Although these results are useful and provide a first step in analyzing small antennas, they are unfortunately mostly purely theoretical and do not consider practical aspects of the realization of antennas such as the feeding method or the material losses.The objective of this thesis was to develop a machine learning (ML) based approach for estimating the performance of small antennas in practical applications. The idea was to obtain an automatic tool able to predict the maximum antenna performance (in terms of bandwidth, efficiency, etc.) that can be achieved by the antenna when practical constraints, such as terminal dimensions, antenna position and integration in the device, or adopted materials, are considered. This thesis was therefore be at the frontier of antenna and ML research, including antenna design, simulation, realization and measurement activities but also the development and implementation of ML algorithms. Different aspects have been analyzed, including different antenna geometries, different ML approaches and different applications.To evaluate the effectiveness and reliability of the proposed approach, the main contributions of this thesis are as follows: The Python script automatic dataset creation tool tailored of terminal-integrated Inverted-F Antennas (IFAs) for different antenna geometries, simulated under practical constraints and optimized for impedance matching. The development of a machine learning (ML)-based method for predicting the maximum achievable bandwidth and total efficiency of terminal-integrated IFAs, accounting for mismatching losses. These predictions can serve as practically achievable targets during the antenna design process or as benchmarks to assess the performance of existing antenna designs.The validation of the proposed prediction method across four levels: by evaluating ML-related performance metrics, by comparing results with numerical simulations from a commercial electromagnetic simulator, by comparing with experimental measurements on various prototypes, and by referencing theoretical results available in the literature.Keywords : Internet of Things, small antenna performance, printed antennas, compact terminals, Machine Learning algorithms, Artificial Neural Networks.Les antennes miniatures sont particulièrement intéressantes pour les applications modernes telles que les communications mobiles 5G et l'Internet des objets (IoT). La conception de ces antennes miniatures est une tâche difficile de part la physique fondamentale qui limite leurs performances. Au fil des ans, plusieurs travaux ont tenté d'estimer ces limites de performance. Bien que ces résultats soient utiles et fournissent une première étape dans l'analyse des antennes miniatures, ils sont malheureusement pour la plupart purement théoriques et ne tiennent pas compte des aspects pratiques de la réalisation des antennes telles que la méthode d'alimentation ou les pertes dans les matériaux. L'objectif de cette thèse était de développer une approche basée sur l'apprentissage automatique (ML) pour estimer les performances des antennes miniatures dans des applications pratiques. L'idée était d'obtenir un outil automatique capable de prédire les performances maximales des antennes (en termes de bande passante, d'efficacité, etc.) pouvant être obtenues par l'antenne lorsque des contraintes pratiques, telles que les dimensions du terminal, la position de l'antenne, l'intégration dans l'appareil, ou encore les matériaux adoptés, sont considérés. Ces travaux de thèse étaient donc à la frontière de la recherche sur les antennes et le ML, y compris la conception d'antennes, la simulation, la réalisation et les activités de mesure, mais aussi le développement et la mise en œuvre d'algorithmes de ML. Différents aspects ont été analysés, y compris différentes géométries d'antenne, différentes approches de ML et différentes applications. Pour évaluer l'efficacité et la fiabilité de l'approche proposée, les principales contributions de cette thèse sont les suivantes : L'outil de création automatique d'ensembles de données à l'aide d'un script Python, conçu sur mesure pour des antennes en F inversé (IFA) intégrées au terminal pour différentes géométries d'antennes, simulées sous des contraintes pratiques et optimisées pour l'adaptation de l'impédance. Le développement d'une méthode basée sur l'apprentissage automatique (ML) pour prédire la largeur de bande maximale réalisable et l'efficacité totale des IFA intégrées aux terminaux, en tenant compte des pertes dues à la désadaptation. La validation de la méthode de prédiction proposée à quatre niveaux : en évaluant les mesures de performance liées à l'apprentissage automatique, en comparant les résultats avec les simulations numériques d'un simulateur électromagnétique commercial, en comparant avec les mesures expérimentales sur divers prototypes, et en se référant aux résultats théoriques disponibles dans la littérature
Etude et modélisation de la formation de la bavure lors du procédé de perçage appliqué à l’alliage de titane Ti-6Al-4V
No full textWith the aim of improving the assembly processes of aeronautical structures, Airbus is trying to implement the One-Way-Assembly drilling strategy. This strategy avoids the need for interface disassembly, cleaning and deburring. However, its deployment is coming up against a number of industrial challenges, in particular the monitoring of burrs at the interfaces. Controlling these burrs is necessary because they can reduce the fatigue life of assemblies. The aim of this thesis is to develop a model for predicting the size of burrs in order to facilitate optimisation of the drilling process.Despite numerous studies on this phenomenon, the mechanisms generating the burr remain poorly understood, especially from a thermal point of view. Two experimental campaigns were carried out in order to remove this barrier by analysing the forces, the thermal field, the morphology and the microstructure of the burr.The aim of the numerical part is to establish an FE model that is both reliable and efficient (low computing time). A pseudo-2D model was therefore proposed. The comparison of numerical and experimental data showed promising results, although the model still needs to be improved.Dans le but d’améliorer les procédés d’assemblage des structures aéronautiques, Airbus tente de mettre en place la stratégie de perçage One-Way-Assembly. Cette stratégie permet de supprimer les phases de désassemblage, nettoyage et ébavurage des interfaces. Cependant, son déploiement se confronte à plusieurs problématiques industrielles, notamment la gestion des bavures aux interfaces. Le contrôle de celles-ci est nécessaire car elles peuvent induire un abattement en fatigue des assemblages. L’objectif de cette thèse est de développer un modèle pour prédire la taille des bavures afin de faciliter l’optimisation du procédé de perçage.Malgré de nombreuses études sur ce phénomène, les mécanismes générant la bavure restent peu compris, surtout d’un point de vue thermique. Deux campagnes expérimentales ont été réalisées afin de lever ce verrou via des analyses d’efforts, de champs thermiques, de la morphologie et de la microstructure de la bavure.La partie numérique a pour but d’établir un modèle EF à la fois fiable et performent (temps de calcul faible). Un modèle pseudo-2D a alors été proposé. La comparaison du numérique et de l’expérimental a montré des résultats prometteurs, bien que le modèle nécessite encore d’être amélioré
Suivi multiméthodes de la structure des communautés de poissons méditerranéens dans un contexte de conservation : apport de l'ADN environnemental
No full textThe need to establish an inventory of biodiversity (census) is a prerequisite for the protection of the marine environment. Several techniques can be used: conventional identification techniques such as underwater visual censuses, baited underwater video systems, evaluation of artisanal fisheries catches as well as a more recent and innovative technique, environmental DNA or metabarcoding. This method, if it has certain drawbacks (difficult quantification), is particularly interesting with regard to cryptic species and by its simplicity: it is thus very complementary to conventional methods. We therefore wish to apply it in a project to monitor the biodiversity of 8 special conservation areas located between St Raphael and Menton in order to take a new look at the biodiversity of our coastline.La nécessité d'établir un état des lieux de la biodiversité (recensement) est un préalable à la protection de l'environnement marin. Plusieurs techniques peuvent être utilisées : des techniques d'identification conventionnelles comme les recensements visuels sous-marins, les systèmes vidéo sous-marins, l'évaluation des captures de la pêche artisanale ainsi qu'une technique plus récente et novatrice, l'ADN environnemental ou metabarcoding. Cette méthode, si elle présente certains inconvénients (quantification difficile), est particulièrement intéressante pour ce qui concerne les espèces cryptiques et par sa simplicité : elle est donc très complémentaire des méthodes conventionnelles. Nous souhaitons donc l'appliquer dans un projet de suivi de la biodiversité de 8 zones spéciales de conservation situées entre St Raphaël et Menton afin de poser un nouveau regard sur la biodiversité de notre littoral
À la recherche de la transition de Lifshitz par intercalation d’Erbium dans une nouvelle structure de supergraphène
No full textThis thesis is part of an ongoing effort to investigate the properties of graphene at critical points in its band structure, particularly in the region of the highly electron-doped regime where the van Hove singularity and the Lifshitz transition occur. In this region, the Fermi surface can have a non-dispersive region with "flat" bands, where strong electron-electron correlation effects are expected, promoting the emergence of novel physical properties. We have studied the functionalization of epitaxial graphene on SiC(0001) by intercalation of Erbium, reaching a record doping level of 5.17 × 10¹⁴ e⁻/cm². The Fermi surface, measured by ARPES, shows a flat band around the M point of the Brillouin zone, indicating that the system has passed the Lifshitz transition. Using STM and LEED, we observed a new ordered superstructure (5.75 × 5.75R ±19°-G), forming a honeycomb arrangement with a lattice constant of 1.4 nm. XMCD measurements on the DEIMOS beamline at the SOLEIL synchrotron revealed that Er is in a trivalent state (Er³⁺), exhibiting paramagnetic behaviour and an antiferromagnetic (AF) transition at 12 K. By modifying the band structure of graphene by hydrogenation, we show that it is possible to modify the AF transition temperature. Furthermore, we highlight the RKKY interaction between the localized 4f orbitals of intercalated Er atoms, mediated by the π electrons of graphene. Finally, we show that it is possible to dope graphene from the Dirac point up to the Lifshitz transition. This new material paves the way for significant experimental and theoretical research opportunities.Ce travail de thèse s’inscrit dans la dynamique actuelle qui consiste à explorer les propriétés du graphène à des points critiques de sa structure de bande, notamment dans la zone de très fort dopage en électron où se produisent la singularité de van Hove puis la transition de Lifshitz. Dans cette zone, la surface de Fermi présente une région non dispersive où les bandes sont « plates » et où d'importants effets de corrélation électron-électron sont attendus, favorisant l'émergence de nouvelles propriétés physiques. Nous avons étudié la fonctionnalisation du graphène épitaxié sur SiC(0001) par intercalation d'Erbium, ce qui a permis d'atteindre un dopage record de 5,17 × 10¹⁴ e⁻/cm². La surface de Fermi, mesurée par ARPES, montre une bande plate autour du point M, indiquant le dépassement de la transition de Lifshitz. Nous avons observé, par STM et LEED, une nouvelle surstructure ordonnée (5,75 × 5,75R ±19°-G), formant un réseau en nid d'abeille avec un paramètre de maille de 1,4 nm. Les mesures XMCD sur la ligne DEIMOS du synchrotron SOLEIL ont révélé que l'Er est dans un état trivalent (Er³⁺), avec des propriétés paramagnétiques et une transition antiferromagnétique AF à 12 K. En modifiant la structure de bande du graphène par hydrogénation, nous démontrons qu’il est possible de changer la température de transition AF. Nous montrons ainsi une interaction RKKY entre les orbitales localisées 4f des atomes d'Er intercalés, médiée par les électrons π du graphène et qu'il est possible de doper le graphène depuis le point de Dirac jusqu’à la transition Lifshitz. Ainsi, ce nouveau matériau ouvre d'importantes perspectives de recherche, tant expérimentales que théoriques
Ondes élastiques guidées proche et loin d'un bord libre mesurées par ultrasons laser : dispersion et résonances
No full textNon-destructive testing (NDT) of a cracked material consists of accurately locating cracks and accessing their intrinsic parameters. As a crack generally has a complex geometry, with different contact points and inhomogeneous stresses along the crack, it is very complicated to develop a model with this level of detail. For this reason, we have chosen to focus on the propagation of elastic waves guided by the free edge of a plate, which means considering the case of an opened crack (no contact between the two crack faces). Just as the free surface of a plate guides the propagation of Rayleigh waves, the free edges of a plate act as a waveguide for the propagation of edge waves. Until now, only fundamental edge modes have been used in NDT, detecting the presence of cracks on the free edge of a structure by measuring a reflection coefficient. To our knowledge, the observation of higher-order edge modes has been carried out by a single team, using transducers. The drawback of this method is that it requires a transducer to be glued to the edge, which is not very easy in the case of a crack, even an opened one, making characterization of the latter complicated by higher-order edge modes generated by transducers.In this work, we propose to generate and detect edge modes above the free edge of a plate using laser ultrasonics. This broadband, non-contact method is ideally suited to measuring waves propagating along a crack, regardless of the contacts that constitute it. In addition, we propose to study the resonances associated with edge waves, known as “edge resonances”. We are also interested in another type of resonance, zero group velocity (ZGV) resonances, which are associated with Lamb waves, usually observed far from the edges of a plate. Here, we investigate the effect of the free edge on ZGV resonances, by measuring point-by-point the resonances excited from the free edge to the middle of a plate. As expected, the edge resonance is measured close to the free edge, and the ZGV resonances are observed far from it. A zone of coexistence of edge and ZGV resonances was experimentally demonstrated. Higher-order edge waves are generated and detected by laser ultrasonics. The dispersion of Lamb waves is measured with a scan far from the free edge, and that of edge waves is observed along it. These experiments are carried out on two different samples and compared with each other, namely a glass plate and a silicon plate. The two wave types are successfully identified by their respective theoretical dispersion curves. Finally, it has been shown experimentally that in silicon, the excitation of ZGV resonances depends on the intensity of the excitation laser. As silicon is a semiconductor, several mechanisms can lead to the generation of elastic waves, depending on the intensity of the generating laser: thermoelasticity (as in glass) and electronic deformation. These different mechanisms can be observed not only on time signals but have also been studied by observing the evolution of the amplitude of ZGV resonances. This study, which depends on the intensity of the excitation laser in the silicon, could then be carried out on resonances in the vicinity of an opened or closed crack, enabling us to distinguish the nonlinear response specific to the crack from that due to the generation mechanism. More generally, these experiments could be applied to the study of real cracks, in order to identify the nature of the contact between the crack faces by observing these edge and/or interface resonances.Le contrôle non destructif (CND) d'un matériau fissuré consiste à localiser avec précision les fissures et à accéder à leurs paramètres intrinsèques. Comme une fissure a généralement une géométrie complexe, avec différents points de contact et des contraintes inhomogènes le long de la fissure, il est très compliqué de développer un modèle avec ce niveau de détail. Pour cela, nous avons choisi de nous intéresser à la propagation d'ondes élastiques guidées par le bord libre d'une plaque, ce qui revient donc à considérer le cas d'une fissure ouverte (aucun contact entre les deux parois). Similairement à la surface libre d’une plaque qui guident la propagation d’ondes de Rayleigh, les bords libres d’une plaque servent de guide d’onde à la propagation d’ondes de bord. Jusqu’à présent, seuls les modes de bord fondamentaux ont été utilisés en CND, en détectant la présence de fissures sur le bord libre d’une structure par mesure d’un coefficient de réflexion. À notre connaissance, l’observation des modes de bord supérieurs a été réalisée par une seule équipe, au moyen de transducteurs. L’inconvénient de cette méthode est qu’elle nécessite de coller un transducteur sur le bord, ce qui est peu aisé pour le cas d'une fissure, même ouverte, rendant ainsi la caractérisation de cette dernière compliquée par des modes de bord supérieurs générés par transducteur.Nous proposons ici de générer et de détecter les modes de bord supérieurs au bord libre d’une plaque par ultrasons laser. Cette méthode à large bande et sans contact est parfaitement adaptée pour pouvoir mesurer les ondes se propageant le long d’une fissure, quelques soient les contacts qui la composent. De plus, nous proposons d’étudier les résonances associées aux ondes de bord, appelées « résonances de bord ». Nous nous intéressons également à un autre type de résonances que sont les résonances à vitesse de groupe nulle (ZGV), qui sont, elles, associées aux ondes de Lamb, observées habituellement loin des bords d’une plaque. Nous étudions ici l’effet du bord libre sur les résonances ZGV, en mesurant point par point les résonances excitées du bord libre au milieu d’une plaque. Comme prévu, la résonance de bord est mesurée à proximité du bord libre, et les résonances ZGV sont observées loin de celui-ci. Une zone de coexistence des résonances de bord et de ZGV a été mise en évidence expérimentalement. Les ondes de bord d'ordre supérieur sont générées et détectées par ultrasons laser. La dispersion des ondes de Lamb est mesurée avec un balayage loin du bord libre, et celle des ondes de bord sont observées le long de celui-ci. Ces expériences sont réalisées sur deux échantillons différents et comparées entre elles, à savoir une plaque de verre et une plaque de silicium. Les deux types d'ondes sont identifiés avec succès par leurs courbes de dispersion théoriques respectives. Enfin, il est démontré expérimentalement que dans le silicium, l’excitation des résonances ZGV dépend de l’intensité du laser d’excitation. En effet, le silicium étant un semi-conducteur, plusieurs mécanismes peuvent conduire à la génération d’ondes élastiques selon l’intensité du laser de génération : la thermoélasticité (tout comme dans le verre) et la déformation électronique. Ces différents mécanismes sont observables non seulement sur les signaux temporels, mais ont également été étudiés en observant l’évolution de l’amplitude des résonances ZGV. Cette étude en fonction de l’intensité du laser d’excitation dans le silicium pourra par la suite être menée sur les résonances à proximité d’une fissure ouverte ou fermée, ce qui permettra de distinguer la réponse non-linéaire propre à la fissure de celle due au mécanisme de génération. Plus généralement, ces expériences pourront être généralisées à l’étude de vraies fissures afin d’identifier la nature du contact entre les faces de la fissure en observant ces résonances de bord et/ou d’interface
Étude des mécanismes impliqués dans la résilience cognitive dans le contexte de la maladie d'Alzheimer
No full textAlzheimer's disease (AD) is a multifactorial neurodegenerative disorder that progressively leads to severe cognitive decline, impairment of executive functions and loss of autonomy. Despite the hope raised by new monoclonal therapies directed against the amyloid protein, AD remains incurable to date, in particular because of the great heterogeneity between individuals. Indeed, despite the presence of similar neuropathological markers, some elderly individuals maintain cognitive function compared to others. To explain this lack of correlation between the extent of brain lesions and the severity of cognitive symptoms, the concept of cognitive resilience (CR) has emerged. This dynamic process has been proposed to account for both disparities in response to AD and therapeutic failure. Although several preclinical and clinical studies have highlighted neurobiological mechanisms underlying CR, these mechanisms remain poorly understood. The aim of this thesis was to investigate brain mechanisms potentially involved in CR. Our experimental model combined a preclinical model of successful aging (Lou/c/jall rats: LOU) with standard Wistar rats (WIS), and two sporadic models of AD: intrahippocampal injection of viral vectors (AAV-APP/PS1) and intracerebroventricular injection of streptozotocin (STZ). Unfortunately, the AAV-APP/PS1 model did not allow us to identify CR in the LOU rat strain, primarily due to the absence of treatment-induced cognitive deficits and AD-related neuropathological markers. In contrast, the STZ model enabled us to demonstrate CR in the LOU rats, evidenced by preserved cognitive performance in two behavioral tests assessing spatial working memory and object recognition memory, despite similar hippocampal and cortical Aβ42 concentrations. Proteomic analysis revealed differentially regulated proteins in LOU-STZ rats. These proteins were associated with pathways involved in DNA repair, mitochondrial and ribosomal stability and integrity, immune response, and tau protein stabilization. This thesis underscores the importance of investigating the neurobiological mechanisms underlying CR, with the aim of identifying novel biomarkers that could inform therapeutic development in the context of Alzheimer's disease.La maladie d’Alzheimer (MA) est une pathologie neurodégénérative multifactorielle entraînant progressivement un déclin cognitif sévère, une altération des fonctions exécutives, ainsi qu’une perte d’autonomie. Malgré l’espoir suscité par de nouvelles thérapies monoclonales dirigées contre la protéine amyloïde, la MA demeure à ce jour incurable, en particulier en raison de la grande hétérogénéité interindividuelle. Malgré la présence de marqueurs neuropathologiques similaires, certains sujets âgés conservent des fonctions cognitives intactes par rapport à d’autres. Pour expliquer cette absence de corrélation entre le degré des lésions cérébrales et la sévérité des symptômes cognitifs, le concept de résilience cognitive (RC) a émergé. Ce processus dynamique a été proposé pour rendre compte à la fois des disparités de réponse à la MA et de l’échec thérapeutique. Bien que certaines études précliniques et cliniques aient mis en évidence des mécanismes neurobiologiques sous-jacents à la RC, des recherches supplémentaires sont nécessaires, tant ces mécanismes restent mal compris. L’objectif de cette thèse était d’explorer les mécanismes cérébraux potentiellement impliqués dans la RC. Le modèle expérimental utilisé combinait un modèle préclinique de vieillissement réussi (rat Lou/C/Jall : LOU) et un modèle classique (rat Wistar : WIS), avec deux modèles sporadiques de la MA : l’injection intrahippocampique de vecteurs viraux AAV-APP/PS1, et l’injection intracérébroventriculaire de streptozotocine (STZ). Le modèle AAV-APP/PS1 n’a pas permis d’identifier une RC chez les rats de la souche LOU, en raison de l’absence d’induction de déficits cognitifs et de marqueurs neuropathologiques de la MA chez le rat WIS. En revanche, le modèle STZ a permis de mettre en évidence une RC chez les rats LOU, caractérisée par le maintien de bonnes performances cognitives dans deux tests comportementaux évaluant respectivement la mémoire de travail spatiale et la mémoire de reconnaissance d’objets, malgré des concentrations hippocampiques et corticales similaires en Aβ42. Une analyse protéomique a révélé une régulation différentielle de plusieurs protéines chez les rats LOU-STZ. Ces protéines étaient impliquées dans des voies associées à la réparation de l’ADN, à la stabilité et à l’intégrité mitochondriale et ribosomale, à la réponse immunitaire, ainsi qu’à la stabilisation de la protéine tau. Ce travail de thèse souligne l’importance de l’étude des mécanismes neurobiologiques sous-jacents à la RC, afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs susceptibles de guider la recherche thérapeutique dans le contexte de la MA
Etude par protéomique des dérégulations des modifications d'histones dans la maladie de Huntington
No full textHuntington’s disease (HD) is a fatal neurodegenerative disorder caused by an abnormal expansion of CAG repeats in the HTT gene, leading to an extended polyglutamine (polyQ) stretch (>35) in the huntingtin protein. Although the mutant gene is inherited at birth, motor symptoms typically emerge in midlife. Early hallmarks of HD include transcriptional dysregulation and metabolic disturbances. Histone post-translational modifications (hPTMs) play a critical role in gene regulation and are increasingly recognized as a bridge between metabolism and epigenetics. Notably, acetylation of lysine 27 of histone H3 (H3K27ac) is decreased at enhancers and gene bodies of neuronal identity genes, correlating with their downregulation. This project employed mass spectrometry to explore the role of hPTMs beyond acetylation in HD, focusing on novel acylations like lactylation and crotonylation.I established a comprehensive workflow for histone sample preparation and proteomics data analysis. The bioinformatics pipeline was compiled into an R package, histonePTM (https://github.com/HijaziHassan/histonePTM/), enabling automated and reproducible hPTM analysis.While only the H3.3 variant exists in humans, mice possess additional mouse-specific H3 variants (H3mm). Two variants, H3mm7 and H3mm13, showed high transcript levels in mouse brain and testes. These variants differ from H3.3 by a single amino acid substitution within the H3K27-R40 stretch, which contains three lysine (K) residues. A rigorous manual validation approach was developed to analyze 40 sequence-PTM combinations. While canonical H3 and H3.3 variants were identified and quantified, only the unmodified form of H3K27R40 was detected for H3mm7 at low abundance, and no peptides were identified for H3mm13. Consequently, these mouse-specific variants were excluded from future experiments.Using the established workflow, hPTMs on histones H3 and H4 were screened in the striata of wild-type and R6/1 HD mice. No significant differences in hPTM abundance were observed, consistent with prior findings on localized acetylation dysregulation. Notably, several lysines were confidently identified as lactylated, though their quantification remains challenging. Given the cellular heterogeneity of the striatum, Fluorescence-Activated Nuclei Sorting (FANS) was used to try to isolate nuclei from neurons versus glial cells for histone extraction. Although the initial attempt was unsuccessful due to limited sample amounts, recommendations for methodological improvements were provided for future studies.A major challenge in histone proteomics is the co-elution and co-fragmentation of positional isomers, complicating accurate identification and quantification. While standard derivatization of endogenously non-modified lysines using propionic anhydride increases peptide hydrophobicity, it is insufficient for resolving certain isobaric peptides, particularly from the H4 N-terminus. Trimethylacetic anhydride (TMA), a recently introduced derivatization agent, has shown promise in improving peptide separation. In this project, we optimized the TMA derivatization protocol and characterized its impact on hPTM identification and quantification. Finally, we demonstrated its utility in stable isotope tracing experiments, which consists of following the kinetics of incorporation of heavy labeled acetyl into histones after injecting 13C-glucose into mice.In my PhD, I established a robust protocol for histone derivatization for their proteomic analysis and a bioinformatics tool for hPTM analysis. I implemented them to study hPTMs in the context of HD. Future work will focus on improving lactylation quantification and enhancing cell-type-specific histone analyses to further elucidate epigenetic alterations in HD.La maladie de Huntington (HD) est une maladie neurodégénérative mortelle causée par une expansion anormale des répétitions CAG dans le gène HTT, ce qui entraîne une extension polyglutamine dans la protéine huntingtine. Bien que le gène mutant soit hérité à la naissance, les symptômes moteurs apparaissent généralement au milieu de la vie. Les premières caractéristiques de la HD comprennent un dérèglement de la transcription et des perturbations métaboliques. Les modifications post-traductionnelles des histones (hPTMs) jouent un rôle essentiel dans la régulation des gènes et constituent un lien entre le métabolisme et l'épigénétique. Notamment, l'acétylation de la lysine 27 de l'histone H3 (H3K27ac) est diminuée au niveau des corps de gènes d'identité neuronale, ce qui corrèle avec leur baisse d’expression. Ce projet a utilisé la spectrométrie de masse pour explorer le rôle des hPTMs au-delà de l'acétylation dans l'HD, en incluant de nouvelles acylations comme la lactylation et la crotonylation.J'ai établi un protocole complet pour la préparation des échantillons d'histones et l'analyse des données protéomiques correspondantes. Le pipeline bioinformatique a été compilé dans un package R, histonePTM hébergé sur GitHub, permettant une analyse automatisée et reproductible des hPTMs.Alors que seul le variant H3.3 existe chez l'homme, les souris possèderaient d'autres variants H3 spécifiques. Deux variants, H3mm7 et H3mm13, possèdent des transcrits abondants dans le cerveau. Ces variants diffèrent de H3.3 par un seul acide aminé dans la partie H3K27-R40. Une approche rigoureuse de validation a été développée pour analyser 40 combinaisons séquences x PTMs. Les séquences de H3 et H3.3 ont été identifiées et quantifiées, mais H3mm7 a été à peine détecté et H3mm13 n’a pas été détecté par protéomique ciblée. Ces variants H3mm ont alors été exclus des analyses suivantes.Les hPTMs des histones H3 et H4 ont été analysées dans les striatas des souris WT et R6/1 modèle de HD. Aucune différence significative dans l'abondance des hPTMs n'a été observée. De façon intéressante, plusieurs lysines ont été identifiées sous forme lactylées, mais leur quantification s’avère très difficile. Compte tenu de l'hétérogénéité cellulaire du striatum, le tri des noyaux par FANS a été tenté pour isoler les noyaux des neurones de ceux des cellules gliales, pour en extraire les histones. Bien que la première tentative ait échoué en raison des quantités limitées d'échantillons, des recommandations d'amélioration méthodologique ont été formulées pour les études futures.L'un des principaux défis de la protéomique des histones est la co-élution des peptides isomères de position, ce qui complique l'identification et la quantification. Bien que la dérivatisation standard des lysines non modifiées avec l'anhydride propionique augmente l'hydrophobie des peptides, elle est insuffisante pour séparer certains peptides isobares, en particulier ceux de l'extrémité N-terminale de l'histone H4. L'anhydride triméthylacétique (TMA), un agent de dérivatisation récemment décrit, s'est révélé prometteur pour améliorer la séparation de ces peptides. Dans ce projet, nous avons optimisé le protocole de dérivatisation du TMA et caractérisé son impact sur l'identification et la quantification des hPTMs. Enfin, nous avons démontré son utilité dans les expériences de traçage par isotopes stables, qui consiste à suivre la cinétique d'incorporation d'acétyle marqué dans les histones après injection de 13C-glucose à des souris.Dans le cadre de mon doctorat, j'ai établi un protocole robuste de dérivatisation des histones pour leur analyse protéomique et un outil bioinformatique pour l'analyse des hPTMs. Je les ai mis en œuvre pour étudier les hPTMs dans le contexte de la HD. Il reste à mettre en place la quantification fiable des lactylations, et les analyses des hPTMs dans les neurones versus les cellules gliales, afin de mieux élucider les altérations épigénétiques dans la maladie
Conception d’équipements communautaires démonstrateurs pour l’amélioration de l’habitat rural en Afrique Subsaharienne
No full textThis thesis addresses the major challenges associated with the lack of adequate housing and the shortage of quality community facilities in rural areas of sub-Saharan Africa. These deficiencies significantly impact the living conditions of local populations and hinder regional development, further contributing to dynamics such as rural exodus and migration. In response to these issues, this research examines the growing initiatives led by various organizations to promote the use of local resources as tools to improve rural housing. It focuses particularly on the construction of community facilities with a demonstrative purpose, designed not only to meet immediate infrastructure needs but also to propose technical solutions that local communities can adopt and adapt.The adopted methodology begins with an analysis of the impacts induced by the construction of community and public facilities on the evolution of local construction practices. It then relies on a corpus of projects carried out in rural areas, with a particular emphasis on school and agro-food buildings designed from a demonstrative perspective. Beyond their economic advantages, which support local economies and reduce reliance on imported materials, these projects aim to showcase technical and architectural improvements that are accessible, adaptable, and tailored to the local context. To study these projects, three methodological tools were employed: case study analysis, participant observation, and action research. This combined approach allows for a systematic and pragmatic understanding of the dynamics of acceptance (or rejection) of proposed architectural solutions and provides insights into the necessary conditions to foster their integration into local practices.The findings highlight the transformative role that community facilities can play in improving rural housing, as well as the specific conditions that enable such impact. By deepening the analysis of appropriation mechanisms, this study demonstrates how construction projects incorporating local materials can positively influence the quality of life and housing in rural areas. Based on the lessons learned from these projects, the research proposes methodological recommendations for accurately identifying the needs and expectations of local communities, integrating them into architectural design, and implementing complementary actions to support the construction process. These actions are identified as essential to creating an enabling environment for effective appropriation and, consequently, achieving a lasting impact on improving rural housing in various contexts of sub-Saharan Africa.Cette thèse s'intéresse aux défis majeurs liés à l'absence d'un habitat décent et à l'insuffisance d'équipements communautaires de qualité dans les zones rurales d'Afrique subsaharienne. Ces insuffisances ont des répercussions importantes sur les conditions de vie des populations et constituent un frein au développement régional, contribuant par ailleurs à des dynamiques telles que l'exode rural et les migrations. Face à ces enjeux, cette recherche examine les initiatives croissantes portées par diverses organisations visant à promouvoir l'utilisation des ressources locales comme leviers d'amélioration de l'habitat rural. Elle se concentre en particulier sur la construction d'équipements communautaires à vocation démonstrative, conçus non seulement pour répondre aux besoins immédiats en infrastructures, mais également pour proposer des solutions techniques susceptibles d'être adoptées et adaptées par les communautés locales.La méthodologie adoptée repose dans un premier temps sur l'analyse des effets induits par la construction d'équipements communautaires et publics sur l'évolution des pratiques locales de construction. Elle s'appuie ensuite sur un corpus de projets réalisés en milieu rural, avec un accent particulier porté sur des bâtiments scolaires et agroalimentaires ayant été conçus dans une perspective démonstrative. Au-delà de leur caractère économique et favorisant l’économie locale et la faible dépendance aux matériaux importés, ces projets visent à illustrer des améliorations techniques et architecturales accessibles, appropriables, et adaptées au contexte local. Pour les étudier, trois outils méthodologiques ont été mobilisés : l’analyse d’études de cas, l’observation participante et la recherche-action. Cette approche combinée permet d’appréhender, de manière à la fois systématique et pragmatique, les dynamiques d'appropriation (ou de rejet) des solutions architecturales proposées et de mieux comprendre les conditions nécessaires pour favoriser leur intégration dans les pratiques locales.Les résultats mettent en évidence le rôle transformateur que peuvent jouer les équipements communautaires dans l'amélioration de l'habitat rural, ainsi que les conditions spécifiques favorisant l’atteinte de cet impact. En approfondissant l'analyse des mécanismes d'appropriation, cette étude démontre comment des projets de construction intégrant l'utilisation de matériaux locaux peuvent influencer positivement la qualité de vie et l'habitat dans les zones rurales. Sur la base des enseignements tirés de ces projets, la recherche propose des recommandations méthodologiques pour identifier avec précision les besoins et attentes des communautés locales, les intégrer dans la conception architecturale, et mettre en œuvre des actions complémentaires d’accompagnement du processus de construction. Ces actions sont en effet identifiées comme essentielles pour créer un environnement favorable à une appropriation effective, et par conséquent, à un impact durable sur l’amélioration de l’habitat rural dans divers contextes d'Afrique subsaharienne
Mesures acoustiques et volumétriques en vue d'objectiver l'encombrement bronchique chez les patients atteints de pathologies respiratoires obstructives dans le cadre de leur prise en charge en Kinésithérapie Respiratoire (MUKROBS)
No full textChronic obstructive respiratory diseases, such as Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD), pose a significant public health challenge. Chest PhysioTherapy (CPT) sessions are prescribed to patients to reduce exacerbations related to bronchial congestion, but scientific consolidation of professional practices is necessary. The aim of this thesis work is to develop and test a non-invasive measurement device named Sybille, which simultaneously measures respiratory sounds and thoracic displacements to assess bronchial congestion. A clinical study was carried out, on 30 subjects with COPD and 30 control subjects to collect data with the aim of developping two congestion scores, one based on clinical indicators and the other on measurements obtained using the Sybille device. The objectification of bronchial congestion should, in the long term, provide a better understanding of mucus behavior in the tracheobronchial tree, as well as of respiratory clearance techniques, ultimately improving patient care.Les pathologies respiratoires chroniques obstructives, telles que la Broncho-Pneumopathie Chronique Obstructive (BPCO), représentent un enjeu de santé publique majeur. Des séances de kinésithérapie respiratoire de désencombrement (KRD) sont prescrites aux patients afin de limiter les exacerbations liées à l'encombrement bronchique, mais une consolidation scientifique des pratiques professionnelles est nécessaire. Ces travaux de thèse proposent de développer et de valider un dispositif de mesure non invasif nommé Sybille, afin de mesurer simultanément les sons respiratoires et les déplacements thoraciques dans le but d'évaluer l'encombrement bronchique. Une étude clinique a été réalisée sur 30 sujets atteints de BPCO et 30 sujets témoins afin de collecter des données dans l'objectif d'élaborer deux scores d'encombrement, l'un basé sur des indicateurs cliniques et l'autre sur des mesures obtenues grâce au dispositif Sybille. L'objectivation de l'encombrement bronchique devrait permettre, à plus long terme, de mieux comprendre le comportement du mucus dans l'arbre trachéo-bronchique ainsi que les techniques de KRD, afin d'améliorer la prise en charge des patients