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Développement d’indicateurs de performance pour le diagnostic géotechnique des voies ferrées par l’intégration de sources de données multiples
No full textOne of the main problems with civil engineering structures is that their various properties begin to degrade once they are in service, resulting in a loss of efficiency in relation to the functions for which they were designed. In the case of railways, this degradation can mainly take the form of a loss of alignment. This can lead to a reduction in traffic speed and loss of comfort, as well as minor to serious accidents, including derailments.The climate crisis has prompted governments to promote the use of freight and passenger trains, leading to increased demand and increased wear and tears on the railways. In addition, extreme weather conditions, such as flooding or frost, lead to their deterioration or even destruction. This poses a challenge to engineers, who need to identify the root causes of recurring track problems and implement effective corrective measures. Railway management, which involves significant investment and multiple degradation factors, requires constant monitoring and adequate maintenance to ensure safety and operational efficiency. Track interventions are based on expert judgment and the use of technology to monitor track conditions. However, applying track maintenance to problems is often not enough if the root cause is not addressed.The main challenge is to use inspection data effectively to target maintenance appropriately and focus resources on the most critical problems. This research study focuses on the development of performance indicators to inform geotechnical track diagnostics and assess the condition of individual geotechnical components. Using these indicators, it will be possible to identify the geotechnical component in the worst condition, enabling the root cause of defects to be traced. The basic principle is that by assessing the condition of all components, the most deteriorated component can be identified as the root cause of the problem.From the various existing methods for determining the performance of a component, the functional and reliability method was chosen. This assesses the performance of the track in terms of its ability to meet the operational requirements and to ensure a high probability that it will not fail in service. The choice of this method is justified by the fact that it is best suited to the data available, geotechnical (Panda and Geoendoscopy), geophysical (GPR) and visual inspection (video) data. Before applying the method, it is necessary to process the data sources to obtain a continuous and reliable quantification of component performance. As geotechnical measurement is a point measurement, it is necessary to develop a procedure to spatialize or estimate this result to obtain continuous measurement. On the other hand, there is the problem of reliability of continuous measurement, so data fusion models are used to combine information to make results more reliable.Two approaches were evaluated for Panda spatialization: classical techniques, such as Kriging, which gave unreliable results due to the spatial variability of the track, and Machine Learning-based estimation models, which gave more accurate results. On the other hand, data fusion techniques were shown to increase the reliability of input data. Finally, the analysis of sensitivity indicators showed a positive trend in relation to established diagnostics, which are used to validate results. In the case of the comparison with geometric measurements, a zone of interaction was identified, indicating that in some cases they are the source of defects, and in others not.L'un des principaux problèmes des ouvrages de génie civil est que leurs différentes propriétés commencent à se dégrader une fois ceux-ci mis en service, ce qui entraîne une perte d'efficacité par rapport aux fonctions pour lesquelles ils ont été conçus. Dans le cas des voies ferrées, cette dégradation peut se traduire principalement par une perte d'alignement. Elle peut ainsi entraîner une réduction de la vitesse du trafic, une perte de confort, mais aussi des accidents mineurs à graves, qui peuvent entraîner des déraillements. La crise climatique a incité les gouvernements à promouvoir l'utilisation des trains de marchandises et de passagers, ce qui a entraîné une augmentation de la demande et une usure accrue des chemins de fer. En outre, des conditions météorologiques extrêmes, telles que les inondations ou le gel, entraînent leur détérioration, voire leur destruction. Cela pose un défi aux ingénieurs, qui doivent identifier les causes profondes des problèmes récurrents sur les voies et mettre en oeuvre des mesures correctives efficaces. La gestion des chemins de fer, qui implique des investissements importants et de multiples facteurs de dégradation, nécessite une surveillance constante et un entretien adéquat pour garantir la sécurité et l'efficacité opérationnelle. Les interventions sur les voies sont basées sur le jugement d'experts et sur l'utilisation de technologies permettant de surveiller l'état des voies. Cependant, l'application d'une maintenance de voie aux problèmes n'est souvent pas suffisante si l'on ne s'attaque pas à la cause première.Le principal défi consiste à utiliser efficacement les données d'inspection pour cibler la maintenance de manière appropriée et concentrer les ressources sur les problèmes les plus critiques. Cette étude de recherche se concentre sur le développement d'indicateurs de performance pour informer le diagnostic géotechnique des voies ferrées et évaluer l'état des composants géotechniques individuels. Grâce à ces indicateurs, il sera possible d'identifier le composant géotechnique en plus mauvais état, ce qui permettra de remonter à l'origine des défauts Le principe de base est qu'en évaluant l'état de tous les composants, le composant le plus détérioré peut être identifié comme la cause première du problème.Parmi les différentes méthodes existantes pour déterminer la performance d'un composant, la méthode fonctionnelle et de fiabilité a été choisie. Celle-ci évalue la performance du chemin de fer en termes de capacité à répondre aux exigences opérationnelles et à assurer une probabilité élevée de ne pas tomber en panne en service. Le choix de cette méthode se justifie par le fait qu'elle est la mieux adaptée aux données disponibles, notamment les données géotechniques (Panda et Géoendoscopie), géophysiques (GPR) et d'inspection visuelle (vidéos). Avant d'appliquer la méthode, il est nécessaire de traiter les sources de données afin d'obtenir une quantification de la performance des composants de manière continue et fiable. La mesure géotechnique étant une mesure ponctuelle, il est nécessaire de développer un processus de spatialisation ou d'estimation de ce résultat afin d'obtenir une mesure continue. D'autre part, le problème de la fiabilité de la mesure continue se pose, c'est pourquoi des modèles de fusion de données sont utilisés afin de combiner les informations pour rendre les résultats plus fiables.Deux approches ont été évaluées pour la spatialisation du Panda : les techniques classiques, telles que le Krigeage, qui ont donné des résultats peu fiables en raison de la variabilité spatiale de la voie, et les modèles d'estimation basés sur Machine Learning, qui ont donné des résultats plus précis. D'autre part, il a été démontré que les techniques de fusion de données augmentent la fiabilité des données d'entrée. Enfin, l'analyse des indicateurs de sensibilité a montré une tendance positive par rapport aux diagnostics établis, qui servent à valider les résultats
Le microbiote intestinal comme acteur de l'immunométabolisme : impact dans les maladies inflammatoires de l'intestin
No full textThe phenotype and behaviour of immune cells have been linked to cellular energy metabolisms, leading to the emergence of a new field of ‘immunometabolism'. The crucial role of the gut microbiota in immune system maturation and functions and the relatedness of mitochondria and bacteria suggest a role for the gut microbiota in intestinal epithelial and immune cell energy metabolism. The gut microbiota and its metabolites have a critical role in establishing and maintaining health and in the pathogenesis of diseases, including inflammatory bowel disease (IBD). Following an in vitro screening during my PhD study, we showed that indole-3-propionic acid (IPA) stimulates mitochondrial respiration of CD4+ T cells. IPA is a microbiota-derived tryptophan metabolite shown to be decreased in the feces of patients with IBD and which plays a crucial part in regulating intestinal immune tolerance, improving mucus barrier function and suppressing intestinal inflammation. In order to explore the in-depth mechanics involved in the anti-inflammatory effects of IPA, various state-of-art techniques and methods including energy metabolism, immunophenotypic identification, etc., were utilized in our study. These technologies are also what I mainly mastered and learned during my PhD. SCENITH technology (Single-cell energetic metabolism by profiling translation inhibition) was used to screen and identify the effect of metabolites on energy metabolism of specific subpopulations in mixed immune cell systems in both in vitro and in vivo. Seahorse, Mitotracker, metabolomics, proteomics experiments were used to explore the role of identified metabolites on energy metabolism in purified cells in vitro. Antibiotic-depleted gut microbiota, dextran sodium sulphate (DSS) -induced colitis and adoptive reinfusion experiments in mice were used to evaluate the effects of metabolites on cellular energy metabolism and their anti-inflammation function in vivo. Using SCENITH technology on human blood mononuclear cells (PBMCs), we showed that IPA stimulates mitochondrial respiration of CD4+ T cells, by promoting fatty acid/amino acid oxidation rather than traditional glucose metabolism in the CD3/CD28 activation setting. Similar results were observed in mouse CD4+ T cells. In parallel with cellular energy reprogramming, IPA impacts CD4+ T cell behavior by decreasing TH1 and TH17 differentiation without altering regulatory T cells. Mechanistically, the effects of IPA on energy metabolism and immune regulation of CD4+ T cells are mediated by Peroxisome Proliferator-Activated Receptor-beta/delta (PPARβ/δ). In microbiota-depleted mice, the alteration in mitochondrial respiration of small intestine and colon CD4+ T cells was rescued by IPA administration. In DSS-induced colitis, IPA administration increases mitochondrial respiration of CD4+ T cells by enhancing the oxidation of fatty acids and amino acids in the colon. Adoptive reinfusion of CD4+ T cells from IPA-treated mice into Rag2-/- mice induced protection against intestinal inflammation, confirming that IPA protective effects are mediated by CD4+ T cells. Collectively, our study reveals from a new perspective that the anti-inflammatory effects of IPA are mediated by metabolic reprogramming of CD4+ T cells toward the enhancement of mitochondrial respiration, thereby leading to an anti-inflammatory phenotype and eventually protection in colitis context in mice. This study paves the way for the development of new therapeutic strategies in IBD.Le phénotype et le comportement des cellules immunitaires ont été associés au métabolisme énergétique cellulaire, ce qui a conduit à l'émergence d'un nouveau domaine : l'immunométabolisme. Le rôle crucial du microbiote intestinal dans la maturation et le fonctionnement du système immunitaire, ainsi que la parenté des mitochondries et des bactéries, suggèrent un rôle du microbiote intestinal dans le métabolisme énergétique de l'épithélium intestinal et des cellules immunitaires. Le microbiote intestinal et ses métabolites jouent un rôle essentiel dans l'établissement et le maintien de la santé, ainsi que dans la pathogenèse de maladies, notamment les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin (MICI). Suite à un criblage in vitro réalisé au cours de ma thèse, nous avons montré que l'acide indole-3-propionique (IPA) stimule la respiration mitochondriale des lymphocytes T CD4+. L'IPA est un métabolite du tryptophane dérivé du microbiote, dont la concentration dans les selles des patients atteints de MICI est réduite. Il joue un rôle crucial dans la régulation de la tolérance immunitaire intestinale, l'amélioration de la fonction de barrière muqueuse et la suppression de l'inflammation intestinale. Afin d'explorer en profondeur les mécanismes impliqués dans les effets anti-inflammatoires de l'IPA, diverses techniques et méthodes de pointe, notamment le métabolisme énergétique et l'identification immunophénotypique, ont été utilisées dans notre étude. La technologie SCENITH a été utilisée pour cribler et identifier l'effet des métabolites sur le métabolisme énergétique de sous-populations spécifiques de systèmes immunitaires mixtes, in vitro et in vivo. Des expériences de Seahorse, Mitotracker, de métabolomique et de protéomique ont été utilisées pour explorer le rôle des métabolites identifiés sur le métabolisme énergétique de cellules purifiées in vitro. Des expériences de microbiote intestinal appauvri en antibiotiques, de colite induite par le sulfate de sodium dextran (DSS) et de réinfusion adoptive chez la souris ont été utilisées pour évaluer les effets des métabolites sur le métabolisme énergétique cellulaire et leur fonction anti-inflammatoire in vivo. Grâce à la technologie SCENITH sur des cellules mononucléaires sanguines humaines (PBMC), nous avons montré que l'IPA stimule la respiration mitochondriale des lymphocytes T CD4+, en favorisant l'oxydation des acides gras et des acides aminés plutôt que le métabolisme traditionnel du glucose dans le contexte d'activation CD3/CD28. Parallèlement à la reprogrammation énergétique cellulaire, l'IPA influence le comportement des lymphocytes T CD4+ en diminuant la différenciation TH1 et TH17 sans altérer les lymphocytes T régulateurs. Mécaniquement, les effets de l'IPA sur le métabolisme énergétique et la régulation immunitaire des lymphocytes T CD4+ sont médiés par le récepteur bêta/delta activé par les proliférateurs de peroxysomes (PPARβ/δ). Chez des souris dont le microbiote était appauvri, l'administration d'IPA a permis de remédier à l'altération de la respiration mitochondriale des lymphocytes T CD4+ de l'intestin grêle et du côlon. Dans la colite induite par le DSS, l'administration d'IPA augmente la respiration mitochondriale des lymphocytes T CD4+ en favorisant l'oxydation des acides gras et des acides aminés dans le côlon. Des expériences de transfert adoptif ont montré que l'effet protecteur de l'IPA contre l'inflammation intestinale dépend des cellules T CD4+.Dans l'ensemble, notre étude révèle, sous un angle nouveau, que les effets anti-inflammatoires de l'IPA sont médiés par la reprogrammation métabolique des lymphocytes T CD4+ favorisant la respiration mitochondriale, conduisant ainsi à un phénotype anti-inflammatoire et, à terme, à une protection dans le contexte de la colite chez la souris. Cette étude ouvre la voie au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques dans les MICI
Conception de nouveaux internes de colonne de distillation : une étude sur les surfaces minimales triplement périodiques (TPMS)
No full textSeparation processes like distillation and absorption are essential but highly energy-intensive due to their low thermodynamic efficiency. Process intensification strategies, such as reactive distillation and heat-integrated distillation columns (HIDiC), enhance efficiency by optimizing heat transfer and integrating reaction and separation. Additionally, advancements in additive manufacturing enable the development of complex packing geometries beyond traditional corrugated sheet designs, improving mass transfer and reducing energy consumption.A novel alternative focuses on triply periodic minimal surfaces (TPMS), which offer interconnected, self-supporting structures with mathematically defined geometries, allowing for precise optimization of packing performance and spatial anisotropy. These structures unlock new possibilities for energy savings and mass transfer efficiency. This study develops a TPMS-based approach for gas-liquid contactor packing, evaluating its performance in distillation and assessing its suitability for reactive distillation and HIDiC applications. The ultimate goal is to create a versatile packing system that supports multiple process intensification strategies, enhancing efficiency and sustainability in thermal separation processes.This work is structured into four main parts. First, a novel TPMS-based design approach is introduced, along with an initial assessment of gas flow behavior using CFD simulations. The second part focuses on the experimental evaluation of the TPMS packing, analyzing gas-liquid pressure drop, mass transfer efficiency, and liquid holdup. The third section investigates the heat transfer performance of the packing through CFD simulations validated by experimental data. Finally, the fourth part presents a novel approach for designing radially anisotropic packing geometries optimized for HIDiC systems, with heat transfer performance assessed through both CFD simulations and experimental testing.Les procédés de séparation tels que la distillation et l’absorption sont essentiels, mais fortement énergivores en raison de leur faible efficacité thermodynamique. Les stratégies d’intensification des procédés, telles que la distillation réactive et les colonnes de distillation à intégration thermique (HIDiC), permettent d’améliorer cette efficacité en optimisant le transfert de chaleur et en intégrant réaction et séparation. Par ailleurs, les avancées en fabrication additive rendent possible le développement de géométries de garnissage complexes, au-delà des designs traditionnels en plaques corrugués, améliorant ainsi le transfert de matière et réduisant la consommation énergétique.Une alternative innovante repose sur les surfaces minimales triplement périodiques (TPMS), qui offrent des structures interconnectées, autoportantes et définies mathématiquement, permettant une optimisation précise des performances du garnissage et de sa morphologie dans l'espace. Ces structures ouvrent de nouvelles perspectives en matière d’économies d’énergie et d’efficacité de transfert de masse. Cette étude propose une approche fondée sur les TPMS pour le développement de nouveaux internes pour contacteurs gaz-liquide, en évaluant leurs performances en distillation et leur pertinence pour des applications en distillation réactive et en systèmes HIDiC. L’objectif final est de concevoir un système de garnissage polyvalent, capable de soutenir plusieurs stratégies d’intensification des procédés, afin d’améliorer l’efficacité et la durabilité des séparations thermiques.Ce travail est structuré en quatre parties principales. Dans un premier temps, une nouvelle méthode de conception basée sur les TPMS est présentée, accompagnée d’une première analyse du comportement de l’écoulement gazeux à l’aide de simulations CFD. La deuxième partie est consacrée à l’évaluation expérimentale du garnissage TPMS, en analysant la perte de charge gaz-liquide, l’efficacité du transfert de masse et la rétention de liquide. La troisième section explore les performances de transfert de chaleur du garnissage à travers des simulations CFD validées par des données expérimentales. Enfin, la quatrième partie propose une approche originale de conception de géométries de garnissage anisotropes radialement, optimisées pour les systèmes HIDiC, avec une évaluation des performances thermiques via des simulations CFD et des tests expérimentaux
Coevolution of dust and magnetic field in dense prestellar cores
No full textRecent instrumental and theoretical advances have enabled us to probe and understand the processes of star and planet formation with unprecedented precision. The dust of the interstellar medium (ISM) is ubiquitous and plays a fundamental role on several levels, in particular in the coupling between plasma and magnetic field. Dust grains are electrically charged and are the main charge carriers in the dense parts of the ISM, controlling the evolution of the magnetic field, which in turn influences star and protoplanetary disk formation processes. A key parameter is grain size, which is driven to evolve by collisional events, whether destructive or not. This thesis, using a numerical approach, aims to describe the joint evolution of dust and magnetic field during the gravitational collapse of dense pre-stellar cores, with an emphasis on grain growth and destruction processes. Their dynamics and ability to concentrate locally thanks to compressible magnetic effects are also studied in the dense and turbulent environments of the ISM. Finally, the long-standing question of planetesimal formation within pro- toplanetary disks is mentioned, which is a key step in the assembly of planets.Les progrès instrumentaux et théoriques récents ont permis de sonder et de comprendre les processus de formation d'étoiles et de planètes avec une précision inégalée. La poussière du milieu interstellaire (ISM) est omniprésente et joue un rôle fondamental à plusieurs niveaux, en particulier quant au couplage entre le plasma et le champ magnétique. En effet, les grains de poussières sont chargés et porteurs principaux de charges dans les parties denses de l'ISM et donc contrôlent l'évolution du champ magnétique qui lui-même influe sur les processus de formation d'étoiles et de disques protoplanétaires. Un paramètre essentiel est la taille des grains, qui est amenée à évoluer par l'intermédiaire de collisions, destructrices ou non. Cette thèse, via une approche numérique, vise à décrire l'évolution conjointe de la poussière et du champ magnétique au cours de l'effondrement gravitationnel des coeurs denses pré-stellaires avec une emphase sur les processus de croissance et de destructions des grains. Leur dynamique et leur capacité à se concentrer localement grâce à des effets magnétiques compressibles sont également étudiées dans les environnements denses et turbulents de l'ISM.Enfin, est abordée la prob- lématique de la formation des planétésimaux au sein des disques protoplanétaires, étape es- sentielle de l’assemblage des planètes
Évaluer les politiques d'éducation artistique : redistribution culturelle et remédiation scolaire
No full textMusic education is often associated with extrinsic benefits such as improved cognitive, executive, and socio-emotional skills. While observational data frequently shows positive correlations, the causal nature of these links remains debated. This thesis evaluates the impact of a music education program targeted at young disadvantaged children in the northern suburbs of Paris. The program — funded by a private foundation — integrates two to three weekly violin lessons into the regular school schedule over four years, aiming to enhance children’s academic performance.Using a mixed-methods, quasi-experimental design, this study analyzes nine waves of data collected over four years, encompassing approximately 1900 children from 57 schools. Applying entropy balancing as a statistical weighting technique, this study identifies a positive effect on academic performance in preschool. However, by the end of grade 2, the program has a significant negative impact on reading skills, particularly among students from lower socioeconomic backgrounds.Qualitative interviews and classroom observations contextualize these findings, highlighting variations in program implementation and teacher engagement. This thesis contributes to discussions on the role of arts education in addressing educational inequalities and raises concerns about the opportunity cost of school time. If overall instructional time is not increased, adding extra content and activities within the school schedule may inadvertently hinder foundational learning, particularly for disadvantaged students.L’éducation musicale est souvent associée à des bénéfices extrinsèques tels que l’amélioration des compétences cognitives, exécutives et socio-émotionnelles. Bien que les données observationnelles montrent fréquemment des corrélations positives, la nature causale de ces liens reste débattue. Cette thèse évalue l’impact d’un programme d’éducation musicale destiné à de jeunes enfants défavorisés dans le Val d’Oise. Ce programme — financé par une fondation privée — intègre deux à trois cours de violon par semaine sur le temps scolaire, pendant quatre ans, avec pour objectif d’améliorer la performance académique des élèves.En s’appuyant sur des méthodes mixtes et un design quasi-expérimental, cette étude analyse neuf vagues de données collectées sur quatre ans, portant sur environ 1900 enfants issus de 57 écoles. En appliquant l’entropy balancing comme technique de pondération statistique, l’étude met en évidence un effet positif sur les résultats scolaires en maternelle. Toutefois, en fin de CE1, le programme a un impact négatif significatif sur les compétences en lecture, qui affecte particulièrement les élèves défavorisés. Des entretiens et des observations en classe contextualisent ces résultats, mettant en lumière des variations dans la mise en œuvre du programme. Cette thèse contribue aux débats sur le rôle de l’éducation artistique dans la réduction des inégalités scolaires et soulève des interrogations sur le coût d’opportunité du temps scolaire. Si le temps total d’instruction n’est pas augmenté, l’ajout de nouveaux contenus au sein du programme scolaire peut en effet compromettre les apprentissages fondamentaux, en particulier pour les élèves les plus défavorisés
Nouvelles approches pour l’exploration des images hyperspectrales
No full textImaging techniques have made significant advances, allowing for detailed analysesof material composition and structural or morphological features. Among these,hyperspectral imaging (HSI) stands out as a powerful analytical tool, capturing a spectroscopic measurement for each pixel in an image. This generates high-dimensionaldata, presenting challenges in analysis, particularly in managing the interplay betweenspatial and spectral information. In unsupervised analyses, clustering and spectralunmixing methods are commonly used, but they face limitations in scenarios withintricate spatial structures, severe spectral overlap, and complex chemical compositions.Moreover, spatial-spectral correlation is often overlooked or poorly addressed.To face these issues, this thesis proposes a novel exploratory approach based on ageometric interpretation of normalized scores and loadings obtained from SingularValue Decomposition (SVD) analysis. The objective of this method is to extract themost essential information, in terms of linear mixture analysis, without the need foroptimization or complex calculations, particularly in scenarios with significant spectraland spatial overlap. The first main point of this thesis is to evaluate the advantagesand limitations of clustering and unmixing, establishing a domain of applicabilityof these methods in relation to the data structure. It also explores scenarios wherethe data structure deviates from ideal conditions for these techniques, leading tochallenges in effective analysis. Traditionally, hyperspectral data cube is unfoldedpixel-wise, converting the three-dimensional data into a two-dimensional matrix forchemometric analyses. While effective, this approach risks losing valuable spatial-spectralrelationships. The second main point of this thesis is the exploration oftensor-based decomposition techniques. Although tensor decomposition has beenwidely applied in chemometrics, its use in HSI remains limited. By treating the data asa third-order tensor, this approach preserves their structure, allowing for simultaneousanalysis of both spatial and spectral dimensions. This is particularly advantageousin complex cases where traditional methods struggle to capture the full informationcontent due to the overlooking of spatial-spectral relationships. The thesis thenintroduces an unsupervised approach for HSI analysis based on the rank-(Lr, Lr, 1)block term decomposition (BTD). This tensor-based method demonstrates its potential in handling complex cases where traditional techniques, which require the reshapeof the data cube, are inadequate. The proposed approaches were first evaluated onsimulated datasets to define their field of application. They were then applied tobenchmark hyperspectral datasets and real case studies, demonstrating their utilityin addressing complex spatial structures and significant spectral overlap across abroad range of applications. Overall, novel chemometric approaches that expand thepalette of exploratory tools for hyperspectral images analysis and improve samplecharacterization in complex analytical scenarios were developed.Les techniques d'imagerie ont connu des avancées significatives, permettant des analysesdétaillées de la composition matérielle et des caractéristiques structurelles etmorphologiques. Parmi celles-ci, l'imagerie hyperspectrale (HSI) se distingue commeun puissant outil analytique, capturant un spectre pour chaque pixel d'une image,générant ainsi des données multivariées. Ces données posent des défis d'analyse,notamment dans la gestion de l'interaction entre l'information spatiale et spectrale.Dans les analyses non supervisées, les méthodes de partitionnement de données(clustering) et de démélange spectral (unmixing) sont couramment utilisées, maiselles présentent des limites dans les scénarios où les structures spatiales sont complexes,les recouvrements spectraux sévères et les compositions chimiques complexes.De plus, la corrélation spatiale-spectrale est souvent ignorée ou mal prise en compte.Pour faire face à ces problèmes, le premier point de cette thèse présente une approcheexploratoire novatrice fondée sur une interprétation géométrique des scoreset des loadings normalisés obtenus à partir de l'analyse par décomposition en valeurssingulières (SVD). L'objectif de cette méthode est d'extraire les informations les plusessentielles, en termes d'analyse de mélange linéaire, sans recourir à une optimisationou des calculs complexes, en particulier dans des scénarios présentant unchevauchement spectral et spatial significatif. Cette thèse évalue les avantages etles limites du clustering et de l'unmixing, en établissant un domaine d'applicabilitéde ces méthodes en fonction de la structure des données. Elle explore égalementdes scénarios où la structure des données s'écarte des conditions idéales pour cestechniques, ce qui entraîne des difficultés pour l'analyse et l'interprétation. Traditionnellement, le cube de données hyperspectrales est déplié pixel par pixel, convertissant les données tridimensionnelles en une matrice bidimensionnelle pour les analyses chimiométriques. Bien qu'efficace, cette approche ne prend pas en compte les relations spatiales-spectrales. Le second point principal de cette thèse est l'explorationdes techniques de décomposition de tenseurs. Bien que la décomposition par tenseursoit largement appliquée en chimiométrie, son utilisation en HSI reste limitée. En traitantle cube de données comme un tenseur d'ordre trois, cette approche préserve sastructure, permettant une analyse simultanée des dimensions spatiales et spectrales. Cela s'avère particulièrement avantageux dans le cas où les méthodes traditionnellespeinent à capturer l'intégralité du contenu informationnel en raison de la non priseen compte des relations spatial-spectrales. La thèse introduit ensuite une approchenon supervisée pour l'analyse des images hyperspectrales, basée sur la décompositionblock term (BTD) de rang-(Lr, Lr, 1). Cette méthode démontre son potentielpour gérer des cas complexes où les techniques traditionnelles, nécessitant uneréorganisation du cube de données, sont inadéquates. Les approches proposées ontd'abord été évaluées sur des ensembles de données simulées afin de définir leurchamp d'application. Elles ont ensuite été appliquées à des ensembles de donnéeshyperspectrales de référence ainsi qu'à des études de cas réelles, démontrant leurutilité dans le traitement de structures spatiales complexes et de recouvrementsspectraux significatifs dans un large éventail d'applications. Dans l'ensemble, desapproches chimiométriques novatrices ont été développées, élargissant la paletted'outils exploratoires pour l'analyse des images hyperspectrales et améliorant lacaractérisation des échantillons dans des scénarios analytiques complexes
Analyse des données multimodales enregistrées lors de visioconférences
No full textVideo has become a central medium in education, with lecture videos playing an increasingly important role in knowledge dissemination. Lecture videos have evolved from simple classroom recordings to professionally produced MOOCs, reflecting wider shifts in both teaching methods and digital infrastructure. Despite their growing presence, lecture videos still pose challenges for learners and educators, particularly in terms of accessibility, navigability, and content engagement. These challenges are heightened by the multimodal nature of lecture videos, which combine visual, auditory, and textual elements.This thesis investigates how multimodal analysis can improve the usability and educational value of lecture videos. It builds on recent progress in deep learning, especially transformer-based models, to develop new techniques for analyzing and segmenting educational video content. The work makes two main technical contributions.First, it introduces a tool for generating synthetic slide datasets with detailed and consistent annotations. Existing slide datasets suffer from inconsistencies, incomplete labeling, and ambiguous class definitions—issues that compromise the training of layout and object detection models. The tool addresses this by producing diverse, high-quality synthetic slides that closely imitate real-world presentations. This synthetic data complements existing resources, reduces the need for manual annotation, and allows for tailored dataset creation depending on the research task. The tool supports the creation of standardized and customizable slide corpora, enabling more reliable and focused model training.Second, the thesis proposes a novel framework for temporal segmentation of lecture videos using multimodal embeddings. The method combines visual features from video frames, OCR-extracted slide content, and text embeddings from transcripts, aligning them through pre-trained vision-language models. By integrating transition cues and adapting to different lecture formats—such as screen recordings or blackboard sessions—the framework segments videos faster and more accurately than existing approaches. It achieves strong performance without relying on large-scale annotated training sets, making it both scalable and generalizable across diverse lecture types.Finally, a proof-of-concept application demonstrates how these methods can enhance video search, interactivity, and accessibility. By improving structure and content alignment, the system supports more effective engagement with educational video material. Overall, this research contributes tools and methods that support more robust, multimodal processing of lecture videos, with the goal of making them more navigable, inclusive, and pedagogically effective.La vidéo est devenue un média central dans l’enseignement d’aujourd’hui, et les vidéos de cours jouent un rôle croissant dans la diffusion des savoirs. Leur évolution, depuis les enregistrements bruts de cours en salle jusqu’aux contenus structurés et professionnels des MOOCs, témoigne de transformations profondes dans les pratiques pédagogiques et les infrastructures numériques. Malgré leur importance croissante, les vidéos de cours posent encore des défis en termes d’accessibilité, de navigation et d’engagement, en particulier en raison de leur nature multimodale, combinant informations visuelles, sonores et textuelles.Cette thèse explore comment l’analyse multimodale peut améliorer l’utilisabilité et la valeur pédagogique des vidéos de cours. Elle s’appuie sur les avancées récentes de l’apprentissage profond, notamment les modèles de type transformer, pour développer de nouvelles méthodes d’analyse et de segmentation du contenu vidéo éducatif. Deux contributions techniques principales sont proposées.La première est un outil de génération de jeux de données synthétiques de diapositives avec des annotations détaillées et cohérentes. Les bases de données existantes présentent de nombreuses limites : annotations incomplètes, classes ambiguës, et manque d’homogénéité. L’outil permet de créer des jeux de données diversifiés, équilibrés et proches des présentations réelles, tout en réduisant le besoin d’annotation manuelle. L’outil offre également la possibilité de personnaliser les classes et les styles, facilitant la constitution de corpus standardisés adaptés à des besoins spécifiques et améliorant ainsi la fiabilité de l’apprentissage automatique pour l’analyse de diapositives.La seconde contribution concerne la segmentation temporelle des vidéos de cours basé sur des représentations multimodales. Cette méthode aligne les caractéristiques visuelles extraites des images vidéo, le texte issu de l’OCR sur les diapositives, et les transcriptions audio, à l’aide de modèles visuo-textuels pré-entraînés. En intégrant des informations de transition et en s’adaptant à différents types de vidéos (diapositives projetées, tableau noir, captures d’écran), le système permet une segmentation plus précise, plus rapide et plus robuste que les approches existantes, sans nécessiter de grands ensembles de données annotées.Enfin, une application de démonstration illustre le potentiel pratique de ces contributions : elle améliore la recherche, l’interactivité et l’accessibilité des vidéos de cours. En structurant mieux le contenu et en facilitant la navigation, ce travail ouvre la voie à des expériences d’apprentissage plus efficaces. En somme, cette thèse propose des outils et des méthodes pour une analyse multimodale plus fiable des vidéos éducatives, en vue de les rendre plus accessibles, engageantes et pédagogiquement pertinentes
Étude numérique de déflagrations d'hydrogène en milieux confinés : interactions avec les parois et mécanismes d'accélération de flamme
No full textThe global energy demand is continuously increasing, primarily met through the combustion of fossil fuels. This process releases greenhouse gases that contribute to global warming. Consequently, the current trend of climate change inquires for a rapid and ambitious energy transition. In this context, hydrogen is gaining momentum as an alternative energy carrier capable of replacing fossil fuels. It has the potential to 1) create a virtuous cycle for future carbon-neutral electricity grids by acting as a buffer for the intermittency of non-dispatchable renewable generation, and 2) decarbonize various sectors that rely on power generation, such as aviation. Nonetheless, the deployment of hydrogen in novel applications raises a significant set of safety concerns due to its specific properties, including wide flammability limits, low minimum ignition energy, high diffusivity, enhanced burning velocity, and strong propensity to detonate. Unintended releases of hydrogen through loss-of-containment scenarios therefore warrant thorough investigation. Computational Fluid Dynamics (CFD) places as a powerful tool for the risk assessment of hydrogen-related hazards, offering a safer alternative to experimental testing and providing detailed spatial and temporal data for any physical quantity within the computational domain. This thesis undertakes a numerical investigation of hydrogen explosion scenarios using CFD and structures around two main research axes: the treatment of wall boundaries in hydrogen-air deflagrations —a subsonic mode of combustion, propagating at several meters per second— with a focus on both chemical reactivity and heat transfer at the walls; and the investigation of Flame Acceleration (FA) mechanisms that can potentially trigger detonation —a supersonic mode of combustion that is much more destructive— through the deflagration-to-detonation transition phenomenon. Particular attention is paid to validating the Large Eddy Simulation (LES) framework for such scenarios. In the first part of this work, it is demonstrated that the commonly used inert wall assumption in flame-wall interaction studies involving detailed chemistry is inappropriate, as it leads to non-physical heat generation at walls where flame quenching is expected. Simplified wall-chemistry models should therefore be employed, such as the one proposed herein. Furthermore, the influence of heat losses on FA is examined. Results indicate that the dominant effect of heat loss on FA originates from the burnt gas side, while local flame quenching plays a secondary role. Given the short characteristic timescales of deflagration scenarios (on the order of milliseconds), cold isothermal wall boundary conditions represent the most physically realistic thermal treatment for safety-related simulations. The second part of the thesis focuses on application cases, examining deflagrations in confined geometries featuring either transverse jets or staggered solid obstacles. The LES framework is shown to accurately reproduce the flame dynamics observed in corresponding laboratory-scale experiments, thereby paving the way for the future deployment of LES-based risk assessment methodologies in industrial contexts.La demande énergétique mondiale ne cesse d’augmenter et demeure principalement satisfaite par la combustion d’hydrocarbures. Cette transformation entraîne l’émission de gaz à effet de serre dans l'atmosphere, contribuant ainsi au réchauffement climatique. Par conséquent, l’évolution actuelle du climat oblige une transition énergétique rapide et ambitieuse. Dans ce contexte, l’hydrogène se place en vecteur énergétique alternatif permettant de 1) créer un cycle vertueux pour les futurs réseaux électriques neutres en carbone en servant de tampon face à l’intermittence des sources renouvelables non pilotables, et 2) décarboner divers secteurs industriels utilisant des systèmes thermiques, tels que l’aviation. Néanmoins, le déploiement de l’hydrogène dans de nouvelles applications soulève des questions de sécurité en raison de ses propriétés spécifiques, incluant de larges limites d’inflammabilité, une énergie minimale d’inflammation très faible, une forte diffusivité, une vitesse de combustion élevée, ainsi qu’une tendance à la détonation. Les fuites accidentelles d’hydrogène nécessitent donc une analyse approfondie afin de prévenir les risques associées. La mécanique des fluides numérique s’impose comme un outil puissant pour l’évaluation de ces risques, en offrant une alternative plus sûre que les manipulations expérimentales tout en fournissant des données spatiales et temporelles détaillées sur n’importe quelle grandeur physique au sein du domaine de calcul. Cette thèse s'articule autour de l'étude numérique de scénarios d’explosion d'hydrogène autour de deux axes majeurs: le traitement des parois dans les simulations de déflagrations —combustion prémélangée subsonique— en mettant l’accent sur les réactions de surface et les transferts thermiques aux parois; et l’étude des mécanismes d’accélération de flamme susceptibles de conduire à une détonation —combustion supersonique, beaucoup plus destructrice. Une attention particulière est prêtée à la validation de la méthode de simulation aux grandes échelles (LES) pour de tels scénarios. La première partie de ce travail montre que l’hypothèse de parois inertes est inadéquate et conduit une génération de chaleur excessive aux parois, là où l’on s’attend à une extinction complète. Des modèles simplifiés de chimie aux parois doivent donc être utilisés, comme celui proposé dans ce manuscrit. En outre, l’influence des pertes de chaleur sur l’accélération de flamme est examinée. Les résultats indiquent que l’effet principal des pertes de chaleur sur l’accélération provient du côté des gaz brûlés, tandis que l’extinction locale de la flamme joue un rôle secondaire. Étant donné les faibles échelles de temps caractéristiques des déflagrations (de l’ordre de la milliseconde), les conditions aux limites thermiques isothermes froides constituent le traitement le plus réaliste pour les scénarios de ce type. La seconde partie de la thèse se concentre sur des cas d’application, en étudiant des déflagrations dans des géométries confinées comportant soit des jets transverses, soit des obstacles solides disposés en quinconce. L'approche LES confirme sa capacité de reproduction de la dynamique de flamme observée dans les expériences à échelle de laboratoire, ouvrant ainsi au développement de méthodologies d’évaluation des risques basées sur la LES dans un contexte industriel
Ordonnancement dynamique pour les réseaux quantiques fibrés et spatiaux
No full textIn this thesis, we analyze the problem of scheduling in the context of quantum networks. Given a quantum network, the scheduling problem amounts to choosing which entanglement swapping operations to perform to better serve user demand. The choice can be carried out following a variety of criteria (e.g. ensuring all users are served equally vs. prioritizing specific critical applications, properly managing load spikes and node failures, adopting heuristic or optimization-based algorithms...), warranting the need for a method to compare different solutions and choose the most appropriate. We present here a framework to mathematically formulate the scheduling problem over quantum networks and benchmark possible solutions in a variety of environments. Our framework enables the benchmarking of general quantum scheduling policies over arbitrary lossy multicommodity quantum networks. By leveraging the framework, we apply Lyapunov drift minimization (a standard technique in classical network science) to derive a novel class of quadratic optimization based scheduling policies, which we then analyze and compare with a simpler, Max Weight inspired linear class to quantify the performance loss due to the simplification. We start our second chapter with an overview of the pre-existing fiber quantum simulation tools. The rest of the chapter is devoted to the development of numerous extensions to QuISP, an established quantum network simulator focused on scalability and accuracy in modeling the classical communication infrastructure underlying every quantum network. We document the development of our extensions allowing to simulate satellite links and multiple connections in QuISP, with an account of the currently functional extensions (free-space links and connection teardown) and of the ones still under active development (network multiplexing). Since it is likely that a future global-scale quantum network will incorporate satellite interconnections, we devote a chapter to the study of quantum satellite links. We derive an analytical model for the entanglement distribution rates for satellite-to-ground and ground-satellite-ground links and discuss different quantum memory allocation policies for the dual link case. Our findings show that classical communication latency is a major limiting factor for satellite communication, and the effects of physical upper bounds such as the speed of light must be taken into account when designing quantum links, limiting the attainable rates to tens of kHz. We also investigate the issue of differential latency, a Doppler-like effect caused by the displacement of satellite nodes that changes the timing of incoming photons and adds another upper bound to the generation rate. We conclude the thesis by summarizing our findings and highlighting the challenges that still need to be overcome in order to study the quantum scheduling problem over fiber and satellite large scale quantum networks.Dans cette thèse, nous analysons le problème de l'ordonnancement pour les réseaux quantiques. Dans un réseau quantique, le problème de l'ordonnancement consiste à choisir les opérations d'échange d'intrication à effectuer pour répondre au mieux aux demandes des utilisateurs. Ce choix peut être effectué selon divers critères (par exemple, garantir un service égal pour tous les utilisateurs ou donner la priorité à certaines applications critiques, gérer correctement les pics de charge et les pannes de nœuds, adopter des algorithmes heuristiques ou basés sur l'optimisation...), ce qui justifie la nécessité d'une méthode permettant de comparer différentes solutions et de choisir la plus appropriée. Nous présentons ici un cadre conceptuel permettant de formuler mathématiquement le problème de l'ordonnancement sur les réseaux quantiques et d'évaluer les solutions possibles dans divers environnements. Notre cadre permet de comparer les politiques générales d'ordonnancement quantique sur des réseaux quantiques multicommodités arbitraires avec pertes. En tirant parti de ce cadre, nous appliquons la Minimisation de la Dérive de Lyapunov (technique standard des réseaux classiques) pour dériver une nouvelle classe de politiques d'ordonnancement basées sur l'optimisation quadratique, que nous analysons et comparons ensuite à une classe linéaire plus simple, inspirée du *Max-Weight*, afin de quantifier la perte de performance due à la simplification. Nous commençons notre deuxième chapitre par un aperçu des outils de simulation quantique à fibre optique existants. Le reste du chapitre est consacré au développement de plusieurs extensions de QuISP, un simulateur de réseau quantique établi axé sur la scalabilité et la précision dans la modélisation de l'infrastructure de communication classique qui sous-tend chaque réseau quantique. Nous documentons le développement de nos extensions permettant de simuler des liaisons satellitaires et des connexions multiples dans QuISP, en rendant compte des extensions actuellement fonctionnelles (liaisons en espace libre et terminage de connexion) et de celles encore en cours de développement (multiplexage réseau). Étant donné qu'il est probable qu'un futur réseau quantique à l'échelle mondiale intègre des interconnexions satellitaires, nous consacrons un chapitre à l'étude des liaisons satellitaires quantiques. Nous dérivons un modèle analytique pour les taux de distribution d'intrication pour les liaisons satellite-sol et sol-satellite-sol et discutons différentes politiques d'allocation de mémoire quantique pour le cas des liaisons doubles. Nos résultats montrent que la latence de la communication classique est un facteur limitant majeur pour la communication par satellite, et que les effets des limites physiques supérieures telles que la vitesse de la lumière doivent être pris en compte lors de la conception des liaisons quantiques, ce qui limite les débits atteignables à quelques dizaines de kHz. Nous étudions également la question de la latence différentielle, un effet de type Doppler causé par le déplacement des nœuds satellites qui modifie le timing des photons entrants et ajoute une autre limite supérieure au taux de génération. Nous concluons la thèse en résumant nos conclusions et en soulignant les défis qui restent à relever afin d'étudier le problème de l’ordonnancement quantique sur les réseaux quantiques à grande échelle par fibre optique et satellite
Etude des mécanismes d’activation de la sérine/thréonine-kinase StkP et régulation de la division cellulaire chez la bactérie Streptococcus pneumoniae
No full textSerine/threonine protein kinases of the Hanks family (STPKs) are central players in bacterial signal transduction. Among them, the PASTA-STPKs—so called because they bear extracellular PASTA domains—govern processes as diverse as cell division, virulence and metabolism. In Streptococcus pneumoniae, the PASTA-STPK StkP is the master regulator of cell division. StkP comprises four extracellular PASTA repeats, a single transmembrane helix, and a cytoplasmic region made up of a juxtamembrane segment (JMD) and a catalytic domain that carries a phosphorylatable activation loop. To date, neither the molecular mechanism of StkP activation nor the nature of its triggering signal has been clearly defined. The prevailing model holds that PASTA-STPKs act as membrane receptors, relaying cell‐wall–derived cues to intracellular substrates via phosphorylation. The aim of my thesis was to elucidate the molecular and structural basis of StkP activation. First, using an integrative structural‐biology approach, I characterized a series of phosphorylation‐state mutants of the StkP catalytic domain. These studies revealed how activation-loop phosphorylation controls kinase activity and led, notably, to the discovery of a previously unrecognized dimerization mode for the catalytic domain. Combined with biophysical and cellular assays, these results support the following model: high local concentrations of StkP at the division septum initially may drive formation of an inactive dimer, which could then reorganize into active dimers that phosphorylate downstream targets. The second part of my thesis focused on the JMD’s role in pneumococcal cell division. I first demonstrated that the JMD is intrinsically disordered and dispensable for StkP’s own activation but nonetheless essential for phosphorylation of its substrates. While multiple phosphorylation sites have been mapped within the JMD, I showed that it functions as a recruitment platform for numerous division proteins, and that its phosphorylation governs assembly of the divisome at the septum. Overall, my work sheds new light on StkP activation and invites a broader re-examination of activation mechanisms across bacterial PASTA-STPKs.Les sérine/thréonine protéine-kinases de type Hanks (STPKs) sont des acteurs majeurs de la signalisation bactérienne. Parmi elles, les PASTA-STPKs, qui possèdent des domaines PASTA extracellulaires, régulent la division cellulaire, la virulence et le métabolisme. Chez S. pneumoniae, la PASTA-STPK StkP est le coordinateur central de la division cellulaire. StkP se compose de quatre domaines PASTA extracellulaires, d’un domaine transmembranaire, et d’un domaine cytoplasmique intégrant un domaine juxtamembranaire et un domaine catalytique, lequel porte une boucle d’activation phosphorylable. À ce jour, ni les mécanismes d’activation de StkP ni la nature du signal déclencheur ne sont clairement établis. Le modèle dominant suppose que les PASTA-STPKs font office de récepteurs membranaires, transmettant des signaux de la paroi aux substrats intracellulaires à phosphoryler. L’objectif de ma thèse a été de décrypter les bases moléculaires et structurales de l’activation de StkP. Mes travaux ont permis de revisiter le modèle d’activation proposé. D’une part, j’ai caractérisé les mutants de l’état de phosphorylation du domaine catalytique de StkP suivant une approche de biologie structurale intégrative. Ces travaux ont élucidé le mécanisme par lequel la phosphorylation de la boucle d’activation régule l’activité kinase. De manière remarquable, j’ai identifié un mode de dimérisation inédit du domaine catalytique de StkP. Associés à des études biophysiques et cellulaires, ces résultats ont permis de proposer le modèle suivant : la forte concentration septale de StkP favoriserait d’abord la formation d’un dimère inactif, qui pourrait ensuite se réorganiser en dimères actifs déclenchant la phosphorylation des substrats intracellulaires. Par ailleurs, le second volet de ma thèse s'est concentré sur le rôle du domaine juxtamembranaire (JMD) de StkP dans le contrôle de la division cellulaire du pneumocoque. J’ai d’abord montré qu’il s'agit d'un domaine intrinsèquement désordonné qui n’est pas essentiel pour l’activation de StkP mais qui s'avère pourtant indispensable à la phosphorylation de ses substrats. Alors que plusieurs sites de phosphorylation avaient été identifiés au sein du JMD, j’ai démontré que celui-ci sert de plateforme de recrutement pour de nombreuses protéines de la division cellulaire et que sa propre phosphorylation régule l’assemblage de la machinerie de division au septum. Dans l’ensemble, mes travaux de thèse apportent un éclairage nouveau sur les mécanismes d’activation de StkP et invitent à revisiter ceux des autres PASTA-STPKs bactériennes