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Rôle des protéines prion au cours de l'infection par le virus influenza A chez la souris
No full textViral respiratory infections are a major public health issue. Influenza A viruses (IAV) are zoonotic viruses among the etiological agents responsible for these diseases. To identify restriction factors capable of combating these pathogens, we conducted several analyses that allowed us to identify prion family genes as factors that mitigate flu symptoms in a mouse model.The prion family consists of three genes: Prnp, Prnd, and Sprn, which encode the proteins PrPC, Doppel (Dpl), and Shadoo (Sho), respectively. PrPC has recently been described for its protective abilities by reducing the amount of oxygen radicals in the lungs and preventing oxidative stress in an infectious context in mice. In this project, we extended our research to the entire prion protein family. An infection experiment using IAV on knockout mice (Prnp-/-, Prnd-/-, and Sprn-/-) revealed that Dpl has protective functions similar to PrPC, by strengthening lung permeability and controlling leukocyte infiltration into the alveolar lumen.From a functional standpoint, PrPC plays a key role in embryonic and placental development, while Dpl is involved in blood vessel morphogenesis and maturation. We established a study model in pregnant females to highlight the anti-infectious functions of PrPC and Dpl. IAV infection during pregnancy poses an increased risk to maternal health, raising the chances of developing severe forms of the illness, and also threatens the health of the child, increasing the risks of intrauterine growth retardation, as well as intrauterine, perinatal, or postnatal death.Moreover, IAV infection during pregnancy can lead to significant neurodevelopmental disorders in the newborn, including autism spectrum disorders and schizophrenia.The use of NF-kB-luciferase transgenic mice allowed us to demonstrate the transmission of virus-induced maternal inflammation to the embryo by crossing the placental barrier, visible in the fetal brain. In parallel, we confirmed the protective properties of PrPC against IAV infection in pregnant females. Pregnant Prnp-/- females displayed more severe clinical signs, and the host response to infection generated more intense inflammatory responses in both the placenta and brain. Transcriptomic analyses also identified disruptions in the expression of genes involved in neurogenesis following the host's response to infection, with more severe effects in the absence of PrPC. Additionally, we established an experimental protocol to test the behavior of offspring born to mothers infected during pregnancy.Collectively, our work has allowed us to thoroughly characterize the protective functions of prion family genes in the context of respiratory infection in mice and assess the consequences on embryonic development.Les infections respiratoires virales constituent un problème de santé public majeur. Les virus influenza A (VIA) sont des virus zoonotiques figurant parmi les agents étiologiques responsables de ces pathologies. Dans le but d'identifier des facteurs de restriction à même de lutter contre ces agents pathogènes, nous avons réalisé plusieurs analyses qui nous ont permis d'identifier les gènes de la famille prion comme facteur d'atténuation des symptômes grippaux en modèle souris.La famille Prion est composée des trois gènes : Prnp, Prnd et Sprn qui codent respectivement les protéines PrPC, Doppel (Dpl) et Shadoo (Sho). La PrPC a récemment été décrite pour ses capacités protectrices en réduisant la quantité de radicaux oxygénés dans les poumons et empêchant le stress oxydant en contexte infectieux chez la souris. Dans ce projet, nous avons étendu nos recherches à toute la famille des protéines prions. Une expérience d'infection par un VIA sur souris invalidées (Prnp-/-, Prnd-/- et Sprn-/-) a révélé des fonctions protectrices Dpl au même titre que PrPC, en renforçant la perméabilité pulmonaire et en contrôlant l'infiltration des leucocytes dans la lumière alvéolaire.D'un point de vue fonctionnel, la protéine PrPC jouant un rôle clé dans le développement embryonnaire et placentaire, et Dpl étant quant à lui, impliqué dans la morphogénèse et la maturation des vaisseaux sanguins, nous avons mis en place un modèle d'étude chez la femelle gestante afin de mettre en évidence les fonctions anti-infectieuses de PrPC et Dpl. Une infection grippale pendant la grossesse présente un risque accru pour la santé de la mère, augmentant les chances de développer une forme sévère, mais constitue également une menace pour la santé de l'enfant, en augmentant les risques de retard de croissance intra-utérin, ainsi que de décès in utero, péri- ou postnatal.De plus, une infection grippale pendant la grossesse peut entrainer des troubles neurodéveloppementaux importants du nouveau-né, notamment des troubles du spectre autistique et de la schizophrénie.L'emploi de souris transgéniques NF-kB-luciférase nous a permis de mettre en évidence une transmission de l'inflammation maternelle viro-induite à l'embryon en traversant la barrière placentaire visible au niveau du cerveau fœtal. En parallèle, nous avons validé les propriétés protectrices de PrPC sur l'infection VIA chez la femelle gestante. Les femelles gestantes Prnp-/- présentent des signes cliniques plus importants, et la réponse de l'hôte à l'infection génère des réponses inflammatoires placentaire et cérébrale plus sévères. Les analyses transcriptomiques ont également permis d'identifier des perturbations de l'expression de gènes spécialisés dans la neurogénèse suite à la réponse de l'hôte à l'infection avec des effets plus sévères en absence de PrPC. Nous avons également mis en place un protocole expérimental destiné à tester le comportement de la progéniture issue de mères infectées pendant la gestation.Collectivement, l'ensemble de nos travaux nous ont permis de caractériser finement les fonctions protectrices des gènes de la famille prion dans le cadre d'une infection respiratoire chez la souris et de mesurer les conséquences sur le développement embryonnaire
Évaluation de la performance du processus de conception liée à l'utilisation d'outils d'ingénierie basés sur les connaissances et à la capitalisation des connaissances
No full textThis thesis is being conducted in the context of product development in the aeronautics industry. To maintain or increase their competitiveness, companies are seeking to leverage the knowledge at their disposal, with the aim of accelerating design phases and reducing development costs. Knowledge-based engineering (KBE) systems have been studied in the literature for several decades, and promise to save time, automate repetitive and low-value-added tasks and optimize design. However, these gains have not been demonstrated in an industrial environment, due to the difficulties of integrating these tools into complex environments. KBE approaches are based on the capitalization of knowledge, the challenge being to structure it in such a way as to build a knowledge base specific to the industrial company, which it can use as a resource for future designs. What's more, there is currently no generic approach or tools for implementing this type of solution in a product development process (PDP). The problems therefore concern, on the one hand, the identification and implementation of generic tools for implementing KBE tools in an industrial environment, and on the other hand, the evaluation of the performance provided by these tools. This work focused on the definition of a process capitalization meta-model for structuring knowledge during the PDP, which could be integrated into a KBE tool. The second focus is on the construction of a measurement system to quantify the performance gains achieved by the development and use of KBE tools at PDP level. These proposals are illustrated on the industrial case of the development of mechanical transmission lines, made up of composite drive shafts, using a KBE business application, named KANO, which has been developed for this purpose.Ces travaux de thèse s'intègrent dans un contexte de développement produit au sein de l'industrie aéronautique. Pour maintenir ou accroître leur compétitivité, les entreprises cherchent à valoriser les connaissances à leur disposition dans l'objectif d'accélérer les phases de conception et de diminuer les coûts de développement. Les systèmes d'ingénierie basés sur la connaissance (KBE) sont étudiés dans la littérature depuis plusieurs décennies et promettent des gains de temps, l'automatisation de tâches répétitives et à faible valeur ajoutée ou encore l'optimisation de la conception. Cependant, ces gains ne sont pas démontrés dans un environnement industriel en raison des difficultés à intégrer ces outils dans ces environnements complexes. Les approches KBE reposent sur la capitalisation des connaissances, dont l'enjeu est de parvenir à les structurer, de façon à construire une base de connaissances propres à l'industriel qu'il peut valoriser en tant que ressource au service des futures conceptions. De plus, il n'existe actuellement pas d'approche et d'outils génériques pour implémenter ce type de solution dans un processus de développement produit (PDP). Les problématiques concernent donc d'une part l'identification et l'implémentation d'outils génériques pour implémenter des outils KBE dans un environnement industriel, mais aussi l'évaluation de la performance apportée par ces outils d'autre part. Ces travaux se sont orientés vers la définition d'un méta-modèle de capitalisation processus pour structurer les connaissances durant le PDP et pouvant s'intégrer dans un outil KBE. Le deuxième axe est porté sur la construction d'un système de mesure pour quantifier les gains de performance qu'apportent le développement et l'utilisation d'outils KBE à l'échelle du PDP. Ces propositions sont illustrées sur le cas industriel de développement de lignes de transmission mécanique, composées d'arbres de transmission en composite, au moyen d'une application métier KBE, nommée KANO, qui a été développée à cette fin
Transformations Socio-Environnementales et Gouvernance de l'Eau : le Cas de Bangkok
No full textDeltas are environments that combine opportunities and vulnerabilities. They are ideal places for shipping, maritime trade and commerce, fertile for agriculture, and rich in water and biodiversity, but their environmental characteristics also pose specific constraints. As Bangkok has urbanised and co-evolved with its deltaic environment, the megalopolis has had to manage its exposure to floods and tides, coastal erosion, saltwater intrusion, water pollution, land subsidence and the supply of drinking water. In order to identify the physical and institutional constraints to sustainable urbanisation, this thesis aims to understand the joint transformations ─ both environmental and socio-political ─ induced by water challenges, through an analysis of governance 'in action', manifested by decision-making processes unfolding in a context of a plurality of actors, institutions, ecological ramifications, spatial and administrative scales, norms, narratives, representations and imaginaries. This multi-level governance (we consider the 'vertical' interactions between global players, the State, the BMA (Bangkok Metropolitan Administration) and local administrations) intersects and merges with 'horizontal' governance, which brings together private players (industries, consultancies, lobbies), civil society (NGOs, collectives) and the academic sector.The central hypothesis of this thesis is that the clarification of governance, through the analysis of decision-making processes around water-related projects and public policies, makes it possible to account for the environmental and socio-political transformations geared towards maintaining the capital's prosperity in the face of the hazards of the delta and the economic competition between global megacities. These transformations are explained through three case studies that illustrate the formulation of public problems and their controversies: 1) the enhancement of the banks of the Chao Phraya River through a promenade project; 2) the management of groundwater in relation to the phenomenon of land subsidence; 3) the protection of the capital from flooding through canals designed to divert flood flows away from the city.The fluidity of water links the atmosphere, the underground and urban surfaces to the human and non-human inhabitants of the delta, and constitutes a material witness that enables us to empirically grasp the complexity of hydro-social interactions. The environmental transformation of Bangkok is not only the consequence of urbanisation, presented as uncontrolled or inevitable, but also the result of a bundle of political and financial interests that are constantly reshaping the flow and spatial distribution of the benefits and costs associated with the transformation of the aquatic environment and the hydrological cycle. The analysis highlights the BMA's limited decision-making autonomy in the face of a centralised state that retains most of the power to influence public policy, reveals the central importance of the academic sector in debates and decision-making, highlights the role of visual media in enlisting stakeholders (the imagineering process), and underlines the multi-scalar nature of the composition of stakeholder coalitions and their reconfigurations.Les deltas constituent des environnements combinant atouts et vulnérabilités. Milieux propices à la navigation, aux échanges maritimes et au commerce, fertiles pour l'agriculture, et riches en eau et biodiversité, leurs caractéristiques environnementales posent aussi des contraintes spécifiques. Au fur et à mesure que Bangkok s'est urbanisée et co-transformée avec son environnement deltaïque, la mégapole a dû gérer son exposition aux crues et aux marées, à l'érosion du littoral, à l'intrusion d'eau salée, à la pollution des eaux ainsi qu'à l'affaissement du sol et au problème d'alimentation en eau potable.Afin d'identifier les contraintes physiques et institutionnelles à une urbanisation durable, la thèse se donne comme objectif la compréhension des transformations conjointes ─ à la fois environnementales et sociopolitiques ─ induites par les enjeux de l'eau, à travers une analyse de la gouvernance 'en acte', manifestée par des processus de décision dans un contexte de pluralité d'acteurs, institutions, ramifications écologiques, échelles spatiales et administratives, normes, récits discursifs, représentations et imaginaires. Cette gouvernance multi-niveaux (on considère les interactions 'verticales' entre les acteurs globaux, l'État, la BMA (Bangkok Metropolitan Administration) et les collectivités locales) intersecte et se fond avec une gouvernance 'horizontale', qui associe des acteurs privés (industries, bureaux d'études, lobbies), la société civile (ONGs, collectifs), et le secteur académique.L'hypothèse centrale de cette thèse est que l'explicitation de la gouvernance, au prisme des processus décisionnels autour de projets et politiques publiques liés à l'eau, permet de rendre compte de la dimension anthropique des transformations environnementales et socio-politiques au service du maintien du développement et de la prospérité de la capitale face aux aléas du delta et aux impératifs économiques imposés par la compétition entre les mégapoles globales. Ces transformations sont explicitées à travers trois études de cas illustrant la formulation de problèmes publiques et leurs controverses : 1) la mise en valeur des berges de la rivière Chao Phraya à travers un projet de promenade ; 2) la gestion des eaux souterraines en lien avec le phénomène de subsidence ; 3) la protection de la capitale des inondations par des projets de canaux, extérieurs à la ville, permettant de dériver les débits de crue.L'eau par sa fluidité relie l'atmosphère, le sous-sol et les surfaces urbanisées aux habitants humains et non-humains du delta, et constitue un témoin matériel qui nous permet de saisir empiriquement la complexité des interactions hydro-sociales. La transformation environnementale de Bangkok n'est pas seulement la conséquence d'une urbanisation présentée comme incontrôlée ou inéluctable, elle est aussi le résultat de faisceaux d'intérêts politiques et financiers qui remodèlent constamment le flux et la distribution spatiale des bénéfices et des coûts associés à la transformation de l'environnement aquatique et du cycle hydrologique. L'analyse met en relief la faible autonomie décisionnelle de la BMA face à un État centralisé qui garde l'essentiel du pouvoir d'influence sur les politiques publiques, révèle l'importance centrale du monde universitaire dans les débats et prise de décision, fait ressortir le rôle du médium visuel dans l'enrôlement d'acteurs (processus d'imaginierie), et souligne la nature multi-scalaire de la composition des coalitions d'acteurs et de leurs reconfigurations
Rhéologie non-linéaire de gels polymères à associations modulables
No full textWe propose a new yield stress fluid concept using functional associative polymers consisting of a polyelectrolyte backbone bearing -CnH2n+1 alkyl-terminated side chains. At basic pH, the backbone is soluble and the hydrophobic groups associate to form micelles that connect the macromolecules in a transient network. We establish a link between the linear and non-linear rheological properties of the solutions and the hydrophobicity of the alkyl chains. For n = 32, solutions show a sol-gel transition between viscoelastic liquid and yield stress fluids at very low concentrations. Viscoelastic properties are studied in detail by varying concentration and temperature. Using an original particle-tracking microvelocimetry setup implemented on a commercial rheometer, we show that solution flow in the yield stress fluid regime is accompanied by remarkable structuring that combines time-dependent transient shear banding and wall slip. Once the stationary state is reached, the Herschel-Bulkley law for yield stress fluids describes the relationship between stress and shear rate. For n = 16 and 20, the solutions remain viscoelastic liquids throughout the studied range of concentration. Viscoelastic moduli variations can be superimposed to obtain master curves by multiplying the frequency by a coefficient that depends on the hydrophobicity of the polymer. Modulus variations are then described over 13 frequency decades by the sticky Rouse model. These results provide guidelines for the rational formulation of varnishes and paints.Nous proposons un nouveau concept de fluide à seuil d’écoulement qui utilise des polymères associatifs fonctionnels constitués d’un squelette polyélectrolyte portant des chaînes latérales terminées par un groupement alkyle –CnH2n+1. A pH basique, le squelette est soluble et les groupements hydrophobes s’associent et forment des micelles qui connectent les macromolécules en un réseau transitoire. Nous établissons un lien entre les propriétés rhéologiques linéaires et non linéaires des solutions et l’hydrophobie des chaînes alkyles. Pour n = 32, les solutions présentent à très faible concentration une transition de type sol-gel entre des liquides viscoélastiques et des fluides à seuil d’écoulement. Les propriétés viscoélastiques sont étudiées en détail en faisant varier la concentration et la température. Grâce à un montage original de microvélocimétrie par suivi de particules implanté sur un rhéomètre commercial, nous montrons que l’écoulement des solutions dans le régime de fluide à seuil s’accompagne d’une structuration remarquable qui combine des bandes de cisaillement transitoires dépendantes du temps et du glissement aux parois. Une fois atteint l’état stationnaire, la loi de Herschel-Bulkley pour les fluides à seuil décrit la relation entre la contrainte et le taux de cisaillement. Pour n = 16 et 20, les solutions restent des liquides viscoélastiques dans tout le domaine de concentration étudié. Il est possible de superposer les variations des modules viscoélastiques et d’obtenir des courbes maîtresses en multipliant la fréquence par un coefficient qui dépend de l’hydrophobie du polymère. Les variations des modules sont alors décrites sur 13 décades de fréquence par le modèle de Rouse associatif. Ces résultats fournissent des guides pour la formulation rationnelle de vernis et peintures
Aspects physiques de l'autocatalyse
No full textAt the heart of cellular metabolism lies its ability to reproduce essential biomolecules from pre-existing ones. In the case of chemical systems, this property is called autocatalysis, and can be defined as the fact that a set of species can sustain itself through a set of reactions. Discovered in the second half of the 19th century for inorganic reactions, autocatalysis remained unexplored for a long time. However, the emergence of research into the appearance of life on Earth, in which autocatalysis is a central concept, and the understanding of present-day metabolism have led to growing interest in the subject. Nevertheless, the theoretical description of autocatalytic systems is still incomplete. Such a description must imperatively take into account the physical and chemical constraints specific to such systems. In this respect, recent work has established the topological constraints to which autocatalytic networks must conform, unifying previous approaches within a common framework, and enabling a classification of such systems to be established. Nevertheless, how this topology shapes the dynamics of autocatalytic systems remains elusive. The aim of this work is therefore to investigate the consequences of this particular topology on the behavior of autocatalytic networks, particularly when they are operating far from equilibrium, as is the case within metabolism. In particular, as this classification of autocatalytic networks is based solely on topology, and not kinetics, it only authorizes species production a priori. It is therefore necessary to highlight the fact that the latter does indeed imply the existence of productive processes within autocatalytic systems. On the other hand, a chemical system will spontaneously tend to oppose species production by seeking to reach a state of equilibrium. As a result, the latter must be maintained via external processes, and will therefore not be energy-neutral. It is therefore necessary to identify the thermodynamic cost that an operator must exert to maintain productive processes in a non-equilibrium network.Au cœur du métabolisme cellulaire se trouve sa capacité à reproduire les composants essentiels à son fonctionnement à partir de ceux préexistants. S’agissant de systèmes chimiques, cette propriété se nomme autocatalyse et peut être définie comme le fait qu’un ensemble d’espèces puisse s’auto-entretenir. Découverte dans la seconde moitié du XIXᵉ siècle pour des réactions inorganiques, l’autocatalyse est restée longtemps inexplorée. Cependant, l’émergence des recherches sur l’origine de la vie sur Terre, dans lesquelles l’autocatalyse est un concept central et, d’autre part, la description du métabolisme, ont suscité un intérêt croissant pour le sujet. Néanmoins, la description théorique des systèmes autocatalytiques est encore lacunaire. Une telle description doit impérativement prendre en compte les contraintes physiques et chimiques spécifiques à de tels systèmes. En ce sens, les travaux récents ont permis d’établir les contraintes topologiques auxquelles les réseaux autocatalytiques doivent se conformer, unifiant les précédentes approches et permettant d’élaborer une classification de ces systèmes. Néanmoins, la façon dont cette topologie façonne la dynamique des systèmes autocatalytiques demeure évasive. Dès lors, ce travail a pour but d’interroger les conséquences de cette topologie particulière sur le comportement des réseaux autocatalytiques, en particulier lorsqu’ils opèrent loin de l’équilibre, comme c’est le cas au sein du métabolisme. En particulier, cette classification des réseaux autocatalytiques repose uniquement sur la topologie, et non sur la cinétique ; elle n’autorise la production d’espèces qu’a priori. Il est donc nécessaire de mettre en évidence le fait qu’elle implique bien l’existence de processus productifs au sein des systèmes autocatalytiques. D’autre part, spontanément, un système chimique aura tendance à s’opposer à la production d’espèces en cherchant à rejoindre un état d’équilibre. Ainsi, de tels processus doivent être maintenus par l’intermédiaire d’actions externes et ne seront donc pas neutres énergétiquement. Il faut donc mettre en évidence le coût thermodynamique qu’un opérateur doit exercer pour maintenir des processus productifs dans un réseau hors d’équilibre
Signatures métaboliques de la déficience en acides aminés indispensables : identification et validation de biomarqueurs urinaires
No full textThe question of meeting the requirement of indispensable amino acids (IAA) is a significant current issue in the context of population growth, the high prevalence of malnutrition in developing countries, and the shift towards plant-based diets. Various methods have been developed to measure this requirement (nitrogen balance or isotopic methods), but they are constraining and do not allow for the establishment of nutritional recommendations. The recent development of metabolomics offers promising potential for high-throughput, non-invasive study of metabolic status. The objective of this thesis is to characterize the metabolic profiles of IAA deficiency (lysine, threonine, and methionine compared to proteins) and to identify and validate candidate biomarkers of IAA status in growing rats and malnourished children. We have identified and confirmed candidate biomarkers of lysine and threonine deficiency through a deficiency/supplementation approach. Among the candidates identified, pipecolate appears to be specific to lysine deficiency, while taurine does not seem specific enough to threonine deficiency. We have identified a urinary signature for methionine deficiency that remains to be confirmed. In malnourished children, we have identified a urinary metabolomic signature of stunting (growth retardation) and monitored its evolution during lysine supplementation. In conclusion, metabolomics is a promising approach for the early identification of markers of IAA satisfaction.La question de la satisfaction du besoin en acides aminés indispensables (AAI) est un sujet d'actualité important dans le contexte de l'accroissement de la population, la forte prévalence de malnutrition dans les pays en développement et la végétalisation de l'alimentation. Différentes méthodes ont été développées pour mesurer ce besoin (bilan azoté ou méthodes isotopiques) mais sont contraignantes et ne permettent pas d'établir des recommandations nutritionnelles. Le développement récent de la métabolomique offre un potentiel prometteur pour l'étude non-invasive à haut débit du statut métabolique. L'objectif de cette thèse est de caractériser les profils métaboliques de la déficience en AAI (lysine, thréonine et méthionine comparativement aux protéines) et d'identifier et de valider des biomarqueurs candidats du statut en AAI, chez le rat en croissance et l'enfant malnutris. Nous avons identifié et confirmé des biomarqueurs candidats de la déficience en lysine et en thréonine par une approche de déficience/supplémentation. Parmi les candidats identifiés, le pipecolate semble spécifique à la déficience en lysine, alors que la taurine ne semble pas assez spécifique à la déficience en thréonine. Nous avons identifié une signature urinaire pour la déficience en méthionine qui reste à confirmer. Chez l'enfant dénutris, nous avons identifié une signature métabolomique urinaire du “stunting” (retard de croissance) et suivi son évolution lors d'une supplémentation en lysine. En conclusion, la métabolomique est une approche prometteuse pour l'identification précoce de marqueurs de la satisfaction du besoin en AAI
Optimisation de la performance globale de systèmes intelligents dans un environnement multi-agents.
No full textProduction environments and manufacturing processes are becoming increasingly complex, dynamic, and uncertain. They face constant changes, with a current trend towards mass customization and a growing variety of products.In the context of the automotive sector, manufacturing processes are characterized by a wide variety of products, high and fluctuating production volume, and numerous vehicle components. These characteristics make internal logistics extremely complex and prone to disruptions.Traditional control systems for manufacturing processes are evolving towards more modular, intelligent, and distributed systems. Existing literature indicates that multi-agent systems (MAS) are a suitable approach to implement these new control systems. However, the number of reported real-world implementations in the industrial domain is limited.In this thesis, we have presented a methodology based on multi-agent systems to optimize the overall performance of a production process by managing the interactions of different involved agents.These works are mainly conducted in the parts supply processes to an automotive assembly line using the kitting process. We propose a multi-agent methodology to detect and respond to alerts of missing parts in a kit occurring during this process. Operators play an important role in the decision-making phase to implement the proposed methodology in the industrial field.We also adapt and apply this methodology in the welding workshops.We tested the proposed methodology in real scenarios, reconstructed with historical data from a Renault Group factory.The results obtained have shown the relevance of the methodology to address the studied industrial issues and allow us to consider deployment in the industrial field.Les environnements de production et les processus de fabrication deviennent de plus en plus complexes, dynamiques et incertains. Ils font face à des changements constants, avec une tendance actuelle marquée vers la personnalisation de masse et une variété croissante de produits.Dans le contexte du secteur automobile, les processus de fabrication se caractérisent par une grande diversité de produits, un volume de production élevé et fluctuant, ainsi que de nombreux composants de véhicules. Ces caractéristiques rendent la logistique interne extrêmement complexe et sujette à des perturbations.Les systèmes de contrôle traditionnels pour les processus de fabrication évoluent vers des systèmes plus modulaires, intelligents et distribués. La littérature existante indique que les systèmes multi-agents (MAS) sont une approche adaptée pour mettre en œuvre ces nouveaux systèmes de contrôle.Cependant, le nombre d'implémentations réelles rapportées dans le domaine industriel est limité.Dans ces travaux de thèse, nous avons présenté une méthodologie basée sur les systèmes multi-agents pour optimiser la performance globale d’un processus de production, en gérant les interactions des différents agents impliqués.Ces travaux sont menés principalement dans les processus d'approvisionnement de pièces à une ligne d'assemblage automobile utilisant le processus de kitting.Nous proposons une méthodologie multi-agents pour détecter et répondre aux alertes de pièce manquante dans un kit, ayant lieu lors de ce processus.Dans le but de mettre en œuvre la méthodologie proposée sur le terrain industriel, les opérateurs jouent un rôle important dans la phase de prise de décision.Nous adaptons et appliquons également cette méthodologie dans le processus de tôlerie.Nous avons testé la méthodologie proposée dans des scénarios réels, reconstitués avec des données historiques provenant d'une usine du Groupe Renault.Les résultats obtenus ont montré la pertinence de la méthodologie pour répondre aux problématiques industrielles étudiées et permettent d'envisager un déploiement sur le terrain industriel
Approche Méthodologique pour Prendre en Compte les Risques de Catastrophes dans l'Analyse de Cycle de Vie : Application au Secteur de la Production d'Énergie
No full textThe development of critical infrastructure for energy production must meet the growing energy demand while minimizing impacts on human and environmental health. Life Cycle Assessment (LCA) is a decision-support tool to estimate the potential environmental impacts of these infrastructures. LCA is usually applied to model systems according to their average operation conditions, and deviations are not considered. To enable more comprehensive LCA applications in decision-making, such deviations should be considered. Among the sources of possible deviations and damage to energy production systems are evolving disaster risks. This PhD thesis addresses this research challenge. The objective is to enable the consideration of the consequences of evolving disaster risks on the operational and environmental performance of critical infrastructures in the mid- to long-term. The specific objective is the design of a methodological framework to develop a disaster risk-guided inventory module, called the Disaster Risk-gUided scenarIo Definition (DRUID) Method – Life Cycle Inventory (LCI) Module. The DRUID method consists of four steps: 1) Problem definition, 2) Scenario building, 3) Infrastructure resilience study, and 4) Scenario transfer. The development of the DRUID method is guided by a comparative LCA case study based on the photovoltaic (PV) energy sector in France, where a PV plant is potentially affected by strong wind hazards.The results obtained showcase the capabilities of the DRUID method to guide the definition of complex scenarios, study the potential damages to the infrastructure due to likely hazards, and translate said damages to potential environmental impacts through LCA. The illustrative case study considers that components of the PV plant can be selectively repaired, or the whole plant can be completely replaced to increase its production capacity. Comparing LCA results between a baseline scenario applying a conventional LCA approach and scenarios defined with the DRUID method showed that environmental impacts could increase significantly, especially if replacement schemes are favored more than component repairs. The DRUID method may be generalized for the environmental assessment of other energy systems, as well as to assess other performance types related to critical infrastructures.Le développement d'infrastructures critiques pour la production d'énergie doit répondre à la demande croissante d'énergie tout en minimisant les impacts sur la santé humaine et environnementale. L'analyse du cycle de vie (ACV) est un outil d'aide à la décision qui permet d'estimer les impacts environnementaux potentiels de ces infrastructures. L'ACV est généralement appliquée pour modéliser les systèmes en fonction de leurs conditions de fonctionnement moyennes, et les déviations ne sont pas prises en compte. Pour permettre des applications plus complètes de l'ACV, ces déviations devraient être prises en compte. Parmi les sources de déviations et de dommages possibles pour les systèmes de production d'énergie figurent les risques de catastrophes en évolution. Cette thèse de doctorat aborde ce défi de recherche. L'objectif est de permettre la prise en compte des conséquences de l'évolution des risques de catastrophes sur les performances opérationnelles et environnementales des infrastructures critiques à moyen et long terme. L'objectif spécifique est la conception d'un cadre méthodologique pour développer un module d'inventaire guidé par les risques de catastrophes, appelé « Disaster Risk-gUided scenarIo Definition (DRUID) Method – Life Cycle Inventory (LCI) Module » en anglais. La méthode DRUID comprend quatre étapes : 1) définition du problème, 2) élaboration des scénarios, 3) étude de la résilience des infrastructures et 4) transfert des scénarios. Le développement de la méthode DRUID est guidé par une étude de cas d'ACV comparative basée sur le secteur de l'énergie photovoltaïque (PV) en France, où une centrale PV est potentiellement affectée par des vents violents. Les résultats obtenus démontrent les capacités de la méthode DRUID à guider la définition de scénarios complexes, à étudier les dommages potentiels causés à l'infrastructure par des aléas probables et à traduire ces dommages en impacts environnementaux potentiels par l'ACV. L'étude de cas illustrative considère que les composants de la centrale photovoltaïque peuvent être réparés de manière sélective ou que la centrale entière peut être complètement remplacée pour augmenter sa capacité de production. La comparaison des résultats de l'ACV entre un scénario de base appliquant une approche ACV conventionnelle et des scénarios définis avec la méthode DRUID a montré que les impacts environnementaux pouvaient augmenter de manière significative, en particulier si les stratégies de remplacement sont privilégiées par rapport aux réparations de composants. La méthode DRUID peut être généralisée pour l'évaluation environnementale d'autres systèmes énergétiques, ainsi que pour l'évaluation d'autres types de performances liées aux infrastructures critiques
Étangs piscicoles et services écosystémiques : Relations entre pratiques de gestion, maintien de la biodiversité et stockage de carbone
No full textEurope is home to a large number of “pond landscapes”, many with origins dating back to the Middle Ages and a historic vocation for fish farming. Despite their man-made nature, these environments are known for their capacity to harbor significant biodiversity, with rare, even endemic or endangered species. With the abandonment of fish farming, combined with other threats such as climate change, a significant number of these ponds have disappeared in recent decades. Until recently, and despite the important role they can play, these small water bodies have been neglected in research, but also in public policies.In this PhD thesis work, we looked at the effects of different fish farming management practices on ecosystem services provided by fish ponds. First, we analyzed the practice of drying-out ponds and its impact on both biodiversity and fish yields. Secondly, we explored the impacts of different fish density management on macrophyte community characteristics. And finally, we studied fish ponds as potential carbon sinks or sources, and the effects of management practices on these carbon balances.To contribute to the scientific knowledge on these topics, we capitalized on historical data collected in the Dombes region (Ain, France) since 2007, but also on data collected as part of the European PONDERFUL project, between 2021 and 2022, in Dombes and Midden-Limburg (Belgium). We analyzed data on water and sediment physico-chemistry, as well as biodiversity (macrophytes, phytoplankton and macroinvertebrates), carbon storage and emissions, and fish farming management practices (time since the last dry year, fish stocking, fertilization).Our results show that drying-out is a major agroecological practice for extensive pond fish farming. This voluntary draining facilitates the recolonization of macrophytes and their diversity when the pond is re-watered. The second year in water is characterized by an "unstable state" of equilibrium between the two primary producers. This state appears to be favorable to biodiversity, production and carbon storage. Intensification of production, through increased fish densities, nevertheless has negative effects on macrophyte species richness. It also impacts community structure. Ponds used for fish farming have subsets of species that nest in the richer communities of ponds managed without fish. We were also able to show a very high degree of variability in the carbon balances of 20 fish ponds. On average, monitored ponds appear to be carbon sinks, with around 4 tonnes of CO2 equivalent stored per hectare over 6 months. The dry year, on the other hand, is characterized by high greenhouse gas emissions.All these elements confirm that fish ponds, combined with extensive practices, can provide numerous ecosystem services. Fish production is not incompatible with biodiversity conservation. The sustainability of these environments in European landscapes, and of the ecosystem services they provide, depends on the maintenance of these management practices. Even if it seems possible to reconcile provisioning and support services, in the future it will be necessary to establish a hierarchy of desired services, particularly in view of the inverse effects that certain management practices may have.L'Europe renferme de nombreux paysages d'étangs, pour beaucoup avec une origine pouvant remonter au Moyen-âge et une vocation historique de production piscicole. Ces milieux, malgré qu'ils soient anthropisés, sont connus pour leur capacité à présenter une biodiversité importante, avec des espèces rares, voir endémiques ou menacées. Avec l'abandon de la pisciculture, combiné à d'autres menaces comme le changement climatique, un nombre significatif de ces étangs ont disparus au cours des dernières décennies. Jusqu'à récemment, et ce malgré le rôle important qu'ils peuvent jouer, ces petits plans d'eau ont de plus été négligés en Recherche, mais également par les politiques publiques.Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés aux effets de différentes pratiques de gestion piscicoles sur certains services écosystémiques rendus par les étangs piscicoles. Dans un premier temps, nous avons analysé la pratique de l'assec et ses impacts à la fois sur la biodiversité et sur la productivité en poissons. Dans un second temps, nous avons exploré les impacts de différentes gestions de la densité piscicole sur les caractéristiques des communautés de macrophytes. Et enfin, nous avons étudié les étangs piscicoles comme potentiels puits ou sources de carbone, et les effets des pratiques de gestion sur ces bilans carbone.Pour compléter les connaissances scientifiques sur ces thématiques, nous avons capitalisé sur des données historiques collectées en Dombes (Ain, France) depuis 2007, mais également sur des données collectées dans le cadre du projet européen PONDERFUL, entre 2021 et 2022, en Dombes et dans le Midden-Limburg (Belgique). Nous avons analysé à la fois des données sur la physico-chimie de l'eau et des sédiments, ainsi que des données de biodiversité (macrophytes, phytoplancton et macroinvertébrés), de stockage et d'émissions de carbone, ainsi que sur les pratiques de gestion piscicoles (distance au dernier assec, empoissonnage, fertilisation).Nos résultats démontrent que l'assec constitue une pratique agroécologique majeure pour la pisciculture extensive en étang. Cet assèchement volontaire favorise la recolonisation des macrophytes ainsi que leur diversité lors de la remise en eau. La deuxième année en eau est caractérisée par un “état instable” d'équilibre entre les deux producteurs primaires. Cet état apparait comme étant favorable à la fois à la biodiversité, à la production mais également au stockage du carbone. L'intensification de la production, à travers une augmentation des densités piscicoles, a néanmoins des effets négatifs sur la richesse spécifique des macrophytes. Elle impacte également la structure des communautés. Les étangs piscicoles possèdent des sous-ensembles d'espèces, nichés dans les communautés plus riches des étangs gérés sans poissons. Nous avons également pu montrer une très forte variabilité sur les bilans carbone réalisés sur 20 étangs piscicoles. En moyenne, les étangs monitorés apparaissent comme étant plutôt des puits de carbone, à hauteur d'environ 4 tonnes de CO2 équivalent stocké par hectare et sur 6 mois. La phase d'assec est quant à elle caractérisée par des émissions de gaz à effet de serre importantes.Tous ces éléments permettent de confirmer que les étangs piscicoles, associés à des pratiques extensives, peuvent fournir de nombreux services écosystémiques. La production piscicole n'est pas antinomique de la conservation de la biodiversité. La pérennité de ces milieux dans les paysages européens, et des services fournis, passe par le maintien de ces pratiques de gestion. Même si concilier les services d'approvisionnement et de support semble possible, à l'avenir, une hiérarchisation des services souhaités sera nécessaire, notamment au regard des effets inverses que peuvent avoir certaines pratiques de gestion
Développement d’une plateforme d’imagerie pour la caractérisation du transfert de masse dans les microsystèmes : application aux piles à combustible microfluidiques
No full textFuel cells are devices that convert the energy stored in an oxidant and a reductant into electricity through electrochemical reactions. The most mature technology for this conversion is the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), but other alternative systems are emerging. In particular, microfluidic fuel cells (MFCs) have overcome the problems associated with the use of a membrane and gas storage by using liquid reagents at ambient temperature and pressure. The dimensions of the channel (1-5 mm wide and 20-100 µm high) allow co-laminar flow of the two liquid reagents and the electrolyte in a microchannel containing the electrodes. Therefore, PCMs do not need membrane to separate reactants and performances are driven by charge and mass transport.Experimental characterization of all the physical phenomena involved in PCMs is difficult because actuals methods are more based on electrochemical characterisation. These methods provide an overall characterisation of the system but they do not give precise information on the mass transport phenomena occurring in the channel. To investigate concentration field, numerical modelling is generally used. Numerical methods evaluate the impact of the geometry or the operating conditions on MFC performances. However, the use of these models relies on the knowledge of in-situ parameters such as the diffusion coefficient D and the reaction rate k0. In numerical studies, these parameters are generally approximated leading to a qualitative understanding of the transport phenomena. Furthermore, these numerical studies have not yet been verified by experimental studies.Thus, the main scientific challenge of this thesis is to develop quantitative imaging methods for characterising the concentration field in an operating PCM.To meet this need, an imaging platform based on spectroscopy and three characterisation methods were developed in this thesis. First of all, the work focused on developing an experimental setup based on spectroscopy to study the interdiffusion phenomenon. This study reports the estimation of the diffusion coefficient of potassium permanganate in formic acid. These solutions were specifically chosen because they are used in the PCM developed for the rest of the study.The imaging plateform was then adapted to study the in operando MFC 2D concentration field in steady-state. An analytical mass transfer model (advection/reaction/diffusion) coupled to the 2D concentration field was used to determine the reaction rate. As the concentration variations involved can be very small (few micro-moles), another characterisation technique was implemented to reduce the measurement noise.To improve the signal-to-noise ratio, a method based on modulation of the concentration field was developed. Demodulation of the signal significantly reduced the noise and concentrations of 20 µM were estimated. An analytical model describing the modulated field was established in order to implement an inverse method. The proposed method made it possible to recover the reaction rate associated with the concentration variation.To conclude, the proposed characterisation methods enable the estimation of the mass transfer and the reaction kinetics using the 2D concentration field from an in operando MFC. This technique has been applied to the MFC, but it can be transferred to a micrometric system in which diffusion-advection-reaction phenomena take place.Les piles à combustible sont des dispositifs qui transforment l'énergie stockée dans un oxydant et un réducteur en électricité grâce à des réactions électrochimiques. La technologie la plus mature pour réaliser cette conversion est la pile à hydrogène à membrane échangeuse de protons (PEMFC), mais d'autres systèmes alternatifs émergent. En particulier, les piles à combustible microfluidiques (PCM) ont permis de s’affranchir des problématiques liées à l’utilisation d’une membrane et du stockage gazeux grâce à l’utilisation de réactifs liquides à température et pression ambiante. Les dimensions du canal (1-5 mm de large et 20-100 µm de haut) permettent un écoulement co-laminaire des deux réactifs et de l’électrolyte liquides dans un micro-canal contenant les électrodes. Les PCMs n'ont donc pas de membrane et leurs performances sont dirigées par le transport de charges et de masse.À ce jour, il est difficile de caractériser expérimentalement tous les phénomènes physiques qui ont lieu dans la PCM car les méthodes existantes sont plutôt basées sur la caractérisation électrochimique. Ces méthodes permettent d'avoir une caractérisation globale du système mais ne fournissent pas d'informations précises sur les phénomènes de transport de masse dans le canal. Pour étudier le transport de masse, la modélisation numérique est généralement utilisée et permet de simuler le champ de concentration et les performances de la PCM pour différentes architectures et conditions opératoires. Toutefois, l'utilisation de ces modèles repose sur la connaissance de paramètres in-situ tels que le coefficient de diffusion D et le coefficient de réaction k0. Dans les travaux numériques, ces paramètres sont généralement approximés, ce qui permet une appréhension plutôt qualitative des phénomènes de transport. De plus, ces études numériques n'ont à ce jour pas été vérifiées avec des études expérimentales.Ainsi, le principal verrou scientifique de cette thèse repose sur le développement de méthodes d'imagerie quantitatives pour la caractérisation du champ de concentration dans une PCM en fonctionnement.Pour répondre à ce besoin, une plateforme d'imagerie basée sur la spectroscopie ainsi que trois méthodes de caractérisation ont été développées dans cette thèse. Dans un premier temps, les travaux se sont concentrés sur le développement d'un banc de spectroscopie pour étudier le phénomène d'interdiffusion. Cette étude a permis d'estimer le coefficient de diffusion du permanganate de potassium dans l'acide formique. Ces solutions ont été spécifiquement choisies car ceux sont celle utilisées dans la PCM développées pour la suite de l’étude.Le banc de spectroscopie a ensuite été adapté pour étudier le champ de concentration 2D en régime permanent d'une PCM en fonctionnement. Un modèle analytique du transfert de masse (advection/réaction/diffusion) couplé au champ de concentration 2D a ainsi permis de déterminer le taux de réaction. Les variations de concentration mises en jeu étant parfois très faibles (quelques micro-moles), une autre technique de caractérisation a été mis en place pour diminuer le bruit de mesure.Afin d'améliorer le rapport signal sur bruit, une méthode basée sur la modulation du champ de concentration a été développée. La démodulation du signal a permis de réduire significativement le bruit et des concentrations de 20 µM ont ainsi été estimées. Un modèle analytique décrivant le champ modulé a été établi afin d'implémenter une méthode inverse. La méthode proposée a permis de retrouver le taux de réaction associé à la variation de concentration.En conclusion, les méthodes de caractérisation proposées dans cette thèse permettent d'estimer quantitativement le transfert de masse et la cinétique de réaction à partir du champ de concentration 2D d'une PCM en fonctionnement. Cette technique a été appliquée au PCM, mais elle peut être transférée à un système micrométrique dans lequel les phénomènes de diffusion-advection-réaction ont lieu