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Contrôle et gestion optimale des centrales hybrides hydroélectriques couplées aux batteries pour une meilleure flexibilité dans les systèmes électriques du futur
No full textThe shift from conventional generation to renewable resources challenges the electric power grid. Decommissioning conventional generation units requires identifying new flexible assets for balancing the grid and providing ancillary services. Hydropower Plants (HPPs) are important sources of electricity production and supply critical ancillary services to the grids. However, increased regulation duties to balance the intermittency of renewables (e.g., frequency control and start-stop sequences) may lead to higher wear-and-tear and maintenance costs. Hybridizing HPPs with Battery Energy Storage Systems (BESSs) has been proposed as a possible solution to increase the plants' flexibility and reduce the wear-and-tear of the hydraulic components. A key challenge of operating a hybrid HPP is to design the power set-points for the hydraulic turbine and the BESS (i.e., the power set-point splitting problem). This Ph.D. thesis proposes a formal methodology based on Model Predictive Control (MPC) for controlling hybrid HPPs that models the mechanical stress on the hydraulic components with the objective of accounting for fatigue constraints in the power set-point splitting problem explicitly. The proposed methodology includes a real-time control and a scheduling layer. In order to derive a tractable formulation of the optimization problem underlying the MPC, this thesis also develops linearized models of HPPs. The application of the proposed methodology refers to reducing penstock fatigue in medium- and high-head HPPs and can be extended to other types of HPPs and conventional generation units.La transition de la génération conventionnelle vers les ressources renouvelables pose des défis au réseau électrique. La mise hors service des unités de génération conventionnelle nécessite l'identification de nouvelles ressources flexibles pour les services de régulation.En France, les centrales hydroélectriques (HPP) sont essentielles pour produire de l'électricité et fournir des services critiques au réseau. Cependant, une augmentation des niveaux de régulation due à la génération renouvelable peut entraîner des coûts de maintenance plus élevés en raison de l'usure accrue. La proposition consiste à hybrider les HPP avec des systèmes de stockage d'énergie par batteries (BESS) pour accroître leur flexibilité et réduire l'usure des composants hydrauliques. Un défi majeur est de déterminer la stratégie optimale de répartition des points de consigne entre la HPP et la batterie.Cette thèse de doctorat propose une méthodologie formelle pour contrôler les HPP hybrides, en tenant compte explicitement de la contrainte mécanique et de la réduction de la fatigue. La méthodologie comprend des couches de contrôle en temps réel et de planification, en utilisant des modèles linéarisés traitables des HPP. L'accent est mis sur la réduction de la fatigue des conduites forcées (penstock) dans les HPP à moyenne et haute chute, mais la méthodologie peut être étendue à d'autres types de HPP et d'unités de génération conventionnelles
Etude de la reconversion chimique du CO2 par couplage catalyse / plasma non-thermique
No full textThis thesis studies the plasma-catalytic conversion of a mixture composed of methane and carbon dioxide into higher value products. To achieve this, a cold plasma reactor and a series of iron-based catalysts are developed to allow partial dry reforming capable of simultaneously co-producing oxygenated and non-oxygenated higher molecules. This experimental work is accompanied by chemical kinetic modelling work using CHEMKIN. In the first part of this thesis, we present a method for the preparation of nanostructured iron-based catalysts capable of giving a relatively good dispersion of the charge on a silica support in view of the relative simplicity of the method. A complete physic-chemical characterization of these catalysts produced by this method as well as an evaluation of their performance in a plasma catalytic reactor are carried out. We then show that promotion by K doping is an advantageous solution to increase the selectivity of unsaturated. Based on an analysis of the species observed by OES, the modified electric field in the discharge chamber and the molecules adsorbed on the catalytic surface, we propose a global empirical chemical mechanism. The second part of the thesis is devoted to the actual modelling of the process using a chemical model combining the numerical resolution of the gas kinetics equations and the chemical kinetics equations. In this model, both homogeneous and heterogeneous chemistries are considered. Over a series of simulations, we then follow the densities of the reactants, products and main intermediates as a function of time. Successive simulations show that the conversion process breaks down into three distinct phases: excitation (6.0E-08 s), de-excitation (1.0E-07 s) and remanence (1.0E-05 s). The temporal evolutions of the densities of C2 hydrocarbons (C2H6, C2H4 and C2H2) and oxygenates such as alcohols and acids observed experimentally are thus monitored on these three phases. As an opening, we finally propose, on the basis of previous work, to combine an experimental study and a numerical study carried out under the same plasma-catalytic conditions, validate the model, advance in the physic-chemical understanding of this conversion process and suggest prospects for future improvement.Cette thèse étudie la conversion plasmocatalytique d’un mélange composé de méthane et dioxyde de carbone en produits à plus haute valeur. Pour cela un réacteur à plasma froid et une série de catalyseurs à base de Fer sont développés pour permettre un reformage à sec partiel capable de coproduire simultanément des molécules supérieures oxygénées et non-oxygénées. Ce travail expérimental est accompagné d’un travail de modélisation de la cinétique chimique sous CHEMKIN. Dans la première partie de cette thèse, nous présentons une méthode de préparation de catalyseurs nanostructurés à base de Fer capable de donner une relative bonne dispersion de la charge sur un support d’aérogel de silice en regard de la relative simplicité de la méthode. Une caractérisation physico-chimique complète de ces catalyseurs produits par cette méthode ainsi qu’une évaluation de leurs performances en réacteur plasmocatalytique sont effectuées. Nous montrons ensuite que la promotion par dopage K est une solution avantageuse pour augmenter la sélectivité des hydrocarbures insaturés. Sur la base d’une analyse des espèces observées par OES, du champ électrique modifié dans la chambre de décharge et des molécules adsorbées en surface catalytique, nous proposons un mécanisme chimique empirique global. La seconde partie de la thèse est consacrée à la modélisation à proprement parler du procédé à l’aide d’un modèle chimique combinant la résolution numérique les équations de la cinétique du gaz et les équations de la cinétique chimique. Dans ce modèle, les chimies homogène et hétérogène sont toutes deux prises en compte. Sur une série de simulations, nous suivons alors les densités des réactifs, des produits et des principaux intermédiaires en fonction du temps. Les simulations successives montrent que le procédé de conversion se décompose en trois phases distinctes : l’excitation (6.0E-08 s), la désexcitation (1.0E-07 s) et la rémanence (1.0E-05 s). Les évolutions temporelles des densités d’hydrocarbures C2 (C2H6, C2H4 et C2H2) et d’oxygénés tels que les alcools et acides observés par voie expérimentale sont ainsi suivies sur ces trois phases. En guise d’ouverture, nous proposons pour finir, sur la base des travaux précédents, de combiner une étude expérimentale et une étude numérique effectuées dans les mêmes conditions plasmocatalytiques pour valider le modèle, avancer dans la compréhension physico-chimique de ce procédé de conversion et proposer des perspectives d’amélioration à venir
Étude multi-échelle des évolutions microstructurales dans les alliages de titane biphasés déformés à chaud
No full textTitanium alloys are widely used in the aeronautical industry, thanks to their properties of resistance to temperature and corrosion, but above all their low density. These properties are strongly linked to the microstructure, itself resulting from the hot forging operations implemented to manufacture industrial parts. The optimization of the properties therefore requires controlling the impact of the thermomechanical parameters on the microstructure evolution. The two-phase (α/β) nature of certain titanium alloys offers, for a given grade, a very wide variety of possible microstructures, thus a certain flexibility in the adjustment of the properties. Two titanium alloys are studied in this work: the Ti-6Al-4V (α+β) alloy used in turbojet, and the Ti-10V-2Fe-3Al (metastable-β) alloy used in landing gears. The main objective of this work is to evaluate and describe how the dislocation density is distributed between the α and β phases, depending on the thermomechanical parameters and the initial microstructure. Three distinct and complementary approaches are implemented: experimental at the microscopic and at the macroscopic scale, as well as by numerical simulation. A large part of the results of this thesis come from fine microstructural analyses, mainly in the form of orientation maps obtained by electron backscattered diffraction (EBSD), but also in the form of complementary three-dimensional characterizations. Advanced EBSD data post-processing techniques are used to assess dislocation densities from measured intragranular misorientations. The macroscopic approach is based on the analysis of stress-strain curves from hot compression tests. Finally, full-field plastic deformation simulations are performed on artificial and experimental microstructures. The discussion confronts the results obtained by these three approaches and shows that any direct comparison should be avoided. For each of the phases, key microstructural elements, mainly in terms of crystallographic texture and dynamic recrystallization, are given in order to link these approaches to better estimate the dislocation density, therefore of microstructure evolution. This work provides elements for a better understanding of the behavior of titanium alloys, assisting the industrial financial partners (Airbus, Aubert & Duval, Safran and Timet) to optimize the forging routes.Les alliages de titane sont beaucoup employés dans l'industrie aéronautique, pour leurs propriétés de résistance à la température et à la corrosion, mais surtout leur faible densité. Ces propriétés sont fortement liées à la microstructure, elle-même issue des opérations de forgeage à chaud mises en œuvre pour fabriquer les pièces. L'optimisation des propriétés nécessite donc de maîtriser l'impact des paramètres thermomécaniques sur les évolutions microstructurales. Le caractère biphasé (α/β) de certains alliages de titane offre, pour une nuance donnée, une très grande variété de microstructures possibles et donc une certaine souplesse dans l'ajustement des propriétés. Deux alliages de titane sont étudiés dans ce travail : l'alliage Ti-6Al-4V (α+β) utilisé dans les turboréacteurs, et l'alliage Ti-10V-2Fe-3Al (β-métastable) utilisé dans les trains d'atterrissage. L'objectif principal de ce travail est d'évaluer et de décrire comment la densité de dislocations se réparti entre les phases α et β, en fonction des paramètres thermomécaniques et de la microstructure initiale. Trois approches distinctes et complémentaires sont mises en œuvre : expérimentales à l'échelle microscopique et à l'échelle macroscopique, ainsi que par simulation numérique. Une grande part des résultats de cette thèse est issue d'analyses microstructurales fines, principalement sous la forme de cartographies d'orientation obtenues par diffraction d'électrons rétrodiffusés (EBSD), mais aussi sous la forme de caractérisations tridimensionnelles complémentaires. Des techniques avancées de post-traitement des données EBSD sont utilisées pour évaluer les densités de dislocation à partir des désorientations intragranulaires mesurées. L'approche macroscopique est quant à elle basée sur l'analyse de courbes contrainte-déformation issues d'essais de compression à chaud. Enfin, des simulations de déformation plastique en champ complet sont réalisées sur des microstructures artificielles et expérimentales. La discussion confronte les résultats obtenus par ces trois approches et montre que toute comparaison directe devrait être évitée. Pour chacune des phases, des éléments microstructuraux clés, principalement en termes de texture cristallographique et de recristallisation dynamique, sont donnés en vue de relier ces approches pour avoir une meilleure estimation de la densité de dislocations, donc des évolutions microstructurales. Ces travaux apportent des éléments pour mieux comprendre le comportement des alliages de titane, aidant les partenaires financiers industriels (Airbus, Aubert & Duval, Safran et Timet) à optimiser le procédé de forgeage
Etablissement des marchés de l'hydrogène bas-carbone : perspectives économiques sur l'architecture de marché, la régulation et le commerce international
No full textLow-carbon hydrogen is considered key element in the European energy transition. Its various possible supply pathways offer opportunities for the economically efficient development of supply, but also pose risks of economic inefficiencies if their development framework is ill-conceived. This dissertation contributes to the existing literature and policy discourse by addressing three aspects on how hydrogen supply can be developed in a targeted and economically efficient manner:The first part adds to the discourse on a suitable definition of green hydrogen. As it is argued that the production of electrolytic hydrogen comes with a trade-off between environmental integrity and economic viability, the introduction of regulation is proposed to avoid undesirable effects. It is found that the proposed regulatory solution affects hydrogen costs, CO2 emission and welfare. To avoid hindering decarbonisation or creating economic inefficiencies, policy-makers must therefore strike a careful balance between environmental and economic aspects when designing regulation. This entails balancing out strictness to ensure CO2 emission abatement and flexibility to allow electrolysers to help promote the integration of additional renewable energy. The requirements introduced by the European Commission in the Delegated Act for monthly balancing of the additional renewables installed in the same bidding zone seem to be an appropriate regulatory decision. As the trade-off is mostly dependent on the relative costs of renewable and fossil-based electricity, the need for regulatory intervention vanishes with continued declining costs for renewables, as renewable electricity is both the best economic and environmental option.The second part contributes to the thinking on how existing power market rules fail to address grid congestion, and the extent to which electrolysers could provide viable solutions. System-beneficial installation of electrolysers can help to better integrate renewables and thereby reduce grid congestion, total system costs and CO2 emissions. The lack of locational signals to incentivise system-beneficial installation in current power markets thus calls for a revision of their design. Market-based options like local flexibility markets, dynamic grid tariffs and market splitting are not generally considered viable in the short-term for reasons such as implementation complexities. However, regulatory relaxation of current unbundling rules, which allow system operators to be involved in the placement and operation of electrolysers, offer solutions that can lead to short-term economic benefits until more advanced market-based instruments become available. The possibility of granting regulatory exemptions to system operators to unlock system flexibility of electrolysers as given by regulatory sandboxes might therefore be further assessed as they can serve as a non-wire alternative to alleviate congestion.The third part focuses on developing appropriate EU import strategies and identifying suitable trading partners for clean hydrogen and ammonia. Russia's invasion of Ukraine has made security of supply a much higher priority, triggering a paradigm change in EU energy trade policy. New partnerships and investments in clean hydrogen trade should therefore be directed towards achieving not only economic and sustainability objectives, but also ensuring secure and timely supply options. As hydrogen pipeline transport offers competitive advantages to neighbouring countries of the EU, import strategies entirely based on costs pose risks of supply concentration and excessive dependencies. The findings, however, show that putting greater focus on political, economic, and social conditions of trade partners only has a moderate impact on supply costs. This supports the notion that it is worthwhile to not only look at costs when assessing potential partners.L'hydrogène bas carbone est un élément important de la transition énergétique européenne en cours. La diversité de ses option d'approvisionnement permet un développement économiquement efficace de l'offre, mais présente aussi un risque d'inefficacité économique si le cadre de développement est mal conçu. Cette thèse contribue à la littérature et aux politiques publiques existantes en abordant trois aspects d'un développement efficace économiquement et ciblé de l'offre d'hydrogène:La première partie contribue à l'analyse du cadre définissant l'hydrogène vert. L'introduction d'une réglementation dénouerait le compromis entre l'empreinte carbone et la viabilité économique de la production d'hydrogène électrolytique. Une telle réglementation affecte les coûts de l'hydrogène, les émissions de CO2 et le bien-être social. Pour éviter d'entraver la décarbonisation ou le fonctionnement des marchés, les décideurs politiques doivent donc équilibrer les aspects environnementaux et économiques lors de l'élaboration de la réglementation. Cet équilibre se joue entre la rigueur de garantir la réduction des émissions de CO2, et la flexibilité de permettre aux électrolyseurs de favoriser l'intégration d'énergies renouvelables supplémentaires. Les exigences introduites par la Commission européenne dans l'acte délégué pour l'équilibrage mensuel des énergies renouvelables supplémentaires installées dans la même zone de dépôt des offres semblent être une décision réglementaire appropriée. La nécessité d'une intervention réglementaire, qui dépend surtout des coûts relatifs des électricités d'origine renouvelable et fossile, s'estompera donc avec la baisse prévue des coûts des énergies renouvelables.La deuxième partie contribue à la réflexion sur les défaillances actuelles des marchés de l'électricité vis-à-vis des congestions du réseau, que les électrolyseurs permettraient de limiter. En effet, l'installation d'électrolyseurs opérés par les gestionnaires du réseau électrique peut améliorer l'intégration des énergies renouvelables et réduire ainsi les congestions, les coûts du système, et les émissions de CO2. L'absence d'incitation à un déploiement tenant compte des contraintes de réseaux dans les marchés actuels de l'électricité appelle donc au changement. Les approches fondées sur le marché, telles que les marchés locaux de flexibilité, les tarifs de réseau dynamiques et la scission du marché, sont souvent écartées en raison de leur complexité de mise en œuvre et de leur faible viabilité à court terme. Toutefois, l'assouplissement des règles de marché actuelles impliquerait davantage les gestionnaires de réseau dans le placement et l'exploitation des électrolyseurs, conduisant à des avantages économiques de court terme, jusqu'à l'implémentation de mécanismes de marché plus complets. Ainsi, la possibilité d'accorder par dérogation aux gestionnaires de réseau d'exploiter la flexibilité des électrolyseurs devrait donc être évaluée.La troisième partie élabore des stratégies d'import pour l'UE et identifie des partenaires commerciaux adéquats pour l'import d'hydrogène et d'ammoniac bas-carbone. L'invasion russe de l'Ukraine a souligné l'importance de la sécurité énergétique en Europe, déclenchant un changement de paradigme dans la politique extérieure de l'UE. Les nouveaux projets d'import d'hydrogène bas-carbone viseront donc à garantir un approvisionnement sûr en plus d'atteindre des objectifs économiques et environnementaux. Les pays voisins de l'UE ont un avantage naturel pour le transport d'hydrogène par pipeline. Or, une stratégies d'import entièrement basée sur les coûts présente un risque de concentration de l'offre et de dépendance excessive. Les résultats montrent toutefois qu'exiger des prérequis politiques, économiques et sociaux des partenaires commerciaux n'a qu'un impact modéré sur les coûts de l'offre. Cela confirme qu'il est primordial de ne pas s'intéresser uniquement aux coûts lors de l'évaluation des partenaires potentiels
Accompagner des agriculteurs à l'aide d'une combinaison de jeux sérieux : quelles contributions aux changements de pratiques ?
No full textAgriculture, and particularly livestock, is facing a global change that requires a complex transformation of systems. These complex changes require a transdisciplinary approach. On the one hand, systems zootechnics provides theoretical frameworks for thinking about these transformations at the level of livestock systems and territories. On the other hand, research into agricultural advisory and support provides tools to support these changes. The use of serious games, in particular, is currently booming. They foster knowledge acquisition and sharing, simplify a situation, and promote concertation of stakeholders. While their individual and learning effects are already known, their practical impact on practices beyond the short term has not been demonstrated. The scientific literature also contains few concrete examples of serious games combined within support initiatives. Furthermore, the complexity of local adaptation of livestock farming systems requires a combination of several tools and a link between individual strategies at farm level and collective issues at the level of a sector or region.Adopting a participatory action research approach, I explore in this thesis the contributions of a combination of serious games to changes in farmers' practices. This combination is used as part of the support process of the Fourme de Montbrison PDO dairy sector in Massif Central. This sector is facing the direct repercussions of climate change and has engaged on a collective process of reflection within a research-action project between, 2018 and 2023.A combination of three serious games (Lauracle, Forage Rummy, Dynamix) was articulated with other forms of animation and support (on-farm experiments, trainings, farm visits) over a period of two years, with a group of fifteen PDO breeders. In order to monitor and evaluate the process and its effects, as well as the more specific contribution of games, I am adapting Kirkpatrick's multi-scale and multi-level evaluation model (reactions, learnings, behaviours, results). I use several observation tools, both in-game and continously.This evaluation firstly enabled the combination of games to be designed and adjusted along the way. The monitoring carried out led to adjustments in the way the games were mobilised and run, and in the support provided in the field. Secondly, the effects of the approach, and more specifically of the games, are analysed, in the short and medium term, regarding the four levels of evaluation. The games enabled the farmers to identify levers at the level of the livestock systems and of the territory in order to change their practices, both individually and collectively. Each game contributes differently to changes in strategy and perspective, to questioning and ultimately to the experimentation of practices by farmers. The use of games has thus facilitated individual and collective action, through technical or organisational innovations. Farmers' trajectories illustrate these results at an individual level. Finally, future projections suggest sustainable transformations of the systems in the longer term, both on the farms and for the PDO sector.The thesis thus provides original insights into the evaluation of the interest of serious games in bringing about the necessary changes in agriculture, as well as into the evolution of agricultural advisory services. On a more operational level, the thesis sheds light on indications that facilitate the use of serious games by agricultural support practitioners, applicable to other groups, territories or agricultural contexts.L'agriculture, notamment l'élevage, fait face à un changement global qui nécessite une transformation complexe des systèmes. Ces changements complexes requièrent une approche transdisciplinaire. La zootechnie système, d'une part, apporte des cadres théoriques pour penser ces transformations à l'échelle des systèmes d'élevage et des territoires. D'autre part, les recherches traitant du conseil et de l'accompagnement agricole fournissent des outils pour soutenir ces transformations. Le recours aux jeux sérieux, notamment, est aujourd'hui en plein essor. En effet, ils facilitent l'apport et le partage de connaissances, simplifient une situation, ou encore favorisent la concertation entre acteurs. Si leurs effets, individuels ou pour l'apprentissage sont déjà connus, leurs impacts concrets sur les pratiques, au-delà du court terme, n'ont pas été démontré. La littérature scientifique relate également peu de cas concrets de jeux sérieux combinés au sein de démarches d'accompagnement. Par ailleurs, la complexité de l'adaptation locale des systèmes l'élevage requiert une combinaison de plusieurs outils et une articulation entre stratégie individuelle, à l'échelle de la ferme et enjeux collectifs, à l'échelle d'une filière ou d'un territoire.En adoptant une posture de recherche-action participative, j'explore dans cette thèse les contributions d'une combinaison de jeux sérieux à des changements de pratiques d'agriculteurs. Cette combinaison est mobilisée dans le cadre d'une démarche d'accompagnement de la filière AOP laitière Fourme de Montbrison dans le Massif Central. Cette filière fait face à des répercussions directes du changement climatique et s'est engagée dans une réflexion collective dans le cadre d'un projet de recherche-action entre 2018 et 2023.Une combinaison de trois jeux sérieux (Lauracle, Rami fourrager, Dynamix) a été articulée à d'autres formes d'animations et d'accompagnement (expérimentations à la ferme, formations, visites de fermes) sur une période de deux ans, avec un groupe d'une quinzaine d'éleveurs de l'AOP. Afin de suivre et d'évaluer chemin faisant cette démarche mais aussi d'en évaluer les effets, ainsi que la contribution plus spécifique des jeux, j'adapte le modèle d'évaluation multiéchelle et multiniveaux (réactions, apprentissages, comportements, résultats) de Kirkpatrick. Je m'appuie sur plusieurs instruments d'observation, dans le jeu et en continu.Cette évaluation a permis, dans un premier temps, de concevoir et d'ajuster chemin faisant la combinaison de jeux. Le suivi réalisé conduit ainsi à des ajustements de la mobilisation et l'animation des jeux et de l'accompagnement sur le terrain. Dans un second temps, les effets de la démarche et plus particulièrement des jeux sont analysés, à court et moyen terme, au regard des quatre niveaux d'évaluation. Les jeux ont ainsi permis aux éleveurs d'identifier des leviers à l'échelle des systèmes d'élevage et du territoire pour faire évoluer les pratiques, aux niveaux individuel et collectif. Chaque jeu contribue différemment aux changements de stratégie et perspective, aux remises en question et finalement à l'expérimentation de pratiques par les agriculteurs. La mobilisation des jeux a ainsi facilité la mise en action individuelle et collective, via des innovations techniques ou organisationnelles. Des trajectoires d'éleveurs viennent illustrer ces résultats à un niveau individuel. Les projections futures suggèrent enfin des transformations durables des systèmes à plus long terme, sur les fermes et pour la filière AOP.La thèse apporte ainsi des éléments originaux sur l'évaluation de l'intérêt des jeux sérieux pour opérer les transformations nécessaires en agriculture ainsi que sur l'évolution du conseil en agriculture. Sur un plan plus opérationnel, la thèse met en lumière des indications facilitant la mobilisation de jeux sérieux par les praticiens de l'accompagnement agricole, applicables dans d'autres collectifs, territoires ou contextes agricoles
Mécanismes des pertes de l'odorat associées à la COVID-19 sur le modèle hamster doré syrien
No full textDuring the COVID-19 pandemic, the prevalence of loss of smell reached almost 50% of patients infected with SARS-CoV-2, which is much higher than that observed in other respiratory infections. This raises the question of the mechanisms of smell loss associated with COVID-19. The olfactory epithelium is the tissue responsible for detecting odors. It is composed mainly of olfactory neurons surrounded by sustentacular cells which are the main targets of SARS-CoV-2 infection. This infection is followed by massive desquamation of the tissue correlated with olfactory losses.Understanding the mechanisms of desquamation of the olfactory epithelium is crucial for understanding the origin of anosmia and I was able to address this question in the first part of my thesis. We were first able to show that innate immune cells are directly responsible for this tissue damage. Neutrophils and more precisely neutrophil serine proteases play a central role in the destruction of the olfactory epithelium.Olfactory loss lasts up to 6 months in 10% of anosmia. The origin of these long-term anosmia is also little known. It can be assumed that long-term loss of smell is associated with impaired regeneration of the olfactory epithelium, however other studies observed instead a dysregulation of the expression of genes in olfactory neurons. In the second part of my thesis, I focused on the study of the kinetics of epithelial regeneration and the monitoring of neuronal populations. We show that neuronal populations are strongly impacted and that this impact persists even after the resolution of the infection in the nasal cavity. The regeneration of this population is then disrupted with strong spatial disparities associated with persistent inflammation.These results are consistent with literature data in humans and should therefore make it possible to consider therapeutic avenues for olfactory disorders linked to viral infections.Pendant la pandémie de COVID-19, la prévalence des pertes de l'odorat a atteint près de 50 % des patients infectés par le SARS-CoV-2, ce qui est bien supérieur à celle observée dans les autres infections respiratoires. Cela soulève la question des mécanismes des pertes de l'odorat associés à la COVID-19. L'épithélium olfactif est le tissu responsable de la détection des odeurs. Il est composé principalement de neurones olfactifs entouré de cellules sustentaculaires. Des cellules basales sont responsables de la régénération. Des études précédentes montrent que les cellules sustentaculaires sont les principales cibles de l'infection par le SARS-CoV-2 et que cette infection est suivie par une desquamation massive du tissu corrélée avec les pertes olfactives.La compréhension des mécanismes de la desquamation de l'épithélium olfactif est cruciale pour la compréhension de l'origine de l'anosmie et j'ai pu aborder cette question dans la première partie de ma thèse. Nous avons tout d'abord pu montrer que les cellules immunitaires innées sont directement responsables de ces dommages tissulaires. Les neutrophiles et plus précisément les sérine protéases neutrophilaires jouent un rôle central dans la destruction de l'épithélium olfactif.Les pertes olfactives perdurent jusque 6 mois dans 10% des anosmies. L'origine de ces anosmies longues est également peu connue. On peut supposer que les pertes de l'odorat à long terme sont associées à des altérations de la régénération de l'épithélium olfactif cependant d'autres études observent plutôt un dérèglement de l'expression des gènes des neurones olfactifs. Dans la deuxième partie de ma thèse, je me suis focalisé sur l'étude des cinétiques de régénération d'épithélium et le suivi des populations neuronales. Nous montrons que les populations neuronales sont fortement impactées et que cet impact perdure même après la résolution de l'infection dans la cavité nasale. La régénération de cette population est ensuite perturbée avec de fortes disparités spatiales associées à une inflammation persistante.Ces résultats sont cohérents avec les données de la littérature chez l'Homme et devraient donc permettre d'envisager des pistes thérapeutiques pour les troubles olfactifs liés aux infections virales
Impact de la pratique précoce du golf sur le squelette axial et périphérique : Anatomie morphologique, statique et fonctionnelle.
No full textThe practice of a physical activity and/or sport is essential for the proper development of the child, from a very young age. Golf is a playful sport that develops many qualities. An early intense practice could lead to modifications of the morphological, static and functional anatomy of the involved structures. The objective of this thesis was to study these modifications.70 men were included: 35 players, 13 of whom had started playing before the growth peak ("early") and 22 after ("late"), as well as 35 paired control subjects. The morphological and static characteristics of the players, via EOS, were compared to those of the control subjects. The functional characteristics of the swing (X-factor, lateral inclination, recruitment of the coxo-femoral joints), via VICON, were compared between the "early" and "late" players.Modifications possibly attributable to intense early sports practice were identified.La pratique d’une activité physique et/ou sportive est indispensable au bon développement de l’enfant, dès le plus jeune âge. Le golf est un sport ludique développant de nombreuses qualités. Une pratique intense précoce pourrait conduire à des modifications de l’anatomie morphologique, statique et fonctionnelle des structures sollicitées. L’objectif de cette thèse était d’étudier ces modifications.70 hommes ont été inclus : 35 joueurs parmi lesquels 13 avaient débuté leur pratique avant le pic de croissance (« précoces ») et 22 après (« tardifs »), ainsi que 35 sujets contrôles appariés. Les caractères morphologiques et statiques des joueurs, via EOS, ont été comparés à ceux des sujets contrôles. Les caractères fonctionnels au swing (X-factor, inclinaison latérale, recrutement des articulations coxo-fémorale), via VICON, ont été comparés entre les joueurs « précoces » et « tardifs ».Des modifications possiblement imputables à une pratique sportive précoce intense ont été identifiées
Identification inverse du comportement thermomécanique à partir des champs cinématiques et thermique mesurés dans la zone de cisaillement primaire en rabotage : application à l'Inconel 718
No full textThe shaping process through machining involves severe thermomechanical loading, potentially leading to deformations and local changes in the properties of the machined material. These undesired consequences of cutting are quite common in nickel-based alloys, as this material family exhibits good mechanical properties at high temperatures. Currently, simulation tools could potentially predict the consequences of machining on the integrity of the finished piece; however, no test or methodology allows for the complete determination of material behavior laws with gradients and thermomechanical kinetics representative of those induced by a machining operation. In the overall perspective of strengthening confidence in machining process simulations, the objective of this thesis is to develop an innovative methodology for the inverse identification of thermomechanical behavior and damage laws of nickel-based alloy materials under machining conditions.To achieve this, in a first step, preparatory work for the deployment of measurements through infrared thermography is proposed. An innovative method for calibration insensitive to integration times for sensors cooled in indium antimonide has been developed. Additionally, to convert radiometric temperatures of the observed scene into absolute temperatures, a method for the direct measurement of emissivity based on the use of a multispectral camera has been developed. Subsequently, an image processing method has been developed, allowing for obtaining comprehensive thermal information about the cut for low and high magnification objectives. Finally, a study of measurement errors induced by thermography, based on a radiometric model, has been proposed.In a second step, an extensively instrumented planing experiment allowing the observation of kinematic and thermal fields has been designed. A triaxial dynamometric plate enables the acquisition of cutting forces, and an optical system, based on wavelength separation, allows simultaneous observation of the cut through visible and infrared cameras through a single lens. An analysis of images from the visible camera using digital image correlation provides access to kinematic fields, and a specific treatment of images from the infrared camera provides a mapping of the thermal field during cutting. With the collected data, an analysis of the characteristics of the primary shear zone could be conducted, including an estimation of the dimensions of the deformed material zone and the temperatures reached.In a third step, a numerical model simulating the thermomechanical field induced by an orthogonal cutting operation has been developed. To optimize computation time, a sensitivity study of mesh size and the number of cores allocated to the calculation has been conducted. Finally, a sensitivity study of input parameters for the simulation has highlighted the most influential parameters on the thermomechanical field.Ultimately, leveraging experimental and simulated kinematic and thermal behaviors within the primary shear zone induced by cutting, an inverse identification algorithm has been developed. This algorithm aims to determine the constants of the Johnson-Cook plasticity and damage behavior laws (the chosen thermomechanical behavior model for this study) of the machined material under cutting conditions. The algorithm also incorporates indicators of the discrepancy between experimental and simulated results for each measured quantity, providing a confidence indicator for the identified material constants.In conclusion, through precise instrumentation, the kinematic and thermal fields applied to the workpiece during planing have been observed and quantified. These experimental data have subsequently fueled an inverse identification algorithm, enabling the determination of material constants for Johnson-Cook behavior and damage laws under cutting conditions.La mise en forme par le procédé d’usinage implique un chargement thermomécanique sévère, pouvant conduire à des déformations voir des changements locaux des propriétés du matériau usiné. Ces conséquences non souhaitées de la coupe sont très fréquentes sur les alliages à base de nickel, car cette famille de matériaux possède de bonnes propriétés mécaniques à hautes températures. A l’heure actuelle, les outils de simulation pourraient permettre de prédire les conséquences d’un usinage sur l’intégrité de la pièce finie, cependant, aucun essai ou méthodologie ne permet de déterminer complètement des lois de comportements de matériaux avec des gradients et cinétiques thermomécaniques représentatifs de ceux induits par une opération d’usinage. Dans la perspective globale de renforcer la confiance accordée aux simulations du procédé d’usinage, l’objectif de cette thèse est donc de développer une méthodologie innovante d’identification inverse de lois de comportements et d’endommagement thermomécanique de matériaux en alliage à base de nickel en conditions d’usinage.Pour ce faire, dans un premier temps, un travail préparatoire au déploiement de mesures par thermographie infrarouge est proposé. Une méthode innovante de calibration insensible aux temps d’intégration est développée. De plus, afin de pouvoir convertir les températures radiométriques de la scène observée en températures absolues, une méthode de mesure directe de l’émissivité basée sur l’emploi d’une caméra multi spectrale a été mise au point. Ensuite, une méthode de traitement des images a été développée, permettant d’obtenir une information thermique globale de la coupe pour différents objectifs. Pour finir, une étude des erreurs de mesures induite par la thermographie, basée sur un modèle radiométrique est proposée.Dans un second temps, une expérimentation de rabotage largement instrumentée permettant l’observation des champs cinématiques et thermique est conçue. Une platine dynamométrique permet l’acquisition des efforts et un système optique, basé sur la séparation des faisceaux par longueur d’ondes, permet l’observation simultanée de la coupe, par des caméras visible et infrarouge au travers d’un unique objectif. Une analyse des images issues de la caméra visible par corrélation d’images numériques donne accès au champ cinématique et un traitement spécifique des images issues de la caméra infrarouge donne accès au champ thermique pendant la coupe. Une analyse des caractéristiques de la zone de cisaillement primaire est réalisée, avec notamment une estimation des dimensions de la zone ou la matière est déformée et des températures atteintes.Dans un troisième temps, un modèle numérique simulant une opération de coupe orthogonale a été mis au point. Afin d’optimiser le temps de calcul, une étude de sensibilité de la taille de maille et du nombre de cœurs alloués au calcul ont été réalisées. Pour finir, une étude de sensibilité des paramètres d’entrés de la simulation a permis de mettre en évidence les paramètres les plus influents sur le champ thermomécanique.Enfin, grâce aux comportements cinématique et thermique expérimentaux et simulés, un algorithme d’identification inverse, permettant de déterminer les constantes des lois de comportement de Johnson-Cook plastique et endommagement du matériau usiné en conditions de coupe, a été développé. Cet algorithme inclue également des indicateurs sur l’écart entre les résultats expérimentaux et simulés pour chaque mesurande, ce qui permet de fournir un indicateur de confiance des constantes matériaux identifiées.En conclusion, grâce à une instrumentation fine, les champs cinématique et thermique appliqués à la pièce lors d’une opération de rabotage ont pu être observés et quantifiés. Ces données expérimentales ont ensuite alimenté un algorithme d’identification inverse, permettant de déterminer les constantes matériaux des lois de comportement et d’endommagement de Johnson-Cook en conditions de coupe
Modélisation du comportement hydrodynamique des pompes pour des fluides au comportement rhéologique complexe
No full textThe thesis research work addresses the pumping of fluids with complex rheological behavior. The aim of the thesis is to carry out an exhaustive analysis of the performance and internal flow features of a volute centrifugal pump when handling complex non-Newtonian emulsions. The industrial applications in this field are numerous and can include crude oil emulsion pumping, wastewater pumping, and cosmetic and food emulsions. Two elements combine to explain the complexity of this scientific problem: the first involves the pump and its three-dimensional geometry with a strong coupling with the loop. The second concerns the nonlinear and unstable rheological behavior of the pumped fluid, especially when the pump carries a reduced fraction of the continuous phase. These flows concern fluids with non-Newtonian and particularly unstable behavior. The insights needed to achieve their understanding are sometimes at the limit of chemistry with approaches at the molecular scale. In this work, several approaches were used to study the hydrodynamic behavior of the pump under emulsion flow: an analytical approach, a single-phase CFD simulation, and a two-phase CFD simulation. The analytical approach is based on a mechanistic model for the determination of the emulsion viscosity as a function of the pump operating conditions, which is then coupled to a mechanistic model based on the different losses encountered in volute pumps. The single-phase simulation is based on a CFD study in which the rheological behavior of the emulsions has been considered neglecting the two-phase nature of the fluid, and the two-phase study which considers the two fluids and the different interactions between the phases. The approaches adopted belong to two distinct categories; the analytical approach allows for differentiation of the losses within the centrifugal pump, which is not the case for CFD. However, this shortcoming is compensated for by the entropy analysis, which allows for the localization of energy losses. Finally, the ability of the two CFD approaches considered to accurately predict the performance of pumps handling emulsions is evaluated by comparing the numerical results of a multistage pump (ESP) with the corresponding experimental data.Les travaux de recherche de la thèse portent sur le pompage de fluides au comportement rhéologique complexe. L'objectif de la thèse est d'effectuer une analyse exhaustive des performances et des caractéristiques d'écoulement interne d'une pompe centrifuge à volute lors du traitement d'émulsions non newtoniennes complexes. Les applications industrielles dans ce domaine sont nombreuses et peuvent inclure le pompage d'émulsions de pétrole brut, le pompage d'eaux usées, et les émulsions cosmétiques et alimentaires. Deux éléments se combinent pour expliquer la complexité de ce problème scientifique : le premier concerne la pompe et sa géométrie tridimensionnelle avec un fort couplage avec la boucle. Le second concerne le comportement rhéologique non linéaire et instable du fluide pompé, en particulier lorsque la pompe transporte une fraction réduite de la phase continue. Ces écoulements concernent des fluides au comportement non newtonien et particulièrement instable. Les connaissances nécessaires à leur compréhension sont parfois à la limite de la chimie avec des approches à l'échelle moléculaire. Dans ce travail, plusieurs approches ont été utilisées pour étudier le comportement hydrodynamique de la pompe sous écoulement d'émulsion : une approche analytique, une simulation CFD monophasique et une simulation CFD diphasique. L'approche analytique est basée sur un modèle mécaniste pour la détermination de la viscosité de l'émulsion en fonction des conditions de fonctionnement de la pompe, qui est ensuite couplé à un modèle mécaniste basé sur les différentes pertes rencontrées dans les pompes à volute. La simulation monophasique est basée sur une étude CFD dans laquelle le comportement rhéologique des émulsions a été considéré en négligeant la nature diphasique du fluide, et l'étude diphasique qui considère les deux fluides et les différentes interactions entre les phases. Les approches adoptées appartiennent à deux catégories distinctes ; l'approche analytique permet de différencier les pertes au sein de la pompe centrifuge, ce qui n'est pas le cas pour la CFD. Cette lacune est toutefois compensée par l'analyse entropique, qui permet de localiser les pertes d'énergie. Enfin, la capacité des deux approches CFD considérées à prédire avec précision les performances des pompes véhiculant des émulsions est évaluée en comparant les résultats numériques d'une pompe multicellulaire (ESP) avec les données expérimentales correspondantes
Imagerie fonctionnelle et microscopie de localisation ultrasonores transcrâniennes 3D du cerveau de la souris
No full textThe cerebrovascular function regulates blood flow in the brain. Through the neurovascular coupling, it helps to supply the oxygen and nutrient demands of neurons firing to transmit a nerve impulse. Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) is one of the leading modalities that exploits this property to provide information about neuronal activity throughout the whole brain based on measurements of blood oxygen levels. Previous fMRI studies allowed to identify functional regions involved in specific cognitive tasks and to study the functional connectivity that characterises the connections between different brain regions.In 2011, functional ultrasound (fUS) was developed using ultrafast Doppler ultrasound. Thanks to its high temporal resolution (10,000 images per second), this portable modality can detect slow blood flows (1 mm/s) in real time, with a spatial resolution about ten times higher than that of fMRI (0.1 mm). More recently, developments in ultrasound localization microscopy (ULM) with contrast agents (gas microbubbles) injection, enabled to visualise the dynamics of cerebral blood flow on a micrometric scale through the skull of human patients. Although functional and vascular networks are organised in three dimensions, most preclinical and clinical studies use linear probes that limit imaging to one plane of the brain.In this work, we will explore different imaging strategies that allow these modalities (fUS and ULM) to be extended to three spatial dimensions to image the entire mouse brain, a model that is particularly well studied in neuroscience.First, we present a robust experimental protocol for mapping the evoked hemodynamic response following a visual stimulation in awake mice using a motorised linear probe. A new multi-array probe allowing to increase the field of view while maintaining sufficient temporal resolution will then be introduced and used to identify numerous functional networks across the whole brain of the awake mouse.We will continue our exploration by moving toward a vascular application. We will investigate the influence of collateral circulation on reperfusion after an induced ischaemic stroke in anaesthetised mice. The motorised linear approach will be used to monitor these slow reperfusion phenomena at the entire brain scale.We will then present a 3D ULM proof-of-concept for imaging flow dynamics in the microvasculature of the whole mouse brain using a 2D matrix array probe, capable of transmitting and receiving waves in three spatial dimensions at ultrafast rates. The probe's many sensors are addressed by four synchronised ultrasound scanners.In the final chapter, we will explore the potential of the row-column addressing strategy for matrix probes, that will require only a single ultrasound scanner. We will introduce XDoppler, a new image reconstruction method that improves the sensitivity of fUS by taking advantage of the orthogonal geometry of line-column probes and the blood signal statistical properties. The performance obtained will then be compared to the ones of matrix and multilinear probes. Finally, we will show that this approach is particularly suitable for 3D ULM of the whole mouse brain with reduced electronic complexity.Le système vasculaire cérébral régule le flux sanguin dans le cerveau. Par l’intermédiaire du couplage neuro-vasculaire, il permet de répondre à la demande en oxygène et en nutriments des neurones qui déchargent pour transmettre une impulsion nerveuse. L’imagerie fonctionnelle par résonance magnétique (IRMf) est une des modalités phares qui exploite cette propriété pour renseigner sur l’activité des neurones dans tout le cerveau, à partir de la mesure du taux d’oxygénation du sang. L’IRMf a permis d’identifier des régions fonctionnelles impliquées dans la réalisation de tâches cognitives spécifiques, mais aussi d’étudier la connectivité fonctionnelle qui caractérise les connexions entre différentes régions cérébrales.En 2011, l’échographie Doppler ultrarapide a permis à l’imagerie fonctionnelle ultrasonore (fUS) de voir le jour. Grâce à sa haute cadence d’imagerie (10 000 images par seconde), cette modalité portable est capable de détecter en temps réel des faibles vitesses de flux sanguins (1 mm/s) avec une résolution spatiale environ dix fois plus élevée qu’en IRMf (0,1 mm). Récemment, les développements de la microscopie de localisation ultrasonore (ULM) avec adjonction d’agents de contrastes (microbulles de gaz) ont permis de révéler la dynamique des flux sanguins cérébraux à une échelle micrométrique, à travers le crâne de patients humains. Bien que les réseaux fonctionnels et vasculaires soient organisés en trois dimensions, la majeure partie des études pré-cliniques et cliniques utilisent des sondes linéaires qui limitent l’imagerie à un plan du cerveau.Dans cette thèse, nous allons explorer différentes stratégies d’imagerie permettant d’étendre ces modalités (fUS et ULM) aux trois dimensions de l’espace, afin d’imager le cerveau entier de la souris, modèle particulièrement étudié en neurosciences.Pour commencer, nous présenterons un protocole expérimental robuste permettant de cartographier la réponse hémodynamique évoquée à la suite d’une stimulation visuelle chez la souris éveillée, en utilisant une sonde linéaire motorisée. Une nouvelle sonde multilinéaire permettant d’étendre le champ de vue tout en maintenant une résolution temporelle suffisante sera ensuite introduite et utilisée pour identifier de nombreux réseaux fonctionnels dans le cerveau entier de la souris éveillée.Nous continuerons notre exploration en nous tournant vers une application vasculaire. Nous nous intéresserons alors à l’influence des vaisseaux de la circulation collatérale sur la reperfusion après un arrêt vasculaire cérébral (AVC) ischémique induit chez la souris anesthésiée. L’approche linaire motorisée sera ici retenue pour suivre ces phénomènes lents de reperfusion à l’échelle du cerveau entier.Ensuite, nous présenterons une preuve de concept d’ULM 3D pour imager la dynamique des flux dans la micro-vascularisation du cerveau entier de la souris, à l’aide d’une sonde matricielle capable d’émettre et de recevoir des ondes dans les trois dimensions de l’espace à une cadence ultrarapide. L’adressage des nombreux capteurs de la sonde sera assuré par quatre échographes synchronisés.Dans le dernier chapitre, nous explorerons le potentiel de la stratégie d’adressage ligne-colonne des sondes matricielles, ne nécessitant plus qu’un seul échographe. Nous introduirons le XDoppler, une nouvelle méthode de reconstruction d’image améliorant la sensibilité du fUS en exploitant la géométrie orthogonale des sondes ligne-colonne et les propriétés statistiques du signal du sang. Les performances obtenues seront alors comparées à celles des sondes matricielles et multilinéaires. Enfin, nous montrerons que cette approche est particulièrement adaptée pour l’ULM 3D du cerveau entier de la souris, avec une complexité électronique réduite