Laboratoire de Physique Théorique
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Comportement en temps long de différent processus stochastiques en neuroscience
Get PDFDans cette thèse, nous nous concentrons sur deux modèles stochastiques pouvant être appliqués aux neurosciences : le modèle de Hawkes et le modèle de FitzHugh-Nagumo. Nous étudions leur comportement en temps long. Le premier chapitre porte sur les processus cumulatifs, qui sont une classe de processus plus généraux que les processus de renouvellement. Ces processus cumulent des variables aléatoires indépendantes au cours du temps. Ces variables aléatoires sont ajoutées sur des intervalles de temps donnés par un processus de renouvellement. En nous inspirant des travaux de Lefevere, Mariani et Zambotti (2011), nous démontrons un Principe de Grandes Déviations de ces processus, ainsi que des inégalités de grandes déviations dans un cadre plus général. Le second chapitre est dédié aux processus de Hawkes, dans un contexte non linéaire, avec une fonction de reproduction signée. Ils permettent ainsi de modéliser de l'auto-excitation et de l'auto-inhibition. Nous prouvons une loi des grandes nombres, un théorème central limite et des résultats de grandes déviations pour un processus de Hawkes (unique). Ces résultats reposent sur une structure de renouvellement pour ces processus, introduite par Costa, Graham, Marsalle et Tran (2020), qui permettent de définir les processus de Hawkes comme des processus cumulatifs. Nous utilisons alors des résultats déjà connus pour les processus cumulatifs et les résultats obtenus dans le chapitre 1. Nous exhibons également deux exemples dans lesquels des calculs explicites sont faits. Le dernier chapitre est un travail effectué en collaboration avec Pierre Le Bris et est consacré à l'étude de plusieurs processus de FitzHugh-Nagumo stochastiques en interaction. La spécificité de ce modèle défini par des Equations Différentielles Stochastiques est son terme cubique dans la dérive, qui est donc non-Lipschitz. Nous nous intéressons au cadre d'interactions champ moyen, et nous montrons une propagation du chaos, d'abord non-uniforme en temps puis uniforme en temps. Pour ce faire, nous utilisons une méthode de couplage mixte, c'est-à-dire un couplage synchrone sur un certain sous-espace et un couplage symétrique sur l'espace complémentaire. Nous exhibons également des bornes explicites pour ces résultats.In this thesis, we focus on two stochastic models which can be applied to neuroscience : Hawkes model and FitzHugh-Nagumo model. We study their long-time behavior. The first chapter deals with cumulative processes, which are a larger processes class than renewal processes. These processes accumulate independent random variables over time. These random variables are added on time intervals given by a renewal process. Inspired by the work of Lefevere, Mariani and Zambotti (2011), we prove a Large Deviations Principle for these processes, and large deviations inequalities in a more general framework. The second chapter is dedicated to Hawkes processes, in a non-linear context, with a signed reproduction function. They model self-excitation and self-inhibition. We prove a law of large numbers, a central limit theorem and large deviations results for a unique Hawkes process. These results lie on a renewal structure for these processes introduced by Costa, Graham, Marsalle and Tran (2020), which leads to a comparison with cumulative processes. Thus, we use known results for cumulative processes and results obtained in Chapter 1. We also exhibit two examples with explicit computations. The last chapter is a joint work with Pierre Le Bris and is devoted to the study of stochastic FitzHugh-Nagumo processes in interaction. The specificity of this model, described by Stochastic Differential Equations, is its cubic term in the drift which is non-Lipschitz. We focus on mean-field interactions and we prove a propagation of chaos, non-uniform in time first, and then a uniform in time one. To do so, we use a combined coupling method, i.e. a synchronous coupling on a specific subspace and an antithetic coupling on the complementary subspace. We also exhibit explicit bounds for these results
Impact du soufre sur le transport des platinoïdes par les fluides hydrothermaux
No full textLe but de ce travail de thèse est de mieux quantifier le rôle des fluides hydrothermaux porteurs de soufre dans le transport de métaux critiques chalcophiles comme les platinoïdes (PGE). La connaissance des complexes chimiques qu'ils forment avec les ligands soufrés est essentielle pour prédire la solubilité et le transport de ces métaux en fonction de la composition chimique du fluide (e.g., concentration et spéciation de soufre, pH, fO2) dans une large gamme de température et pression de la croûte terrestre. Toutefois cette connaissance est encore très incomplète et parfois contradictoire. En particulier, l'impact sur la mobilisation de ces métaux de nouvelles formes de soufre, les ions radicalaires trisulfures S3•-, récemment découverts dans les conditions hydrothermales, demeure inconnu. Pour combler cette lacune, dans ce travail nous avons mis en œuvre trois approches complémentaires : i) expériences de solubilité en réacteur hydrothermal en conditions contrôlées; ii) mesures par spectroscopie d'absorption de rayons X in situ (XAS) sur synchrotron; et iii) modélisation de structure et de stabilité de complexes par méthodes thermodynamiques et de dynamique moléculaire.
Le principal résultat de ce travail est la mise en évidence, pour la première fois, de la formation de deux complexes majeurs responsables du transport de Pt et Pd, (Pt/Pd)(HS)42- dans des solutions sulfurées et (Pt/Pd)(HS)2(S3)22- dans des solutions contenant sulfate et sulfure, à des températures entre 50 et 300 °C et à des pressions jusqu'à 1 kbar. Ces nouveaux résultats ont permis de générer les constantes thermodynamiques de réactions de formation de ces complexes. Ces constantes ont été utilisées pour prédire la solubilité des sulfures de platinoïdes (PtS, PtS2, PdS). Nos prédictions montrent que le transport des platinoïdes a été largement sous-estimé, d'un facteur au moins 1000 à 10 000, dans les travaux antérieurs qui ont tous ignoré le rôle de l'ion S3•-. En résumé, nos résultats ont permis d'élucider, pour la première fois et de manière systématique, la nature et la stabilité des principales formes du platine et du palladium dans les fluides géologiques, et de mieux quantifier l'action du soufre et de ses radicaux sur les transferts de matière dans la lithosphère. Ces résultats ont des applications à la fois pour la métallogénie et les ressources minérales, le traçage géochimique ou encore les nanotechnologies utilisant ces métaux.The goal of this thesis is to better quantify the role of sulfur-bearing hydrothermal fluids in the transport of critical chalcophile metals such as platinoids (PGE). Knowledge of the chemical complexes formed between these metals and sulfur ligands is essential to predict the solubility and transport of these metals as a function of fluid composition (e.g., sulfur concentration and speciation, pH, fO2) over a wide range of temperatures and pressures in the Earth's crust. However, this knowledge yet remains elusive. In particular, the exact impact of both traditional major sulfide ligands (HS-/H2S) and the trisulfur radical ion S3•- recently discovered at hydrothermal conditions on the mobilization of these metals, remains both inconsistent and controversial. To fill this gap, in this work we use three complementary approaches: i) hydrothermal reactor solubility experiments under controlled conditions; ii) in situ synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS) measurements; and iii) structure and stability modeling of complexes by thermodynamic and molecular dynamics methods, to quantify, systematically for the first time, the speciation and solubility of Pt and Pd in H2S/HS/S3--bearing hydrothermal fluids. The major results of our work is the demonstration for the first time of the formation of two key complexes responsible for the transport of Pt and Pd: (Pt/Pd)(HS)42- in sulfide solutions and (Pt/Pd)(HS)2(S3)22- in sulfide-sulfate solutions, at temperatures between 50 and 300 °C and pressures between up to at least 1 kbar. These new results allowed us to generate thermodynamic stability constants for these complexes, and to use them to predict the solubility of Pt- and Pd-bearing sulfide solid phases (PtS, PtS2, PdS). Our predictions show that the transport of platinoids has been largely underestimated, by a factor of at least 1000 to 10000 in previous studies because they all ignored the role of the S3•- ion. In summary, our results have elucidated, for the first time and in a systematic manner, the nature and stability of the major forms of platinum and palladium in S-bearing geological fluids, and have better quantified the action of sulfur and its radicals on critical metals transfers in the lithosphere. The results of our work have applications for metallogeny and mineral resources, geochemical tracing and noble metal based nanotechnologies
Données de "vraie vie" des inhibiteurs de protéines kinases dans la leucémie myéloïde chronique : profil d'utilisation à l'échelle française et impacts des interactions médicamenteuses des traitements concomitants
Get PDFL'introduction des inhibiteurs des protéines kinases (IPK) dans le traitement de la Leucémie Myéloïde Chronique (LMC) a considérablement changé le paradigme de cette pathologie, devenue aujourd'hui une maladie chronique. Cette chronicité s'accompagne dans le temps d'une augmentation des comorbidités en parallèle avec une polymédication. Cependant, malgré une efficacité certaine, les IPK sont particulièrement à risque d'interaction médicamenteuse.
L'objectif de cette étude était d'étudier en vie réelle et à l'échelle nationale les situations d'interactions médicamenteuses potentielles (IMP) dans une cohorte de patients incidents pour la LMC et traités par IPK à partir des données du SNDS (Système National des Données de Santé). Les IMP ont été définies selon les informations du résumé des caractéristiques de produits (RCP) et du Thésaurus des Interactions Médicamenteuses de l'ANSM. Ces informations ont été complétées par une exploration des données de pharmacovigilance à l'échelle internationale (à partir de Vigibase(r), base de pharmacovigilance de l'OMS) et de la Base Française de Pharmacovigilance. Les données du SNDS ont permis d'identifier une cohorte de 3633 patients nouvellement diagnostiqués pour une LMC entre le 1er janvier 2011 et le 31 décembre 2014, soit une incidence estimée de 1,37 [IC 95% 1,36-1,38] pour 100000 personnes-années dans cette période (54 % d'hommes, âge médian 60 ans). L'imatinib était le médicament le plus fréquemment utilisé en 1ère intention (78% des patients) et le demeurait dans la 1ère année de suivi. A l'inclusion, 25% des patients présentaient une comorbidité associée, ils étaient polymédiqués en majorité (2,8 médicaments en moyenne en plus de l'IPK) à l'inclusion dans la cohorte, dont 48% des patients traités par inhibiteurs de la pompe à protons (IPP) ; 37% par antihypertenseurs, 25% par statines, 16% par allopurinol, 11% par antidépresseurs Inhibiteurs de la Recapture de la Sérotonine. La recherche des situations à type d'IMP dans la 1ère année suivant l'initiation d'un traitement par IPK a mis en évidence que 41% (co-prescription) à 62% (co-médication avec délivrance dans le mois suivant la prescription de l'IPK) des patients étaient concernés, les médicaments majoritairement impliqués étant les statines, les benzodiazépines et les IPP. Les facteurs associés à cette situation potentielle d'interaction étaient l'âge, le nombre de comorbidités, le nombre de médicaments et le nombre de prescripteurs. Le nilotinib et le dasatinib étaient plus à risque d'interactions que l'imatinib. La recherche des effets indésirables en relation avec une interaction avec les IPK a montré que au-delà de la liste du Thésaurus de l'ANSM, les principaux médicaments impliqués dans les effets indésirables liés à une interaction médicamenteuse étaient les statines (avec l'ensemble des IPK et pas seulement le ponatinib comme retenu dans le thésaurus de l'ANSM), les anticoagulants, les IPP et les inhibiteurs puissants du CYP 3A4. Les résultats obtenus confirment les hypothèses de recherche sur l'implication des médicaments des comorbidités, et conduisent à proposer des analyses spécifiques complémentaires de l'impact de certaines classes de médicaments (IPP, statines) sur des critères tels que la survie, les hospitalisations, le switch d'IPK ou des complications spécifiques (atteintes musculaires par exemple).The introduction of protein kinase inhibitors (PKIs) in the treatment of chronic myeloid leukemia (CML) has considerably changed the paradigm of this pathology, which has now become a chronic disease. This chronicity is accompanied over time by an increase in comorbidities in parallel with poly-medication. However, despite their effectiveness, PKIs are particularly at risk of drug interactions. The objective of this study was to study potential PKI-drug interactions (pPKI-DIs) in a real-life cohort of incident CML patients treated with PKIs on a national scale, using data from the French National Health Data System (SNDS). The pPKI-DIs were defined according to the information in the summary of product characteristics (SPC) and the Thesaurus of Drug Interactions of the ANSM. This information was completed by an exploration of international pharmacovigilance data (from Vigibase(r), the WHO pharmacovigilance database) and the French Pharmacovigilance Database. Data from the SNDS identified a cohort of 3633 patients newly diagnosed with CML between January 1, 2011, and December 31, 2014, with an estimated incidence of 1,37 [IC 95% 1,36-1,38] per 100 000 person-years in this period (54% male, mean age 60 years). Imatinib was the most frequently used drug in the 1st line (78% of patients) and remained so in the 1st year of follow-up. At inclusion, 25% of patients had an associated comorbidity, and the majority of them were polymedicated (2.8 drugs on average in addition to the KPI) at inclusion in the cohort, including 48% of patients treated with proton pump inhibitors (PPIs), 37% with antihypertensives, 25% with statins, 16% with allopurinol, and 11% with serotonin reuptake inhibitor antidepressants.
The search for pPKI-DI-type situations in the first year following the initiation of a PKI treatment showed that 41% (co-dispensing) to 62% (co-medication with delivery within one month of the PKI prescription) of patients were concerned, the drugs most involved being statins, benzodiazepines and PPIs. Factors associated with this potential interaction situation were age, number of comorbidities, number of drugs and number of prescribers. Nilotinib and dasatinib were more likely to interact than imatinib. The search for adverse events related to interactions with PKIs showed that, beyond the list in the ANSM thesaurus, the main drugs involved in adverse events related to drug interactions were statins (with all KPIs and not just ponatinib as listed in the ANSM thesaurus), anticoagulants, PPIs and potent CYP 3A4 inhibitors. The results obtained confirm the research hypotheses on the involvement of drugs in comorbidities, and lead to the proposal of additional specific analyses of the impact of certain classes of drugs (PPIs, statins) on criteria such as survival, hospitalizations, switching of PKIs or specific complications (e.g. muscle damage)
Transition du plasma confiné de l'atmosphère solaire vers le milieu interplanétaire
Get PDFLes 60 dernières années d'exploration spatiale ont montré que le milieu interplanétaire est continuellement perturbé par une myriade de vents et de tempêtes solaires qui transportent de la matière solaire dans toute l'héliosphère. S'il existe un consensus sur la source du vent solaire rapide dont on sait qu'il provient des trous coronaux, la question de l'origine du vent solaire lent (SSW) est encore largement débattue. L'abondance des ions lourds mesurée in situ fournit un précieux diagnostic des potentielles régions sources, car la composition est établie très bas dans l'atmosphère solaire à l'interface entre la dense chromosphère et la couronne ténue et reste invariable pendant le transport dans le vent solaire sans collisions. La composition similaire mesurée in situ dans le SSW et par spectroscopie dans les boucles coronales suggère qu'une fraction significative du SSW provient de plasma qui a été initialement piégé le long des boucles coronales et ensuite libéré dans le vent solaire. Les observations récentes de la sonde Parker Solar Probe (PSP) fournissent également de nouvelles informations sur le vent solaire naissant. Un grand défi reste à être relevé pour expliquer à la fois la composition et les propriétés macroscopiques du SSW d'une manière autoconsistante. À cette fin, nous exploitons et développons des modèles de différents degrés de complexité. Ce contexte constitue le fil conducteur de cette thèse qui est structurée en quatre grands axes: nous commençons par présenter une nouvelle technique qui exploite les observations en lumière blanche (WL) du SSW prises depuis de multiples points d'observation afin de mieux contraindre les modèles globaux de l'atmosphère solaire. Nous exploitons ensuite les premières images en lumière blanche du télescope Wide-Field Imager for Solar PRobe (WISPR) à bord de PSP, prises depuis l'intérieur de la couronne solaire dans le but de tester nos modèles globaux à des plus petites échelles, car WISPR offre une vue rapprochée inédite de la structure fine des streamers et du SSW encore naissant. Ce travail fournit des preuves supplémentaires d'une éjection intermittente de plasma initiallement piégé dans les boucles coronales, dans le vent solaire que nous interprétons en exploitant des simulations magnéto-hydro-dynamiques (MHD) à haute résolution. Enfin, nous développons et exploitons un nouveau modèle multi-espèces de boucles coronales appelé ISAM (Irap Solar Atmosphere Model) pour fournir une analyse approfondie des mécanismes de transport du plasma en action entre la chromosphère et la couronne. ISAM résout le transport couplé des principaux constituants du vent solaire avec les ions mineurs par un traitement complet des collisions ainsi que des mécanismes d'ionisation partielle et de refroidissement/chauffage radiatif qui sont importants dans la partie haute de la chromosphère. Nous utilisons ce modèle pour étudier les différents mécanismes qui peuvent extraire préférentiellement les ions de la chromosphère vers la couronne, en fonction de leur potentiel de première ionisation (FIP). Dans ce processus, nous comparons les rôles relatifs des effets thermo-diffusifs et de la force ponderomotrice induite par les ondes d'Alfvén dans l'enrichissement des boucles coronales avec des éléments à faible FIP qui pourraient ensuite être expulsés dans le SSW par les mécanismes discutés dans la première partie de cette thèse.The last 60 years of space exploration have shown that the interplanetary medium is continually perturbed by a myriad of different solar winds and storms that transport solar material across the whole heliosphere. If there is a consensus on the source of the fast solar wind that is known to originate in coronal holes, the question is still largely debated on the origin of the slow solar wind (SSW). The abundance of heavy ions measured in situ provides a precious diagnostic of potential source regions, because the composition is established very low in the solar atmosphere at the interface between the dense chromosphere and the tenuous corona and remains invariant during transport in the collisionless solar wind. The similar composition measured in situ in the SSW and spectroscopically in coronal loops suggests that a significant fraction of the SSW originates as plasma material that was initially trapped along corona loops and subsequently released in the solar wind. The recent observations from the Parker Solar Probe (PSP) mission also provide new insights on the nascent solar wind. A great challenge remains to explain both the composition and bulk properties of the SSW in a self-consistent manner. For this purpose we exploit and develop models with various degrees of complexity. This context constitutes the backbone of this thesis which is structured in four major steps: we begin by presenting a new technique that exploits white-light (WL) observations of the SSW taken from multiple vantage points to constrain global models of the solar atmosphere. We then exploit the first images taken by the Wide-Field Imager for Solar PRobe (WISPR) from inside the solar corona to test our global models at smaller scales because WISPR offers an unprecedented close-up view of the fine structure of streamers and of the nascent SSW. This work provides further evidence for the transient release of plasma trapped in coronal loops into the solar wind that we interpret by exploiting high-resolution magneto-hydro-dynamics (MHD) simulations. Finally we develop and exploit a new multi-species model of coronal loops called the Irap Solar Atmosphere Model (ISAM) to provide an in-depth analysis of the plasma transport mechanisms at play between the chromosphere and the corona. ISAM solves for the coupled transport of the main constituents of the solar wind with minor ions through a comprehensive treatment of collisions as well as partial ionization and radiative cooling/heating mechanisms near the top of the chromosphere. We use this model to study the different mechanisms that can preferentially extract ions according to their first-ionization-potential (FIP), from the chromosphere to the corona. In this process we compare the relative roles of thermal-diffusive effects and the ponderomotive force induced by Alfvén waves in enriching coronal loops with low-FIP elements that could be subsequently expelled in the SSW through the mechanisms discussed in the first part of this thesis
Imagerie de milieux salifères aux échelles crustales et expérimentales par méthodes de migration sismique et méthode de l'adjoint : applications marines
Get PDFLa découverte de structures géologiques salines est une raison économique importante pour l'exploration dans le monde car elles constituent un piège naturel pour diverses ressources. Cependant, l'imagerie de ces structures est un grand défi. En raison des propriétés du sel, dont les vitesses de propagation sont beaucoup plus élevées que celles des strates adjacentes, les ondes sismiques sont piégées dans ces structures, produisant un grand nombre d'artefacts numériques parasites, tels que des multiples. Cela interfère avec le signal sismique primaire, ce qui empêche de voir clairement ce qui se trouve sous les structures salifères. Parmi toutes les méthodes d'exploration géophysique, la méthode de migration par renversement temporel (RTM), qui fait partie des méthodes qui utilisent la résolution de la forme d'onde sismique complète, est un outil d'imagerie très puissant, même dans les régions à géologie complexe. Dans ce travail, nous utilisons la méthode RTM basée sur l'adjoint, qui consiste essentiellement en trois étapes : la solution de l'équation des ondes, la solution de l'équation des ondes adjointe et la condition d'imagerie, qui consiste en la corrélation des champs d'ondes directs et adjoints. Ce travail peut être divisé en deux cas d'étude : le premier cas consiste en un modèle synthétique bidimensionnel d'un dôme de sel, issu de la migration finale d'une étude réelle dans le Golfe du Mexique. Le second cas consiste en un modèle tridimensionnel expérimental (WAVES), élaboré par le laboratoire LMA de Marseille, qui simule une structure saline, structures sédimentaires environnantes, et un socle. Le modèle a été immergé dans l'eau pour recréer un sondage marin réaliste. Deux types de données différents ont été obtenus dans cette expérience : des données à décalage nul et des données à décalage multiple. Pour résoudre l'équation des ondes impliquée dans la méthode RTM basée sur l'adjoint, nous utilisons des différences finies d'ordre 4 dans les deux cas. De plus, dans le second cas, nous avons utilisé le code UniSolver, qui résout la méthode RTM basée sur l'adjoint en utilisant des différences finies d'ordre 4 et un parallélisme basé sur MPI. Nous avons mis en œuvre les équations viscoélastiques pour simuler l'effet de l'atténuation. Pour cette raison, le schéma "Checkpointing" est introduit pour calculer la condition d'imagerie et assurer la stabilité physique et numérique. Dans le premier cas d'étude, nous analysons la reconstruction de l'image du dôme de sel que produisent différents noyaux de sensibilité. Nous calculons ces noyaux en utilisant différentes paramétrisations (densité - vitesse P), ou (densité - constantes de Lamé) pour une rhéologie acoustique. Nous étudions également comment l'utilisation de différents modèles a priori affecte l'image finale en fonction du type de noyau calculé. En utilisant les résultats obtenus en 2D, nous calculons des noyaux synthétiques tridimensionnels en utilisant une rhéologie élastique. Dans le second cas, nous effectuons d'abord une calibration des propriétés du modèle pour des données à décalage nul, et une fois que les données synthétiques et réelles s'ajustent bien, nous calculons les noyaux tridimensionnels. Nous résolvons le problème direct pour le cas à décalage multiple avec et sans effets d'atténuation. Nous comparons les données synthétiques calculées avec des rhéologies élastiques ou viscoélastiques avec les données réelles. Cela permet ainsi de voir l'impact de l'atténuation dans les signaux. Cela ouvrira la voie à de la RTM et des simulations de la forme d'onde complète viscoélastique dans des contextes tectoniques salifères.
Enfin, nous avons implémenté l'algorithme LSRTM pour les données acoustiques synthétiques bidimensionnelles et pour les données viscoélastiques réelles tridimensionnelles, qui est un processus d'inversion itératif, nous avons suivi l'approche du gradient conjugué, en vérifiant que les conditions de Wolfe sont satisfaites.Finding salt geological structures is an important economic reason for exploration in the world because they constitute a natural trap for various resources such as oil, natural gas, water, and also the salt itself can be exploitable. However, the imaging of these structures is a great challenge. Due to the properties of salt, with propagation velocities much higher than the adjacent strata, seismic waves are trapped within these structures, producing a large number of spurious numerical artifacts, such as multiples. This interferes with the primary seismic signal, making it impossible to see clearly what is underneath the salt structures (salt domes for instance). Among all the geophysical exploration methods, the Reverse Time Migration method (RTM), which is part of the methods that solve the complete seismic waveform, is a very powerful imaging tool, even in regions of complex geology. In this work we use the adjoint-based RTM method, which basically consists of three stages: the solution of the wave equation (forward problem), the solution of the adjoint wave equation (adjoint problem), and the imaging condition, which consists in the correlation of the forward and adjoint wavefields. This work can be divided in two cases of study: the first case consists in a two-dimensional synthetic model of a salt dome, taken from the final migration of a real survey in the Gulf of Mexico. The second case consists in an experimental three-dimensional model (WAVES), elaborated by the LMA laboratory in Marseille (France), which simulates a salt structure (with surrounding sedimentary structures), and a basement. The model was immersed in water to recreate a reallistic marine survey. Two different data types were obtained in this experiment: zero-offset and multi-offset data. To compute the adjoint-based RTM method we use fourth-order finite differences in both cases. Furthermore, in the second case we used the UniSolver code, which solves the adjoint-based RTM method using fourth-order finite differences and MPI-based parallelism. It was also necessary to implement the viscoelastic equations to simulate the effect of attenuation. Because of this, the Checkpointing scheme is introduced to calculate the imaging condition and ensures physical and numerical stability in the migration procedure.
In the first case study we analyze the recovery of the salt dome image that different sensitivity kernels produce. We calculate these kernels using different parametrizations (density - P velocity), (density - Lamé constants), or (density - P impedance) for an acoustic rheology. We also study how the use of different a priori models affects the final image depending on the kind of kernel computed. Using the results obtained previously in 2D, we calculate synthetic three-dimensional kernels using an elastic rheology. In the second case (the realistic/experimental case), we perform a calibration of the model properties for zero-offset data, and once the synthetic and real data fit well, we calculate the three-dimensional kernels. We compute the forward problem of the multi-offset data with and without attenuation effects. We compare the synthetic data computed with elastic or viscoelastic rheologies with the real data. This will allow to see the impact of attenuation in the signals. This will pave the way to viscoelastic full waveform in salt tectonic context. Finally, we implemented the Least Squares Reverse Time Migration (LSRTM) algorithm for the two-dimensional acoustic synthetic data and for the 3-dimensional viscoelastic real data, which is an iterative inversion process, we have followed the Conjugated Gradient (CG) approach, checking that Wolfe conditions (convergence and curvature of the misfit functions are satisfied
Exposition aux produits de peroxydation lipidique induits par l'apport nutritionnel de fer héminique des viandes : conséquences sur l'homéostasie intestinale et la susceptibilité aux maladies chroniques chez l'adulte et sa descendance
Get PDFLe fer héminique apporté par les produits carnés a été positivement associé à une augmentation du risque de cancer et de diabète. La surconsommation de produits carnés chez les patients atteints du syndrome de l'intestin irritable (SII) est également suspectée d'exacerber leurs symptômes. Sur le plan mécanistique, l'augmentation du stress oxydant catalysé par le fer héminique dans la lumière colique pourrait être un facteur commun associé à ces pathologies, mais seul le lien entre l'augmentation de la peroxydation lipidique et le risque de cancer colorectal est bien documenté à ce jour : l'effet promoteur des viandes est expliqué en partie par la peroxydation des acides gras polyinsaturés du régime, une réaction catalysée par le fer héminique, médiée en grande partie par le microbiote, et conduisant à la formation d'aldéhydes réactifs cytotoxiques et génotoxiques dans la lumière colique. Ces données résultent d'études conduites chez l'adulte alors que l'impact chez la descendance reste méconnu lorsque celle-ci est exposée en période périnatale, à savoir une fenêtre pendant laquelle, elle est hautement vulnérable au stress oxydant. Dans ce contexte, nous avons émis l'hypothèse que le fer héminique du régime maternel pourrait exposer précocement la descendance à un stress oxydant résultant de la formation de produits de lipoperoxydation, et perturber la maturation puis l'homéostasie de la sphère intestinale à des temps plus tardifs. Plusieurs modèles murins ont été mis en place pour évaluer chez la descendance devenue adulte, l'impact de la forme du fer apporté dans le régime maternel (Citrate de fer ou fer héminique). L'exposition nutritionnelle maternelle au fer héminique a conduit chez la descendance mâle à la perturbation de son écosystème colique caractérisée dès le sevrage par une modification de la composition du microbiote fécal associée à un excès d'aldéhydes réactifs. Ces perturbations sont associées à l'âge adulte à une hyperperméabilité intestinale, une intolérance au glucose ainsi qu'une inflammation de bas grade, rendant cette descendance plus sensible à un stress inflammatoire, sans modifier pour autant, sa susceptibilité à développer des tumeurs dans le contexte d'un modèle AOM-DSS d'initiation de la carcinogenèse colique. Ces travaux de thèse suggèrent qu'un stress oxydant résultant d'un stress nutritionnel maternel pendant la période périnatale prédisposerait à la survenue de pathologies chroniques comme le diabète et que la mise en place de stratégies nutritionnelles préventives pourrait limiter ce risque chez la descendance. Parallèlement, cette thèse a permis de mettre en évidence pour le première fois le rôle des produits de lipoperoxydation réactifs résultants de la consommation chez l'adulte de fer héminique sur la survenue d'une hypersensibilité viscérale et d'un relargage massif de sérotonine et d'histamine en réponse à une distension colorectale caractéristique du SII.Heme iron provided by meat products has been positively associated with an increased risk of cancer and diabetes. Overconsumption of meat products in patients with irritable bowel syndrome (IBS) is also suspected of exacerbating their symptoms. Mechanistically, increased heme iron-catalyzed oxidative stress in the colonic lumen may be a common factor associated with these conditions, but only the link between increased lipid peroxidation and colorectal cancer risk is well documented to date. Indeed, the promotion effect of meat is explained in part by the peroxidation of polyunsaturated fatty acids in the diet, a reaction catalyzed by heme iron, mediated in large part by the microbiota, and leading to the formation of cytotoxic and genotoxic reactive aldehydes in the colonic lumen.
These data result from studies conducted in adults, whereas the impact on the offspring remains unknown when the latter are exposed during the perinatal period, a window during which they are highly vulnerable to oxidative stress. In this context, we hypothesized that heme iron in the maternal diet might expose the offspring early to oxidative stress resulting from the formation of lipoperoxidation products, and disrupt the maturation and homeostasis of the intestinal barrier at later times. Several mouse models have been set up to evaluate the impact of the form of iron provided in the maternal diet (iron citrate or heme iron) on the adult offspring. Maternal nutritional exposure to heme iron led to a disruption of the colonic ecosystem in male offspring, characterized at weaning by a reshape in the composition of the fecal microbiota associated with an excess of reactive aldehydes. These disturbances are associated in adulthood with intestinal hyperpermeability, glucose intolerance and low-grade inflammation, making these offspring more sensitive to inflammatory stress, without altering their susceptibility to develop tumors in the context of an AOM-DSS model of colonic carcinogenesis initiation.
In parallel, this thesis has demonstrated for the first time the role of reactive lipoperoxidation products resulting from the consumption of heme iron in adults on the occurrence of visceral hypersensitivity and a massive release of serotonin and histamine in response to colorectal distension characteristic of IBS
Random dynamics in collective behaviour: consensus, clustering & extinction of populations
Get PDFLe modèle de la chambre d'écho décrit le développement de groupes dans des réseaux sociaux hétérogènes. Par réseau social hétérogène, nous entendons un ensemble d'individus dont chacun représente exactement une opinion. Les relations existantes entre les individus peuvent alors être représentées par un graphique. Le modèle de la chambre d'écho est un modèle discret dans le temps qui, à l'instar d'un jeu de société, se déroule par coups. A chaque tour, une relation existante est sélectionnée de manière aléatoire et uniforme dans le réseau et les deux individus reliés interagissent. Si les opinions des individus concernés sont suffisamment similaires, ils continuent à se rapprocher dans leurs opinions, alors que dans le cas d'opinions trop éloignées, ils rompent leur relation et un des individus cherche une nouvelle relation. Dans ce travail, nous examinons les éléments constitutifs de ce modèle. Nous partons de l'observation que les changements de structure des relations dans le réseau peuvent être décrits par un système de particules en interaction dans un espace plus abstrait. Ces réflexions conduisent à la définition d'un nouveau graphe abstrait qui englobe toutes les configurations relationnelles possibles du réseau social. Cela nous fournit la compréhension géométrique nécessaire pour analyser les composantes dynamiques du modèle de chambre d'écho dans la partie III. Dans un premier temps, dans la partie 7, nous laissons de côté les opinions des individus et supposons que la position des arêtes change à chaque coup comme décrit précédemment, afin d'obtenir une compréhension de base de la dynamique sous-jacente. En utilisant la théorie des chaînes de Markov, nous trouvons des limites supérieures à la vitesse de convergence d'une chaîne de Markov associée vers sa distribution stationnaire unique et montrons qu'il existe des réseaux identifiables entre eux et non apparents dans la dynamique analysée, en ce sens que la distribution stationnaire de la chaîne de Markov associée attribue le même poids à ces réseaux. Dans les cas réversible, nous nous concentrons en particulier sur la forme explicite de la distribution stationnaire ainsi que sur les limites inférieures de la constante de Cheeger pour décrire la vitesse de convergence. Le résultat final de la section 8, basé sur les chaînes de Markov absorbantes, montre que dans une version réduite du modèle de la chambre d'écho, une structure hiérarchique du nombre de relations conflictuelles peut être identifiée. Nous pouvons utiliser cette structure pour déterminer une limite supérieure au temps d'absorption attendu, à l'aide d'une distribution quasi-stationnaire. Cette hiérarchie de la structure constitue également un pont vers les théories classiques des processus de mort pur. Nous concluons en montrant comment les recherches futures peuvent exploiter ce lien et en discutant de l'importance des résultats comme éléments constitutifs d'une compréhension théorique complète du modèle de la chambre d'écho. Enfin, la partie IV présente un article publié consacré au processus de naissance-mort avec catastrophe partielle. L'article repose d'une part, le calcul explicite du premier moment d'une catastrophe. Cette première partie est entièrement basée sur une approche analytique des récurrences du second degré à coefficients linéaires. La convergence vers 0 de la suite résultante ainsi que la vitesse de convergence sont prouvées. D'autre part, la détermination des limites supérieures de la valeur attendue de la taille de la population ainsi que de la variance de celle-ci et de la différence entre la limite supérieure déterminée et la valeur réelle de la valeur attendue. Pour ces résultats, nous utilisons presque exclusivement la théorie des équations différentielles non linéaires ordinaires.The echo chamber model describes the development of groups in heterogeneous social networks. By heterogeneous social network we mean a set of individuals, each of whom represents exactly one opinion. The existing relationships between individuals can then be represented by a graph. The echo chamber model is a time-discrete model which, like a board game, is played in rounds. In each round, an existing relationship is randomly and uniformly selected from the network and the two connected individuals interact. If the opinions of the individuals involved are sufficiently similar, they continue to move closer together in their opinions, whereas in the case of opinions that are too far apart, they break off their relationship and one of the individuals seeks a new relationship. In this paper we examine the building blocks of this model. We start from the observation that changes in the structure of relationships in the network can be described by a system of interacting particles in a more abstract space. These reflections lead to the definition of a new abstract graph that encompasses all possible relational configurations of the social network. This provides us with the geometric understanding necessary to analyse the dynamic components of the echo chamber model in Part III. As a first step, in Part 7, we leave aside the opinions of the inidividuals and assume that the position of the edges changes with each move as described above, in order to obtain a basic understanding of the underlying dynamics. Using Markov chain theory, we find upper bounds on the speed of convergence of an associated Markov chain to its unique stationary distribution and show that there are mutually identifiable networks that are not apparent in the dynamics under analysis, in the sense that the stationary distribution of the associated Markov chain gives equal weight to these networks. In the reversible cases, we focus in particular on the explicit form of the stationary distribution as well as on the lower bounds of the Cheeger constant to describe the convergence speed.
The final result of Section 8, based on absorbing Markov chains, shows that in a reduced version of the echo chamber model, a hierarchical structure of the number of conflicting relations can be identified. We can use this structure to determine an upper bound on the expected absorption time, using a quasi-stationary distribution. This hierarchy of structure also provides a bridge to classical theories of pure death processes. We conclude by showing how future research can exploit this link and by discussing the importance of the results as building blocks for a full theoretical understanding of the echo chamber model. Finally, Part IV presents a published paper on the birth-death process with partial catastrophe. The paper is based on the explicit calculation of the first moment of a catastrophe. This first part is entirely based on an analytical approach to second degree recurrences with linear coefficients. The convergence to 0 of the resulting sequence as well as the speed of convergence are proved. On the other hand, the determination of the upper bounds of the expected value of the population size as well as its variance and the difference between the determined upper bound and the actual value of the expected value. For these results we use almost exclusively the theory of ordinary nonlinear differential equations
Prolongements analytiques et intégrabilité pour la classe d'universalité KPZ avec bords
Get PDFLe processus d'exclusion simple asymétrique (ASEP) est un modèle stochastique dans lequel des particules présentant des interactions de contact se déplacent aléatoirement sur un réseau unidimensionnel. Malgré la simplicité de sa définition, de nombreuses propriétés théoriques telles que le fait qu'il présente un état stationnaire hors-équilibre ou les liens qui le relient à la classe d'universalité KPZ en font un des modèles les plus étudiés en physique statistiques. Il est de plus intégrable par ansatz de Bethe et son état stationnaire peut être calculé explicitement par ansatz matriciel, de sorte qu'il permet de dériver des résultats exacts pour la classe d'universalité KPZ.
Dans cette thèse nous considérons le cas totalement asymétrique (TASEP) du processus avec des conditions aux bords ouvertes. Nous obtenons des expressions exactes pour les premiers états excités d'un opérateur donnant accès aux fluctuations du courant de particules en temps fini dans la limite thermodynamique, pour des régimes du système présentant des propriétés universelles caractéristiques de la classe KPZ. Notre méthode de calcul des états propres du TASEP ouvert est fondée sur le calcul systématique du prolongement analytique d'expressions déjà connues pour l'état stationnaire du processus, obtenue par une généralisation de l'ansatz matriciel. Ces résultats sont ensuite validés et partiellement démontré par l'étude asymptotiques des équations de Bethe du processus.The asymmetric simple exclusion process (ASEP) is a stochastic model featuring particles with contact interactions hopping randomly on a one dimensional lattice. Despite its simplicity, it possesses many interesting theoretical characteristic, as a generically non equilibrium steady state, complex hydrodynamics properties and connections with the KPZ universality class. The fact that it is exactly solvable by various methods makes it a model of choice to further our understanding of out-of-equilibrium statistical physics. If many results are known for the ASEP on a infinite lattice, much less is known for the process in finite volume. In this thesis we consider the totally asymmetric case (TASEP) with open boundary conditions of the process. We obtain exact expressions for the spectral gaps of an operator giving access to the fluctuations of the current of particle in regimes of the model relevant to KPZ universality in the large system size limit. Our derivation of the eigenstates of the TASEP is based on the systematic construction of the analytic continuations of expressions previously known for the ground state of the process, and are validated by Bethe ansatz. Connections are made with existing results for the exclusion process with periodic boundary conditions
Etude épigénomique sur la domestication du cheval à l'aide d'ADN ancien
Get PDFL'émergence du séquençage de nouvelle génération (NGS) au début des années 2000 a été l'une des étapes marquantes dans l'histoire récente de la recherche. Cela a révolutionné non seulement le monde de la biologie moléculaire mais aussi celui des sciences en général, en permettant des avancées tant en archéologie qu'en cancérologie. Muni d'une technologie de séquençage d'ADN à très haut débit, les chercheurs ont pu caractériser des milliers de génomes anciens à ce jour, y compris parmi des lignées aujourd'hui éteintes. Cette avancée technologique majeure a également révélé qu'au-delà des séquences des génomes elles-mêmes, il est possible de recouvrer des marques épigénétiques anciennes à partir des traces ADN préservée dans le matériel archéologique. Cela a permis ainsi d'envisager étudier l'évolution possible des modifications épigénétiques portées par des individus ayant traversé de grands changements dans leurs conditions de vie, comme la domestication pour les animaux. Dans le cadre de ce doctorat, nous avons voulu évaluer et contribuer à résoudre certains des différents verrous technologiques et méthodologiques qui rendent la production d'estimations fiables des marques épigénétiques anciennes particulièrement difficile. Parmi les différentes marques épigénétiques accessibles par l'ADN ancien, nous ne nous sommes concentrés que sur la méthylation de l'ADN présente au niveau des dinucléotides CpG. Les méthodes développées nous ont permis d'aborder la question des modifications épigénétiques qui ont accompagné la domestication du cheval depuis ses origines, il y a environ 5 500 ans, jusqu'à nos jours, période au cours de laquelle plusieurs centaines de races distinctes ont été développées. S'ils ont contribué à améliorer certains aspects de l'inférence épigénétique de données anciennes, nos travaux ont néanmoins révélé des limites à la fois expérimentales et analytiques importantes. Les procédures actuelles permettant l'analyse de données épigénétiques modernes ne se révèlent malheureusement pas toujours compatibles avec l'utilisation de données anciennes. Par ailleurs, ce travail de thèse a donné plusieurs pistes d'améliorations futures concernant notre capacité à manipuler les molécules d'ADN ancien et obtenir des alignements plus fiables sur les génomes de référence.The emergence of Next Generation Sequencing (NGS) in the early 2000s was one of the milestones in the recent history of research. This technology revolutionised not only the world of molecular biology but also that of science in general, allowing advances in both archaeology and cancerology. Using ultra-high-throughput DNA sequencing technology, researchers have characterised thousands of ancient genomes to date, including some now extinct lines. This major technological breakthrough has also revealed that beyond the genome sequences themselves, it is possible to recover ancient epigenetic marks from DNA traces preserved in archaeological material. This made it possible to consider studying the potential evolution of epigenetic modifications carried by individuals who have gone through significant changes in their living conditions, such as domestication for animals. As part of this PhD, we wanted to assess and help resolve some of the various technological and methodological obstacles that make producing reliable estimates of ancient epigenetic marks particularly difficult. Among the various epigenetic marks accessible by ancient DNA, we have only focused on the methylation of DNA present at the level of CpG dinucleotides. The methods developed have enabled us to tackle the question of the epigenetic modifications that have accompanied the domestication of the horse from its origins, around 5,500 years ago, to the present day, a period during which several hundred distinct breeds have been developed. While helping to improve certain aspects of epigenetic inference from ancient data, our work nonetheless revealed significant experimental and analytical limitations. Current procedures for analysing modern epigenetic data are unfortunately not always compatible with the use of ancient data. In addition, this thesis work has provided several avenues for future improvements concerning our ability to manipulate ancient DNA molecules and obtain more reliable alignments on the reference genomes
Corrélats EEG du bien-être et EEG portable
Get PDFAu cours des 30 dernières années, nous avons observé une augmentation progressive du nombre d'individus souffrant d'un trouble mental, soit 450 millions de personnes actuellement, et des disparités d'accès au soin. À l'échelle mondiale, il y a moins d'un professionnel de la santé mentale pour 10 000 personnes, avec 76 à 85 % de la population dans les pays à revenu faible ou intermédiaire sans accès au soin. L'objectif principal de cette thèse est d'identifier de nouvelles méthodes à faible coût pour mesurer, détecter et évaluer le bien-être individuel. Dans une première étude, nous avons tout d'abord validé une échelle multidimensionnelle capable de mesurer rapidement le bien-être à partir de 1 615 participants qui ont participé à un sondage en ligne avant et après une intervention en ligne. Nous avons pu identifier certains prédicteurs du bien-être, et observer des améliorations grâce aux interventions. Sachant que la santé mentale et le bien-être influencent également le développement structurel et fonctionnel du cerveau tout au long de la vie, et réciproquement, il est primordial de mieux comprendre les relations entre le bien-être et le fonctionnement cérébral. Les progrès technologiques récents ont conduit au développement de technologies d'électroencéphalographie (EEG) à bas coût, légères, portables et sans fil qui offrent un temps de préparation rapide, une grande mobilité et qui facilitent la collecte de données EEG sur des populations nombreuses et diversifiées en augmentant l'accès à des populations qui étaient auparavant difficiles à étudier avec des systèmes conventionnels. L'analyse de grands échantillons s'appuyant sur des méthodes statistiques robustes ou des algorithmes avancés de type machine learning peut faciliter l'identification de tendances et du rôle médiateur de covariables, ainsi que la classification des états mentaux. Alors que les systèmes EEG à faible coût et à faible densité ont présenté des défis importants pour la conduite de recherches EEG, nous avons validé ici un système portable pour enregistrer des mesures spectrales pertinentes pour l'étude du bien-être, par comparaison avec un système de pointe (étude 2). Dans l'étude 3, nous avons utilisé les outils validés dans les études 1 et 2 pour examiner la relation entre l'EEG et le bien-être multidimensionnel dans un grand échantillon (N = 353). Nous avons trouvé un marqueur EEG potentiel du bien-être, cohérent avec les résultats de certaines publications sur l'anxiété et la dépression, avec l'âge comme médiateur. Après avoir discuté les résultats et donner les limites de la recherche, des orientations futures (e.g., enregistrement EEG en environnements naturels, études dyadiques ou multimodales, interfaces cerveau-ordinateur, neurofeedback) et leurs implications éthiques sont finalement proposées. Les applications plus larges de cette ligne de recherche contribueront, espérons-le, à réduire la prévalence des troubles mentaux et des disparités d'accès au soin associées, et à améliorer leur prévention dans le monde.Over the last 30 years we have observed dramatic declines in mental health worldwide, with nearly 450 million people currently suffering from a mental or behavioral disorder. Globally, there is less than 1 mental health professional for every 10,000 people, with 76-85% of the population in low and middle-income countries without access to treatment. The overarching aim of this thesis is the identification of novel and cost-effective methods for measuring, detecting, and assessing well-being. In the first study of this research project, we validated the ability of a quick global scale to capture multidimensional well-being on 1,615 participants that participated in an online survey, identified some predictors of well-being, and observed improvements from online interventions. Mental health and individual well-being also influences the structure and function of our brains across the lifespan, which in turn, mediate well-being levels. While progress has been made regarding our understanding of the interacting relationships between well-being and brain function, much is still unknown. Recent technological advances have led to the development of affordable, light-weight, wearable, and wireless electroencephalography (EEG) technologies that offer fast preparation time, high mobility, and that facilitate the collection of EEG data over large and diversified populations by increasing access to populations that were previously difficult to study with conventional systems. The analysis of large datasets with robust statistical methods or advanced machine-learning algorithms can ease the identification of trends, the mediator role of covariables, and the classification of mental states. While low-cost, low-density EEG systems have presented significant challenges for conducting EEG research, here we validated a wearable system for recording spectral measures relevant to the study of well-being, by comparison with a state-of-the-art system (study 2). In study 3, we used the tools validated in studies 1 and 2 to examine the relation between EEG and multidimensional well-being in a large sample (N = 353). We found a potential EEG marker of well-being, consistent with some literature on anxiety and depression, with age as a mediator. We discuss interpretations and limitations related to the studies and the broader field, as well as future directions (e.g., real-world EEG monitoring, dyadic or multimodal applications, brain-computer interfaces, neurofeedback training) and ethical implications for the field. The broader applications of this line of research will hopefully help to reduce the prevalence of mental health disparities worldwide (e.g., chronic stress, anxiety disorder, depression, psychiatric conditions), and will also help to predict and prevent mental illness in the broader population