Laboratoire de Physique Théorique
Thèses en ligne de l'Université Toulouse III - Paul SabatierNot a member yet
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Stabilité asymptotique des fronts d'invasion dans les équations de réaction-diffusion
Get PDFDans les EDP de réaction-diffusion ou dans d'autres équations, on voit parfois apparaître des solutions en translation, appelées fronts, qui peuvent modéliser le déplacement d'une population au cours du temps. Savoir lesquelles de ces solutions sont stables est important, puisque elles attirent les solutions génériques, et décrivent donc leurs propriétés. Dans cette thèse, j'étudie la stabilité asymptotique de fronts monostables dans trois modèles différents, explicites, et possédant chacun leurs particularités. On verra que cette stabilité n'est pas détérioré dans les trois cas suivants : lorsqu'un terme singulier est ajouté ; lorsque une instabilité de Turing apparaît à l'arrière du front ; dans un cadre hyperbolique. L'approche utilisée peut être qualifiée de dynamique, puisque l'argument principal repose sur une formulation de Duhamel et sur une étude spectral au niveau linéaire.In several equations such as reaction-diffusion PDE, propagating solutions called fronts, that may model the evolution of a population over time, sometimes appear. To decide which of this solutions are the stable ones is fundamental, since they attract, and thus describe, generic solutions. In this PhD, I study the asymptotic stability of monostable fronts in three distinct and explicit models, each presenting their own characteristics. We will see that the asymptotic stability of monostable fronts remains in the three following cases: when a singular term is added; when a Turing instability arise behind the front; in a hyperbolic case. The approach that is used can be qualified of dynamical, since the main argument uses a Duhamel formulation and a spectral study at linear level
Apport de la télédétection et des variables auxiliaires dans l'étude de l'évolution des périodes de sécheresse
Get PDFLa surveillance des sécheresses dans les régions arides et semi-arides est cruciale car ses conséquences pour l'agriculture peuvent être dramatiques. Afin d'aider les décideurs à établir de bonnes pratiques de gestion de la ressource en eau et d'atténuation du risque des sécheresses, nous nous intéressons à l'analyse des indices de stress hydriques. À cette fin, un modèle de bilan d'énergie à double source permet, en combinant de l'information satellitaire (température de surface, NDVI, albédo et LAI) et de l'information météorologique (température de l'air, humidité relative de l'air, vitesse du vent et rayonnement global), de simuler l'évapotranspiration ainsi que le stress hydrique. Ces deux variables doivent être fournies d'une façon continue et sur une longue période temporelle pour une analyse adéquate des périodes de sécheresses. Or, les réseaux d'observations météorologiques sont parfois insuffisants (faible densité des sites instrumentés et périodes d'observation courtes et souvent non-concomitantes). Notre premier objectif est alors de simuler des scénarios de différentes variables climatiques afin de les prolonger. Nous avons adapté un générateur de conditions météorologiques "MetGen" qui permet de combler les lacunes présentes sur une période d'observation et de projeter des scénarios sur une période distincte de la période d'observation. MetGen exploite parmi ses co-variables, les données de réanalyses qui fournissent des variables à faible résolution spatiale (environ 31 km), comme source d'information importante. Nous comparons cette méthode avec des méthodes de correction de biais (univariée et multivariée) qui exploitent également les données de réanalyses. Cette approche statistique est validée selon deux volets : l'évaluation de la capacité (1) à bien reproduire les variables météorologiques et (2) à bien restituer les variables de bilan d'énergie. Les analyses, menées avec les données des stations météorologiques du système d'observations, ont permis de valider MetGen sur une période de validation (2011-2016). Nous avons utilisé alors cette méthode afin de simuler des données climatiques sur toute la période d'étude (2000-2019). Cette série ainsi que celle provenant des réanalyses brutes sont utilisées comme forçages climatiques du modèle d'énergie à double source SPARSE, afin de simuler deux indices de stress thermiques SI(SWG) et SI(ERA5) issus du générateur et des réanalyses ERA5 respectivement, à une échelle kilométrique. Ces deux indices sensibles aux anomalies de température de surface, sont comparés avec d'autres indices standardisés issus de différentes longueurs d'onde : le NDVI issu du visible/proche infrarouge, SWI du micro-onde et un indice standardisé de précipitations UPI qui est utilisé comme une référence pour notre analyse. Cette analyse est effectuée en termes de pertinence, de cohérence et de précocité pour la détection d'une sécheresse agronomique. Les deux indices thermiques ont montré des bonnes performances pour la détection du stress, notamment SI(SWG) qui a montré plus de précision et de capacité à détecter le stress hydrique d'une façon précoce. Ces analyses et tous ces approches statistiques sont effectuées au niveau du bassin versant de Merguellil situé au centre de la Tunisie et qui présente un modèle typique des régions semi-arides.In arid and semi-arid areas, water is a major limitation factor for agricultural production. Indeed, these areas are characterized by a short rainy season and strong irregularity in time and space of precipitation events. This induces more frequent annual and intra-seasonal droughts. Evapotranspiration that characterizes plant water use and water stress are needed to better manage water resources and agrosystem health. They both can be simulated by a dual source energy balance model that relies on meteorological variables (air temperature, relative humidity, wind speed and global radiation) and satellite data (surface temperature, NDVI, albedo and LAI). These variables might be simulated for a long period in order to be adequate for drought studies purposes. However, available meteorological observations may often be insufficient to account for the temporal variability present in the study area (sparsity of gauged networks, the lack of long observation periods and the presence of numerous gaps). Our first objective is then to adapt a stochastic weather generator "MetGen" driven by large-scale reanalysis data (about 31 km of spatial resolution) to semi-arid climates and to the sub-daily resolution. MetGen serves to fill in missing data and to provide a temporal extension of multiple meteorological variables. It is compared with two state-of-the-art bias correction methods, univariate and multivariate methods, applied to large-scale reanalysis data. The surrogate series that are either produced by MetGen and the bias correction methods or taken as the un-processed reanalysis data, are evaluated in terms of their ability (1) to reproduce the statistical properties of the meteorological observations and (2) to reproduce energy balance outputs when constrained by observations series. The evaluation of these different statistical methods is performed on a validation period which included the observation period (2011-2016). Then, we used MetGen and the unprocessed reanalyses data to generate meteorological data during the whole study period (2000-2019). These surrogate series are used therefore to constrain the dual-source model Soil Plant Atmosphere and Remote Evapotranspiration (SPARSE) in order to simulate water stress indices SI(SWG) and SI(ERA5) from MetGen and ERA5 reanalyses successively. Stress index anomalies retrieved from SPARSE are then compared to anomalies in other wave lengths in order to assess their consistency, reliability and capacity to detect incipient water stress and early droughts at the kilometer resolution. Those are the root zone soil moisture at low resolution derived from the microwave domain, active vegetation fraction cover deduced from NDVI time series and a uniformized precipitation index UPI as a reference for these analyses. Both thermal stress indices show a good performance to detect water status, especially using SI(SWG) which show more precision and ability to identify incipient water stress. Our analyses are carried on in the Kairouan area in central Tunisia which is subject to semi-arid climate
Étude de l'usinage par jet d'eau abrasif de pièces multimatériaux de moteur d'aéronefs en vue de leur réparation
No full textLe procédé d'usinage par jet d'eau abrasif (JEA) a récemment été considéré par les constructeurs aéronautiques comme une technique alternative à l'usinage conventionnel pour les applications de réparation de structures composites ou hybrides. En effet, ce procédé d'enlèvement de matière présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes conventionnelles lorsqu'on considère des matériaux avancés. Pour des raisons à la fois économiques et écologiques, Safran Aircraft Engines, en collaboration avec l'Institut Clément Ader, propose d'utiliser l'usinage JEA pour réparer les aubes de soufflante de ses moteurs LEAP (Leading Edge Aviation Propulsion), composées d'un Polymère Renforcé de Fibres de Carbone (PRFC) tissées en 3D et de l'alliage de titane Ti6Al4V. Ce procédé représente une alternative pertinente à l'usinage chimique actuellement employé dans l'industrie aéronautique. Compte tenu des réglementations de maintenance strictes établies par les agences gouvernementales, telles que l'Agence Européenne de la Sécurité Aérienne (AESA), les connaissances sur de nombreux aspects du processus d'usinage JEA sont actuellement trop limitées pour pouvoir utiliser ce procédé de manière fiable à une échelle industrielle. Dans ce contexte, ce travail de thèse s'est porté sur trois principaux thèmes. Dans un premier temps, l'influence des paramètres d'usinage par JEA sur l'enlèvement de matière et la qualité de surface (défauts, contamination...) du PRFC tissé 3D et de l'alliage de titane Ti6Al4V est étudiée. Le critère de qualité de surface appelé volume de cratère (Cv), basé sur la quantification des défauts en forme de cratère induits par les particules abrasives, s'avère adapté pour décrire les surfaces générées par usinage JEA. Une étude approfondie a également été réalisée sur la quantification de la contamination de surface par les grains d'abrasif lors de l'usinage du Ti6Al4V. Dans le but de réduire ce taux de contamination sans modification de la qualité de surface des éprouvettes, une solution basée sur l'utilisation de jet d'eau pure (sans abrasif) a été proposée. Dans un second temps, l'effet des défauts induits par l'usinage JEA sur le comportement mécanique en statique (traction) et en fatigue (traction-traction) des éprouvettes texturées est investigué. De bonnes corrélations sont établies entre la qualité de surface décrite par le critère Cv et la résistance à rupture en traction et la limite d'endurance. Les scénarios d'endommagement des éprouvettes sont analysés grâce à une multi-instrumentation des essais (corrélation d'images numériques, thermographie, tomographie aux rayons X, émission acoustique). Enfin, l'influence de la texturation de surface par JEA sur les propriétés adhésives des assemblages PRFC/PRFC est étudiée via des essais DCB (Double Cantilever Beam). Une fois de plus, le volume du cratère est un indicateur approprié pour corréler la qualité de surface des adhérents et les propriétés adhésives des assemblages. De plus, tous les assemblages dont les surfaces ont été préparées par texturation JEA possèdent un meilleur taux de libération d'énergie critique en mode I (GIc) que ceux préparés par sablage comme cela est habituellement fait dans le contexte industriel. Les résultats de ces travaux confirment l'efficacité du procédé d'usinage JEA pour des opérations de réparation dans l'industrie aéronautique.Abrasive Water Jet (AWJ) machining process has been recently considered by the aviation manufacturers as an alternative to conventional machining for the repair of composites or hybrid structures. The material removal by AWJ presents many advantages over the conventional process, particularly when advanced materials are considered. For economic and ecological reasons, Safran Aircraft Engines, jointly with Clément Ader Institute, proposes the use of AWJ process to repair the fan blades of the Leading Edge Aviation Propulsion engines (LEAP), made of 3D woven Carbon Fibre Reinforced Polymer composite (CFRP) and titanium alloy Ti6Al4V. AWJ is suitable alternative to the chemical machining currently used in the aviation industry. Given the stringent regulations established by government agencies regarding maintenance, such as the European Aviation Safety Agency (EASA), the current scarce knowledge on many aspects of AWJ machining needs to be expanded to promote its industrialization. In this context, this PhD work focuses on three main topics. Firstly, the influence of the AWJ machining parameters on the material removal and the surface quality of 3D woven CFRP and Ti6Al4V is studied. The innovative surface quality criterion called crater volume (Cv), which is based on the quantification of the defects in form of crater induced by the abrasive particles, has been proven to properly describe the surfaces generated by the AWJ during milling. The thesis also focuses on the quantification of surface contamination by abrasive grits when milling Ti6Al4V. In order to reduce the contamination rate without modifying the surface quality of the specimens, a solution based on Plain Water Jet (PWJ - without abrasive) has been proposed. Secondly, the effect of the AWJ induced defects on the mechanical behaviour of textured specimens is investigated. A good correlation between the Cv criterion and both tensile strength and endurance limit is established. The damage mechanisms of the specimens are analysed using different instrumentation techniques. Thirdly, the influence of the textured surfaces by AWJ process on the adhesive properties of CFRP/CFRP assemblies is evaluated via Double Cantilever Beam tests. Again, the crater volume is found to be a suitable indicator to correlate the surface quality of the adherends and the adhesive properties of the assemblies. Further, all bonded assemblies whose surfaces have been prepared by AWJ texturing have a better critical energy release rate in mode I (GIc) than those prepared by sanding as usually done in industry. The results of this work confirms the suitability of AWJ machining process to perform repair operations in the aviation industry
Source plasma pour l'analyse chimique de liquides dans le domaine agroalimentaire
Get PDFD'après le ministère de l'Agriculture, de l'Agroalimentaire et de la Forêt (MAAF), les industries agroalimentaires qui regroupent les secteurs de l'industrie alimentaire et de la fabrication de boissons, représentent environ 690 000 salariés dans 85 000 entreprises de transformation ou de commerce de gros. En 2012, la fabrication de boissons a notamment généré 23 % de la valeur ajoutée des industries de transformation alimentaire. Au niveau européen, la France occupe la première place en termes de chiffre d'affaires dans l'industrie des boissons et le commerce de gros (produits agricoles bruts et animaux vivants) et est également le premier exportateur extracommunautaire des pays de l'Union Européenne avec 30 % des ventes européennes de boissons vers les pays tiers. Au niveau régional, l'Occitanie est un territoire riche en produits du terroir issus de l'agriculture, dont les fromages, la production laitière, la viande, ou encore le vin forme une liste non-exhaustive de spécialités. Dans ce contexte que ce soit au niveau européen, national ou régional, l'industrie de la fabrication des boissons à l'image de l'industrie alimentaire est continuellement à la recherche de nouvelles technologies pour améliorer le contrôle de la qualité de ses produits. Avec l'exemple du vin en Occitanie, la concentration en sulfite, l'élaboration de vin bio, la concentration en pesticide et en métaux lourd, mais aussi la contrefaçon de vin sont autant de thèmes au centre de l'attention. Parmi les technologies disponibles, la technologie par plasma a fait la démonstration de son potentiel dans le domaine de la chimie analytique. On peut citer par exemple l'analyse par ICP (Inductively Coupled Plasma) où l'échantillon peut être mis en solution, puis la préparation est introduite par vaporisation au sein du plasma d'argon à très haute température. L'excitation thermique, engendre alors des phénomènes d'ionisation et de séparation des éléments constitutifs de l'échantillon, ce qui permet de les détecter et de les caractériser. Dans ce travail de thèse, un plasma hors-équilibre (plasma micro-onde à pression atmosphérique) est étudié puis couplé un à spectromètre de masse à temps de vol pour de l'analyse élémentaire d'échantillon liquide. Les travaux concernent : La caractérisation physique de la source par spectroscopie optique : identification des espèces excitées par imagerie iCCD et spectroscopie optique, calcul des températures (excitation, rotationnel, gaz), calcul de la densité électronique. Les caractéristiques physiques sont étudiées en fonction de la puissance et du débit. L'analyse chimique par spectrométrie de masse : modification de la source, optimisation de l'interface spectromètre de masse/plasma, tracée de courbe de calibration et calcul de la limite de détection de quelques éléments d'intérêt. Une ouverture vers l'analyse de vin.According to the Ministry of Agriculture, Food and Forestry (MAAF), the food industries, which include the food processing and beverage manufacturing sectors, represent approximately 690,000 employees in 85,000 processing or wholesale companies. In 2012, beverage manufacturing generated 23% of the value added of food processing industries. At the European level, France ranks first in terms of turnover in the beverage industry and wholesale trade (raw agricultural products and live animals) and is also the leading extra-EU exporter of European Union countries with 30% of European beverage sales to third countries. At the regional level, Occitania is a territory rich in local agricultural products, of which cheeses, dairy products, meat and wine are just a few of the specialties.
In this context, whether at the European, national or regional level, the beverage manufacturing industry, like the food industry, is constantly looking for new technologies to improve the quality control of its products. With the example of wine in Occitania, the concentration of sulfite, the elaboration of organic wine, the concentration of pesticides and heavy metals, but also the counterfeiting of wine are all themes at the center of attention. Among the available technologies, plasma technology has demonstrated its potential in the field of analytical chemistry. One example is the ICP (Inductively Coupled Plasma) analysis where the sample can be put into solution and then the preparation is introduced by vaporization into the argon plasma at very high temperature. The thermal excitation, then generates ionization and separation of the elements constituting the sample, which allows to detect and characterize them. In this thesis, an out-of-equilibrium plasma (microwave plasma at atmospheric pressure) is studied and coupled to a time-of-flight mass spectrometer for elemental analysis of liquid samples. The work concerns: -The physical characterization of the source by optical spectroscopy: identification of excited species by iCCD imaging and optical spectroscopy, calculation of temperatures (excitation, rotational, gas), calculation of the electron density. Physical characteristics are studied as a function of power and flow rate. - Chemical analysis by mass spectrometry: modification of the source, optimization of the mass spectrometer/plasma interface, calibration curve and calculation of the detection limit of some elements of interest. - An opening towards wine analysis
Modélisation de l'indice de sévérité du trouble de la parole à l'aide de méthodes d'apprentissage profond : d'une modélisation à partir de quelques exemples à un apprentissage auto-supervisé via une mesure entropique
Get PDFLes personnes atteintes de cancers des voies aérodigestives supérieures présentent des difficultés de prononciation après des chirurgies ou des radiothérapies. Il est important pour le praticien de pouvoir disposer d'une mesure reflétant la sévérité de la parole. Pour produire cette mesure, il est communément pratiqué une étude perceptive qui rassemble un groupe de cinq à six experts cliniques. Ce procédé limite l'usage de cette évaluation en pratique. Ainsi, la création d'une mesure automatique, semblable à l'indice de sévérité, permettrait un meilleur suivi des patients en facilitant son obtention. Pour réaliser une telle mesure, nous nous sommes appuyés sur une tâche de lecture, classiquement réalisée. Nous avons utilisé les enregistrements du corpus C2SI-RUGBI qui rassemble plus de 100 personnes. Ce corpus représente environ une heure d'enregistrement pour modéliser l'indice de sévérité. Dans ce travail de doctorat, une revue des méthodes de l'état de l'art sur la reconnaissance de la parole, des émotions et du locuteur utilisant peu de données a été entreprise. Nous avons ensuite essayé de modéliser la sévérité à l'aide d'apprentissage par transfert et par apprentissage profond. Les résultats étant non utilisables, nous nous sommes tourné sur les techniques dites "few shot" (apprentissage à partir de quelques exemples seulement). Ainsi, après de premiers essais prometteurs sur la reconnaissance de phonèmes, nous avons obtenu des résultats prometteurs pour catégoriser la sévérité des patients. Néanmoins, l'exploitation de ces résultats pour une application médicale demanderait des améliorations.
Nous avons donc réalisé des projections des données de notre corpus. Comme certaines tranches de scores étaient séparables à l'aide de paramètres acoustiques, nous avons proposé une nouvelle méthode de mesure entropique. Celle-ci est fondée sur des représentations de la parole autoapprise sur le corpus Librispeech : le modèle PASE+, qui est inspiré de l'Inception Score (généralement utilisé en image pour évaluer la qualité des images générées par les modèles). Notre méthode nous permet de produire un score semblable à l'indice de sévérité avec une corrélation de Spearman de 0,87 sur la tâche de lecture du corpus cancer. L'avantage de notre approche est qu'elle ne nécessite pas des données du corpus C2SI-RUGBI pour l'apprentissage. Ainsi, nous pouvons utiliser l'entièreté du corpus pour l'évaluation de notre système. La qualité de nos résultats nous a permis d'envisager une utilisation en milieu clinique à travers une application sur tablette : des tests sont d'ailleurs en cours à l'hôpital Larrey de Toulouse.People with head and neck cancers have speech difficulties after surgery or radiation therapy. It is important for health practitioners to have a measure that reflects the severity of speech. To produce this measure, a perceptual study is commonly performed with a group of five to six clinical experts. This process limits the use of this assessment in practice. Thus, the creation of an automatic measure, similar to the severity index, would allow a better follow-up of the patients by facilitating its obtaining.
To realise such a measure, we relied on a reading task, classically performed. We used the recordings of the C2SI-RUGBI corpus, which includes more than 100 people. This corpus represents about one hour of recording to model the severity index. In this PhD work, a review of state-of-the-art methods on speech, emotion and speaker recognition using little data was undertaken. We then attempted to model severity using transfer learning and deep learning. Since the results were not usable, we turned to the so-called "few shot" techniques (learning from only a few examples). Thus, after promising first attempts at phoneme recognition, we obtained promising results for categorising the severity of patients. Nevertheless, the exploitation of these results for a medical application would require improvements.
We therefore performed projections of the data from our corpus. As some score slices were separable using acoustic parameters, we proposed a new entropic measurement method. This one is based on self-supervised speech representations on the Librispeech corpus: the PASE+ model, which is inspired by the Inception Score (generally used in image processing to evaluate the quality of images generated by models). Our method allows us to produce a score similar to the severity index with a Spearman correlation of 0.87 on the reading task of the cancer corpus. The advantage of our approach is that it does not require data from the C2SI-RUGBI corpus for training. Thus, we can use the whole corpus for the evaluation of our system. The quality of our results has allowed us to consider a use in a clinical environment through an application on a tablet: tests are underway at the Larrey Hospital in Toulouse
Lipase hormono-sensible nucléaire et signalisation TGFbeta de l'adipocyte
No full textLe travail présenté dans cette thèse de doctorat s'intéresse à l'adipocyte, la cellule prototypique du tissu adipeux spécialisée dans le métabolisme. Mon travail de thèse a d'abord été dédié au développement et à l'utilisation de modèles de culture d'adipocytes. Une revue publiée détaille les modèles d'études in vitro permettant l'étude de la biologie de l'adipocyte. Elle délimite les avantages et inconvénients des différentes techniques de maintien en survie d'adipocytes ex vivo et des modèles de culture cellulaire de progéniteurs. Cependant, ceux-ci ne récapitulent à l'heure actuelle que partiellement le phénotype de l'adipocyte mature retrouvé in vivo. Un premier objectif de ma thèse a été dès lors de développer un modèle de culture de progéniteurs adipocytaires murins en 3D, dans le but de favoriser leur différenciation en comparaison des cultures conventionnelles en 2D. Dans ces cultures de sphéroïdes, nous obtenons des adipocytes au phénotype plus mature, comme en témoigne la formation d'une gouttelette lipidique uniloculaire et une augmentation de l'expression génique des différents marqueurs de l'adipocyte mature. Ces travaux ont été inclus dans une publication commune avec des chercheurs du Karolinska Institute de Stockholm, qui ont développé un modèle similaire à partir de progéniteurs humains. Le principal objectif de mes travaux de thèse a eu pour but de caractériser un nouveau rôle de la lipase hormono-sensible (LHS) dans le contrôle du phénotype et du métabolisme de l'adipocyte. Cette lipase a initialement été identifiée comme enzyme catalysant l'hydrolyse des triglycérides adipocytaires, une voie catabolique appelée lipolyse. Mes travaux de thèse ont eu pour but d'explorer de nouveaux rôles non enzymatiques de la LHS. Nous montrons ainsi que la LHS se localise au noyau de l'adipocyte, ce qui n'avait encore jamais été rapporté. Dans cet organite, la LHS participe au contrôle du programme transcriptionnel contrôlé par la voie TGFbeta. Dans l'adipocyte, la voie TGFbeta assure un tonus inhibiteur de la biogenèse mitochondriale et du métabolisme oxydatif, en inhibant notamment l'expression de PGC-1alpha, un co-activateur clé de ces phénomènes. A l'inverse, cette voie est aussi responsable d'une régulation positive sur la production de matrice extracellulaire. La voie TGFbeta est ainsi centrale dans le contrôle d'une homéostasie de l'adipocyte entre gènes contrôlant l'activité métabolique mitochondriale et gènes assurant la production de matrice extracellulaire. Nos travaux mettent en lumière la LHS comme pierre angulaire de ce contrôle. D'un point de vue mécanistique, la LHS interagit physiquement avec le facteur de transcription SMAD3, contrôlé par la voie TGFbeta, formant un complexe non canonique et spécifique de l'adipocyte. Le complexe LHS/SMAD3 favorise la transcription des gènes de la matrice extracellulaire. Nous montrons que l'inhibition tonique de l'expression de PGC-1alpha requiert en plus l'association d'un autre partenaire, SFPQ, facteur de transcription et protéine de liaison à l'ARN. La formation et la translocation nucléaire du complexe LHS/SMAD3 sont induites par une stimulation TGFbeta, alors que les phénomènes inverses sont favorisés suite à la phosphorylation de la LHS par la PKA en réponse à un stimulus lipolytique, induisant la translocation de la lipase à la gouttelette lipidique. Les mouvements subcellulaires de la LHS vont ainsi permettre un couplage entre la libération d'acides gras, par sa fonction d'enzyme cytosolique, et le contrôle de leur utilisation, par son rôle nucléaire inhibant le métabolisme oxydatif. Nous mettons en évidence une accumulation de LHS dans le noyau de l'adipocyte au cours de l'obésité chez la souris. Ce phénomène pourrait participer à la pathogenèse de l'obésité et de la résistance à l'action de l'insuline, caractérisées par une augmentation de la signalisation TGFbeta dans le tissu adipeux et des défauts de métabolisme adipocytaire.The work presented in the PhD thesis focuses on the adipocyte, the prototypical cell type of adipose tissue specialized in metabolism. My thesis work was first devoted to the development and use of adipocyte culture models. A published review article details the in vitro models to investigate adipocyte biology. It delineates the pros and cons of ex vivo mature adipocyte cultures and progenitor cell culture models. These models do not fully recapitulate the phenotype of mature adipocytes in an in vivo context. The first objective of my PhD was to develop 3D cultures of murine adipocyte native progenitors in order to achieve higher differentiation than conventional existing 2D cultures. In this spheroid culture, we obtained adipocytes displaying a more mature phenotype, as shown by the formation of unilocular lipid droplets along with increased gene expression of mature adipocyte markers. This work was included in a joint publication with scientists at the Karolinska Institute of Stockholm who developed a similar technique using human progenitors. The main research project during the PhD thesis has been the characterization of a new role of hormone-sensitive lipase (HSL) in the control of adipocyte phenotype and metabolism. This lipase has initially been identified as an enzyme catalyzing the hydrolysis of adipocyte triacylglycerol, a catalytic pathway named lipolysis. I investigated non enzymatic roles of HSL. We revealed the presence of HSL in adipocyte nucleus, a feature never reported. In this organelle, HSL participates to a transcriptional program controlled by the TGFbeta signaling pathway. In adipocytes, TGFbeta signaling was shown to promote tonic inhibition of mitochondrial biogenesis and oxidative metabolism, through repression of the expression of PGC-1alpha, a master transcriptional co-activator. Oppositely, this pathway exerts a positive regulation on extracellular matrix production. The TGFbeta signaling hence plays a central role in the control of adipocyte homeostasis between genes controlling mitochondrial metabolic activity and genes responsible for extracellular matrix deposition. Our work positions HSL as a cornerstone in this control. At the mechanistic level, HSL physically interacts with the TGFbeta-activated transcription factor SMAD3 through constitution of a cell-specific non-canonical complex. The HSL/SMAD3 complex facilitates the transcription of extracellular matrix genes. We show that tonic inhibition of PGC-1alpha expression requires an additional partner, the transcription factor and RNA-binding protein SFPQ. HSL/SMAD3 complex formation and nuclear translocation are induced in response to TGFbeta, whereas the opposite occurs following protein kinase A-mediated phosphorylation of HSL in response to lipolytic stimuli with HSL shuttling from the nucleus to the lipid droplet. The shuttling of HSL between different cellular compartments ensures coupling of fatty acid mobilization, through its cytosolic lipase function, with control of their utilization, through its nuclear role in inhibiting oxidative metabolism. In obese mice, HSL accumulates in adipocyte nuclei. This phenomenon might contribute to the pathogenesis of obesity and insulin resistance, characterized by increased adipose tissue TGFbeta signaling and defective adipocyte metabolism
Vers l'amélioration des prévisions de brouillard grâce à la synergie instrumentale entre radars à nuages et radiomètres micro-ondes
Get PDFLe brouillard - une réduction de la visibilité à la surface due à la présence de gouttelettes d'eau liquide ou de cristaux de glace - peut causer d'importantes perturbations dans les transports entraînant de fortes répercussions humaines et économiques. Cependant, le brouillard est encore mal prévu, même par les modèles modernes de prévision numérique du temps (PNT) à haute résolution. L'une des façons d'améliorer la prévision du brouillard est de disposer de conditions initiales de l’état de l’atmosphère plus précises dans les modèles de PNT. Une nouvelle génération de radars à nuages à 95 GHz offre la possibilité de mieux observer les propriétés microphysiques du brouillard et leurs données pourraient être assimilées pour améliorer les conditions initiales des modèles de PNT. Une méthode répandue d’assimilation de données de nouveaux instruments consiste à effectuer une étape intermédiaire permettant d’inverser les variables atmosphériques d’intérêt à partir des observations, avant d'assimiler les profils restitués directement dans le modèle. L’inversion de profils de contenu en eau liquide (LWC) à partir des réflectivités radar est toutefois un problème sous-contraint. Cependant, les observations complémentaires de radiomètres micro-ondes au sol peuvent aider à mieux contraindre cette étape de restitution. En effet, ces instruments sont sensibles au contenu intégré en eau liquide sur toute la colonne atmosphérique mais informent aussi sur les profils de température et d'humidité, qui sont également des variables clés pour déterminer la capacité de saturation de la couche de brouillard. L'objectif principal de cette thèse est donc de tirer profit de la synergie instrumentale des deux capteurs en combinant de manière optimale les observations de radars à nuages et de radiomètres micro-ondes dans un même algorithme d’inversion, afin d'obtenir des profils équilibrés de température, d'humidité et de LWC en conditions de brouillard qui, si assimilés dans un modèle de PNT, pourraient permettre d'améliorer à terme les prévisions de brouillard. Pour cela, un schéma d'assimilation de données variationnel unidimensionnel (1D-Var) a été choisi pour combiner les observations du radar à nuages et du radiomètre micro-onde avec les prévisions à court terme du modèle de PNT AROME. Tout d'abord, pour préparer les inversions 1D-Var, une analyse d'erreur est menée sur le modèle AROME pendant des événements de brouillard observés sur le site instrumental du SIRTA près de Paris. De fortes erreurs spatio-temporelles ont été observées dans les prévisions de brouillard du modèle AROME ce qui a conduit à appliquer une méthode de correction, appelée méthode du profil le plus ressemblant (MRP), permettant la sélection de profils AROME plus proches de l’observation afin de mieux contraindre les inversions 1D-Var. Ensuite, les développements effectués pour la mise en place de l'algorithme d’inversion 1D-Var qui permet de restituer les profils de température, humidité et d’eau liquide sont présentés. L'algorithme est d'abord testé sur un ensemble de données synthétiques afin d'évaluer les restitutions dans des conditions idéales puis est ensuite appliqué aux données réelles provenant de la récente campagne de terrain SOFOG-3D, en utilisant des mesures sous ballon captif de LWC comme moyen validation. La capacité de l'algorithme à restituer les profils de LWC, de température et d'humidité dans des conditions de brouillard avec une bonne précision est ainsi démontrée. Les améliorations potentielles des prévisions de brouillard grâce à une meilleure initialisation des modèles de PNT sont ensuite discutées, ainsi que les futurs développements qui pourraient amener à une amélioration des restitutions proposées.Fog- the reduction in visibility at the surface due to water droplets or ice crystals- can cause significant disruption to transportation, resulting in both human and economic costs. However, fog is badly predicted by even modern high resolution numerical weather prediction (NWP) models. One way in which fog forecasting may be improved is through more accurate initial model conditions. A new generation of 95 GHz cloud radars, presents the possibility of observing fog properties that could be assimilated to improve initial conditions of NWP models. A common data assimilation strategy for new instruments is to perform an intermediate step by making a retrieval of the atmospheric variables from the observations, before then attempting to assimilate these retrieved variables into a NWP model. The retrieval of liquid LWC profiles from radar reflectivity alone is an under-determined problem, something which ground-based microwave radiometer observations can help to constrain. In fact, ground-based microwave radiometers are sensitive to the integrated liquid water contentthrough the whole atmosphere but also to temperature and humidity profiles, which are also key variables to determine the saturation capability of the fog layer. The main aim of this thesis is thus to optimally combine cloud radar and microwave radiometer observations in a synergistic retrieval algorithm, in order to obtain physically consistent retrievals of temperature, humidity and LWC profiles during fog conditions, which, when assimilated into a NWP model, could result in improved fog forecasts. To that end, a one dimensional variational data assimilation scheme (1D-Var) has been chosen to combine the cloud radar and microwave radiometer observations with short-term-forecasts from the NWP model AROME. Firstly, to prepare for the 1D-Var retrievals, an error analysis is conducted on the AROME model during fog events at the SIRTA observation site near Paris. Significant spatio-temporal fog prediction errors were found, which led to a correction method, termed the most resembling profile (MRP) method, for the selection of more appropriate model profiles to be constrain the 1D-Var retrievals. Secondly, developments to the 1D-Var algorithm which allow the retrieval of temperature, humidity and LWC together are presented. The algorithm is firstly tested on a synthetic dataset in order to evaluate the developed algorithm in idealised conditions. It is then evaluated with real data from the recent field campaign SOFOG-3D, where LWC measurements made from a tethered balloon platform were used for validation. The capability of the algorithm to retrieve LWC, temperature and humidity profiles during fog conditions with a good accuracy is demonstrated. The potential benefit to fog forecasts through improved initial model conditions is then discussed alongside future developments which could further improve the retrieval accuracy of the developed algorithm
Hydrogels macro et supramoléculaires photo-stimulables dans le visible
Get PDFLes cellules dans l'organisme subissent des forces mécaniques, exercées par leur environnement, qui sont à l'origine de certains processus cellulaires. Ainsi, l'étude des relations étroites qui lient comportements cellulaires et contraintes mécaniques est aujourd'hui au cœur de la compréhension de nombreux phénomènes biologiques.
Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la conception et l'étude d'hydrogels photo-stimulables pouvant appliquer des contraintes sur des échantillons de tissus biologiques. Ces gels sont formés à partir de trois briques de construction, un polymère porteur d'un azobenzène tétrafluoré sensible à la lumière visible, un dérivé de ß-cyclodextrine et un polymère portant plusieurs fonctions mercapto. Ces briques sont liées par deux types de réseaux, un chimique et un physique. Le réseau chimique est formé par addition de Michael entre les thiols et les maléimides, portés par le polymère et le dérivé de cyclodextrine. Il permet au gel de posséder des propriétés mécaniques similaires à celles de l'environnement des cellules. Le réseau physique a pour rôle d'assurer le caractère photo-stimulable du matériau final par l'intermédiaire d'un complexe photo-sensible engageant l'azobenzène tétrafluoré et la ß-cyclodextrine. Le travail s'articule en trois parties. La première concerne le choix de l'azobenzène stimulable dans le visible et la caractérisation de ses propriétés et de sa complexation avec la ß-cyclodextrine, en fonction de son état d'isomérisation. La deuxième partie expose la synthèse des gels à partir des briques de construction et son optimisation, en faisant appel aux plans d'expériences. Les propriétés mécaniques de ces hydrogels et leur réponse à la lumière sont mesurées par microscopie à force atomique et par des essais de compression. La troisième partie décrit l'utilisation de ces gels en présence d'échantillons biologiques, mettant ainsi en lumière ses applications possibles en tant que support de culture cellulaire ou tissulaire. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre du projet Gellight financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR).In biological environment, cells are interacting with their surroundings, the properties of which strongly influence cells behaviour. Nowadays, studying the relationship between mechanical stress and cell fate is the key to understand many biological phenomena. The objective of the presented work is the design of a photosensitive hydrogel which could be used as a display to study biological samples upon mechanical constraints. The hydrogels are made of three building blocks, a tetrafluoro-azobenzene-bearing polymer, sensitive to visible light, a ß-cyclodextrin derivative and a thiol-bearing polymer. They are composed of one chemical network and one physical network. The chemical network is yielded by thiol-maleimide Michael addition using maleimide groups grafted on the polymer and on the ß-cyclodextrin derivative. It gives the gel mechanical properties closed to the ones of cell environment. The physical network gives photo-responsive properties to the hydrogel, using the photoswitchable tetrafluoro-azobenzene/ ß-cyclodextrin complex. This work is structured in three main parts. First part focuses on the characterization of two visible-responsive azobenzenes and their inclusion complexes with ß-cyclodextrin. The second part deals with the synthesis of the hydrogels from building blocks and the optimization of the formulation using design of experiment. Mechanical and photochemical properties of the hydrogels are assessed by atomic force microscopy and compression testing. The last part describes the use of the hydrogels with biological samples, shading light on their applications as supports for cellular or tissular culture. This work has been executed in the framework of the Gellight project financed by the national Agency of Research (ANR)
Synthèse sur surface des nanostructures organiques fonctionnelles
No full textL'électronique est toujours en quête de miniaturisation des dispositifs électroniques existants pour améliorer leur efficacité. Les coûts de fabrication pour réduire leur taille des circuits à base de silicium en dessous de 10 nm étant aujourd'hui irréalisables pour les entreprises. Pour surmonter cette limitation, d'autres matériaux sont actuellement développés pour fabriquer des circuits électroniques équivalents avec des dimensions plus petites. Dans ce contexte, la synthèse sur surface (OSS) est une technique de fabrication ascendante basée sur la réaction de molécules pour obtenir une structure organique bien définie. La précision atomique de l'OSS permet de créer des molecules organiques fonctionnelles pour les dispositifs d'électronique moléculaire. Les techniques de microscopie à sonde locale sont les techniques de microscopie les plus couramment utilisées pour analyser les structures synthétisées sur la surface. Dans cette thèse, nous présentons la synthèse par OSS et la caractérisation par des techniques de microscopie à effect tunnel (STM) et spectroscopie à effet tunnel (STS) des nanostructures organiques fonctionnelles. La phtalocyanine de manganèse (MnPc) synthétisée comprend dans le cycle phtalocyanine quatre groupements de diaryléthylène (DAE). Le DAE est un groupe optiquement actif. Ce complexe organométallique incluant des groups optiquement actifs et le Mn dans sa structure pourrait fonctionner comme un transducteur magnéto-optique. Nous avons réussi à induire des commutations réversibles avec la pointe STM entre les configurations ouvertes et fermées assignees de la fraction DAE. Les autres structures organiques synthétisées par OSS étudiées dans cette thèse sont des nanorubans de graphène chiral (ch- GNRs) sur Ag(001). En combinant les techniques STM et STS, nous avons étudié l'évolution de la structure électronique des ch-GNRs en fonction de leur largeur et de leur longueur. Enfin, nous avons évalué l'adéquation du système ch-GNR/MgO monocouche/Ag(001) comme transistor moléculaire polarisé en spin.The improvement of electronic device efficiency is currently based on the miniaturization of existing electronic devices. The manufacturing costs of reducing the size of semiconductor based circuits below 10 nm is unfeasible for companies. To overcome this limitation, other materials are currently being developed to fabricate equivalent electronic circuits with smaller dimensions. In this context, on-surface synthesis (OSS) is a bottom-up manufacturing technique based on the reaction of molecules to achieve a well-defined organic structure. The atomic precision of OSS allows to create functional organic molecules for molecular electronic devices. Scanning probe microscopy techniques are the most common microscopy techniques used to analyze on-surface synthesized structures. In this thesis, we present the synthesis by OSS and characterization by scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) techniques of functional nanostructures. The synthesized manganese phthalocyanine (MnPc) includes in the phthalocyanine ring four diarylethylene moieties (DAE). The DAE moiety is an optically active group. This organo-metallic complex with optically active groups and the Mn in its structure could work as a magneto-optical transducer. We have successfully induced reversible switches with the STM tip between the assigned open and closed configurations of the DAE moiety. The other organic structures synthesized by OSS studied in this thesis are chiral graphene nanoribbons (ch-GNRs) on Ag(001). Combining STM and STS techniques we have studied the evolution of the electronic structure of ch-GNRs depending on their width and length. Furthermore, when the ch-GNRs are relocated on top of MgO monoloayers grown on the same Ag(001) substrate by means of atomic manipulation, a combination of charge transfer and electronic localization gives rise to a critical discretization of the extended edge states. This causes unprecedented long life times of the ribbon's electronic states and spin splitting of the frontier orbitals ascribed to electron-electron correlations. Finally, we have evaluated the suitability of the ch-GNR/MgO monolayer/Ag(001) system as a molecular spin polarized transistor
Mécanismes centraux de contrôle de la motricité saine et altérée : rôle fonctionnel de la dynamique des couplages cortico-musculaires
Get PDFLe contrôle de l'activité motrice volontaire est un point de discussion important pour les personnes intéressées par le mouvement des êtres humains et qui est partagé entre le domaine de la biomécanique et celui du contrôle moteur exercé au niveau central. Il existe des théories valides qui modélisent les mécanismes mis en jeu, que ce soit au niveau de l'encéphale, de la moelle épinière ou des muscles, pour les deux approches. Cependant, il manque encore à ce jour une théorie unificatrice qui relierait les différents niveaux d'observation en un modèle global du contrôle moteur. C'est dans l'objectif de contribuer à la construction d'une telle théorie que ce projet de thèse a été réalisé en s'appuyant sur l'analyse de la connectivité entre les différentes structures intervenant dans la réalisation d'un mouvement pour mettre en évidence les communications au sein du réseau moteur. Ainsi, les principaux objectifs de ce travail ont été i) de développer une méthode d'analyse de la dynamique de la connectivité, ii) d'appliquer cette méthode à l'étude de la connectivité fonctionnelle à partir de mouvements du coude chez le sujet sain et le patient AVC et iii) d'approfondir les données issues de la connectivité fonctionnelle par des analyses de la dynamique de la connectivité effective. Ce projet de thèse est donc pluridisciplinaire, en se situant au croisement des neurosciences, de la biomécanique et du traitement du signal. Nos résultats montrent que la méthode développée permet l'analyse de la dynamique de la connectivité dans un contexte de variabilité inter et intra-individuelle importante. L'étude comparée des sujets sains et des patients AVC révèle une altération de la connectivité fonctionnelle entre le cortex moteur et les muscles antagonistes au mouvement chez les patients ainsi que des niveaux variables de connectivité au cours du mouvement. Enfin, le développement des méthodes de connectivité effective et la sélection des différents paramètres à appliquer laissent supposer que leur application permettra d'étudier les sens des différents échanges d'informations qui ont lieu pendant un mouvement. L'ensemble des résultats de ce travail révèle que l'inclusion des analyses de la dynamique de la connectivité peut représenter un apport majeur aux théories du contrôle moteur existantes et peut même servir de base à la constitution d'un modèle dynamique reflétant les communications qui relient les différentes structures impliquées dans la génération d'un mouvement.The control of voluntary movement is a most discussed issue for those people interested in how the human locomotion or other daily acts are controlled and find answers in two apparently separate fields of research: biomechanics on the one hand and motor control on the other. Verified theories, which model some of the mechanisms involved in motor control at either muscles or brain levels, exist in both fields. However, we still miss a unifying theory that would bridge the gap existing between biomechanics and motor control and would offer a model including all levels of observation: from central nervous system to muscle activity. The present work has been actually designed to partly answer this issue: we propose to study the dynamics of communications occurring during a movement between the different nodes of the motor network through connectivity analyses. Hence, we pursued three main goals: i) develop a dynamic analysis of connectivity measures, ii) apply this analysis to the comparison of functional connectivity between healthy subjects and stroke patients performing elbow extensions and iii) complete the previous analyses with effective connectivity studies of the same paradigm. Thus, this is a multidisciplinary work involving neurosciences, biomechanics and signal processing. Our results show that high inter-variability and intra-variability are less influential in connectivity analysis with our method. Compared analyses between healthy subjects and stroke patients reveal a specific alteration of functional connectivity between antagonist muscles and motor cortex in stroke patients and varying levels of connectivity measures during movement. Finally, the development of effective connectivity analyses and the associated parameters selection will allow us to figure out the direction of communications within the motor network during movement. The overall results of this work show that the analyses of connectivity dynamics can complete existing motor control theories and provide a basis for the constitution of a new dynamic model including the communications between the nodes of the motor network involved in movement control and finally reunite biomechanics and motor control