Laboratoire de Physique Théorique
Thèses en ligne de l'Université Toulouse III - Paul SabatierNot a member yet
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Practical polynomial optimization through positivity certificates with and without denominators
Get PDFLes certificats de positivité ou Positivstellens"atze fournissent des représentations de polynômes positifs sur des ensembles semialgébriques de basiques, c'est-à-dire des ensembles définis par un nombre fini d'inégalités polynomiales. Le célèbre Positivstellensatz de Putinar stipule que tout polynôme positif sur un ensemble semialgébrique basique fermé peut être écrit comme une combinaison pondérée linéaire des polynômes décrivant , sous une certaine condition sur légèrement plus forte que la compacité. Lorsqu'il est écrit comme ceci, il devient évident que le polynôme est positif sur , et donc cette description alternative fournit un certificat de positivité sur . De plus, comme les poids polynomiaux impliqués dans le Positivstellensatz de Putinar sont des sommes de carrés (SOS), de tels certificats de positivité permettent de concevoir des relaxations convexes basées sur la programmation semidéfinie pour résoudre des problèmes d'optimisation polynomiale (POP) qui surviennent dans diverses applications réelles, par exemple dans la gestion des réseaux d'énergie et l'apprentissage automatique pour n'en citer que quelques unes. Développée à l'origine par Lasserre, la hiérarchie des relaxations semidéfinies basée sur le Positivstellensatz de Putinar est appelée la emph{hiérarchie Moment-SOS}. Dans cette thèse, nous proposons des méthodes d'optimisation polynomiale basées sur des certificats de positivité impliquant des poids SOS spécifiques, sans ou avec dénominateurs.Positivity certificates or Positivstellens"atze provide representations of polynomials positive on basic semialgebraic sets, i.e., sets defined by finitely many polynomial inequalities. The famous Putinar's Positivstellensatz states that every positive polynomial on a basic closed semialgebraic set can be written as a linear weighted combination of the polynomials describing , under a certain condition on slightly stronger than compactness. When written in this it becomes obvious that the polynomial is positive on , and therefore this alternative description provides a certificate of positivity on . Moreover, as the polynomial weights involved in Putinar's Positivstellensatz are sums of squares (SOS), such Positivity certificates enable to design convex relaxations based on semidefinite programming to solve polynomial optimization problems (POPs) that arise in various real-life applications, e.g., in management of energy networks and machine learning to cite a few. Originally developed by Lasserre, the hierarchy of semidefinite relaxations based on Putinar's Positivstellensatz is called the emph{Moment-SOS hierarchy}. In this thesis, we provide polynomial optimization methods based on positivity certificates involving specific SOS weights, without or with denominators
Implementation of a clinical dosimetry workflow to perform personalized dosimetry for internal radiotherapy
Get PDFLa médecine nucléaire est une spécialité médicale qui étudie la physiologie des organes et le métabolisme de divers types de tumeurs. La médecine nucléaire utilise des produits pharmaceutiques liés à un isotope radioactif. La radiothérapie interne vectorisée (RIV) est une spécialité de la médecine nucléaire où le vecteur est dirigé vers des cibles, généralement des tumeurs, et où l'action des rayonnements ionisants vise à détruire les tumeurs. Le suivi et l'optimisation de la RMT nécessitent l'évaluation de l'irradiation délivrée au patient (dosimétrie). Il y a un manque de standardisation en dosimétrie interne. Cette thèse propose une approche standardisée avec des flux de travail descriptifs pour la dosimétrie clinique. Un logiciel appelé OpenDose3D, basé sur 3D-Slicer en tant que module open source mettant en oeuvre les flux de travail proposés, est développé, validé et mis à la disposition du public. Le module a été utilisé en recherche clinique dans le projet MEDIRAD.Nuclear medicine is a medical specialty that studies the physiology of organs and the metabo-lism of various types of tumors. Nuclear medicine uses pharmaceuticals bound to a radioactive isotope. Molecular radiotherapy (MRT) is a specialty of nuclear medicine where the vector is directed to targets, usually tumors, and the action of ionizing radiation is aimed at destroying tumors. The follow-up and optimization of MRT requires the evaluation of the irradiation delivered to the patient (dosimetry). There is a lack of standardization in internal dosimetry. This thesis provides a standardized approach with descriptive clinical dosimetry workflows. A software named OpenDose3D, based in 3D-Slicer and implementing the proposed workflows was developed, validated and was made publicly available as an open source module. The module was used in clinical research within the MEDIRAD project
Caractérisation des mécanismes de dérégulation de la résolution de l'inflammation au cours du lymphoedème secondaire : restauration par approche ciblée
No full textUn dysfonctionnement lymphatique entraîne un lymphœdème, c'est-à-dire un gonflement anormal du membre dû à une altération du flux lymphatique, à l'accumulation de liquide riche en protéines et au dépôt de tissu fibro-adipeux. Le lymphoedème secondaire survient après le traitement du cancer et touche plus de 120 millions de personnes dans le monde. S'il est ignoré, il favorise une inflammation chronique importante entraînant une morbidité sévère car il n'existe aucun traitement curatif. Notre travail vise à caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans le lymphoedème associé à l'inflammation. En utilisant la dermolipidectomie de patients atteints de lymphoedème, nous avons d'abord effectué une analyse RNAseq.Nous avons identifié une dysrégulation de l'expression des gènes inflammatoires, qui implique des gènes liés au trafic des cellules immunitaires, et du métabolisme des lipides.Nous avons ensuite réalisé un profilage lipidomique du bras lymphœdémateux par rapport au bras normal controlatéral. Nous avons constaté une diminution des médiateurs lipidiques impliqués dans la résolution de l'inflammation, notamment l'acide 5, 12 et 15-Hydroxyeicosatetraenoïque (HETE).Les HETE sont des métabolites de l'acide arachidonique produits par la lipoxygénase (LOX) qui oxyde les acides gras polyinsaturés pour générer le médiateur lipidique proresolvin agissant de manière autocrine ou paracrine.Nous avons ensuite évalué le rôle des HETEs sur la fonction et l'expression génétique des cellules endothéliales lymphatiques dermiques humaines (HDLEC). Les traitements exogènes des HETEs ont stimulé à la fois la cicatrisation et la lymphangiogenèse in vitro, sans effet cytotoxique et prolifératif. Parallèlement, l'inhibition de la production d'HETE à l'aide d'un inhibiteur de 5-lipoxygénase a bloqué la migration des HDLEC, tandis que l'inhibiteur de 15-lipoxygénase a induit une cytotoxicité. De plus, le 5-HETE et le 15-HETE ont régulé à la baisse l'expression des gènes lymphatiques impliqués dans l'adhésion des cellules immunitaires à l'endothélium, notamment ICAM1 et VCAM1, montrant pour la première fois que les HDLEC sont sensibles aux précurseurs lipidiques pro-résolu. Pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle de la fonction du système lymphatique par les HETE, nous avons ensuite évalué le contenu lipidique dans un modèle murin de lymphœdème. Nous avons obtenu des profils similaires à ceux des échantillons humains 8 semaines après la chirurgie, validant ainsi le modèle pour des investigations plus poussées. L'inhibition de l'activité 15-LOX dans les HDLEC, module l'expression des gènes impliqués dans le trafic des cellules T à travers les lymphatiques afférents, tels que LTBR, CCL21. En outre, le 15-HETE augmente l'adhésion des cellules T à l'endothélium lymphatique in vitro. On a constaté que la 15-LOX était exprimée dans les vaisseaux lymphatiques des tissus du lymphoedème humain, ce qui suggère qu'elle peut affecter l'extravasion des cellules immunitaires des tissus. L'inhibition de 15-LOX par un traitement pharmacologique, PD146176, dans le lymphoedème murin, aggrave le lymphoedème et s'accompagne d'une diminution du recrutement des Tregs dans le tissu adipeux (AT) et la peau des membres. Le modèle de souris transgénique dans lequel le gène ALOX15 est sélectivement supprimé dans le système lymphatique (Prox1CreERT2 ; ALOX15fl/fl) présente une aggravation du lymphoedème et une détérioration du réseau lymphatique, tandis que l'injection de lentivecteur 15-LOX abroge le développement du lymphoedème. L'ensemble de nos données suggère que la lipoxygénase est un acteur clé dans le développement du lymphœdème. A terme, nous souhaitons démontrer que le ciblage de la voie resolvin/lipoxygénase apparaît comme une stratégie thérapeutique prometteuse pour résoudre l'inflammation chronique dans le lymphoedème.Lymphatic dysfunction leads to lymphedema, the abnormal swelling in the limb due to an alteration of lymphatic flow, accumulation of protein-rich fluid, and fibroadipose tissue deposition. Secondary lymphedema occurs after cancer treatment and is affecting over 120 million persons worldwide. If ignored, it promotes significant chronic inflammation leading to severe morbidity as there is no curative treatment. Our work aims at characterizing the molecular mechanisms involved in inflammation associated lymphedema. Using dermolipidectomy from patients with lymphedema we first performed RNAseq analysis. We identified dysregulation of inflammatory gene expression, that implies gene related to immune cells trafficking, and lipid metabolism. We next performed lipidomic profiling of the lymphedematous arm compared to the contro-lateral normal arm. We found a decrease of lipid mediators involved in the resolution of inflammation including 5, 12 and 15-Hydroxyeicosatetraenoic acid (HETE). HETEs are metabolites of arachidonic acid produced by the lipoxygenase (LOX) which oxidizes polyunsaturated fatty acids to generate proresolvin lipid mediator acting in an autocrine or paracrine manner. We next evaluated the role of the HETEs on human dermal lymphatic endothelial cells (HDLEC) function and gene expression.HETEs exogenous treatments stimulated both wound healing and lymphangiogenesis in vitro, with no cytotoxic and proliferative effect. In parallel, the inhibition of HETE production using 5-lipoxygenase inhibitor blocked HDLEC migration, whereas 15-lipoxygenase inhibitor induced cytotoxicity. Furthermore, 5-HETE and 15-HETE downregulated lymphatic gene expression involved in immune cells adhesion to the endothelium including ICAM1 and VCAM1, showing for the first time that HDLEC are responsive to pro-resolving lipid precursors. To better understand the molecular mechanisms involved in the control of the lymphatic system function by HETE, we next assessed the lipid content in a mouse model of lymphedema.We obtained similar profiles compared to human samples 8 weeks post-surgery validating the model for further investigations. Inhibiting 15-LOX activity in HDLEC, modulates expression of genes involved in T- cells trafficking through afferent lymphatics, such as LTBR, CCL21.Besides, 15-HETE increased T cells adhesion to lymphatic endothelium in vitro. 15-LOX was found to be expressed in lymphatic vessels of human lymphedema tissues suggesting it can affect immune cells extravasion from tissues. Inhibiting 15-LOX with pharmacological treatment, PD146176, in murine lymphedema, aggravates lymphedema and was accompanied by a decrease of Treg recruitment in the limb adipose tissue (AT) and skin.Ttransgenic mouse model in which ALOX15 gene is selectively deleted in the lymphatic system (Prox1CreERT2; ALOX15fl/fl) exhibit an aggravation of lymphedema and deterioration of the lymphatic network whereas 15-LOX lentivector injection abrogates lymphedema development.Taken together our data suggest lipoxygenase as a key player during lymphedema development.At term we aim to demonstrate that targeting resolvin/lipoxygenase pathway appears as promising therapeutic strategy to resolve chronic inflammation in lymphedema
Implication des facteurs génétiques et environnementaux dans la susceptibilité à l'inflammation du système nerveux central
Get PDFLa sclérose en plaques (SEP) est une maladie inflammatoire du système nerveux central (SNC) faisant intervenir des facteurs génétiques, épigénétiques et environnementaux. Mes travaux de thèse ont eu pour objectif d'analyser l'implication de deux facteurs génétiques (Themis1 et Vav1) et d'un facteur environnemental (le stress prénatal). Themis1 et Vav1 sont deux molécules de signalisation du récepteur T (TCR) qui jouent un rôle important dans la sélection thymique des thymocytes. Le rôle de Vav1 a largement été étudié dans les LT matures, contrairement à Themis1 dont le rôle reste très peu caractérisé. Des analyses génétiques chez l'Homme indiquent que Themis1 et Vav1 sont des gènes de susceptibilité à la SEP, mais les mécanismes impliqués n'ont pas été élucidés. Mon équipe d'accueil a montré chez la souris dans un modèle d'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE) que le variant naturel Vav1R63W induisait une réduction modérée de l'inflammation du SNC, mais rien n'était connu sur le rôle de Themis1 dans cette pathologie. Durant ma thèse, j'ai donc analysé l'implication de Themis1 dans la physiopathologie de l'EAE. De plus, puisque Themis1 et Vav1 interagissent et que Themis1 contrôle positivement l'activation de Vav1, j'ai étudié l'impact de la combinaison de la déficience en Themis1 avec le variant Vav1R63W sur la susceptibilité à l'EAE. J'ai montré que la mutation de Themis1 induit une réduction intermédiaire de la sévérité de l'EAE et que cette réduction est augmentée en présence du variant de Vav1. Mes résultats suggèrent que cela est dépendant d'une réduction de l'encéphalitogénicité des LT conventionnels (Tconv) mutés. La réduction de la signalisation du TCR (notamment de la voie NF-kB) du fait de ces mutations entraine une réduction de la production de cytokines pro-inflammatoires nécessaires à la perturbation de la barrière hémato-encéphalique, et ainsi à l'infiltration du parenchyme cérébral. Ceci résulte chez les souris mutées en une absence d'infiltrat immunitaire dans la moelle épinière. Notre travail souligne ainsi l'intérêt d'analyser la combinaison de plusieurs polymorphismes génétiques ayant un faible poids pour identifier des réseaux moléculaires de susceptibilité à l'auto-immunité qui pourraient expliquer une partie du " missing heritability ". En dehors des facteurs génétiques, les facteurs environnementaux tels que le tabac, l'ensoleillement (vitamine D), ou le microbiote sont aujourd'hui communément admis comme influant la susceptibilité à la SEP. Plusieurs études ont montré que le stress pendant la grossesse (stress prénatal) pouvait avoir des répercussions sur la susceptibilité de la descendance à diverses pathologies psychiatriques, neurologiques ou inflammatoires. Cependant, l'impact du stress prénatal (PS) sur la susceptibilité de la progéniture à l'inflammation du SNC reste très peu étudié. Dans ce contexte, nous avons utilisé un modèle de PS chronique afin d'étudier les répercussions que cela pourrait avoir sur la susceptibilité de la descendance à développer l'EAE. Nous avons montré que les progénitures provenant des femelles stressées développent une EAE moins sévère en comparaison avec les progénitures issues de femelles non stressées. Nos résultats préliminaires montrent que cette réduction est associée à une réduction de l'infiltrat immunitaire dans la moelle épinière, à une augmentation de la fréquence de LT régulateurs, et à une réduction de la production de cytokines pro-inflammatoires. Nos résultats mettent ainsi en évidence qu'avant même la naissance, des facteurs environnementaux extérieurs modulent la susceptibilité à l'inflammation du SNC, possiblement par l'altération des fonctions des LT CD4.Multiple sclerosis (MS) is an inflammatory disease of the central nervous system (CNS) involving genetic, epigenetic, and environmental factors. My PhD work aimed at analyzing the involvement of two genetic factors (Themis1 and Vav1) and of environmental factor (prenatal stress) in susceptibility to CNS inflammation and to decipher the mechanisms involved. Themis1 and Vav1 are two T receptor (TCR) signaling molecules that play an important role in thymic selection of thymocytes. Genetic analyzes in humans indicate that Themis1 and Vav1 are MS susceptibility genes, but the mechanisms involved have not been elucidated. Although the role of Vav1 has been widely studied in mature T cells, the role of Themis1 remains, however, poorly characterized. Previous work from my team using the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) mice model of MS showed that the natural variant Vav1R63W induced a moderate reduction of CNS inflammation, but the role of Themis1 in this pathology was still unknown. During my PhD, I therefore analyzed the involvement of Themis1 in the pathophysiology of EAE. Moreover, since Themis1 and Vav1 interact together and Themis1 positively controls the activation of Vav1, I studied the impact of the combination of Themis1 deficiency with the Vav1R63W variant on EAE susceptibility. I have shown that Themis1 deletion induces an intermediate reduction of EAE severity, and that this reduction is increased in the presence of the Vav1 variant. My results suggest that this is dependent on a reduction in the encephalitogenicity of mutated conventional T cells (Tconv). The reduction in TCR signaling (in particular the NF-kB pathway) due to these mutations leads to a reduction in the production of pro-inflammatory cytokines necessary for the disruption of the blood-brain barrier, and thus for the infiltration of the cerebral parenchyma, resulting in the absence of immune infiltrate in the spinal cord of mutated mice. Our work therefore underlines the interest of analyzing the combination of several genetic polymorphisms having a low weight to identify molecular networks of susceptibility to autoimmunity which could explain part of the "missing heritability". Besides genetic factors, environmental factors such as tobacco, sunlight (vitamin D), or the microbiota are now commonly accepted as influencing susceptibility to MS. Several studies have shown that stress during pregnancy (prenatal stress) could have repercussions on the susceptibility of offspring to various psychiatric, neurological, or inflammatory pathologies. However, the impact of prenatal stress (PS) on offspring susceptibility to CNS inflammation remains poorly studied. In this context, we used a model of chronic PS to study the repercussions that it could have on offspring susceptibility to develop EAE. We have shown that offspring from stressed females develop a less severe EAE compared to offspring from unstressed females. Our preliminary results show that this reduction is associated with a reduction in the immune infiltrate in the spinal cord, an increase in the frequency of regulatory T cells, and a reduction in the production of pro-inflammatory cytokines. Our results thus show that even before birth, external environmental factors modulate the susceptibility to CNS inflammation, possibly by altering CD4 T cell function
Ligands bidentes en chimie de l'or : de la stabilisation d'espèces réactives à la catalyse
Get PDFCette thèse porte sur l'étude de complexes définis d'or, de la stabilisation de composés originaux à leur utilisation pour de nouvelles transformations. Une approche conjointe expérience/théorie a été employée. De nouveaux complexes d'or ont été synthétisés et caractérisés par différentes techniques spectroscopiques et de diffractométrie. Leurs réactivités, notamment dans des procédés catalytiques, ont été étudiées. Les calculs DFT ont aiguillé le choix des ligands/complexes d'intérêts. Ils ont permis d'analyser la structure électronique des nouvelles espèces isolées et d'élucider les mécanismes mis en jeu. Une vue d'ensemble de l'utilisation de ligands bidentes pour la chimie de l'or montrant leurs implications dans le développement de cette chimie est présenté dans le premier chapitre. Une comparaison des différents ligands bidentes accessibles rationnalise le choix de deux d'entre eux pour les études présentées par la suite. Le second chapitre concerne le développement de la réaction d'hétéroarylation des alcènes catalysée par le complexe MeDalPhosAuCl. Cette nouvelle transformation procède via un cycle catalytique Au^I/Au^III et combine addition oxydante et activation PI à l'or. Un mécanisme détaillé est proposé sur la base d'analyses RMN in situ, d'étude par marquage au deutérium et de calculs DFT. La réaction a pu être généralisée à un large panel de substrats et un changement inhabituel de régiosélectivité a été observé pour les alcènes internes cis ou trans. Le troisième chapitre est dédié à l'isolation et la caractérisation des premiers complexes d'or impliquant des liaisons hydrogènes Au···H-X. Grâce aux ligands hémilabiles (P,N), un contact proche entre l'or et l'hydrogène a été observé par DRX et la présence de la liaison hydrogène N-H···Au a été démontrée sans ambiguïté par spectroscopies RMN et IR. La nature de cette liaison a été méticuleusement analysée par calcul DFT fournissant des arguments en faveur d'une liaison hydrogène, interaction attractive non-covalente. Une étude in silico sur de nouveaux modèles, avec des interactions Au···H-X potentielles (X = N, O ou P, variations des ligands ou de l'encombrement stérique) a été réalisée pour donner des directives aux futurs travaux expérimentaux. Le quatrième chapitre porte sur l'étude de carbènes alpha-CF_3 d'or(I). L'intérêt est double : 1) très peu de carbènes alpha-CF_3 ont été isolés et caractérisés et 2) beaucoup de molécules bioactives ou de matériaux possèdent des substituants CF_3 augmentant l'intérêt pour les réactions de trifluorométhylation. Grâce au ligand bis-phosphine o-carborane, plusieurs carbènes alpha-CF_3 d'or(I) ont été synthétisés, isolés et complètement caractérisés par spectroscopie RMN multi nucléaire, DRX et spectrométrie de masse. La liaison M=C_carbène a été analysée par calculs DFT avec une attention particulière pour la description des orbitales moléculaires et la contribution relative donation/rétrodonation entre le fragment métallique et le carbène. La réactivité de ces nouveaux carbènes d'or vis-à-vis de réactions d'insertion et de cyclopropanation a été étudiée montrant que ces espèces imitent les carbènes alpha-CF_3 transitoires postulés pour d'autres métaux de transition.The present work deals with the study of defined gold complexes from the stabilization of original compounds to their use for novel transformations. A joint experimental/theoretical approach has been used. New gold complexes were synthesized and characterized by different spectroscopic means and diffractometry. Their reactivities notably in catalytic process were studied. DFT calculations guided for the choice of ligands/complexes of interest. They helped to analyze the electronic bonding of the new isolated species and to elucidate the involved mechanism. An overview of the use of bidentate ligand in gold chemistry showing their involvement in the expansion of this field is presented in the first chapter. A comparison of the different bidentate ligands available rationalize the choice of two of them for the following studies. The second chapter concerns the development of hetero-arylation reaction of alkenes catalyzed by the MeDalPhosAuCl complex. This new transformation proceeds via Au^I/Au^III catalytic cycle and merge oxidative addition and PI-activation at gold. A detail mechanism is suggested based on in situ NMR analyses, deuterium labelling studies and DFT calculations. The scope of the reaction has been explored for a large number of substrates and an unusual switch of regioselectivity was observed for internal alkenes cis or trans. The third chapter is dedicated to the isolation and characterization of the first gold complexes involving Au···H-X hydrogen bonding. Taking advantage of the hemilabile (P,N) ligands, a close contact between gold and hydrogen was observed by XRD and the presence of N-H···Au hydrogen bond was unambiguously demonstrated by NMR and IR spectroscopies. The nature of this bonding was thoroughly analyzed by DFT providing compelling evidence for noncovalent attractive hydrogen-type bonding. An in silico study on new models, with potential Au···H-X interaction (X = N, O or P, ligand and steric hindrance modulation) have been performed to provide guidelines for further synthetic work. The fourth chapter focused on the study of alpha-CF_3 gold(I) carbene complexes. The interest is twofold: 1) very few alpha-CF_3 carbene complexes have been isolated and characterized and 2) many bioactive molecules or materials bear CF_3 substituents, increasing the interest for trifluoromethylation reactions. Taking advantage of the o-carborane diphosphine ligand, several alpha-CF_3 gold carbene complexes were synthesized, isolated and fully characterized, at low temperature, by means of multinuclear NMR spectroscopy, XRD and mass spectrometry. The M=C_carbene bonding situation was analyzed carefully by DFT calculations with particular attention to the description of molecular orbitals and to the relative donation/retrodonation contribution between the metallic fragment and the carbene. The reactivity of this new gold carbene towards insertion reaction and cyclopropanation was studied showing that they mimic transient alpha-CF_3 metal carbene complexes
Parameters optimization of a charge transport model for the electrical characterization of dielectric materials
Get PDFUn modèle mathématique basé sur la physique des matériaux isolants a été développé dans notre laboratoire pour décrire le transport de charge bipolaire (BCT) dans le polyéthylène basse densité (LDPE) sous contrainte de courant continu. Les phénomènes de piégeage et de dé-piégeage, la hauteur de la barrière pour l'injection, la mobilité et le processus de recombinaison des charges positives et négatives sont considérés. Le modèle est basé sur l'équation de Poisson et la loi de conservation des charges. Ce modèle nécessite des entrées qui sont reliées aux conditions expérimentales telles que la température, la tension appliquée, l'épaisseur du diélectrique, etc., ainsi qu'un l'ensemble de paramètres tels que la barrière d'injection, la mobilité, les coefficients de piégeage et de dé-piégeage. La plupart de ces paramètres ne peuvent être prédits, observés ou estimés par des expériences indépendantes. Pour cette raison, un algorithme d'optimisation est utilisé pour optimiser le modèle BCT afin qu'il s'adapte aux mesures expérimentales, quelles que soient les conditions expérimentales. Le principe de ce type d'algorithme est basé sur la minimisation d'une fonction coût qui rend compte des écarts entre les données issues de l'expérience et celles issues du modèle. Les données expérimentales utilisées sont la densité de charge nette mesurée par la méthode électro-acoustique pulsée (PEA) ainsi que les mesures du courant de charge externe. Après avoir testé cinq algorithmes d'optimisation nous avons sélectionné l'algorithme Trust Region Reflective qui répond au mieux à nos critères. Cet algorithme a permis de trouver un ensemble de paramètres permettant une bonne corrélation entre les densités de courant et de charge simulées et celles obtenues expérimentalement. Cette optimisation a été réalisée en considérant différent champs électriques appliqués au matériau afin d'avoir un jeu de paramètre qui caractérise au mieux le matériau d'étude. En outre, l'algorithme d'optimisation a permis d'analyser la barrière d'injection lorsque les interfaces sont de natures différentes.A mathematical model based on the physics of insulating materials has been developed in our laboratory to describe the bipolar charge transport (BCT) in low-density polyethylene (LDPE) under DC stress. The phenomena of trapping and detrapping, the barrier height for injection, the mobility, and the recombination process of positive and negative charges are considered. The model is based on the Poisson equation and the law of conservation of charges. This model requires inputs that are related to the experimental conditions such as temperature, applied voltage, dielectric thickness, etc., as well as a set of parameters such as the injection barrier, mobility, trapping, and detrapping coefficients. Most of these parameters cannot be predicted, observed, or estimated by independent experiments. For this reason, an optimization algorithm is used to optimize the BCT model to fit the experimental measurements, whatever the experimental conditions, by minimizing the sum of squares of the deviations between the experimental data and the model data. The experimental data used are the net charge density measured by the pulsed electro-acoustic method (PEA) as well as the external charge current measurements. After testing five optimization algorithms we selected the following algorithm Trust Region Reflective which best meets our criteria. This algorithm has allowed us to find a set of parameters allowing a good correlation between the simulated current and charge densities with those obtained experimentally. This optimization was performed by considering different electric fields applied to the material in order to have a unique set of parameters that best characterizes the studied material. In addition, the optimization algorithm allowed to analyze the injection barrier when the interfaces are of different natures
Etude du panache du fleuve Rouge dans le golfe du Tonkin à partir d'une analyse en clusters et de simulations d'ensemble
Get PDFCette étude vise à mieux comprendre la variabilité du panache du Fleuve Rouge dans le Golfe du Tonkin (GOT) dans la zone proche de l'embouchure et plus au large, en utilisant la modélisation numérique. Comprendre la variabilité du panache et le devenir des eaux du delta est d'une importance capitale pour une connaissance approfondie et une meilleure capacité de prédiction de la circulation océanique et de l'hydrologie dans le GOT, ainsi que pour une meilleure gestion des eaux côtières et surveillance des écosystèmes côtiers. Dans la première partie de la thèse, une configuration du modèle SYMPHONIE est mise en place avec des forçages réalistes et une grille à haute-résolution variable, sur la base de la configuration de V. Piton (2019). Une simulation sur une période de 6 ans (2011-2016) est réalisée pour étudier la variabilité journalière à interannuelle du panache du Fleuve Rouge et de trois rivières dont l'embouchure est voisine. La simulation est ensuite comparée à plusieurs sources d'observations. Ensuite, le panache est identifié à l'aide de traceurs passifs injectés dans la simulation. En utilisant un algorithme d'apprentissage automatique non supervisé (K-means), les principaux régimes du panache et leur évolution dans le temps sont classifiés et analysés selon quatre clusters, puis liés à différentes conditions environnementales. En hiver, le panache est étroit et reste la plupart du temps le long de la côte en raison du courant côtier et du vent de nord-est. Au début de l'été, le vent de la mousson du sud-ouest fait s'écouler le panache vers le large. Le panache atteint sa plus grande couverture en septembre, après le pic du débit. Sur la verticale, l'épaisseur du panache montre également des variations saisonnières. En hiver, le panache est mélangé sur toute la colonne d'eau, alors qu'en été, le panache peut être détaché à la fois du fond et de la côte. Le panache peut s'approfondir au large en été, en raison de vents forts (en mai, juin) ou spécifiquement en raison d'un tourbillon récurrent se produisant près de 19°N (en août). Cette première partie a fait l'objet d'une publication en 2021.
L'analyse en clusters ci-dessus montre que, quel que soit le cluster, le panache est fortement affecté par le vent. Par conséquent, dans la deuxième partie de cette thèse, j'utilise un ensemble de simulations pour évaluer la réponse du modèle aux perturbations ajoutées au vent forçant. La sensibilité de la simulation présentée dans la première partie est évaluée statistiquement en calculant la dispersion et la distribution des variables d'intérêt à partir d'un ensemble de 50 membres. En raison des contraintes de calcul et de mémoire, cette étude est réalisée sur une courte période, de juin à août 2015, correspondant à la saison de fort débit. Tout d'abord, l'erreur sur le vent forçant est estimée par comparaison avec un produit satellitaire. Ensuite, son impact sur le modèle est évalué pour les variables de surface et de subsurface. Pour la température et la salinité de surface, l'incertitude est plus élevée près de la côte vietnamienne et du delta du fleuve Rouge. Sur la verticale, l'incertitude est la plus forte à la surface pour la salinité et en sub-surface pour la température. J'analyse ensuite la sensibilité du panache de la rivière. La dispersion de la surface du panache est maximale en août, qui est aussi la période où la surface du panache est la plus grande. L'analyse en clusters montre quelques changements de clusters entre les différents membres de l'ensemble, mais le cluster le plus susceptible de se produire est toujours celui de la simulation de référence (avec le vent non perturbé). Ces changements limités suggèrent que les résultats de la partie I sont effectivement robustes aux erreurs de forçage du vent. Enfin, l'ensemble est vérifié en utilisant les jeux d'observations disponibles.This study aims at better understanding the variability of the Red River plume in the Gulf of Tonkin (GOT) in the mid and far field area using a numerical modeling approach. Understanding the plume variability and the fate of the delta waters is of primary importance for an in-depth knowledge and a better prediction capacity of the ocean circulation and hydrology in the GOT, for an improved management of coastal waters and monitoring of the coastal ecosystems. In the first part of the thesis, the SYMPHONIE model is configured with realistic forcings and a high-resolution variable grid relying on the configuration of V. Piton (2019). It is then run over a 6-year (2011-2016) period to study the daily to interannual variability of the Red River plume and of three rivers whose mouths are nearby. It is then validated with several observational data sources. Then, the plume is identified using simulated passive tracers. Using a K-means unsupervised machine learning algorithm, the main patterns of the plume and their evolution in time are classified in four clusters, analyzed and linked to different environmental conditions. In winter, the plume is narrow and sticks along the coast most of the time due to the downcoast current and northeasterly wind. In early summer, the southwest monsoon wind makes the plume flow offshore. The plume reaches its highest coverage in September after the peak of runoff. Vertically, the plume thickness also shows seasonal variations. In winter, the plume is mixed over the whole water depth, while in summer, the plume can be detached both from the bottom and the coast. The plume can deepen offshore in summer, due to strong wind (in May, June) or specifically due to a recurrent eddy occurring near 19°N (in August). This first part was published in 2021. The clustering analysis above shows that whatever the cluster, the plume is strongly affected by the wind. Therefore, in the second part of this thesis, I use an ensemble of simulations to assess the model response to perturbations added to the wind forcing. The sensitivity of the simulation presented in the first part is statistically evaluated by calculating the spread and the distribution of the variables of interest from an ensemble of 50 members. Due to computing and memory constraints, this study is performed over a short period, from June to August 2015, corresponding to the high runoff season. Firstly, the error of the forcing wind is estimated by comparing it with a satellite product. Then, its impact onto the model is assessed for surface and subsurface variables. For the sea surface temperature and salinity, the uncertainty is higher near the Vietnamese coast and the Red River delta. Vertically, the uncertainty is highest at the surface for salinity and at the sub surface for temperature. The sensitivity of the river plume is then analyzed. The spread of the plume area is highest in August, which is the same time when the plume area reaches its peak. The clustering analysis shows some cluster shifts between different members of the ensemble, but the cluster that is most likely to occur is still the one from the reference simulation (with unperturbed wind). These limited changes suggest that the results of part I are indeed robust to the wind forcing errors. Finally, the ensemble is verified using the available observational datasets
Génération automatique d'environnements virtuels urbains complexes
Get PDFL'essor des technologies numériques constitue pour les entreprises de la construction, bâtiment et Travaux Publics (BTP), un enjeu majeur. La maquette numérique, par exemple, procure à tous les acteurs d'un chantier une visibilité en temps réel des différents aspects mis en jeux. Dans de nombreux domaines, il est donc nécessaire de modéliser en 3D des immeubles, des bâtiments industriels, des ensembles immobiliers, des villes ... Le BIM (Building Information Modeling, ou building information model, en français modélisation des données du bâtiment) est un ensemble de technologies et de processus d'intégration, de production, de gestion et de visualisation de données des modèles de construction du BTP. Plusieurs voies existent pour éviter aux concepteurs en architecture, aux urbanistes ou aux graphistes de fastidieuses opérations manuelles pour la création de ces environnements, des techniques de génération automatique ont été développées en complément (ou en substitution) des logiciels de modélisation et de conception assistée par ordinateur (CAO) qu'ils utilisent pour créer ces environnement virtuels. De nombreux systèmes procèdent à la génération de ces environnements 3D à partir du monde réel : les scanners 3D ou les prises de vue stéréoscopiques permettent en effet de reconstruire des objets, des bâtiments et des environnements 3D à partit des données géométriques et photométriques acquises. Dans un autre approche, les techniques de modélisation procédurales permettent de générer automatiquement des environnements 3D complexes en utilisant des déclarations de propriétés ou de contraintes issues de règles métier et des techniques issues de la Vie Artificielle. Les données issues de ces systèmes d'acquisition ou de génération peuvent être enregistrés et gérées dans les systèmes d'informations géographiques et les logiciels de cartographie ou dans une suite logicielle BIM. Les données de ces applications informatiques et les métadonnées associées qu'ils contiennent sont également exploitables pour générer ou modifier les environnements 3D. Parmi toutes les méthodes procédurales qui ont été utilisées pour aborder la question, les grammaires de formes sont particulièrement efficaces face au problème d'encodage des connaissances sur les formes et leur reproduction. Le but de la thèse est de générer des environnements urbains en 3D incluant des données issues de l'existant et de nouveaux édifices à travers l'utilisation des grammaires de formes. En partant d'une interface graphique, de données géographiques et de descripteurs, le but est de générer les règles encodant les informations d'apparence des bâtiments de manière semi-automatique. A l'issue de ce processus, un fichier BIM de ces bâtiments au format standard IFC pourra être généré.The development of digital technologies is a major challenge for construction, construction and public works (BTP) companies. The digital model, for example, gives all the actors of a construction site a real-time visibility of the different aspects involved. In many areas, it is therefore necessary to model in 3D buildings, industrial buildings, buildings, cities ... The BIM (building information modeling, or building information model) is a set Technologies and processes for the integration, production, management and visualization of data from construction models of construction. Several avenues exist to prevent architectural designers, town planners or graphic designers to do the tedious manual operations of creating these environments, automatic generation techniques have been developed in addition (or in substitution) to software for modeling and Computer Assisted Design (CAD) they use to create these virtual environments. Many systems generate these 3D environments from the real world: 3D scanners or stereoscopic shots allow reconstructing 3D objects, buildings and environments from acquired geometric and photometric data. In another approach, procedural modeling techniques can automatically generate complex 3D environments using property declarations or constraints derived from rules and techniques derived from Artificial Life. Data from these acquisition or generation systems can be stored and managed in geographic information systems and mapping software or in a BIM software suite. The data of these computer applications and the associated metadata they contain can also be used to generate or modify 3D environments. Among all the procedural methods that have been used to address the issue, shape grammars are particularly effective when it comes to dealing with the problem of encoding knowledge about patterns and their reproduction. The aim of the thesis is to generate 3D urban environments using data from existing and new buildings through the use of shape grammars. Starting from a graphical interface, geographic data and eventually descriptors, the goal of the thesis is to semi-automatically generate the ruleset encoding the appearance information of these buildings. At the end of this process, a BIM file of these buildings in the IFC standard format can be generated
Gamma-convergence et singularités vortex au bord dans des films ferromagnétiques minces avec interaction de Dzyaloshinskii-Moriya
Get PDFCette thèse porte sur l'analyse asymptotique d'un modèle variationnel pour les films ferromagnétiques minces. On étudie l'énergie micromagnétique, définie pour des applications d'un ouvert de R^3 à valeurs dans la sphère S^2, appelées aimantations, en prenant en compte l'effet antisymétrique dû à l'interaction de Dzyaloshinskii-Moriya.
Dans le premier chapitre de la thèse, on étudie la Gamma-convergence de l'énergie micromagnétique dans un régime de film mince qui favorise l'émergence de vortex au bord de taille epsilon>0, via une pénalisation au bord obtenue dans la Gamma-limite de l'énergie. Cette limite est en fait définie pour des aimantations invariantes dans l'épaisseur du film et à valeurs dans le cercle unité S^1, ce qui signifie que le modèle général en trois dimensions se réduit à un modèle en deux dimensions. On cherche ensuite les minimiseurs locaux de l'énergie Gamma-limite dans le demi-plan supérieur. Pour cela, on étudie d'abord ses points critiques, qui satisfont un problème de Neumann non linéaire similaire au problème de Peierls-Nabarro. On en déduit, sous certaines conditions, l'unicité des minimiseurs locaux de l'énergie au sens de De Giorgi. Ceux-ci correspondent à des applications qui tendent à présenter un vortex de taille epsilon>0 sur le bord du domaine. Dans le second chapitre de la thèse, on considère un autre régime de film mince favorisant les singularités vortex au bord. Grosso modo, ce régime consiste dans l'analyse du modèle précédent lorsque epsilon tend vers 0. On montre que l'étude du modèle général en trois dimensions se ramène ici aussi à l'étude d'un modèle intermédiaire en deux dimensions, mais dans lequel figurent à la fois une pénalisation intérieure (les applications ne sont plus à valeurs dans S^1) et une pénalisation au bord du domaine. D'abord, on étudie ce modèle intermédiaire en deux dimensions. Grâce à la notion de Jacobien global, on obtient des résultats de compacité et un développement asymptotique au second ordre par Gamma-convergence de l'énergie micromagnétique. Le terme d'ordre un montre que les singularités vortex sont localisées au bord du domaine, tandis que le terme d'ordre deux est une énergie renormalisée, semblable à celle rencontrée dans le modèle de Ginzburg-Landau, qui permet d'estimer le coût d'interaction entre les vortex au bord. On calcule explicitement cette énergie renormalisée, influencée par l'interaction de Dzyaloshinskii-Moriya, et on étudie la structure des minimiseurs. Enfin, grâce à ces résultats, nous déduisons la Gamma-convergence à l'ordre deux dans le modèle en trois dimensions.This thesis deals with the asymptotic analysis of a variational model for thin ferromagnetic films. We study the micromagnetic energy for three-dimensional maps with values into the unit sphere S^2, called magnetizations, by taking into account the antisymmetric effect of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction. In the first chapter, we study the Gamma-convergence of the micromagnetic energy in a thin-film regime that favors boundary vortices of size epsilon>0, via a boundary penalization in the Gamma-limit energy. This limit is in fact defined for magnetizations that are invariant in the thickness of the film and take values into the unit circle S^1. It means that the general three-dimensional model reduces to a two-dimensional model. We then focus on local minimizers in the upper-half plane of the Gamma-limit energy. To do so, we begin with studying its critical points, that satisfy a nonlinear Neumann boundary value problem, similar to the Peierls-Nabarro problem. We deduce, under certain conditions, the uniqueness of the local minimizers of the energy in the sense of De Giorgi. These minimizers correspond to maps having a vortex of size epsilon>0 on the boundary of the domain. In the second chapter, we consider another thin-film regime for boundary vortices. Roughly speaking, this regime corresponds to the limit epsilon tends to 0 in the previous model. The study of the three-dimensional general model reduces here to an intermediate two-dimensional model for R^2-valued maps (not S^1-valued maps), that combines an interior penalization and a boundary penalization on the domain. First, we study this two-dimensional intermediate model. Using the notion of global Jacobian, we prove compactness results and an asymptotic expansion at the second order by Gamma-convergence for the micromagnetic energy. The first order term indicates that the singularities are located on the boundary of the domain, while the second order term is a renormalized energy, similar to the Ginzburg-Landau model, that measures the interactions between the boundary vortices. We compute explicitely this renormalized energy, that depends on the Dzyaloshinskii-Moriya interaction, and study the structure of its minimizers. Finally, thanks to these results, we deduce the Gamma-convergence at the second order for the general three-dimensional model
Espaces de lacets gradués en caractéristique mixte et algèbre de de Rham-Witt
Get PDFCette thèse a pour but d'étudier une variation de la construction de l'espace des lacets gradués pour les schémas dérivés de caractéristique mixte, lorsqu'ils sont munis d'un relèvement du Fobenius. Nous développons une théorie de relèvement dérivé du Frobenius sur un champ dérivé : c'est un analogue homotopique de la notion de structures pour un anneau commutatif. La construction d'un espace de lacets gradués est la première étape d'une définition du complexe de De Rham-Witt pour un schéma dérivé. Dans ce contexte, un lacet est donné par l'action d'une "cercle cristallin", qui est un analogue formel du cercle topologique, muni d'un endomorphisme naturel donné par la multiplication par p. Dans ce langage, un complexe de Dieudonné dérivé peut être vu comme un module gradué muni d'une action du cercle cristallin. Nous développons aussi une notion de saturation d'un complexe de Dieudonné dérivé et nous montrons qu'elle coïncide avec la notion classique de saturation d'un complexe de Dieudonné dans le cas d'un anneau commutatif sans p-torsion. Nous avons également inclus une courte partie sur l'étude des fonctions graduées d'un champ linéaire : nous prouvons que les fonctions de poids 1 d'un champ linéaire retrouvent le complexe quasi-cohérent qui définit le champs, sous certaines conditions. Nous donnons également une description complète des fonctions graduées sur un champs linéaire en caractéristique nulle. Enfin, nous énonçons de nombreuses perspectives de développement de notre théorie de lacets gradués avec relèvement du Frobenius. En particulier, nous décrivons une théorie des formes symplectiques basée sur notre construction du complexe de de Rham-Witt et une théorie de feuilletages de Dieudonné sur un schéma dérivé, basée sur la notion de relèvement du Frobenius.In this thesis, we study a variation of the graded loop space construction for mixed graded derived schemes endowed with a Frobenius lift. We develop a theory of derived Frobenius lifts on a derived stack which are homotopy theoretic analogues of structures for commutative rings. This graded loopspace construction is the first step towards a de�finition of the de Rham-Witt complex for derived schemes. In this context, a loop is given by an action of the "crystalline circle", which is a formal analogue of the topological circle, endowed with its natural endomorphism given by multiplication by p. In this language, a derived Dieudonné complex can be seen as a graded module endowed with an action of the crystalline circle. We also develop a theory of saturation of a derived Dieudonné complex which coincides with the one previously defined for p-torsion-free commutative rings. We include a short section on the study of graded functions of linear stacks where we prove that the 1-weighted functions on a linear stack recover the quasi-coherent sheaf defining the stack, under mild assumptions. We also give a full description of graded functions on a linear stack when working in characteristic zero. Finally, we give many directions for further developments regarding graded loopspaces and Frobenius lifts. More specifically, we outline a theory of symplectic forms based on our construction of the de Rham-Witt complex and similarly, a theory of Dieudonné foliations using derived Frobenius lifts