Laboratoire de Physique Théorique
Thèses en ligne de l'Université Toulouse III - Paul SabatierNot a member yet
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Modélisation multi-échelle de la morphogenèse : transmission et canalisation des forces au cours de l'invagination épithéliale
Get PDFLa morphogenèse regroupe les évènements conduisant aux modifications de forme d'un organisme. Ces modifications tissulaires reposent sur le réarrangement et le changement de forme des cellules, orchestrés par des interactions entre forces mécaniques et signalisations chimiques pour permettre la formation de différents tissus avec des fonctions diverses. Les modèles vertex jouent un rôle important dans l'étude des mécanismes morphogénétiques. Ils permettent d'aborder certaines questions qu'il n'est pas toujours possible de tester in vivo du fait de limitations techniques. Ils peuvent aussi avoir un rôle prédictif sur le comportement d'un tissu. J'ai participé au développement d'une bibliothèque de modélisation appelée Tyssue, proposant différents modules afin de donner la possibilité à des biologistes de créer leur propre modèle avec une dynamique adaptée qui lui est propre. J'ai également travaillé sur deux modèles morphogénétiques de formation de plis différents chez la drosophile : l'invagination du mésoderme dans l'embryon et la formation des plis dans le disque imaginal de patte. Par une combinaison d'approches expérimentales et de modélisation, nous avons pu mettre en avant différents mécanismes dans la formation des plis. Tout d'abord, nous avons caractérisé le rôle des différentes forces (apicale et apico-basale) et testé leur importance dans la formation de l'invagination du mésoderme. Puis nous avons pu montrer que la canalisation des forces repose sur une polarité de tension dans les cellules du futur pli, ce qui permet une transmission préférentielle des forces dans la direction du pli. Au cours de la formation du pli, les forces se transmettent d'une cellule à ses voisines ce qui propage une déformation à l'échelle du tissu. Je me suis intéressée à la modélisation de cette réponse mécanique des cellules au cours de la transmission des forces. Enfin, j'ai travaillé sur le développement d'un programme de segmentation de surface apicale de cellule en 3D, afin de pouvoir réaliser des analyses morphologiques de surface apicale de cellule dans un tissu 3D. L'ensemble de ces différents projets ont permis de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux gouvernant la mécanique des tissus lors de leur remodelage.Morphogenesis includes all the events driving changes in the shape of an organism. Tissue modifications are based on cell rearrangement and cell shape changes, which are orchestrated by interactions between mechanical forces and chemical signals to allow the formation of different tissues with various functions. Vertex models play an important role in the study of morphogenetic mechanisms. They make it possible to address certain questions that are not always possible to test in vivo due to technical limitations. They can also have a predictive role on the behaviour of a tissue. I participated in the development of a modelling library called Tyssue, offering different modules in order to give the possibility to biologists to create their own model with its own dynamics. I have also worked on two morphogenetic models of fold formation in Drosophila: mesoderm invagination in the embryo and fold formation in the leg imaginal disc. I characterised the role of the different forces (apical and apico-basal) and tested their importance in the formation of mesoderm invagination. Then, I became interested in a force channelling mechanism ensuring the robustness of fold formation in the leg imaginal disc. By a combination of experimental and modelling approaches, we were able to show that the channelling of these forces is driven by the polarity of cells from the future fold, which allows preferential transmission in the direction of the fold. During the formation of the fold, forces are transmitted from one cell to its neighbours, which propagates a deformation throughout the tissue. I am interested in modelling this mechanical response of cells during force transmission. Finally, I worked on the development of a 3D apical cell surface segmentation program, in order to perform morphological analysis of the apical cell surface in 3D tissue. All of these different projects have made it possible to better understand the fundamental mechanisms governing the mechanics of tissues during their remodelling
Estimation de l'âge dentaire chez le sujet vivant : application des méthodes d'apprentissage machine chez les enfants et les jeunes adultes
Get PDFExposé du problème : Chez l'individu vivant, l'estimation de l'âge dentaire est un paramètre utilisé en orthopédie ou en orthodontie dentofaciale, ou en pédiatrie pour situer l'individu sur sa courbe de croissance. En médecine légale l'estimation de l'âge dentaire permet d'inférer l'âge chronologique sous forme d'une régression ou d'une classification par rapport à un âge clé. Il existe des méthodes physiques et radiologiques. Si ces dernières sont plus précises, il n'existe pas de méthode universelle. Demirjian a créé il y a presque 50 ans la méthode radiologique la plus utilisée, mais elle est critiquée pour sa précision et pour l'utilisation de tables de références basées sur un échantillon de population franco-canadien.
Objectif : L'intelligence artificielle et plus particulièrement l'apprentissage machine a permis le développement de différents outils ayant une capacité d'apprentissage sur une base de données annotées. L'objectif de cette thèse a été de comparer la performance de différents algorithmes d'apprentissage machine ; dans un premier temps par rapport à deux méthodes classiques d'estimation de l'âge dentaire, puis entre elles en ajoutant des prédicteurs supplémentaires. Matériel et méthode : Dans une première partie, les différentes méthodes d'estimation de l'âge dentaire sur des individus vivants enfants et jeunes adultes sont présentées. Les limites de ces méthodes sont exposées et les possibilités d'y répondre avec l'utilisation de l'apprentissage machine sont proposées. A partir d'une base de données de 3605 radiographies panoramiques d'individus âgés de 2 à 24 ans (1734 filles et 1871 garçons), différentes méthodes d'apprentissage machine ont été testées pour estimer l'âge dentaire. Les précisions de ces méthodes ont été comparées entre elles et par rapport à deux méthodes classiques de Demirjian et Willems. Ce travail a abouti à la parution d'un article dans l'International Journal of Legal Medicine. Dans une deuxième partie, les différentes méthodes d'apprentissage machine sont décrites et discutées. Puis les résultats obtenus dans l'article sont remis en perspective avec les publications sur le sujet en 2021. Enfin une mise en perspective des résultats des méthodes d'apprentissage machine par rapport à leur utilisation dans l'estimation de l'âge dentaire est réalisée. Résultats : Les résultats montrent que toutes les méthodes d'apprentissage machine présentent une meilleure précision que les méthodes classiques testées pour l'estimation de l'âge dentaire dans les conditions d'utilisation de ces dernières. Elles montrent également que l'utilisation du stade de maturation des troisièmes molaires sur une plage d'utilisation étendue à 24 ans ne permet pas l'estimation de l'âge dentaire pour une question légale.
Conclusion : Les méthodes d'apprentissage machine s'intègrent dans le processus global d'automatisation de la détermination de l'âge dentaire. La partie spécifique d'apprentissage profond semble intéressante à investiguer pour des tâches de classification de l'âge dentaire.Statement of the problem: In the living individual, the estimation of dental age is a parameter used in orthopedics or dentofacial orthodontics or in pediatrics to locate the individual on its growth curve. In forensic medicine, the estimation of dental age allows to infer the chronological age for a regression or a classification task. There are physical and radiological methods. While the latter are more accurate, there is no universal method. Demirjian created the most widely used radiological method almost 50 years ago, but it is criticized for its accuracy and for using reference tables based on a French-Canadian population sample. Objective: Artificial intelligence, and more particularly machine learning, has allowed the development of various tools with a learning capacity on an annotated database. The objective of this thesis was to compare the performance of different machine learning algorithms first against two classical methods of dental age estimation, and then between them by adding additional predictors. Material and method: In a first part, the different methods of dental age estimation on living children and young adults are presented. The limitations of these methods are exposed and the possibilities to address them with the use of machine learning are proposed. Using a database of 3605 panoramic radiographs of individuals aged 2 to 24 years (1734 girls and 1871 boys), different machine learning methods were tested to estimate dental age. The accuracies of these methods were compared with each other and with two classical methods by Demirjian and Willems. This work resulted in an article published in the International Journal of Legal Medicine. In a second part, the different machine learning methods are described and discussed. Then, the results obtained in the article are put in perspective with the publications on the subject in 2021. Finally, a perspective of the results of the machine learning methods in relation to their use in dental age estimation is made. Results: The results show that all machine learning methods have better accuracy than the conventional methods tested for dental age estimation under the conditions of their use. They also show that the use of the maturation stage of third molars over an extended range of use to 24 years does not allow the estimation of dental age for a legal issue. Conclusion:
Machine learning methods fit into the overall process of automating dental age determination. The specific part of deep learning seems interesting to investigate for dental age classification tasks
Apprentissages procéduraux perceptivo-moteurs dans la neurofibromatose de type 1 et suite à une tumeur de la fosse postérieure pédiatrique irradiée ou non irradiée : études comportementales et en IRM fonctionnelle de repos
Get PDFL'acquisition de nouvelles habiletés motrices, associée à la pratique ou à l'expérience, est fondamentale dans le développement psychomoteur de l'enfant. Ces mécanismes d'apprentissage procéduraux impliquent l'apprentissage de séquence, sous-tendu principalement par le striatum et les circuits cortico-striataux ; et l'adaptation motrice, sous-tendu par le cervelet et les circuits cortico-cérébelleux. Les études qui composent cette thèse avaient pour objectif principal de caractériser les capacités d'apprentissage procédural moteur et leurs substrats en imagerie fonctionnelle de repos dans deux populations cliniques, la neurofibromatose de type 1 (NF1) et suite à une tumeur de la fosse postérieure (TFP) pédiatrique. La première partie de ce travail explore l'apprentissage de séquence motrice, à l'aide de la tâche de temps de réaction sériels, chez des enfants NF1. A l'échelle du groupe cet apprentissage est préservé, mais à l'échelle individuelle la présence d'objets brillants non identifiés (OBNI), témoins d'anomalies sous-corticales de la myélinisation, caractéristiques de la NF1, semble associée à une altération de l'apprentissage de séquence. Une hyperconnectivité de repos dans les circuits pariéto-striataux, en lien avec les habiletés motrices globales telles que mesurées à la batterie d'évaluation des mouvements de l'enfant (M-ABC), est retrouvée de façon relativement similaire à ce qui a été montré chez les enfants porteurs de trouble du développement de la coordination. La deuxième partie de ce travail explore l'apprentissage de séquence motrice à l'aide de la même tâche, ainsi que l'adaptation motrice à l'aide d'une tâche d'écriture en sens non conventionnel chez des participants guéris d'une TFP pédiatrique. La prise en charge des TFP varie selon le type histologique incluant une chirurgie d'exérèse pour les astrocytomes pilocytiques, une chirurgie et une irradiation focale pour les épendymomes et l'association de chirurgie, radiothérapie et chimiothérapie pour les médulloblastomes. La radiothérapie est un facteur de risque cognitif maintenant bien établi chez les enfants suite à la prise en charge d'une tumeur cérébrale. L'objectif était d'évaluer l'impact de la tumeur et de sa chirurgie ainsi que celui de l'irradiation cérébrale des structures cérébelleuses et striatales sur les apprentissages procéduraux moteurs. L'adaptation motrice est altérée suite à une TFP, et des atypies dans la connectivité fonctionnelle de repos dans les réseaux cortico-cérébelleux de repos sont retrouvées en faveur de séquelle de la tumeur et de sa chirurgie. Un tiers des participants avec TFP irradiés présentent une altération de l'apprentissage de séquence motrice. Des atypies dans les réseaux cortico-striataux de repos sont retrouvées chez les participants avec TFP irradiés, à type d'hyperconnectivité dans les régions motrices, corrélées à l'apprentissage spécifique de séquence, et d'hypoconnectivité dans les régions frontales et précunéales dépendant de la dose d'irradiation aux structures striatales. En résumé, les études comprises dans la présente thèse ont approfondi nos connaissances des capacités d'apprentissage moteur dans les contextes d'une pathologie génétique, modèle de trouble du neurodéveloppement, la NF1 et d'une atteinte lésionnelle tumorale de la fosse postérieure pédiatrique. Les atteintes de la substance blanche dans les régions sous-corticales, dont les OBNI sont le témoin chez les NF1, et secondaires à l'irradiation cérébrale pourraient être une explication commune des mécanismes d'altération des apprentissages moteurs sériels.The acquisition of new motor skills, associated with practice or experience, is fundamental to the psychomotor development of the child. These procedural learning mechanisms include sequence learning, involving mainly striatum and cortico-striatal circuits; and motor adaptation, involving cerebellum and cortico-cerebellar circuits. The main objective of this thesis was to characterize motor procedural learning abilities and their substrates in resting-state functional imaging in two clinical populations, neurofibromatosis type 1 (NF1) and following a pediatric posterior fossa tumor (PFT). The first part of this work explores motor sequence learning, using the serial reaction time task, in NF1 children. At the group level this learning is preserved, but at the individual level the presence of unidentified bright objects (UBOs), indicative of subcortical myelination abnormalities, characteristic of NF1, seems to be associated with impaired sequence learning. Resting hyperconnectivity in parieto-striatal circuits, in relation to gross motor skills assessed using M-ABC, is found to be relatively similar to what has been shown in children with developmental coordination disorders. The second part of this work explores motor sequence learning using the same task, as well as motor adaptation using a non-conventional writing task in participants recovered from pediatric PFT. The management of FPT varies according to histological type, including surgery for pilocytic astrocytomas, surgery and focal irradiation for ependymomas and a combination of surgery, radiotherapy and chemotherapy for medulloblastomas. Radiotherapy is now a well-established cognitive risk factor in children after a brain tumor. The aim was to evaluate the impact of the tumor and its surgery as well as the impact of brain irradiation of cerebellar and striatal structures on motor procedural learning. Motor adaptation is impaired following PFT, and atypical functional resting connectivities in the cortico-cerebellar networks are found in favor of sequelae of the tumor and its surgery. One third of the participants with irradiated PFT had impaired motor sequence learning. Atypical resting cortical-striatal connectivities were found in participants with irradiated PFT: hyperconnectivity in motor regions, correlated with sequence-specific learning, and hypoconnectivity in frontal and precuneal regions, depending on the dose of irradiation to striatal structures. In summary, the studies included in this thesis have furthered our knowledge of motor learning abilities in the contexts of a genetic pathology, a model of neurodevelopmental disorder, that is NF1, and a pediatric PFT lesion. White matter damage in subcortical regions, reflected by OBNI in NF1 and secondary to brain irradiation, could be a common explanation for the mechanisms of impairment of serial motor learning
Bibliométrie, détection de changement et apprentissage multimodal sur des données d'observation de la Terre : le cas de la déforestation
No full textEn raison de la déforestation et de la dégradation affectant de nombreuses zones forestières, il est nécessaire de détecter et de surveiller l'état des forêts. Dans cette thèse, nous présentons des méthodes automatiques pour analyser des images satellites et des documents scientifiques, séparément et conjointement, pour détecter la déforestation. Ce travail, appliqué à la déforestation, reste générique et peut s'appliquer à d'autres domaines dans lesquels des images d'observation peuvent être annotées à partir de publications au sujet du phénomène à annoter.
Nous présentons notre travail d'analyse des publications liées à la déforestation couvrant plusieurs décennies. Nos méthodes offrent une nouvelle approche prometteuse pour l'analyse des données environnementales afin d'étudier à grande échelle des informations sur la déforestation ou d'autres sujets. Nous proposons d'extraire les meilleurs mots-clés d'un corpus de publications scientifiques sur un même sujet, après avoir retiré les documents les moins pertinents de ce corpus en fonction de leur titre. Pour ce faire, nous utilisons des plongements de phrases et des mesures de similarité sémantique. En utilisant notre approche sur les corpus liés à la déforestation, nous obtenons les meilleurs mots-clés principalement liés à ce sujet. Nous proposons d'annoter des paires d'images satellites de forêts ayant subi des changements, avec des mots-clés de publications scientifiques. Les paires d'images sont annotées avec les mots qui leur ressemblent le plus. Nous utilisons une représentation commune des images et des mots-clés extraits des publications, à l'aide de réseaux de neurones. Nous trouvons les mots-clés les plus similaires à la paire d’images dans cet espace commun avec la mesure de similarité du cosinus. Avec notre approche, nous constatons que les corpus qui sont liés aux forêts en général, et à la région d'intérêt plus spécifiquement, peuvent être utilisés pour annoter automatiquement et de façon pertinente les images. Nous montrons que ces corpus donnent de meilleurs résultats que l'utilisation d'un corpus plus générique comme Wikipedia.Due to deforestation and degradation affecting many forest areas, it is necessary to detect and monitor the condition of forests. In this thesis, we present automatic methods to analyze satellite images and scientific documents, separately and jointly, to detect deforestation.
This work, applied to deforestation, remains generic and can be applied to other domains in which observation images can be annotated from publications about the phenomenon of interest. We present our analysis work on publications related to deforestation covering several decades. Our methods offer a promising new approach for the analysis of environmental data to study large-scale information on deforestation or other topics. We propose to extract the best keywords from a corpus of scientific publications on the same subject, after having removed the least relevant documents from this corpus according to their title. To do this, we use sentence embeddings and semantic similarity measures. By using our approach on corpora related to deforestation, we obtain the best keywords mainly related to this subject. We propose to annotate pairs of satellite images of forests having undergone changes, with keywords of scientific publications. Pairs of images are annotated with the words that most closely resemble them. We use a common representation of images and keywords extracted from scientific publications, using neural networks. We find the most similar keywords to the image pair in this common space with the cosine similarity measure. With our approach, we find that corpora that are related to forests in general, and to the region of interest more specifically, can be used to automatically and meaningfully annotate images. We show that these corpora give better results than using a more generic corpus like Wikipedia
Rôles du facteur de transcription Eomes dans les fonctions, le métabolisme et la survie des LT CD4 dans un modèle murin de sclérose en plaques
No full textDes études chez l'Homme ont montré que le facteur de transcription Eomes appartient à un locus de susceptibilité associé à la Sclérose en Plaques (SEP) et à la polyarthrite rhumatoïde. Par ailleurs, une accumulation de cellules CD4 EOMES+ a été retrouvée au niveau des sites inflammatoires chez les patients atteints de pathologies inflammatoires chroniques telles que la SEP. Cependant, les fonctions précises de ces LT CD4 Eomes+ dans la physiopathologie de ces maladies restent peu connues. Au cours de ma thèse, nous avons pu montrer en utilisant le modèle murin de SEP : l'encéphalomyélite auto- immune expérimentale (ou EAE), que la délétion d'Eomes dans les LT CD4 antigènes-spécifiques induit une diminution de la sévérité de la pathologie. Afin d'étudier le rôle d'Eomes dans la physiopathologie de l'EAE, nous avons analysé l'activation, la différenciation et la migration des LT CD4 antigènes-spécifiques déficients pour Eomes. Bien que la délétion d'Eomes n'impacte ni l'activation ni la migration des LT CD4 au niveau du système nerveux central (SNC), ce facteur de transcription favorise la production d'IFN-g. De plus, nous avons mis en évidence qu'Eomes est indispendable à la survie des LT CD4 dans le SNC. Nos études transcriptomiques ont par la suite révélé que ce facteur de transcription régule le métabolisme des LT avec un impact majeur sur la fonction mitochondriale. Afin de mieux comprendre le rôle d'Eomes dans la régulation du métabolisme, nous avons utilisé l'oxymètre Seahorse ainsi que la résonnance nucléaire magnétique. Nous avons ainsi mis en évidence que bien que la délétion d'Eomes n'impacte ni la glycolyse ni la glutaminolyse, les LT CD4 Eomes+ possèdent un taux plus important de lipides neutres à la fois in vitro et in vivo. De plus, l'inhibition de l'oxydation des acides gras altère spécifiquement la respiration des LT CD4 qui expriment Eomes révélant ainsi une dépendance de ces cellules vis à vis du métabolisme des lipides afin d'alimenter la phosphorylation oxydative. En ce qui concerne le phénotype mitochondrial, nos analyses transcriptomiques ont mis en évidence une diminution de l'expression des gènes impliqués dans l'organisation de la mitochondrie dans les LT CD4 déficients pour Eomes. Parmi l'ensemble de ces gènes, Romo1 est un acteur clé dans le métabolisme de par son rôle dans le maintien de l'architecture mitochondriale. Ainsi, des analyses en microscopie électronique ont permis de mettre en évidence une structure altérée des crêtes mitochondriales dans les LT CD4 déficients pour Eomes associée à une sensibilité accrue aux stimuli de stress induisant la mort cellulaire. Ainsi, l'ensemble de ces travaux ont permis de mettre en évidence qu'Eomes régule à la fois l'architecture et les fonctions mitochondriales, promouvant ainsi la survie à long terme des LT CD4 encéphalitogènes.Genetic association studies have shown that the transcription factor Eomes belongs to susceptibility loci associated with Multiple Sclerosis (MS) and Rheumatoid Arthritis. Moreover, an accumulation of Eomes+ CD4 T cells was reported in several inflamed tissues of patients with chronic inflammatory disorders including MS. However, the precise function of Eomes+ CD4 T cells in the pathophysiology of these diseases is still unclear. During my PhD, using a mouse model of MS, the experimental autoimmune encephalomyelitis (or EAE), we showed that Eomes deletion in antigen-specific CD4+ T cells leads to reduced disease severity. In order to investigate the role of Eomes in the pathophysiology of EAE, we analyzed the activation, differentiation and migratory capacities of antigen-specific CD4 T cell deficient for Eomes. While Eomes deletion doesn't impact neither activation nor migration of central nervous system (CNS)-infiltrating CD4 T cells, this transcription factor promotes IFN-g production. Moreover, we highlighted the crucial role of Eomes in CNS-infiltrating CD4 T cell survival. Then, our transcriptomic data revealed that Eomes regulates cell metabolism and mainly mitochondrial function. To further dissect the role of Eomes in metabolism regulation, we used Seahorse oximeter and nuclear magnetic resonance. We showed that while Eomes deletion doesn't impact neither glycolysis nor glutaminolysis, Eomes+ CD4 T cells exhibit enhanced neutral lipid contents both in vitro and in vivo when assessing cells extracted from the CNS of MS mouse model. In addition, fatty acid oxidation (FAO) inhibition alters specifically Eomes+ cells respiration showing that those cells are dependent of FA metabolism to fuel oxidative phosphorylation. Related to the mitochondrial phenotype, our transcriptomic analysis showed a downregulation of genes involved in mitochondrion organization in Eomes-deficient CD4 T cells. One of those genes is Romo1, a key player in metabolism through its role in maintaining the mitochondrial architecture. Accordingly, electron microscopy analyses revealed aberrant cristae structure in Eomes-deficient cells associated with their increased sensibility to death stimuli. Altogether, we demonstrate that Eomes regulates both mitochondrial architecture and function, supporting long-term survival of encephalitogenic CD4 T cells
Ordonnancement de camions dans une plateforme logistique : complexité, méthodes de résolution et incertitudes
Get PDFLa problématique dite de crossdocking a été source de beaucoup d'attention ces dernières années dans la littérature. Un crossdock est une plateforme logistique favorisant, par une synchronisation efficace des camions entrants et sortants, une rotation rapide des produits, le volume de produits stockés devant être le plus faible possible. Le crossdocking soulève de nombreux problèmes logistiques, dont notamment celui de l'ordonnancement des camions entrants et sortants sur les quais de la plateforme. L'objectif classiquement considéré dans la littérature pour ce problème est la minimisation du makespan, critère très répandu en d'ordonnancement. Pour le crossdocking néanmoins, minimiser la date de départ du dernier camion ne garantie pas nécessairement une bonne synchronisation des camions et le makespan ne semble donc pas être l'objectif le plus pertinent. Pour répondre au besoin de synchronisation et favoriser les rotations rapides, notre travail propose alternativement de minimiser la somme des temps de séjour des palettes dans le stock. Nous étudions d'abord la version déterministe de ce problème d'ordonnancement. Sa complexité est détaillée selon différentes hypothèses pour identifier les éléments menant à sa NP-difficulté. Différentes méthodes de résolutions sont proposées. Une méthode classique de programmation linéaire en nombres entiers utilisant des variables de décision indexées par le temps. Une famille d'inégalités valides est également proposée et exploitée dans un algorithme avec ajout itératif de coupes. Des méthodes basées sur la programmation par contraintes sont enfin proposées. Une analyse comparative de ces différentes méthodes est proposée. Dans un deuxième temps, nous étudions une version non-déterministe de notre problème d'ordonnancement dans laquelle des incertitudes sur les dates d'arrivée des camions sont introduites sous la forme d'intervalles de temps équiprobables. Une méthode d'ordonnancement proactive-réactive utilisant le concept de groupes d'opérations permutables est proposée pour faire face aux incertitudes. Des groupes de camions permutables sont séquencés et affectés aux quais puis, durant l'exécution d'ordonnancement, en fonction de la réalisation des dates d'arrivée, un ordre est choisi dans chaque groupe à l'aide d'un algorithme réactif.Crossdocking has received a lot of attention in the literature in recent years. A crossdock is a logistic platform that promotes rapid product turnover through efficient synchronization of incoming and outgoing trucks, with the volume of products stored being kept as low as possible. Crossdocking raises many logistical problems, including the scheduling of incoming and outgoing trucks on the platform's docks. The classical objective considered in the literature for this problem is the minimization of the makespan, a very common criterion in scheduling. However, for crossdocking, minimizing the departure date of the last truck does not necessarily guarantee a good synchronization of the trucks and the makespan does not seem to be the most relevant objective. In order to meet the need for synchronization and to help fast rotations, our work proposes alternatively to minimize the sum of the pallets' sojourn times in the warehouse. We first study the deterministic version of this scheduling problem. Its complexity is detailed under different assumptions to identify the elements leading to its NP-hardness. Different solution methods are proposed. A classical integer linear programming method using time-indexed decision variables. A family of valid inequalities is also proposed and exploited in an algorithm with iterative addition of cuts. Finally, methods based on constraint programming are proposed. A comparative analysis of these different methods is proposed.
In a second step, we study a non-deterministic version of our scheduling problem in which uncertainties on truck arrival dates are introduced in the form of equiprobable time intervals. A proactive-reactive scheduling method using the concept of permutable operation groups is proposed to cope with the uncertainties. Groups of permutable trucks are sequenced and assigned to the docks and then, during the scheduling run, based on the realization of arrival dates, an order is chosen in each group using a reactive algorithm
Nanoparticules inorganiques luminescentes dopées aux lanthanides : synthèses, caractérisations et applications
Get PDFDans cette thèse, les nanoparticules d'oxysulfure et de fluorure de terres rares dopées au lanthanide sont explorées en tant que nanosondes pour des applications d'imagerie multimodale, de détection de température et d'imagerie temporelle. Le premier chapitre donne une brève introduction sur les nanoparticules susmentionnées et leurs propriétés optiques et leurs applications. Dans le chapitre 2, nous présentons une stratégie polyvalente pour la synthèse de 15 types de nanoparticules ultrapetites oxysulfure de terre rare (RE2O2S) d'une taille de 3 à 10 nm. Les NP Gd2O2S:Nd revêtues de PVP d'une taille de 6 nm sont synthétisées par une méthode d'échange de ligand. Nous démontrons que les NP Gd2O2S:Nd ultrapetites revêtues de PVP sont de bons agents de contraste en résonance magnétique pondérée (RM) T1 et T2, en tomodensitométrie (CT), en fluorescence dans le proche infrarouge (NIR-II) ainsi qu'en d'imagerie photoacoustique. Dans le chapitre 3, nous concevons une nouvelle hétérostructure cœur/coque dopé Ln3+. Des particules de Gd2O2S:20 %Yb,1%Tm ultra-petites (~ 5 nm) sont recouvertes d'une coque ß-NaYF4 optiquement inerte de ~ 4 nm par croissance épitaxiale, grâce au petit décalage de maille. Les nanoparticules à conversion ascendante Gd2O2S:20%Yb,1%Tm@NaYF4 core/shell UCNPs montrent une augmentation d'intensité de conversion ascendante de plus de 800 fois UCL par rapport à l'intensité du-coeur seul, une augmentation de durée de vie (transition 3H4 → 3H6 de Tm3+) de près de 1000 µs par rapport à 5 µs pour les cœur, et un rendement quantique de conversion ascendante jusqu'à 0,76 % à 155 W/cm2, ce qui est en concurrence avec d'autres UCNP à base de ß-NaYF4 avec des tailles similaires. Dans le chapitre 4, nous étudions le comportement thermique de la luminescence UC de nanoparticules Gd2O2S:20%Yb,1%Tm@NaYF4 et Gd2O2S:20%Yb,2%Er@NaYF4 cœur/coquille dans la plage de température de 293-473 K. Ensuite nous étudions comment la variation de la déformation du réseau influence le rapport de 4F9/2 → 4I15/2/4S3/2 → 4I15/2 de particules Gd2O2S:20%Yb,2%Er@NaYF4 avec une température variable. En outre, la sensibilité thermique relative record de 3,9% K-1 des particules Gd2O2S:20%Yb,1%Tm@NaYF4 est démontrée. Enfin, au chapitre 5, des objets cœur/coquille à conversion ascendante NaYF4:40%Gd,20%Yb,1%Tm@NaYF4:10%Yb@NaYF4:20%Nd,10%Yb sont synthétisés. Sur la base d'instruments optiques avancés, des spectres UCL à synchronisation temporelle et des durées de vie à 802 nm de Tm3+ sous une excitation laser de 808 nm sont mesurés, ce qui offre une possibilité théorique d'imagerie temporelle à l'aide des mêmes longueurs d'onde d'excitation et d'émission (~ 800 nm). Les conclusions et perspectives de ce travail sont explicitées dans le chapitre 6.In this thesis, lanthanide-doped rare earth oxysulfide and fluoride nanoparticles (NPs) are explored as nanoprobes for multimodal imaging, temperature sensing and time-gated imaging applications. The first chapter gives a brief introduction on the aforementioned nanoparticles and their optical properties and applications. In chapter 2, we present a versatile strategy for synthesis of 15 kinds of ultrasmall rare earth oxysulfide (RE2O2S) NPs with size of 3~10 nm. PVP-coated Gd2O2S:Nd NPs with size of 6 nm are synthesized through a ligand exchange method. We demonstrate that the ultrasmall PVP-coated Gd2O2S:Nd NPs are capable of T1 and T2 weighted magnetic resonance (MR), computed tomography (CT), second near infrared (NIR-II) fluorescence, photoacoustic, and ultrasound imaging. In chapter 3, we design a new Ln3+-doped core/shell heterostructure. ~5 nm ultrasmall Gd2O2S:20%Yb,1%Tm core is coated with ~4 nm optically inert ß-NaYF4 shell by epitaxial growth due to small lattice mismatch. The Gd2O2S:20%Yb,1%Tm@NaYF4 core/shell upconversion nanoparticles (UCNPs) show more than 800 times enhancement of upconversion luminescence (UCL) intensity compared to intensity of the core, lifetime (3H4 → 3H6 transition of Tm3+) of nearly 1000 µs compared to 5 µs of core, and upconversion quantum yield up to 0.76% at 155 W/cm2, which competes with other ß-NaYF4 based UCNPs with similar sizes. In chapter 4, we study UCL luminescence thermal enhancement behavior of Gd2O2S:20%Yb,1%Tm@NaYF4 and Gd2O2S:20%Yb,2%Er@NaYF4 core/shell UCNPs in the temperature range of 293-473 K. Then we further study how the variation of lattice strain influences the ratio of 4F9/2 → 4I15/2/4S3/2 → 4I15/2 of Gd2O2S:20%Yb,2%Er@NaYF4 core/shell UCNPs with varying temperature. Further, the highest relative thermal sensitivity of 3.9% K-1 of Gd2O2S:20%Yb,1%Tm@NaYF4 core/shell UCNPs is determined. In chapter 5, NaYF4:40%Gd,20%Yb,1%Tm@NaYF4:10%Yb@NaYF4:20%Nd,10%Yb core/shell/shell UCNPs are synthesized. Based on advanced optical instruments, time-gated UCL spectra and lifetimes at 802 nm of Tm3+ under 808 nm laser excitation are measured, which provide theoretical possibility for time-gated imaging using the same excitation and emission wavelengths (~800 nm). Conclusions and perspectives for this work are elucidated in chapter 6
Optimisation du trafic aérien à l'arrivée dans la zone terminale et dans l'espace aérien étendu
Get PDFSelon les prévisions à long terme du trafic aérien de l'Organisation de l'Aviation Civile Internationale (OACI) en 2018, le trafic mondial de passagers devrait augmenter de 4,2% par an de 2018 à 2038. Bien que l'épidémie de COVID-19 ait eu un impact énorme sur le transport aérien, il se rétablit progressivement. Dès lors, l'efficacité et la sécurité resteront les principales problématiques du trafic aérien, notamment au niveau de la piste qui est le principal goulot d'étranglement du système. Dans le domaine de la gestion du trafic aérien, la zone de manœuvre terminale (TMA) est l'une des zones les plus complexes à gérer. En conséquence, le développement d'outils d'aide à la décision pour gérer l'arrivée des avions est primordial. Dans cette thèse, nous proposons deux approaches d'optimisation qui visent à fournir des solutions de contrôle pour la gestion des arrivées dans la TMA et dans un horizon étendu intégrant la phase en route. Premièrement, nous abordons le problème d'ordonnancement des avions sous incertitude dans la TMA. La quantification et la propagation de l'incertitude le long des routes sont réalisées grâce à un modèle de trajectoire qui représente les informations temporelles sous forme de variables aléatoires. La détection et la résolution des conflits sont effectuées à des points de cheminement d'un réseau prédéfini sur la base des informations temporelles prédites à partir de ce modèle. En minimisant l'espérance du nombre de conflits, les vols peuvent être bien séparés. Outre le modèle proposé, deux autres modèles de la litérrature - un modèle déterministe et un modèle intégrant des marges de séparation - sont présentés comme références. Un recuit simulé (SA) combiné à une fenêtre glissante temporelle est proposé pour résoudre une étude de cas de l'aéroport de Paris Charles de Gaulle (CDG). De plus, un cadre de simulation basé sur l'approche Monte-Carlo est implémenté pour perturber aléatoirement les horaires optimisés des trois modèles afin d'évaluer leurs performances. Les résultats statistiques montrent que le modèle proposé présente des avantages absolus dans l'absorption des conflits en cas d'incertitude. Dans une deuxième partie, nous abordons un problème dynamique basé sur le concept de Gestion des Arrivées Étendue (E-AMAN). L'horizon E-AMAN est étendu jusqu'à 500 NM de l'aéroport de destination permettant ainsi une planification anticipée. Le caractère dynamique est traitée par la mise à jour périodique des informations de trajectoires réelles sur la base de l'approche par horizon glissant. Pour chaque horizon temporel, un sous-problème est établi avec pour objectif une somme pondérée de métriques de sécurité du segment en route et de la TMA. Une approche d'attribution dynamique des poids est proposée pour souligner le fait qu'à mesure qu'un aéronef se rapproche de la TMA, le poids de ses métriques associées à la TMA devrait augmenter. Une étude de cas est réalisée à partir des données réelles de l'aéroport de Paris CDG. Les résultats finaux montrent que grâce à cet ajustement anticipé, les heures d'arrivée des avions sont proches des heures prévues tout en assurant la sécurité et en réduisant les attentes. Dans la troisième partie de cette thèse, on propose un algorithme qui accélère le processus d'optimisation. Au lieu d'évaluer les performances de tous les aéronefs, les performances d'un seul aéronef sont concentrées dans la fonction objectif. Grâce à ce changement, le processus d'optimisation bénéficie d'une évaluation d'objectif rapide et d'une vitesse de convergence élevée. Afin de vérifier l'algorithme proposé, les résultats sont analysés en termes de temps d'exécution et de qualité des résultats par rapport à l'algorithme utilisé à l'origine.According to the long term air traffic forecasts done by International Civil Aviation Organization (ICAO) in 2018, global passenger traffic is expected to grow by 4.2% annually from 2018 to 2038 using the traffic data of 2018 as a baseline. Even though the outbreak of COVID-19 has caused a huge impact on the air transportation, it is gradually restoring. Considering the potential demand in future, air traffic efficiency and safety will remain critical issues to be considered. In the airspace system, the runway is the main bottleneck in the aviation chain. Moreover, in the domain of air traffic management, the Terminal Maneuvering Area (TMA) is one of the most complex areas with all arrivals converging to land. This motivates the development of suitable decision support tools for providing proper advisories for arrival management. In this thesis, we propose two optimization approaches that aim to provide suitable control solutions for arrival management in the TMA and in the extended horizon that includes the TMA and the enroute phase. In the first part of this thesis, we address the aircraft scheduling problem under uncertainty in the TMA. Uncertainty quantification and propagation along the routes are realized in a trajectory model that formulates the time information as random variables. Conflict detection and resolution are performed at waypoints of a predefined network based on the predicted time information from the trajectory model. By minimizing the expected number of conflicts, consecutively operated flights can be well separated. Apart from the proposed model, two other models - the deterministic model and the model that incorporates separation buffers - are presented as benchmarks. Simulated annealing (SA) combined with the time decomposition sliding window approach is used for solving a case study of the Paris Charles de Gaulle (CDG) airport. Further, a simulation framework based on the Monte-Carlo approach is implemented to randomly perturb the optimized schedules of the three models so as to evaluate their performances. Statistical results show that the proposed model has absolute advantages in conflict absorption when uncertainty arises. In the second part of this thesis, we address a dynamic/on-line problem based on the concept of Extended Arrival MANagement (E-AMAN). The E-AMAN horizon is extended up to 500NM from the destination airport so as to enhance the cooperation and situational awareness of the upstream sector control and the TMA control. The dynamic feature is addressed by periodically updating the real aircraft trajectory information based on the rolling horizon approach. For each time horizon, a sub-problem is established taking the weighted sum of safety metrics in the enroute segment and in the TMA as objective. A dynamic weights assignment approach is proposed to emphasize the fact that as an aircraft gets closer to the TMA, the weight for its metrics associated with the TMA should increase. A case study is carried out using the real arrival traffic data of the Paris CDG airport. Final results show that through early adjustment, the arrival time of the aircraft can meet the required schedule for entering the TMA, thus ensuring overall safety and reducing holding time. In the third part of this thesis, an algorithm that expedites the optimization process is proposed. Instead of evaluating the performance of all aircraft, single aircraft performance is focused and a corresponding objective function is created. Through this change, the optimization process benefits from fast evaluation of objective and high convergence speed. In order to verify the proposed algorithm, results are analyzed in terms of execution time and quality of result compared to the originally used algorithm
Modélisation des effets de surfaces sur les propriétés de commutation des nanomatériaux à transition de spin : vers une analyse quantitative des énergies de surface
Get PDFLes matériaux à transition de spin sont des matériaux commutables capables de transiter d'un état à un autre suite à une application d'un champ extérieur, comme la température, la pression, ou la lumière. Cette transition s'accompagne d'un changement volumique et électronique, rendant ces matériaux intéressants pour de futures applications sociétales (conception de muscles artificiels, actuateurs mécaniques, capteurs de gaz et de température ...). L'élaboration de ces matériaux peut être réalisée par évaporation thermique ou synthèse chimique, avec une gamme de taille allant du millimètre et pouvant atteindre le nanomètre. Cependant, la miniaturisation d'objets entraine une modification de la stabilité de phase, rendant délicat leur intégration dans des dispositifs. L'objectif de ma thèse est d'étudier théoriquement l'influence des effets de taille finie sur les propriétés de commutation, en particulier les effets de surface et d'interface, qui doivent jouer un rôle important sur la stabilité de phase à l'échelle nanométrique. Les effets de la réduction de la taille sur la dynamique du réseau des couches minces à transition de spin ont été étudiés par des simulations de la densité d'états vibrationnels par des méthodes de la dynamique moléculaire. Une reconsidération du champ de force utilisé pour le réseau cubique à motifs octaédrique nous a permis d'obtenir de bons ordres de grandeur de la vitesse du son dans les deux états de spin. En combinant avec la méthode de la matrice dynamique, il est montré que les modes de vibration de surface de très basses fréquences peuvent contribuer en particulier à l'augmentation de l'entropie vibrationnelle avec la réduction de la taille, en bon accord avec les observations expérimentales. Nous avons pu alors étendre l'étude à d'autres quantités d'une importance primordiale dans les propriétés mécaniques et le phénomène de la transition de spin, telles que l'énergie de surface et la contrainte d'interface. Des approches théoriques issues de la physique des solides sont employées dans les simulations numériques de ces grandeurs, donnant en conséquence des estimations préliminaires de ces quantités de surface et d'interface dans le cas des nanomatériaux à transition de spin. Finalement, les effets de surface, de l'isotropie et de l'anisotropie des contraintes d'interface sur la stabilité de phase sont discutés à l'aide d'un modèle nanothermodynamique.Spin transition materials are switchable materials capable of switching from one state to another by the application of an external field, such as : temperature, pressure, or light. This transition is accompanied by a volumetric and electronic change, making these materials interesting for future societal applications (design of artificial muscles, mechanical actuators, gas and temperature sensors, etc.). These materials can be produced by thermal evaporation or chemical synthesis, with a size range starting from millimeters and can reach the nanometer scale. However, the miniaturization of objects leads to a modification of the phase stability, making difficult their integration into devices. The objective of my thesis is to study, form a theoretical viewpoint, the influence of finite size effects on the switching properties, in particular the surface and interface effects, which must play an important role on the phase stability at nanometer scale. Size reduction effects on the lattice dynamics of spin crossover thin films have been studied by simulations of the density of vibrational states by molecular dynamics methods. A reconsideration of the force field used for the cubic lattice with octahedral pattern allowed us to obtain good orders of magnitude for the sound velocity in both spin states. Combining with the dynamical matrix method, it is shown that surface vibrational modes can contribute in particular to the increase in vibrational entropy with size reduction, in good agreement with experimental observations. We were then able to extend the study to other quantities of paramount importance in the mechanical properties and the phenomenon of spin transition, such as surface energy and interface stress. Theoretical approaches from solid state physics are used in the numerical simulations of these quantities, thus giving preliminary estimates of these surface and interface quantities in the case of spin crossover nanomaterials. Finally, the effects of surface, isotropy and anisotropy of interface stresses on phase stability are discussed using a nanothermodynamic model
Stratégies non pharmacologiques et réponse aux antidépresseurs dans un modèle murin de dépression : effets comportementaux et mécanismes neurobiologiques
Get PDFLes troubles majeurs dépressifs concernent plus de 300 millions de personnes à travers le monde. Si des composés pharmacologiques permettent de traiter la dépression, les substances commercialisées pour cette indication présentent certaines limites thérapeutiques. Notamment, on observe pour tous ces composés, un faible taux de réponse, un taux élevé de rechute et/ou un long délai d'action. En effet, la plupart des antidépresseurs nécessitent un traitement au long cours, avant que les premiers signes thérapeutiques ne soient observables, ce qui constitue un inconvénient clinique majeur. Au niveau mécanistique, ceci s'explique par le fait que l'administration chronique d'antidépresseur entraîne des modifications cérébrales qui nécessitent plusieurs semaines, voire plusieurs mois, pour se mettre en place. Dans ce contexte, il apparaît pertinent d'identifier de nouvelles solutions permettant une action plus rapide et plus durable sur les symptômes dépressifs. Pour ce faire, les approches non pharmacologiques suscitent un intérêt croissant puisqu'elles visent les causes des symptômes comportementaux, apparaissant ainsi comme des alternatives aux traitements pharmacologiques. En effet, on sait aujourd'hui que le style de vie est un facteur de déclenchement de la dépression majeure, et les effets protecteurs d'une alimentation saine, d'une vie sociale riche et de l'exercice physique sur la santé mentale ont été décrits. Au cours de ce travail de thèse, nous avons examiné si et comment ces éléments environnementaux contribuent à traiter le trouble dépressif lorsqu'ils sont proposés seuls ou combinés à un antidépresseur classique. A l'aide de souris modèle de dépression, nous avons montré que le séjour en environnement enrichi réduit le délai d'action de la venlafaxine. Ensuite nous avons déterminé que l'effet bénéfique de cette combinaison est associé à la désorganisation rapide de la plasticité des interneurones GABAergiques de l'hippocampe, impliquant la matrice extracellulaire qui entoure ces neurones, ainsi que des effets sur la neurogenèse hippocampique adulte. Nous avons également observé que l'arrêt des stimulations environnementales aggrave le phénotype pseudo-de´pressif chez les animaux, alors que l'exercice physique combiné avec un traitement antidépresseur induit des effets bénéfiques précoces mais partiels sur le comportement. Dans l'ensemble, nos travaux montrent un effet bénéfique des stratégies thérapeutiques non pharmacologiques et identifient les interneurones GABAergiques à parvalbumine comme une cible pertinente sur laquelle agir pour réduire le délai d'action des antidépresseurs actuellement disponibles sur le marché.Major depressive disorders affect more than 300 million people worldwide. Although pharmacological compounds are available to treat depression, those marketed for this indication have some therapeutic limitations. In particular, all these compounds present a low response rate, a high relapse rate and/or a long onset of action. Indeed, most antidepressants require a long-term treatment before the first therapeutic outcomes, which is a major clinical drawback. Mechanistically, this can be explained by the fact that chronic administration of antidepressants results in brain changes requiring several weeks, or even months, to occur. In this context, it seems relevant to identify new therapies allowing a faster and long-lasting action on depressive symptoms. To this end, there is growing interest in non-pharmacological strategies that target the causes of behavioral symptoms and thus appear to be alternatives to pharmacological treatments. Indeed, it is known that lifestyle is a triggering factor for major depression, and the protective effects of a healthy diet, rich social life, and physical exercise on mental health have been described.
This PhD work examined whether and how, these environmental elements contribute to treating depressive disorder when proposed alone or combined with a conventional antidepressant. Using a mouse model of depression, we showed that living in an enriched environment reduces the onset of action of venlafaxine. We then determined that the beneficial effect of this combination is associated with a rapid disruption of plasticity of GABAergic interneurons underpinned by the extracellular matrix surrounding these neurons and by regulatory effects on adult hippocampal neurogenesis. We observed in contrast, that the discontinuation of environmental stimuli aggravates the depressive-like phenotype of animals, whereas physical exercise in combination with an antidepressant treatment induces early, but partial, beneficial effects. Overall, our work shows a beneficial effect of non-pharmacological therapeutic strategies and identifies GABAergic parvalbumin interneurons as a relevant target to consider in order to reduce the delay of action of currently available antidepressants