Laboratoire de Physique Théorique
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Procédé de captage et libération du CO2 assisté par l'électrolyse utilisant des matériaux de type brucitique
Get PDFCe travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet ADEME CALICE "Procédé de captage et libération du CO2 assisté par électrolyse utilisant des matériaux de type brucitique". Il vise à développer une technologie de rupture dans le domaine du traitement d'effluents gazeux contenant du CO2, en vue de sa valorisation. Le procédé repose sur la modification des valencedes espèces redox actives constitutives des feuillets du matériau pour moduler sa capacité d'échange anionique et assurer le captage et la libération du CO2, sous forme d'anions inorganiques. Décrits dans la bibliographie comme matériaux capables d'assurer jusqu'à 5000 cycles électrochimiques d'oxydation et de réduction, les HDLs Co/Fe ont été sélectionnés comme matériaux d'intérêt, susceptibles d'assurer le captage et la libération des anions HCO3- et/ou CO32- ; les atomes de cobalt, aux degrés d'oxydation II et III, constituent les entités électroactives. Le mécanisme de formation des HDLs Co/Fe, par coprécipitation à pH variable, a été étudié pour des valeurs de pH comprises entre 2 et 11. La ferrihydrite, sur laquelle Co2+ s'adsorbe, est l'intermédiaire réactionnel clé de la synthèse des HDLs Co/Fe. L'adsorption de Co2+ est responsable de phénomènes d'oxydoréduction qui induisent la formation d'un HDL métastable (FeII/CoIII) dont l'évolution conduit au matériau HDL final (CoII/FeIII). L'analyse du comportement thermique des matériaux a permis de préciser la formulation des HDLs synthétisés (Co3,14Fe2(OH)10,28(CO3), xH2O) et de définir leur domaine thermique d'application potentielle (inférieur à 160°C) en vue de leur utilisation dans un procédé de capture du CO2 contenu dans des gaz chauds issus d'installations industrielles dont la température peut atteindre 600°C. Dans le cadre de l'intégration énergétique du procédé, des échangeurs thermiques, pour la récupération d'énergie ou le préchauffage de certains flux, devront par conséquent être mis en œuvre. Le couplage des techniques électrochimiques, gravimétrique et de diffraction de rayons X, au synchrotron Soleil, a permis de déterminer le potentiel standard apparent du couple CoIII/CoII (1,23 V/ESH), la constante cinétique d'oxydo-réduction du couple CoIII/CoII constitutifs des feuillets du HDL (k° = 2,5 x10-4 m/s, a = 0,6, b = 0,4) et d'analyser les mécanismes physico-électrochimiques associés à l'oxydation de CoII et à la réduction de CoIII de telle sorte que : CoII6CoIIIFeIII2[(OH)16][CO3], zH2O + 0,5x CO32- ⇆ CoII6-xCoIIIxFeIII2[(OH)16][CO3](1+0,5x),(z-z')H2O + z'H2O + xe- Le procédé de captage et libération du CO2 a été mis en œuvre sur des solides de type HDLs utilisés sous forme de pulpes dans des réacteurs électrochimiques à deux compartiments, en milieu aqueux. Les analyses ont été conduites dans une solution tampon NaHCO3/Na2CO3 à pH 9 (FI 0,05M). Le couplage des électrolyses à potentiel imposé et du suivi de l'alcalinité a permis de calculer le rendement des réactions redox. Le pourcentage de Co redox actif est compris entre 5 et 12%. Le coefficient de transport de matière électroactive vers la surface de l'électrode, km, est égal à 4,72x10-5 m/s ; les constantes réactionnelles électrochimiques d'oxydation et de réduction du cobalt, qui quantifient l'efficacité de l'interaction matière/électrode, sont respectivement égales à 1,48x10-3 s-1 et 1,27x10-3 s-1. Dans les conditions optimales de cyclage (0,84 et 0,24 V/ESH respectivement pour l'oxydation et la réduction de Co, avec une concentration de Co de 4 10-3 M), le rendement du procédé est supérieur à 170 kg de CO2 par tonne de HDL et par cycle. Ce résultat laisse présager des perspectives intéressantes pour l'optimisation d'un procédé, assisté par électrolyse, de capture et de libération du CO2 par des HDLs Co/Fe.This research aims at developing and optimizing a powerful technological breakthrough in the CO2 capture/release treatment using Layered Double Hydroxides (LDHs) that have a strong affinity for carbonate, CO32-. The electrochemical control of the oxidation state of the multiple valence cations, constituting the lamellar sheets, is the core process. The co-precipitation of Co/Fe LDH was optimized for electrochemical cycling according to: CoII6FeIII2(CO3)(OH)16 + (x/2)CO32- ⇆ CoII(6-x)CoIII(x)FeIII2 (CO3)(1+x/2)(OH)16 + xe- The combination of X-Ray diffraction, vibrational and absorption spectroscopies as well as physical and chemical analyses provides a deep insight into Co/Fe-based LDH formation mechanism. Ferrihydrite, onto which Co2+ is adsorbed, is the key reaction intermediate in the synthesis of LDH Co/Fe. The adsorption of Co2+ is responsible for redox phenomena that induce the formation of a metastable LDH (FeII/CoIII). The evolution of this metastable material leads to the final LDH material (CoII/FeIII). The analysis of the thermal behavior of materials, by High Temperature X-ray Diffraction and by Thermo-Gravimetry coupled with Gas Chromatography, enabled to specify the formulation of the synthesized LDHs (Co3,14Fe2(OH)10,28(CO3), xH2O) and to define their operating temperature range (less than 160 °C). As part of the energy integration of the process, heat exchangers, for energy recovery or preheating of certain flows, will therefore have to be implemented for the use of Co/Fe LDH in a CO2 capture process in which hot gases can reach up to 600°C. The coupling of cyclic voltammetry (in the range 0.44 -1.41 V/SHE), quartz crystal microbalance and grazing-incidence wide-angle X-ray scattering, at Synchrotron Soleil, enabled to determine the oxidation-reduction heterogeneous kinetic constant of the CoIII/CoII redox couple constituting the LDHs brucitic layers (k°= 2.5 x 10-4 m/s, a = 0.6, ß = 0.4). The process of CO2 capture and release was implemented on LDH aqueous slurries in two-compartments electrochemical reactors. The analyzes were carried out in a NaHCO3/Na2CO3 buffer solution pH 9 (I.S 0.05M). The coupling of electrochemical measurements by electrolysis at an applied potential, and potentiometric by alkalinity titration, allowed the calculation of the efficiency of redox reactions. The percentage of electroactive Co ranges from 5 to 12%. Furthermore, experiments showed that the mass transport coefficient (km) of LDHs towards the electrode is 4.72x10-5 m/s; the electrochemical oxidation and reduction constants of cobalt are respectively 1.48x10-3 s-1 and 1.27x10-3 s-1. Under optimal cycling conditions (0.84 and 0.24 V/SHE respectively for the oxidation and reduction of Co, with a Co concentration of 0.39x10-2 M), the efficiency of the process, for one cycle of capture and release, is higher than 170 kg of CO2 per ton of LDH. This result suggests particularly interesting perspectives for the optimization of an electrolytically supported process of capture and release of CO2 using Co/Fe LDHs
Transitions électroniques, statistiques et outils numériques pour la chimie quantique
Get PDFAprès une introduction générale sur les états excités dans les systèmes moléculaires et les ressources de calcul (chapitre 1) ainsi qu'une vue d'ensemble des différentes méthodes utilisées dans cette thèse (chapitre 2), nous allons parler de deux sujets principaux : i) les états électroniques moléculaires excités et ii) les outils numériques pour la chimie quantique théorique. La thèse actuelle commence par une étude de la famille d'approximations GW (chapitre 3). Celles-ci sont connues pour être des méthodologies précises et relativement bon marché pour le calcul des excitations chargées, telles que les potentiels d'ionisation et les affinités électroniques dans les molécules et les intervalles de bande dans les solides. Ces méthodes peuvent être perturbatives,
partiellement ou totalement auto-cohérentes et sont capables de fournir des valeurs de propriétés chimiquement précises pour les systèmes faiblement corrélés. Toutefois, comme indiqué en détails, des discontinuités peuvent être observées pour plusieurs propriétés essentielles, notamment dans les surfaces d'énergie potentielle, même dans les régimes faiblement corrélés. Ces discontinuités sont dues à des pôles dans la self-energy - une quantité clé du formalisme GW - chacune de ses branches est associée à une solution distincte de l'équation quasiparticule. Nous montrons que, dans les molécules diatomiques, le comportement multisolution dans les orbitales frontières est
plus probable si l'écart d'énergie entre ces orbitales est faible. La partie centrale de cette thèse traite du projet QUEST (chapitre 4), une vaste base de données de plus de 600 énergies d'excitation verticales de différentes nature. L'objectif de cette base de données open-source facilement modifiable est de fournir des énergies d'excitation de référence extrêmement précises pour des analyses comparatives et des comparaisons croisées de modèles de
calcul. Ces énergies d'excitation de référence sont divisées en six sous-ensembles en fonction de la taille des molécules et des types d'excitation. Afin de rassembler l'énorme quantité de données du projet QUEST, nous avons créé un site web où l'on peut facilement tester et comparer la précision
d'une méthode donnée par rapport à diverses variables telles que la taille de la molécule ou sa famille, la nature de l'état excité, le type de base, etc. La partie suivante concerne les outils numériques, en particulier, la mise en place d'une démo web de QUANTUM PACKAGE (chapitre 5), un logiciel open-source développé principalement par notre groupe de recherche, qui a été conçu pour être facile à utiliser par des chimistes quantiques, qu'ils soient utilisateurs ou développeurs. La possibilité de tester le logiciel sans la nécessité de l'installer est une réelle opportunité de faire que QUANTUM PACKAGE soit plus populaire dans notre communauté. La technologie de conteneurisation fournie par DOCKER et le noyau LINUX nous permet de démarrer rapidement un environnement de démonstration propre pour chaque utilisateur et de l'arrêter facilement avec des performances intéressantes. Enfin, au chapitre 6, poursuivant les travaux récents de notre équipe sur la molécule de benzène, nous reportons des énergies de corrélation de coeur gelé de référence pour les douze molécules cyclique à cinq et six atomes du projet QUEST, en utilisant l'algorithme d'interaction de configuration
à l'aide d'une sélection perturbative effectuée itérativement (CIPSI) dans la base de corrélation standard
double ζ (cc-pVDZ). Celles-ci correspondent à des espaces de Hilbert avec des tailles allant de 10^28 à 10^36. Les propriétés de performance et de convergence de plusieurs séries de méthodes sont étudiées. En particulier, nous étudions les propriétés de convergence de la série de perturbations Møller-Plesset jusqu'au cinquième ordre ainsi que divers modèles de clusters couplés à référence unique qui incluent des excitations quadruples. Nous tirons notre conclusion générale au chapitre 7.After a general introduction on excited states in molecular systems and computational resources (Chapter 1) as well as a general overview of the various methods that are employed in this thesis (Chapter 2), we will talk about two main topics: i) molecular electronic excited states and ii) digital
tools for theoretical quantum chemistry. The present thesis starts with a study of the GW family of approximations (Chapter 3). These are known to be accurate and relatively cheap methodologies for the computation of charged
excitations such as ionization potentials and electronic affinities in molecules and band gaps in solids. These methods can be perturbative, partially or fully self-consistent and are able to provide chemically accurate properties for weakly correlated systems. However, as discussed in details, discontinuities can be observed for several key properties, particularly in potential energy surfaces even in the weakly correlated regime. These discontinuities are due to poles in the self-energy - a
key quantity of the GW formalism - as each of its branch is associated with a distinct solution of the quasiparticle equation. We show that, in diatomic molecules, multisolution behavior in frontier orbitals is more likely if the energy gap between these orbitals is small. The central part of this thesis deals with the QUEST project (Chapter 4), a large database of more than 600 vertical excitations energies of various natures. The aim of this open-source and easily-modifiable database is to provide highly-accurate reference excitations energies for benchmarking and cross comparisons of computational models. These reference excitations energies are divided into six subsets depending on the size of the molecules and the types of excitations. In order to gather the huge amount of data of the QUEST project, we have created a website where one can
easily test and compare the accuracy of a given method with respect to various variables such as the molecule size or its family, the nature of the excited states, the type of basis set, etc. The next part is about digital tools and, in particular, the implementation of a web demo of QUANTUM PACKAGE (Chapter 5), an open-source software developed primarily by our research group, which has been designed to be easy to use by quantum chemists, whether they are users or developers. The possibility of testing the software without the need to install it is a real opportunity to make QUANTUM PACKAGE more popular in our community. The containerization technology provided by DOCKER and the LINUX kernel allow us to quickly start a clean demo environment for each user and stop it easily with interesting performance. Finally, in Chapter 6, pursuing the recent work of our team on the benzene molecule, we report reference frozen-core correlation energies for the twelve five- and six-membered ring molecules of the QUEST project using the Configuration Interaction using a Perturbative Selection made Iteratively (CIPSI) algorithm in the standard correlation-consistent double-ζ Dunning basis set (cc-pVDZ).
These correspond to Hilbert spaces with sizes ranging from 10^28 to 10^36. The performance and convergence properties of several series of methods are investigated. In particular, we study the convergence properties of the Møller-Plesset perturbation series up to fifth-order as well as various single-reference coupled-cluster models which include up to quadruple excitations. We draw our general conclusions in Chapter 7
Dosimétrie in-vivo et contrôle qualité en radiothérapie externe par réseaux de neurones
Get PDFLe domaine de l'intelligence artificielle a subi un essor considérable ces dernières années, notamment avec l'arrivée du Deep learning. Des applications diverses peuvent
bénéficier de ces modèles, à condition d'avoir suffisamment de données représentatives du système. Ces avancées scientifiques sont principalement dues aux prouesses tech-
nologiques qui amènent des capacités de calculs notables avec l'utilisation des cartes graphiques. Les réseaux de neurones artificiels appliqués à la radiothérapie externe peuvent avoir un grand intérêt, notamment pour contrôler la qualité des traitements. Dans ce travail, une récente approche a été investiguée, basée sur des réseaux de neurones. Ceux-ci permettent de reconstruire une distribution de dose absorbée 2D à partir de l'imageur
portal dont le signal est récupéré avant et pendant le traitement, respectivement, pour l'étape de contrôle qualité et de dosimétrie in-vivo. En appliquant des corrections sur
ce signal, il est possible de vérifier que le patient a bien reçu ce qui lui avait été prescrit préalablement. Les modèles utilisés sont, soit des réseaux de neurones multi-couches de type feed-forward, soit des réseaux de neurones convolutionnels. Ils ont été appliqués à différents types de traitements tels que la radiothérapie conformationnelle ou celle à modulation d'intensité. De plus, plusieurs énergies d'irradiation ainsi que différentes marques d'accélérateurs de particules ont été prises en charge. Afin d'évaluer la qualité du modèle conçu, le critère clinique γindex a été utilisé. Des résultats tout à fait satisfaisants ont été obtenus pour la phase de contrôle qualité. Cependant, même si des résultats prometteurs pour la phase de dosimétrie in-vivo ont été montrés, il reste des améliorations à apporter pour pouvoir utiliser de tels algorithmes en routine clinique.The field of artificial intelligence have received a considerable amount of attention in recent years, particularly thanks to the arrival of Deep learning. A wide range of applications can benefit from these models, provided there is sufficient data that is representative of the system. These scientific advances are mainly due to technological progress that enables significant computing capabilities with the use of GPUs. Artificial neural networks applied in the domain of external radiotherapy can be of great interest, especially for controlling the quality of treatments. In this work, a recent approach was investigated based on neural networks. These make possible the reconstruction of 2D absorbed dose distribution from the portal imager whose signal is recovered before and during the treatment, respectively, for quality assurance and
in-vivo dosimetry. By correcting this signal, it is possible to verify that the patient has accurately received the prescribed treatment. The models used are either feed-forward multi-layer neural networks or convolutional
neural networks. They have been applied to different types of treatments, such as conformational or intensity-modulated radiotherapy. In addition, several irradiation energies as well as different particle accelerators manufacturers have been supported. In order to assess the quality of the design, the clinical criterion γindex was used. Completely satisfactory results were obtained for the quality assurance phase. However, although promising result for the in-vivo dosimetry phase have been shown, there are still improvements to be made to be able to use such algorithms in clinical routine
L'expérience patient : la construction des compétences des malades atteints d'hémopathies malignes par les dispositifs hospitaliers
No full textCette recherche s'intéresse à l'expérience des patients atteints d'hémopathies malignes. A partir d'un dispositif d'enquête qualitatif associant des observations ethnographiques et des entretiens, elle s'attache à rendre compte de la façon dont les dispositifs d'un hôpital spécialisé dans la lutte contre le cancer et les professionnels de santé vont construire des compétences autour de cette expérience de malade. Ce travail identifie d'une part les modes de coordination entre les soignants et les soignés pour saisir les différents contextes et processus par lesquels les compétences des patients sont
actualisées, mises en veille, renforcées, transformées et refreinées par les dispositifs hospitaliers (consultations,
programme d'ETP, dispositif de suivi téléphonique, etc.). Par la suite nous appréhendons la trajectoire de maladie (au sens de Anselm L. Strauss) des patients dans les dispositifs hospitaliers, en lien avec les processus de sélection et d'auto-régulation des soignés, qui sous-tendent leur engagement (au sens de Howard S. Becker) dans une approche éducative. Il s'agit d'apporter un regard sociologique sur la façon dont les patients s'engagent ou non dans ces dispositifs et dans ces champs de compétences. Nous nous sommes attachés à décrire les effets de la pluralité des compétences, des caractéristiques sociales (âge, sexe, catégorie socio-économique et professionnelle, situation familiale, etc.) et de la trajectoire de maladie (moment du parcours de soin et ruptures en rapport à l'évolution de la maladie, incidences sur la carrière professionnelle, sur la vie familiale, etc.) du patient qui les porte, sur ses logiques d'actions et notamment son engagement dans les dispositifs hospitaliers à plus ou moins long terme.This research focuses on the experience of patients with malignant hemopathies. Based on a qualitative survey combining ethnographic observations and interviews, it aims to describe the way mechanisms of a cancer treatment center and health professionals build skills around the experience of being ill. On the one hand, this work identifies the methods of coordination between healthcare providers and patients in order to understand the different contexts and processes according to which patients' competences are updated, put on hold, reinforced, transformed and reframed by the hospital systems (consultations, TPE program, telephone follow-up system, etc.). On the other hand, we examine the trajectory of illness (in the sense of Anselm L. Strauss) of patients in hospital mechanisms, in relation to the processes of selection and self-regulation of patients, which underlie their commitment (in the sense of Howard S. Becker) to an educational approach. The aim is to provide a sociological perspective on the way patients do or do not engage in these mechanisms and fields of competences. We wish to describe the effects of the plurality of competences, social characteristics (age, sex, socio-
economic and professional category, family situation, etc.) and of the trajectory of illness (moment in the care pathway and breaks in relation to the evolution of the illness, impact on the professional career, on family life, etc.) of the patient who bears them, on his or her ways to act and in particular his or her commitment to hospital mechanisms over a longer or shorter term
Etude des processus dynamiques et microphysiques dans les nuages convectifs peu profonds : synergie entre simulations numériques et observations par une flotte de drones
Get PDFLes cumulus, nuages convectifs peu profonds, résultent de convection humide où la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère a pu condenser sur les particules d'aérosols. Ces nuages, de par leurs impacts radiatifs sur le bilan énergétique de la Terre, leur rôle dans la distribution de l'eau dans la troposphère et leur présence importante sur le globe sont des éléments clés du climat. Cependant, leur durée de vie courte (15-30 minutes) et leur échelle spatiale restreinte (de l'ordre de la centaine de mètres voire du kilomètre) rendent leurs observations in situ délicates d'autant plus que ces nuages sont généralement advectés par le vent moyen. Enfin, il est important de comprendre les processus de mélange entre les cumulus et l'environnement car ceux-ci peuvent modifier la thermodynamique de ces nuages et impacter leur cycle de vie. Le projet NEPHELAE (Network for studying Entrainment and microPHysics of cLouds using Adaptive Exploration) a donc pour objectifs d'étudier ces processus de mélange par une caractérisation spatio-temporelle complète de la microphysique et de la dynamique
des nuages grâce au développement d'une flotte de drones. L'objectif de cette thèse est donc de mettre au point une
stratégie expérimentale afin d'étudier les processus nuageux par plusieurs drones. La méthodologie employée combine études numériques et observations in-situ par des drones. La première partie de cette thèse se focalise sur la caractérisation des processus de mélange dans les nuages, avec l'appui de simulations LES (Large Eddy Simulation). Deux cas de convection, océanique et continentale ont été simulés par le modèle non-hydrostatique de Météo France (Méso-NH) et ont servi de support pour l'étude individuelle des cumulus, via une méthode d'identification des nuages. Les profils des processus d'entraînement (air environnemental pénétrant dans le nuage) sont plus forts à la base des nuages puis diminuent vers leur sommet avec des
plus forts taux pour les nuages de petits volumes alors que le détrainement (air sortant du nuage) est quant à lui plus fort au sommet des nuages. Ces processus de mélange restent indépendants du type de convection. Ces résultats ont été confirmés par l'analyse de cumulus lors des campagnes BIO-MAIDO et NEPHELAE, par ballon captif et par drones. La deuxième partie de cette thèse se concentre sur la définition d'une nouvelle stratégie d'observations permettant la caractérisation d'une section horizontale de nuage. Après avoir simulé un champ de cumulus marins à haute résolution et haute fréquence, des trajectoires adaptatives de drones ont été définies et testées dans cette simulation. Ces trajectoires adaptatives ont été jugées suffisantes pour reproduire les champs thermodynamiques horizontaux. La stratégie expérimentale ainsi validée a été déployée en conditions réelles lors de la campagne de terrain EUREC4A. Les statistiques des cumulus traversés ainsi que les
suivis adaptatifs ont permis de quantifier les hétérogénéités dans les sections horizontales des cumulus d'alizés.Cumulus, one type of shallow convective clouds, are the result of moist convection where water vapour in the atmosphere has condensed on aerosol particles. These clouds, because of their radiative impacts on the Earth's energy balance, their role in the distribution of water in the troposphere and their ubiquitous presence across the globe are key elements of the climate. However, their short lifetime (15-30 minutes) and their restricted spatial scale (of the order of a hundred meters or even a kilometer) make their in situ observations all the more complex as these clouds are generally advected. It is also important to understand the mixing processes between cumulus clouds and the environment since they can modify the thermodynamics of these clouds and impact their life cycle. The NEPHELAE project (Network for studying Entrainment and microPHysics of cLouds using Adaptive Exploration) aims to study the mixing processes through a complete spatio-temporal
characterization of the microphysics and dynamics of clouds through the development of a fleet of RPAs (Remotely Piloted
Aircrafts). The objective of this thesis is to develop an experimental strategy to study cloud processes with RPAs. The methodology relies on the combination of numerical studies and in-situ RPAs observations . The first part of the thesis focuses on the characterization of the mixing processes, with the support of LES (Large Eddy Simulation) simulations and in-situ observations. Two cases of convection, oceanic and continental, have been simulated by the non-hydrostatic model of Météo France (Meso-NH). They have allowed an individual study of cumulus clouds, provided by a cloud identification method. Entrainment processes (environmental air entering the cloud) are stronger at the base of the clouds and then decrease towards their top with stronger rates for small volume clouds, whereas the detrainment (air leaving the cloud) is stronger at the top of the clouds. These results were confirmed by the analysis of cumulus layers during the BIO-MAIDO and NEPHELAE
campaigns, by tethered balloons and RPAs. The second part of this thesis focuses on the elaboration of a new observation
strategy to document a horizontal cloud section. After simulating a marine cumulus field at high resolution and frequency, adaptive RPA trajectories have been defined and tested in this simulation. These adaptive trajectories were judged sufficient to reproduce the horizontal thermodynamic fields, which allowed them to be applied during the EUREC 4 A field campaign. The statistics of the cumulus clouds crossed as well as the adaptive trajectories allowed us to quantify theheterogeneities in the horizontal sections of the trade wind cumulus
Restauration d'images en IRM anatomique pour l'étude préclinique des marqueurs du vieillissement cérébral
Get PDFLes maladies neurovasculaires et neurodégénératives liées à l'âge sont en forte augmentation. Alors que ces changements pathologiques montrent des effets sur le cerveau avant l'apparition de symptômes cliniques, une meilleure compréhension du processus de vieillissement normal du cerveau aidera à distinguer l'impact des pathologies connues sur la structure régionale du cerveau. En outre, la connaissance des schémas de rétrécissement du cerveau dans le vieillissement normal pourrait conduire à une meilleure compréhension de ses causes et peut-être à des interventions réduisant la perte de fonctions cérébrales associée à l'atrophie cérébrale. Par conséquent, ce projet de thèse vise à détecter les biomarqueurs du vieillissement normal et pathologique du cerveau dans un modèle de primate non humain, le singe marmouset (Callithrix Jacchus), qui possède des caractéristiques anatomiques plus proches de celles des humains que de celles des rongeurs. Cependant, les changements structurels (par exemple, de volumes, d'épaisseur corticale) qui peuvent se produire au cours de leur vie adulte peuvent être minimes à l'échelle de l'observation. Dans ce contexte, il est essentiel de disposer de techniques d'observation offrant un contraste et une résolution spatiale suffisamment élevés et permettant des évaluations détaillées des changements morphométriques du cerveau associé au vieillissement. Cependant, l'imagerie de petits cerveaux dans une plateforme IRM 3T dédiée à l'homme est une tâche difficile car la résolution spatiale et le contraste obtenus sont insuffisants par rapport à la taille des structures anatomiques observées et à l'échelle des modifications attendues. Cette thèse vise à développer des méthodes de restauration d'image pour les images IRM précliniques qui amélioreront la robustesse des algorithmes de segmentation. L'amélioration de la résolution spatiale des images à un rapport signal/bruit constant limitera les effets de volume partiel dans les voxels situés à la frontière entre deux structures et permettra une meilleure segmentation tout en augmentant la reproductibilité des résultats. Cette étape d'imagerie computationnelle est cruciale pour une analyse morphométrique longitudinale fiable basée sur les voxels et l'identification de marqueurs anatomiques du vieillissement cérébral en suivant les changements de volume dans la matière grise, la matière blanche et le liquide cérébral.Age-related neurovascular and neurodegenerative diseases are increasing significantly. While such pathological changes show effects on the brain before clinical symptoms appear, a better understanding of the normal aging brain process will help distinguish known pathologies' impact on regional brain structure. Furthermore, knowledge of the patterns of brain shrinkage in normal aging could lead to a better understanding of its causes and perhaps to interventions reducing the loss of brain functions. Therefore, this thesis project aims to detect normal and pathological brain aging biomarkers in a non-human primate model, the marmoset monkey (Callithrix Jacchus) which possesses anatomical characteristics more similar to humans than rodents. However, structural changes (e.g., volumes, cortical thickness) that may occur during their adult life may be minimal with respect to the scale of observation. In this context, it is essential to have observation techniques that offer sufficiently high contrast and spatial resolution and allow detailed assessments of the morphometric brain changes associated with aging. However, imaging small brains in a 3T MRI platform dedicated to humans is a challenging task because the spatial resolution and the contrast obtained are insufficient compared to the size of the anatomical structures observed and the scale of the xpected changes with age. This thesis aims to develop image restoration methods for preclinical MR images that will improve the robustness of the segmentation algorithms. Improving the resolution of the images at a constant signal-to-noise ratio will limit the effects of partial volume in voxels located at the border between two structures and allow a better segmentation while increasing the results' reproducibility. This computational imaging step is crucial for a reliable longitudinal voxel-based morphometric analysis and for the identification of anatomical markers of brain aging by following the volume changes in gray matter, white matter and cerebrospinal fluid
Évaluation du risque de transmission iatrogène des maladies à prions
No full textLes Encéphalopathies Spongiformes Transmissibles (EST ou maladies à Prions) sont des maladies neurodégénératives fatales caractérisées par l'accumulation d'un conformère anormal (PrPSc) d'une protéine de l'hôte (PrP). Chez chacune des espèces affectées, les prions présentent une diversité biologique (souches) à laquelle sont associées des caractéristiques phénotypiques et des capacités à se propager à des espèces hétérologues différentes. De manière assez surprenante, les propriétés biologiques des souches de prion semblent capables d'évoluer spontanément ou au gré du franchissement de barrières d'espèces (transmission entre un donneur et un receveur d'espèces hétérologues). Dans une perspective de santé publique, les risques sanitaires associés aux agents des ESTs peuvent être rangés dans deux catégories (i) Le franchissement de barrière de transmission ; c'est-à-dire la capacité potentielle ou avérée d'une souche prion circulant chez une espèce donnée à se propager (dans des conditions naturelles ou accidentelles d'exposition) à un hôte appartenant à une espèce hétérologue. L'Encéphalopathie Spongiforme Bovine (ESB) constitue l'exemple le plus emblématique de ce risque ; l'exposition alimentaire de l'Homme à des bovins contaminés par l'ESB étant responsable de l'émergence du variant de la maladie de Creutzfeldt-Jakob. (ii) Le risque de transmission iatrogène ; c'est-à-dire la transmission accidentelle d'une maladie à Prions consécutive à une procédure médicale. Chez l'Homme, plusieurs centaines de cas de transmission iatrogène de MCJ ont été identifiés. Les risques de transmission iatrogène semblent dépendre de la nature des souches de prion et de la distribution de l'infectiosité dans l'organisme des patients atteints ou en incubation de la maladie (tissus périphériques et fluides corporels). Dans ce travail, nous avons caractérisé la perméabilité de diverses 'barrières d'espèces' d'intérêt (potentiel zoonotique ou transmission à des espèces d'animaux de rente) relatives aux souches de prion responsables de formes atypiques de l'ESB (ESB-L et ESB-H) ou de tremblante (Nor98). Nous avons mis en évidence une plasticité, jusqu'alors insoupçonnée, des propriétés biologiques de ces agents et documenté leur capacité à générer, au gré de leur propagation, des prions capables de franchir la barrière d'espèce humaine. En parallèle, nous nous sommes intéressés à la diversité des souches de prion responsables des formes sporadiques ou iatrogènes de MCJ chez l'Homme avant d'en caractériser la distribution (et les quantités d'infectiosité) dans les tissus périphériques de patients atteints de vMCJ et sMCJ. Les résultats obtenus contredisent l'idée selon laquelle, les prions responsables de sMCJ restent limités au système nerveux central ; une hypothèse qui a conduit les évaluateurs de risques à considérer que les fluides biologiques (sang, urine) et les tissus périphériques humains présentaient un risque faible ou négligeable de transmettre cette maladie. Nos résultats
contribuent à documenter les risques sanitaires associés aux prions animaux et humains. Ils sont susceptibles d'aider les
agences de santé à adapter les mesures actuellement déployées pour prévenir les risques de transmission des ESTs animales et humaines.Transmissible Spongiform Encephalopathies (TSEs or Prion diseases) are fatal neurodegenerative diseases characterised by the accumulation of an abnormal isoform (PrPSc) of a host encoded protein (PrP). In affected species, prions display biological diversity (strains) that are associated with specific phenotypic characteristics and abilities to transmit to different heterologous species. Surprisingly, these strain properties can evolve spontaneously or after transmission through species barriers (transmission from a donor to different species recipient). From a public health perspective, the risks associated with TSE agents fall into two categories: (i) Transmission barrier passages, i.e. the potential or proven capacity of a prion strain to transmit (under natural or accidental exposure conditions) to hosts belonging to a heterologous species. Bovine Spongiform Encephalopathy (BSE) constitutes the most emblematic example for this risk; human dietary exposure to BSE-contaminated cattle is responsible for the emergence of variant Creutzfeldt-Jakob disease. (ii) The iatrogenic transmission risk, i.e. the accidental transmission of a Prion disease via a medical procedure. In humans, several hundred of iatrogenic CJD cases have been identified. Iatrogenic transmission risks are apparently dependent on the nature of prion strains and on the infectivity distribution in the organism of affected/incubating patients (peripheral tissues and body fluids). In this work, we characterised the permeability of various 'species barriers' of interest (zoonotic potential or transmission to livestock species) associated with prion strains that are responsible for atypical forms of BSE (BSE-L and BSE-H) or scrapie (Nor98). We highlighted a previously unsuspected plasticity of the biological properties of these agents and documented their capacity to generate, as they replicate, prions able to cross the human species barrier. In parallel, we investigated the diversity of prion strains responsible for sporadic or iatrogenic forms of CJD before characterising
their distribution (and infectivity quantities) in the peripheral tissues of vCJD and sCJD affected patients. The obtained results contradict the view that in affected patients sCJD prions remain limited to CNS; an assumption that led risk assessors to consider that biological fluids (blood, urine) and human peripheral tissues present a low or negligible risk of transmitting this disease. Our results contribute to documenting the sanitary risks associated with animal and human prions. They could help the public health agencies to adapt the measures currently implemented to prevent the transmission risk associated to animal and human TSE agents
De la mise en œuvre à l'analyse du comportement mécanique de composites techniques biosourcés recyclables polymères thermoplastiques/fibres continues de bambou
Get PDFDepuis quelques années, les fibres naturelles suscitent l'intérêt des scientifiques et des industriels en raison de leur faible densité, d'un coût compétitif ainsi que de leur caractère renouvelable et biodégradable. De par ses propriétés mécaniques spécifiques et son bilan environnemental avantageux le bambou est une alternative intéressante au verre sous la morphologie fibre. Cependant, il faut maitriser la variabilité des propriétés et une sensibilité accrue à l'humidité. L'objectif de ce travail de thèse est d'élaborer des composites techniques à matrice thermoplastique avec renfort fibres bambou continues, totalement biosourcés et recyclables. Dans un premier temps, la reproductibilité du bambou et ses propriétés en tant que matériau de renfort ont été étudiées par analyse thermique (entre différentes espèces et en différents points de la canne). Pour optimiser le cycle de vie du composite final, un bambou à croissance locale a été choisi. Un protocole d'extraction des fibres de bambou a été mis au point. Ce procédé de défibrage alliant approche mécanique et chimique a permis d'obtenir des fibres exemptes de matrice végétale ce qui est favorable à une bonne interface avec la matrice polymère. De plus, les fibres de bambou ne sont pas endommagées par le traitement, et donc leurs propriétés mécaniques sont maintenues avec un module de Young de 26 GPa. En parallèle, les conditions de mise en œuvre des composites thermoplastiques/fibres continues de bambou ont été établies et des échantillons ont été réalisés. Deux thermoplastiques ont été utilisés pour cette étude : la matrice polyamide méta-xylylène diamine 10 pour l'approche fondamentale et la matrice polyamide 11 ignifugée pour satisfaire aux exigences de normes Feu, Fumées, Toxicité (FFT). La dernière étape a été consacrée à l'analyse du comportement mécanique dynamique en cisaillement et en élongation de composites élaborés à l'échelle "laboratoire". Les performances obtenues avec ces composites biosourcés recyclables sont cohérentes avec le cahier des charges de composites techniques. Enfin, des échantillons de taille "pilotes" multiplis multidirectionnels mis en œuvre au laboratoire, ont des performances très encourageantes. Cette recherche est insérée dans le programme "BAmboo continuous fibre reinforced biobased Matrices COmposites / BAMCO" supporté par la BPI et le Conseil Régional d'Occitanie dans le cadre du FUI 24.Nowadays, natural fibers are attractive for scientific and industrial community because of their low density, competitive cost, and their renewable, sustainable and biodegradable nature. Due to its specific mechanical properties and its advantageous environmental balance, bamboo is an interesting alternative to glass. However, we must consider the variability of properties and the moisture sensitivity. The objective of this research is to develop technical composites with a thermoplastic matrix and continuous bamboo fibers reinforcement, totally bio-based and sustainable. First, the reproducibility of bamboo and its properties as a reinforcing material were studied by thermal analysis (between different species and at different location along the cane). To optimize the life cycle of the final composite, locally grown bamboo was chosen. A protocol for extracting bamboo fibers was developed. This original process combining a mechanical and chemical approach made possible to obtain fibers free of vegetal matrix, which is favorable to a good interface with the polymer matrix. In addition, bamboo fibers are not damaged by processing, and therefore their mechanical properties are maintained with a Young's modulus of 26 GPa. At the same time, the conditions for using thermoplastic composites / continuous bamboo fibers were established and samples were processed. Two thermoplastics were used for this study: the meta-xylylenediamine 10 polyamide matrix for the fundamental approach and the flame retardant polyamide 11 matrix to meet the requirements of Fire, Smoke, Toxicity standards. The last step was devoted to the analysis of the dynamic mechanical behavior in shear and elongation of composites produced on a "laboratory" scale. With these recyclable biobased composites, the performances are consistent with the specifications for technical composites. Finally, samples of "pilot" size multidirectional multiply implemented in the laboratory, have very promising performances. This research was inserted in the framework of the "BAmboo continuous fiber reinforced biobased Matrices COmposites / BAMCO" program supported by the BPI and the Regional Council of Occitanie as part of FUI 24
Activité anti-tumorale de la voie XBP1 dans les leucémies aiguës myéloïdes
Get PDFLes Leucémies Aigües Myéloïdes (LAM) sont des hémopathies malignes, caractérisées par un l'expansion de blastes leucémiques, des progéniteurs myéloïdes bloqués à différents stades de leur différenciation, qui colonisent la moelle osseuse, puis le sang, pour enfin s'infiltrer dans différents tissus et former des métastases. Le traitement de référence de ces hémopathies repose sur une chimiothérapie classique associant de l'Aracytine à une anthracycline. Cependant, de fréquentes rechutes sont observées et sont marquées par une chimiorésistance des patients. De façon intéressante, une étude clinique menée par Schardt et collaborateur a révélé un lien entre l'activation de XBP1, un facteur de transcription exprimé dans le cadre du stress du Réticulum Endoplasmique, et un meilleur pronostic chez les patients atteint de LAM. Dans le but de préciser le rôle de XBP1 dans ces pathologies, nous avons développé un modèle permettant l'expression conditionnelle de XBP1, sous contrôle d'un promoteur sensible à la doxycycline, dans des lignées cellulaires de LAM. Nos résultats démontrent qu'une activation soutenue de XBP1 conduit à l'apoptose des cellules in vitro et in vivo. De plus, une activation plus modérée de XBP1 conduit à une chimiosensibilisation à l'Aracytine in vitro et in vivo. Enfin, une activation chronique de XBP1 déverrouille la différenciation myéloïde in vitro et in vivo. Par le biais d'analyses à grande échelle, nous avons identifiées deux cibles transcriptionnelles non-codantes de XBP1, miR-22-3p et miR-148a-3p, qui récapitulent à elles seules les phénotypes liés à l'expression de XBP1. L'expression de miR-22 induit l'apoptose et sensibilise à l'Aracytine via la diminution de l'expression de la protéine SIRT1. De plus, l'expression chronique de miR-22 et miR-148 inhibent respectivement l'expression de c-MYB et HEX, deux facteurs de transcription impliqués dans la répression de la différenciation myéloïde. L'ensemble de nos résultats démontrent non seulement une activité anti-leucémique du facteur de transcription XBP1, mais mettent également en lumière l'importance de ses cibles non codantes dans les mécanismes moléculaires sous-jacents.Acute Myeloid Leukaemia (AML) is a rare and highly fatal haematological disorder, characterized by progressive invasion of bone marrow, circulating blood and peripheral organs by abnormal myeloid progenitors named blasts. Blasts are defined by differentiation blockade, and keep typical features of myeloid progenitors, like high proliferation rate and survival increased. AML treatment is based on chemotherapy combining Aracytin with anthracyclin, which mainly target proliferative cells. However, relapses are frequently observed, associated with chemoresistance. Interestingly, a clinical study links ER-stress-related transcription factor XBP1 expression to favourable outcome in AML. In order to precise the role of XBP1 on AML, we developed a tetracycline-inducible XBP1 model in leukemic cell lines. Our studies clearly demonstrate that the sustained activation of XBP1 expression induce apoptosis both in vitro and in vivo, whereas a moderate XBP1 expression sensitizes cells to chemotherapeutic treatments. Finally, a chronic activation of XBP1 in AML cells expression unlock myeloid differentiation both in vitro and in vivo. Using ChIP-sequencing, RNA-sequencing and micro-RNA sequencing data, we identified two specific-XBP1s-non-coding targets, miR-22 and miR148a-3p, which recapitulate XBP1-related phenotypes. XBP1 transcriptional activation of miR-22 significantly suppresses viability and sensitizes leukemic cell to chemotherapy, through SIRT1 protein knockdown. Moreover, chronic expression of miR-22 and miR148a-3p inhibit respectively C-MYB and HEX expression, two transcription factors related to repression of myeloid differentiation, leading to myeloid differentiation progression. Taking together, these results show XBP1 anti-leukemic effects, through its non-coding targets implication in molecular mechanisms
Synthesis of ligand-functionalized core-cross-linked amphiphilic star block copolymers and application as catalytic nanoreactors
Get PDFDans cette thèse, notre stratégie consiste à utiliser des micelles (CCM) ou des nanogels (NG) réticulés dans les noyaux avec une enveloppe polyélectrolytique. Ces polymères sont conçus avec une coquille polycationique PVPMe+I- ou polyanionique PSS-Na+ préparée par la stratégie RAFT-PISA, pour aider les nanoréacteurs à rester en phase aqueuse. Le ligand phosphine est relié à des chaînes hydrophobes. Pour la catalyse, les catalyseurs métalliques et les substrats organiques sont transférés dans la partie hydrophobe. L'avantage de ces objets par rapport aux micelles à coquille neutre de première génération correspondantes est d'éliminer le lessivage des métaux et le couplage particule-particule, qui se produit par interpénétration conduisant à un contact noyau-noyau après avoir été chargé de catalyseurs métalliques. Ces nanoréacteurs ont été chargés avec un catalyseur complexe de Rh pour l'hydrogénation biphasique aqueuse d'oléfine catalysée par le Rh moléculaire ou par les nanoparticules de Rh. Les catalyseurs confinés dans les noyaux des nanoréacteurs présentent une activité élevée, une bonne recyclabilité et une faible lixiviation.In this thesis, our strategy is to use micelles (CCM) or nanogels (NG) cross-linked in the cores with a polyelectrolytic shell. These polymers are designed with a polycationic PVPMe+I- or polyanionic PSS-Na+ shells prepared by the RAFT-PISA strategy, to help nanoreactors stay in aqueous phase. The phosphine ligand is connected with hydrophobic chains. For the catalysis, the metal catalysts and organic substrates transfer into the hydrophobic part. The advantage of these objects with respect to the corresponding first-generation neutral shell micelles is to remove the metal leaching and the particle-particle coupling, which occurs through interpenetration leading to core-core contact after being loaded with metal catalysts. These nanoreactors were loaded with Rh complex catalyst for the molecular Rh-catalyzed or Rh nanoparticles-catalyzed aqueous biphasic hydrogenation of olefin. The catalysts confined in the nanoreactor cores have high activity, good recyclability and low leaching