Laboratoire de Physique Théorique
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SIMPACOS : modélisations et simulations d'assemblages collés structuraux en fonctionnalisation duale tenue/fragmentation
Get PDFAfin de s'adapter aux nouvelles exigences du développement durable, la nécessité de réutilisation et de recyclage s'impose dans le secteur industriel aérospatial. Les recherches de nouveaux concepts ou solutions pour des structures, fondés sur les principes "Design for Demise (D4D)" ou "Debonding On Demand (DoD)", sont des stratégies prometteuses pour fiabiliser la réutilisation des ressources originelles ou les opérations de retrait de service responsables. Il reste toutefois primordial d'assurer la résistance des structures pour ne pas compromettre la sécurité des biens et des personnes. Le collage est une technologie d'assemblage déjà utilisée dans le secteur aérospatial. Etudier des assemblages collés multimatériaux assurant cette double fonction de tenue en service et de démantèlement en fin de service est l'enjeu de cette thèse. Le verrou scientifique consiste en la définition des propriétés géométriques et matérielles de ces structures dès la phase de conception permettant d'accomplir ces deux fonctions duales de tenue et de fragmentation contrôlée tout en assurant leur intégrité depuis leur fabrication. C'est la fonctionnalisation du joint. L'utilisation des particules thermiquement expansibles (TEP) n'impose pas des grandes adaptations de fabrication et elles peuvent activer dès que le démantèlement est désiré, via un contrôle de la température locale. Ce travail a trois objectifs principaux : étudier l'influence des TEP sur le comportement de l'adhésif liquide (viscosité, étalement) ; étudier l'influence des TEP sur la tenue mécanique après séchage ; contrôler le démantèlement. La première partie du travail porte donc sur l'étude de l'accostage, processus de rapprochement de deux substrats qui emprisonne la colle liquide et la distribue dans l'espace qui les sépare (contrôlé par l'épaisseur finale désirée). Le collage est assuré grâce à l'application de forces jusqu'au séchage. Le travail s'est attaché à étudier si et comment la présence des TEP modifie la capacité d'étalement de la colle et les forces à appliquer. Un nouveau dispositif expérimental avec sa métrologie a été entièrement conçu, développé et opéré. Ce dispositif est capable d'observer l'étalement et de mesurer les forces de réaction en temps réel. Il a été utilisé dans différentes configurations typiques du domaine aérospatial, comme par exemple pour préparer la réparation d'une structure en nid d'abeille par un patch composite.
La tenue de joints collés à différents taux de remplissage avec des TEP a été étudiée dans la seconde partie, via des essais normalisés (SENB, traction uniaxiale, DMA, DSC). Les faciès de rupture ont été analysés aux microscopes à balayage et confocal, et au tomographe. Ce travail montre que la distribution des particules conditionne la distribution des résistances à ruptures. Le comportement jusqu'à rupture peut être modélisé via une loi de probabilité de type Weibull. Plusieurs lois sont proposées selon le taux de TEPs, à travers le dialogue essais numériques et essais expérimentaux sur matériaux polymérisés. La dernière partie du travail s'est rapportée à l'étude comparée essais calculs du démantèlement des structures assemblées. Nous nous sommes particulièrement intéressés à des moyens de contrôler le seuil de rupture en contrainte et la séparation des substrats sans endommager leur surface. La méthode de travail a consisté ici à fabriquer différents mélanges et à concevoir un dispositif pour forcer la rupture. Ce travail est en cours de finalisation et fait l'objet d'un dépôt de brevet en cours.In order to adapt to the new requirements of sustainable development, the need for reuse and recycling is becoming crucial in the aerospace industry. Research into new concepts or solutions for structures, based on the principles of Design for Demise (D4D) or Debonding On Demand (DoD), are promising strategies for reliable reuse of original resources or responsible retirement operations. However, it is still important to ensure the strength of the structures so as not to compromise the safety and security of goods and people. Adhesive bonding is a joining technology currently used in the aerospace sector. The study of multi-material bonded assemblies ensuring this dual function of in-service performance and end-of-service dismantling is the challenge of this thesis. The scientific challenge is to define the geometric and material properties of these structures from the design phase, which will enable them to perform these two dual functions of holding and controlled fragmentation while ensuring their integrity since their manufacture. This is the functionalization of the joint. The use of thermally expandable particles (TEPs) does not require major manufacturing adaptations and they can be activated as soon as dismantling is desired, via local temperature control. This work has three main objectives: to study the influence of TEPs on the behaviour of the liquid adhesive (viscosity, spreading); to study the influence of TEPs on the mechanical strength after drying; and to control dismantling. The first part of the work therefore focuses on the study of the approach, a process of approximating two substrates that traps the liquid adhesive and distributes it in the space between them (controlled by the desired final thickness). The bonding assembly is achieved by applying forces until drying. The work investigated whether and how the presence of TEPs modifies the spread ability of the adhesive and the forces to be applied. A new experimental device with its metrology was fully conceived, developed and operated. This device is capable of observing the spreading and measuring the reaction forces in real time. It was used in different configurations typical of the aerospace field, for example in preparation for the repair of a honeycomb structure with a composite patch. In the second part, the performance of bonded joints at different filling rates with TEPs was studied, using standard tests (SENB, uniaxial tension, DMA, DSC). The fracture surfaces were analysed with scanning and confocal microscopes, and tomography. This work shows that the distribution of particles conditions the distribution of fracture strengths. The behaviour until failure can be modelled via a Weibull-type probability law. Several laws are proposed according to the rate of TEPs, through the dialogue of numerical tests and experimental tests on cured materials
Reconnaissance automatique de la parole d'enfants apprenant·e·s lecteur·ice·s en salle de classe : modélisation acoustique de phonèmes
Get PDFÀ travers ces travaux de thèse, nous cherchons à perfectionner les transcriptions phonétiques de lectures orales d'enfants apprenant·e·s lecteur·rice·s réalisées en environnement scolaire. Ces transcriptions automatiques forment la base d'un système de détection d'erreurs utilisé
dans un exercice de lecture orale de la plateforme pédagogique Lalilo. Une bonne précision est primordiale pour fournir un retour adapté à l'enfant, et ainsi favoriser son apprentissage. Une première partie présente les principaux défis de notre tâche. La reconnaissance automatique de la parole d'enfants est plus ardue que celle d'adultes, en raison de ses très grandes variabilités acoustique et prosodique. La rareté des données disponibles, notamment
en français, nous oblige de plus à redoubler d'inventivité pour en modéliser correctement la variabilité. Enfin, de fréquentes occurrences d'erreurs de fluence et de déchiffrage, ainsi que la présence de bruit de brouhaha typique des salles de classe, constituent des difficultés
supplémentaires. Nous construisons dans une seconde partie un modèle acoustique hybride TDNNF-HMM, qui deviendra notre modèle de référence. Son entraînement via un apprentissage par transfert permet de pallier au manque de données et d'atteindre un PER de 30,1%. Nous étudions différents paramètres acoustiques et méthodes de normalisation, visant à maximiser la performance de notre modèle. Une technique d'augmentation de données par ajout de bruit, visant
à améliorer la robustesse du modèle aux bruits de salle de classe, apporte également une amélioration relative du PER de 6,4%. Dans notre dernière partie, nous explorons les architectures récentes end-to-end fondées sur des réseaux RNN, des modules CTC et des mécanismes d'attention. Notre travail est l'un des premiers à appliquer des architectures end-to-end sur de la parole d'enfants, et à analyser leurs forces et faiblesses quant aux spécificités de la lecture orale d'apprenant·e·s lecteur·rice·s. Notre système Transformer+CTC fournit les meilleurs résultats (PER de 25,0%) grâce à la pertinence des informations acoustiques et textuelles extraites par ses mécanismes d'auto-attention et à la complémentarité des modules CTC et d'attention. Notre système est ensuite enrichi de techniques d'augmentation de données. Nous introduisons notamment une méthode novatrice de simulation d'erreurs de lecture, afin d'entraîner le modèle à mieux les détecter. Celle-ci s'avère complémentaire à l'augmentation par ajout de bruit étudiée en deuxième partie. Ces deux techniques permettent alors au Transformer+CTC de surpasser largement le modèle hybride de référence, avec un PER de 21,2%, et d'améliorer la qualité de ses transcriptions sur de la lecture incorrecte ou en présence de bruit de brouhaha.In this PhD thesis, we aim at perfecting the phonetic transcriptions of oral readings of children learning to read, recorded in a classroom environment. These automatic transcriptions power a reading mistakes detection system used in the reading aloud exercise of the Lalilo pedagogical platform. Good accuracy is essential to provide appropriate feedback to the child, thus promoting his·her learning. A first section presents the main challenges of our task. The automatic recognition of children's speech is more difficult than adults' speech, due to its very high acoustic and
prosodic variability. The scarcity of available data, especially in French, requires us to be more inventive as to correctly model its variability. Finally, frequent occurrences of fluency and decoding mistakes, as well as the presence of classroom babble noise, constitute additional
difficulties. In a second section, we build a hybrid TDNNF-HMM acoustic model, which will become our baseline model. Using transfer learning allows to overcome the lack of data and achieve a PER of 30.1%. We study different acoustic parameters and normalization methods, aiming at
maximizing our model's performance. Data augmentation by adding noise with the objective of improving the model's robustness to classroom babble noise further improves the PER by 6.4% relative. In our final section, we explore recent end-to-end architectures based on RNNs, CTC modules and attention mechanisms. Our work is one of the first to apply end-to-end architectures to child speech and to analyze their strengths and weaknesses with respect to the specificities of oral reading by children learning to read. Our Transformer+CTC system provides the best results (25.0% PER) thanks to the relevance of the acoustic and textual information extracted by its self-attention mechanisms and the complementarity of the CTC and attention modules. Our system is then enhanced with data augmentation techniques. In particular, we introduce an innovative method of simulating reading mistakes, that seeks to train the model to better detect them. It reveals complementary to the noise data augmentation previously studied. These two techniques then allow the Transformer+CTC to greatly outperform the hybrid reference model, with a PER of 21.2%, and to improve the quality of its transcriptions over misreadings or classroom babble noise
Codage prédictif dans le cerveau et les réseaux de neurones profonds
Get PDFLe codage prédictif est une théorie célèbre et influente dans le domaine des neurosciences. Il indique qu'au lieu de recevoir passivement les informations externes pour former une perception ou une décision, le cerveau utilise un modèle interne hiérarchique qui pourrait interagir activement avec les stimuli externes. Dans cette hiérarchie, chaque niveau prédirait l'activation du niveau inférieur, le niveau le plus bas représentant le monde extérieur ; tandis que le niveau prédit pourrait calculer la différence entre la stimulation réelle et la prédiction et l'envoyer vers le haut pour mettre à jour le modèle pour une meilleure prédiction à l'avenir. Cela pourrait fournir des explications pour un large éventail de phénomènes neurophysiologiques et psychologiques, ce qui conduit à croire que le codage prédictif peut servir de cadre unificateur pour les fonctions cérébrales, notamment la sensation, la perception, la mémoire, etc. Cependant, l'interprétation raisonnable fournie par le codage prédictif ne peut exclure d'autres théories possibles sur la fonction cérébrale. Des preuves supplémentaires sont nécessaires pour prouver que le codage prédictif est un principe unificateur utilisé par le cerveau. D'une part, les chercheurs construisent des modèles informatiques mettant en œuvre une dynamique de codage prédictive et vérifient si un tel système dynamique pourrait générer des résultats similaires observés dans le cerveau biologique. D'autre part, des efforts ont été déployés pour étudier les mécanismes neuronaux du traitement prédictif dans le cerveau. Dans la thèse actuelle, nous avons combiné les deux côtés, expérimental et informatique, en essayant de fournir des preuves plus solides pour le codage prédictif en tant que théorie unificatrice de la fonction cérébrale.
Plus précisément, nous avons mené trois études progressives et connexes. La première se concentre sur les activités neuronales dans le cerveau biologique, en particulier les ondes oscillatoires progressives (`oscillatory travelling waves'). Les ondes progressives corticales pourraient-elles sous-tendre les processus prédictifs dans le cerveau ? Nos résultats suggèrent que les ondes ascendantes n'apparaissent qu'en présence de stimuli visuels et disparaissent lorsque les entrées visuelles sont absentes ; tandis que les ondes descendantes, bien qu'elles reçoivent une certaine modulation de l'entrée visuelle externe, sont moins affectées. Nous avons expliqué les résultats dans le cadre du codage prédictif : les ondes progressives oscillatoires pourraient être le mécanisme neuronal du codage prédictif avec des ondes avant portant des erreurs de prédiction et des ondes arrière transmettant des signaux de prédiction.
Dans le deuxième projet, nous avons utilisé la technique d'apprentissage profond et construit un réseau de neurones qui pourrait mettre en œuvre une dynamique de codage prédictif. Si le cerveau humain pouvait fonctionner selon un tel principe dynamique, le réseau de codage prédictif devrait montrer certaines performances humaines. Nous avons testé cette hypothèse avec des stimuli d'image de contour illusoires. L'étude suggère que le réseau neuronal piloté par la dynamique de codage prédictif possède une perception illusoire, indiquant la possibilité que la même stratégie dynamique, c'est-à-dire le codage prédictif, pourrait être partagée entre le réseau et le cerveau biologique.
Sur la base des résultats des deux premières études : (i) les ondes progressives corticales pourraient servir de mécanisme neuronal de codage prédictif dans le cerveau biologique ; (ii) le réseau de neurones prédictifs affiche une perception similaire à l'humain, dans la troisième étude, nous renforçons davantage la plausibilité biologique du même réseau de neurones prédictif en ajoutant des constantes de temps et des délais et des entre les couches du réseau afin de générer des oscillations. Les résultats préliminaires montrent que le réseau pourrait osciller avec des paramètres temporels biologiquement plausibles. Nous nous attendons à ce qu'un tel réseau de neurones oscillatoire produise des résultats plus humains en termes de profil d'activation d'unité de signal et de sortie de décision finale. En résumé, la thèse énonce la possibilité d'une théorie du codage prédictif en tant que cadre unificateur pour les fonctions cérébrales en combinant les preuves du cerveau biologique et du réseau neuronal informatique.Predictive coding is a famous and influential theory in the field of neuroscience. It states that instead of passively receiving the external information and forming perception or decision, the brain holds a hierarchical internal modal that could actively interact with the external stimuli. In this hierarchy, each level could predict the activation of the lower level, with the lowest level representing the outside world; while the predicted level could compute the difference between real stimulation and the prediction and send it upward to update the model for better prediction in the future. It could provide explanations for a wide range of neurophysiological and psychological phenomena, which leads to the belief that predictive coding may serve as a unifying computational framework for brain functions including sensation, perception, memory, and so on.
However, the interpretation provided by predictive coding on brain function is not definite enough. More supportive evidence is needed to establish predictive coding as a unifying principle used by the brain. On one hand, researchers build computational models implementing predictive coding dynamics and check whether such a dynamic system could generate some similar results observed in the biological brain. On the other hand, efforts have been made to investigate the neural mechanisms of predictive processing in the brain. In the current thesis, we combined both sides, experimental and computational, attempting to provide more solid evidence for predictive coding as a unifying theory of brain function. Specifically, we conducted three progressive and related studies. The first one focuses on the neural activities in the biological brain, in particular, the oscillatory traveling waves. Could cortical traveling waves underlie predictive processes in the brain? Our results suggest that the ascending traveling waves only appear with the presence of bottom-up driven visual stimuli and disappear when visual inputs are absent; the descending waves, although they receive some modulation from external visual input, are less affected. We explained the results in the predictive coding framework: oscillatory traveling waves might be a neural signature of predictive coding with forward waves carrying prediction errors and backward waves transmitting prediction signals. In the second project, we utilized the deep learning technique and constructed a neural network which could implement predictive coding dynamics. If the human brain functions according to such a dynamic principle, the predictive coding network should show certain human-like properties. We tested this hypothesis with illusory contour image stimuli. The study suggests the neural network driven by predictive coding dynamics possesses illusory perception, supporting the possibility that the same dynamics strategy, i.e. predictive coding, might be shared between the network and biological brain. Based on the results of the first two studies: (i) cortical traveling waves reflecting the neural mechanisms of predictive coding in the biological brain; (ii) the predictive neural network displaying human-like performance, in the third study, we further update the same predictive neural network by adding biologically plausible time delays and constants between network layers in order to generate oscillations. The preliminary results show that the network could oscillate with biologically plausible time parameters. We expect that such an oscillatory neural network will produce more human-like results in terms of its signal unit activation pattern and final decision output. In summary, the thesis states the possibility of predictive coding theory as a unifying framework for brain functions by combining the evidence from the biological brain and computational neural network
Neural networks for survival analysis and predictive maintenance
Get PDFCette thèse se focalise sur le problème de l'analyse de survie via une approche d'apprentissage profond. L'objectif principal est d'estimer le risque d'un événement donné à l'échelle individuelle. Nous utilisons la loi de Weibull qui est fréquemment utilisée dans l'analyse de survie car elle est adéquate pour modéliser le temps jusqu'à l'événement dans un cadre réel en utilisant une base de données quelle que soit sa taille, et est suffisamment flexible en raison de l'ensemble de formes, diverses et variées, de distribution déterminées par ses paramètres de forme et d'échelle. Cependant, la présence d'échantillons censurés est fréquente dans les données de survie, et les ignorer induit un biais significatif dans l'estimation du risque. Pour résoudre ce problème, nous étudions le problème de l'estimation du risque qu'un événement d'intérêt se produise chez un individu. Nous proposons, en premier lieu, une approche d'apprentissage profond, DeepWeiSurv, en supposant que la distribution temps-événement sous-jacente peut être modélisée par un mélange fini de lois de Weibull dont les paramètres respectifs sont à estimer par le réseau. Nous présentons et décrivons l'architecture de ce réseau et la fonction de perte qui prend en compte les données censurées à droite. Des expériences sur des ensembles de données synthétiques et réelles montrent que cette approche offre une meilleure performance prédictive que les méthodes de l'état de l'art. Cependant, la performance de ce modèle dépend de la taille du mélange qui est décrite comme un paramètre du modèle et cela peut être problématique dans un cadre réel. Pour résoudre ce problème, nous proposons une nouvelle approche, DPWTE, décrite comme une version étendue de DeepWeiSurv avec pratiquement la même architecture, qui ne fixe pas la taille du mélange mais fixe plutôt une limite supérieure suffisamment grande et trouve la combinaison optimale de lois de Weibull pour modéliser la distribution temps-événement sousjacente. Pour ce faire, nous introduisons une couche de multiplication par éléments qui sélectionne par ses poids les distributions de Weibull qui ont une contribution significative à la modélisation de la distribution temps-événement. Pour stimuler ce processus de sélection, nous appliquons une régularisation sparse sur cette couche en ajoutant un terme de pénalité à la fonction de perte. Nous validons ce modèle sur des ensembles de données simulées et réelles, en montrant qu'il permet d'améliorer les performances par rapport à DeepWeiSurv et aux méthodes les plus connues de l'état de l'art. Par la suite, nous proposons une solution pour minimiser le risque détecté par ces deux approches tout en respectant les contraintes budgétaires. Pour ce faire, nous considérons un problème d'optimisation sous contrainte qui consiste à minimiser la probabilité de risque d'un sujet donné à partir des données de survie, en supposant que chaque modification de caractéristique a un coût donné. Les contraintes de budget étant modélisées par une boule L1 pondérée, nous proposons de résoudre ce problème numériquement en utilisant l'algorithme du gradient projeté. Nous considérons trois scénarios pour la fonction de risque de probabilité : la boîte noire pour laquelle nous utilisons LIME, la boîte semi-blanche, et la boîte blanche que nous rendons robuste contre l'instabilité numérique en utilisant une technique de régularisation du gradient. Nous réalisons une série d'expériences synthétiques pour évaluer les performances de la méthode dans trois scénarios différents et montrons que la version robuste de la boîte blanche complète obtient des résultats prometteurs et encourageants. Ce problème principalement motivé par l'analyse de survie, ou plus précisément la maintenance prédictive peut dépasser ce contexte et être posé pour tout problème de régression où le but est d'optimiser la sortie de la régression d'un individu donné sous des contraintes de boules (pondérées) L1. Enfin, nous présentons et décrivons le projet SmartOccitania qui peut être considéré comme une application complète de l'analyse de survie dans le monde réel dont le but est de prédire le risque qu'une alimentation basse tension subisse une panne de courant, où nous testons et évaluons nos deux approches et proposons des solutions de maintenance.This work focuses on the problem of survival analysis via a deep learning approach. The main goal is to estimate the risk of an event of particular interest at the individual and then propose a maintenance solution to minimize this risk given a limited budget. We use the Weibull distribution which is particularly popular and frequently used in survival analysis since it is adequate for modeling the time-to-event of real-world events with small or large data, and is sufficiently flexible due to the range of distribution shapes determined by its shape and scale parameters. However, the presence of censored samples is frequent in survival data, and ignoring them induces a significant bias in the risk estimation. To address this problem, we investigate, in this work, the problem of estimating the risk of an individual to experience an event of interest. We propose, in the first place, a deep-learning approach, DeepWeiSurv, assuming that the underlying timeto-event distribution can be modeled by a finite mixture of Weibull distributions whose respective parameters are to be estimated by the network. We present and describe the architecture of this network and the loss function, with which it is trained, that takes into account the right-censored data. Experiments on synthetic and real-world datasets show that this approach offers better predictive performance than state-of-the-art methods.
However, the performance of this model depends on the size of the mixture which is described as a model parameter and this may be problematic in a real-world problem. To resolve this, we propose a novel approach, DPWTE, described as an extended version of DeepWeiSurv with practically the same architecture, that does not fix the size of the mixture but rather fixes an upper bound sufficiently large and finds the optimal combination of Weibull distributions to model the underlying timeto-event distribution. To accomplish this, we introduce an element-wise multiplication layer, which we call the Sparse Weibull Mixture layer, which selects through its weights the Weibull distributions that have a significant contribution to the time-to-event distribution modeling. To stimulate this selection process, we apply a sparse regularization on this layer by adding a penalty term to the loss function. We validate this model on both simulated and real-world datasets, showing that it yields a performance improvement over DeepWeiSurv and the most performant state-of-the-art methods. Afterward, we propose a solution to minimize the risk detected by these two approaches while respecting budgetary constraints. To do this, we consider a constrained optimization problem that consists of minimizing the probability risk of a given subject from the survival data, assuming that each feature modification has a given cost. With the budget constraints being modeled by a weighted L1 ball, we propose to solve this problem numerically using the Projected Gradient Descent algorithm. We consider three scenarios for the probability risk function: the black box for which we use LIME, the semi-white box, and the full-white box that we render robust against numerical instability using a gradient regularization technique. We conduct series of synthetic experiments to evaluate the performance of the method in three different scenarios and show that the robust version of the fullwhite box achieves promising and encouraging results. Finally, we present and describe the SmartOccitania project which can be described as a complete real-world application of survival analysis whose goal is to predict the risk that a low-voltage feeder experiences a power failure, where we test and evaluate our two approaches and propose maintenance solutions
Caractérisation de tissus épithélio-conjonctifs : analyse des marqueurs moléculaires et organisationnels en conditions physiopathologiques
Get PDFL'objectif de ce travail de thèse, effectuée en partenariat avec le CHU de Toulouse, est d'analyser les modifications de la matrice extracellulaire et l'organisation hydrique des tissus épithélio-conjonctifs, avec l'âge, les signes cliniques locaux et les pathologies générales. Afin de mieux comprendre le comportement biophysique de la muqueuse buccale et d'identifier les biomarqueurs spécifiques de ces tissus, nous avons validé l'utilisation de la spectroscopie
infra-rouge (IRTF), de l'analyse calorimétrique diatherme (ACD), de la technique des courants thermostimulés (CTS) et de l'analyse mécanique dynamique (AMD) sur des échantillons
porcins. Grâce à cette étude préliminaire, nous avons ensuite suivi l'évolution des réponses vibrationnelles, thermiques et mécanique de biopsies de muqueuses buccales humaines au cours du vieillissement physio-pathologique via une étude clinique portant sur des sujets de deux
groupes d'âge (20-40 ans et 70-90 ans). L'évolution des marqueurs de la muqueuse buccale avec l'âge et les données cliniques ont permis de comprendre les différents mécanismes mis en jeu.With aging, the different layers of epithelial and connective tissues suffer several changes. Physiological aging is marked by epithelium thickening, basal crest flattening and alteration of the hydric distribution. The main components of the extracellular matrix (collagens,
proteoglycans, glycosaminoglycans, etc) can also be subjected to structural modifications and density variation. The major purpose of this thesis, carried out in collaboration with the CHU of Toulouse, was to analyse the hydric organization and the changes of oral mucosa at the molecular and supramolecular level, with aging and physio-pathological evolution. As a first step the use of infra-red spectroscopy (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC)
and dynamic mechanical analyses (DMA) has been validated on porcine oral mucosa samples. It led to a better understanding of the biophysical behaviour of the oral mucosa and to the identification of specific biomarkers.
After this feasibility study, the evolution of vibrational, thermal and mechanical signatures of human oral mucosa with physio-pathological aging has been monitored via a clinical study involving patients from two age groups (20-40 and 70-90 years old). Correlations between the evolution of mucosa biophysics markers, the age and clinical data have been evidenced. Academic collaborations, performed at the same time as our main research axis, have confirmed
the reliability of the protocol developed for oral mucosa and its application to the characterization of dermal sample from animal models and tissue cellular engineering. This better knowledge of the structure-properties relationship in epithelial-connective tissues will be useful to the specification drafting of ideal prosthetic biomaterial or even the development of oral mucosa repair tissues
Exploration de paysages énergétiques et effets quantiques nucléaires : approche parallel-tempering path-integral molecular dynamics
Get PDFCette thèse a pour objectif d'étudier les propriétés électroniques, structurales et thermodynamiques de différents agrégats moléculaires à l'aide des méthodes "Parallel-Tempering Molecular Dynamics" (PTMD) et "Path-Integral Molecular Dynamics" (PIMD). Pour cela différentes implémentations ont été réalisées dans les codes deMonNano et deMon2k qui sont des programmes basés sur le calcul de la densité électronique. Le code deMonNano utilise la méthode "Self-Consistent-Charge Density-Functional based Tight-Binding" (SCC-DFTB) et deMon2k la méthode "Auxiliary Density-Functional Theory" (ADFT). Les méthodes PTMD et PIMD permettent respectivement d'explorer efficacement la surface d'énergie potentielle et de prendre en compte les effets quantiques des noyaux (NQEs) tout en restant dans un formalisme classique. Tout d'abord l'approche PTMD a été implémentée dans le code deMon2k. Pour pouvoir paralléliser l'implémentation de la méthode PTMD sans avoir à modifier la structure parallèle MPI (pour Message Passing Interface) préexistante dans le code deMon2k une routine permettant la création de différentes couches de parallélisme MPI a été développée. L'implémentation de la méthode PTMD a ensuite été validée en étudiant la transition de phase dans l'hexamère d'eau (H2O)6 et l'octamère d'eau (H2O)8. Cette transition de phase a été caractérisée par l'analyse de la courbe de capacité calorifique et la distribution d'isomères en fonction de la température. La même étude a été réalisée en SCC-DFTB avec deMonNano et les différences dans la transition de phase avec les deux potentiels ont été rationalisées en terme d'énergie de liaison des isomères de basse énergie. Pour pouvoir réaliser des simulations PIMD, les codes deMon2k et deMonNano ont été interfacés avec le programme i-PI. Une première application de la combinaison des codes i-PI et deMon2k a été dédiée à l'étude de l'impact des NQEs sur le déplacement chimique du carbone 13 dans des carboxylates linéaires HCOO-, CH3(CH2)nCOO- (n=0-2,6) explicitement solvatés par 34 molécules d'eau. Ces travaux montrent qu'en PIMD, la délocalisation quantique des protons liés aux atomes de carbone induit un décalage vers le bas de l'écrantage isotrope des carbones 13 systématique et améliore l'accord avec les résultats expérimentaux pour tous les systèmes étudiés. La combinaison des codes i-PI et deMonNano a été utilisée pour étudier l'impact des NQEs sur la transition de phase dans les agrégats (H2O)6 et (H2O)8. Pour cela, des simulations "Parallel-Tempering Path-Integral Molecular Dynamics" (PTPIMD) combinant les méthodes PTMD et PIMD ont été réalisées. Les résultats montrent que les NQEs modifient fortement la distribution d'isomères de (H2O)6 à basse température. En revanche dans le cas de (H2O)8, les NQEs n'ont pratiquement aucun impact sur la distribution d'isomères. La combinaison des codes i-PI et deMonNano a également été utilisée pour étudier les spectres d'absorption infrarouge (IR) de systèmes moléculaires solvatés par une matrice d'argon en incluant les NQEs. Parmi les différents systèmes étudiés, la prise en compte des NQEs améliore l'accord avec l'expérience pour les spectres IR théoriques du coronène (C24H12) et du corannulène (C20H10). En revanche pour les agrégats d'eau (H2O)n (n=1,6) et pour les complexes H2O-C24H12 et H2O-C20H10, les spectres IR théoriques sont fortement bruités et la méthode employée ne semble pas adaptée.The objective of this thesis is to study the electronic, structural and thermodynamical properties of different molecular clusters using the methods "Parallel-Tempering Molecular Dynamics" (PTMD) and "Path-Integral Molecular Dynamics" (PIMD). For this purpose, several implementations have been made in the codes deMonNano and deMon2k which are molecular simulation programs based on the "Self-Consistent-Charge Density-Functional based Tight-Binding" (SCC-DFTB) and "Auxiliary Density-Functional Theory" (ADFT) methods respectively. The PTMD allows to efficiently explore the potential energy surface and the PIMD permit to access Nuclear Quantum Effects (NQEs) while remaining in a classical formalism. First of all, the PTMD method has been implemented in the code deMon2K. In order to parallelize the PTMD algorithm without modifying the preexisting MPI (for Message Passing Interface) parallel structure of deMon2k, a routine that permit the creation of many layers of MPI parallelization has been developped. The implementation of the PTMD method has then been validated by studying the phase transition in the water hexamer (H2O)6 and the water octamer (H2O)8 with an ADFT potential. The phase transition was characterized by the analysis of the heat capacity curve and the relative isomer population as a function of the temperature. The same study has been carried with the deMonNano code and a SCC-DFTB potential. The discrepancies in the phase transition observed between the two potentials have been enlightened by the differences in the binding energies of the low lying isomers. To be able to run PIMD simulations, the codes deMon2k and deMonNano have been interfaced with the progam i-PI. The first application of the combination between these two codes was dedicated to the study of the influence of NQEs on the chemical shielding of carbon-13 in linear carboxylates HCOO-, CH3 (CH2)nCOO- (n=0-2,6) explicitely solvated by 34 water molecules. This study shows that in PIMD, the quantum delocalization of the protons attached to carbon atoms leads to a systematic down shift of the isotropic shielding of carbon-13 and improve the agreement with experimental results for all systems studied. The combination of the codes i-PI and deMonNano has been used to study the impact of NQEs on the phase transition of the (H2O)6 and (H2O)8 clusters. For this purpose, "Parallel-Tempering Path-Integral Molecular Dynamics" (PTPIMD) simulations combining both PTMD and PIMD have been made. The results show that NQEs strongly modify the relative isomer population of (H2O)6 at low temperature. However, in the case of (H2O)8, NQEs have barely no impact on the relative isomer population. The combination of the codes i-PI and deMonNano has also been used to study the influence of NQEs on the infrared (IR) absorption spectra of molecular systems solvated by an argon matrix. Among the different systems studied, the inclusion of NQEs improves the agreement between theoretical and experimental spectra for the coronene (C24H12) and the corannulene (C20H10). In contrast, for the water clusters (H2O)n (n=1,6) and for the complexes H2O-C24H12 and H2O-C20H10, the IR spectra are very noisy and the method employed seems inappropriate
Assemblage et dysfonctionnement de ribosomes mammifères : une étude structure-fonction par cryo-MET
Get PDFLe ribosome, qui traduit le code génétique en protéines, est une machinerie moléculaire essentielle au fonctionnement optimal des cellules. La formation, ou biogenèse, de ces ribosomes est un processus très complexe, qui doit être finement contrôlé et régulé pour produire rapidement des sous-unités ribosomiques matures et fonctionnelles. Des mutations dans des composants de cet appareil cellulaire essentiel sont à l'origine de diverses maladies, comme des anémies, des retards de croissance mais aussi certains cancers. Dans ce contexte, la caractérisation précise de l'ensemble des mécanismes d'assemblage et de fonctionnement des ribosomes en conditions normales et pathologiques devient un enjeu primordial. Ces questions scientifiques ont récemment connu des avancées majeures, notamment grâce à l'utilisation de la cryo-microscopie électronique (cryo-EM). En effet, couplée à des analyses fonctionnelles, la résolution de différents états structuraux du ribosome a permis la description de nombreux mécanismes moléculaires responsables de la biogenèse des ribosomes, ainsi que de différentes étapes de la traduction. Mon projet de thèse s'inscrit pleinement dans ces analyses structure/fonction de l'assemblage et du fonctionnement des ribosomes. Mon premier projet de thèse s'est focalisé sur les étapes finales de la maturation de la petite sous-unité ribosomique humaine, aussi appelée sous-unité 40S. Pour cela, en me basant sur des analyses structurales par cryo-EM, j'ai mené des études fonctionnelles sur des particules pré-40S purifiées à une étape tardive de leur maturation, grâce à la forme catalytiquement inactive de l'ATPase RIO1. Ce travail m'a permis de mettre en évidence les rôles combinés de RIO1 et de la protéine ribosomique RPS26 dans le déclenchement du clivage du pré-ARNr 18S-E par l'endonucléase NOB1, entrainant la maturation finale de l'ARNr 18S. Mon second projet de thèse visait à comprendre les effets d'une mutation ponctuelle de la protéine ribosomique RPS15 (mutation RPS15-P131S) sur les mécanismes de traduction. Des mutations ponctuelles dans le domaine C-terminal de cette protéine de la petite sous-unité ribosomique sont en effet retrouvées dans de nombreux cas de leucémies et de tumeurs solides. Pour cela, j'ai entamé une analyse structure/fonction de ces ribosomes mutants. J'ai purifié et déterminé par cryo-EM les structures 3D de ribosomes en cours de traduction. J'ai comparé les structures de ribosomes " sauvages " à leurs homologues mutants, portant la mutation RPS15-P131S. Mes résultats montrent que la mutation provoque la déstabilisation structurale du domaine C-terminal de RPS15, ce qui entraînerait un ralentissement de l'étape d'élongation de la traduction. Une hypothèse pour expliquer ce phénomène serait que la déstructuration du domaine C-ter de RPS15 empêche l'accommodation correcte des ARNt amino-acylés dans le site A du ribosome.The ribosome, which translates the genetic code into proteins, is an essential molecular machinery for the optimal functioning of cells. The formation, or biogenesis, of these ribosomes is a very complex process, which must be finely tuned to rapidly produce mature and functional ribosomal subunits. Mutations in components of this essential cellular apparatus are at the origin of various diseases, such as anemia, growth retardation but also some cancers. In this context, the precise characterization of the assembly and functioning mechanisms of ribosomes in normal and pathological conditions becomes crucial. This topic has recently seen major advances, notably thanks to the use of cryo-electron microscopy (cryo-EM). Indeed, coupled with functional analyses, the resolution of different structural states of ribosomes or precursors of ribosomal subunits has allowed to describe many molecular mechanisms responsible for ribosome biogenesis, as well as different steps of translation. My thesis project is fully in line with these structure/function analyses of ribosome assembly and function. My first thesis project focused on the final maturation steps of the human small ribosomal subunit, also called 40S subunit. For this purpose, based on structural analysis by cryo-EM, I conducted functional studies on pre-40S particles purified at a late stage of their maturation, thanks to a tagged and catalytically inactive form of the ATPase RIO1. This work allowed to demonstrate the combined action of both RIO1 with the ribosomal protein RPS26 in triggering the cleavage of the pre-rRNA 18S-E by the NOB1 endonuclease, leading to the final maturation of 18S rRNA. My second thesis project aimed at understanding the effects of a point mutation in the ribosomal protein RPS15 (S15-P131S mutation) on translation mechanisms. Point mutations in the C-terminal domain of this protein of the small ribosomal subunit are indeed found in many cases of leukemia and solid tumors. For this purpose, I initiated a structure/function analysis of these mutant ribosomes. I purified and determined the cryo-EM 3D structures of translating ribosomes. I compared the structures of wild type ribosomes to their mutant counterparts, carrying the S15-P131S mutation. My results show that the mutation causes structural destabilization of the C-terminal domain of RPS15, which results in a slowing down of the elongation step of translation. One hypothesis to explain this phenomenon would be that the destructuring of the C-terminal domain of RPS15 prevents the proper accommodation of aminoacylated tRNAs in the A-site of the ribosome
Analyse combinée Planck/Herschel des corrélations entre les filaments et le champ magnétique dans les régions de formation stellaire
Get PDFLes structures filamentaires sont omniprésentes dans le milieu interstellaire (MIS), sur de nombreuses échelles de taille et de densité, les plus denses représentant les berceaux de la formation stellaire. Les simulations et les observations du MIS montrent que l'étude de l'orientation relative entre filaments et champ magnétique peut apporter un nouvel éclairage sur le rôle du champ magnétique dans la formation et l'évolution des filaments, et donc sur le processus de formation stellaire. Au cours de ma thèse, j'ai étudié l'orientation relative entre filaments et champ magnétique dans des régions de formation stellaire observées dans différents environnements Galactiques et à différents stades d'évolution. À cette fin, j'ai combiné des données du satellite {it Herschel} obtenues dans le cadre du programme Galactic Cold Cores (GCC) avec les cartes en polarisation du satellite {it Planck}. Ce dernier a mesuré l'émission thermique polarisée des grains de poussière, qui trace l'orientation du champ magnétique sur le plan du ciel. Le programme GCC, quant à lui, est constitué de 116 champs représentant des régions de formation stellaire, avec une grande diversité de filaments en termes de taille, densité, stade d'évolution et environnement Galactique. J'ai commencé par développer une nouvelle méthode, {tt FilDReaMS} ("{bf Fil}ament {bf D}etection & {bf Re}construction {bf a}t {bf M}ultiple {bf S}cales"), pour extraire des filaments et déterminer leur orientation. Cette méthode répond aux différents critères indispensables à notre étude: reconstruction du réseau filamentaire, analyses simple-échelle et multi-échelles, automatisation à des fins statistiques, facilité d'utilisation et rapidité de calcul. J'ai ensuite appliqué {tt FilDReaMS} à un sous-échantillon de 4 champs {it Herschel} pour lesquels j'ai effectué une analyse détaillée de l'orientation relative des filaments, puis à l'ensemble des 116 champs en vue d'une analyse statistique. Mes résultats sont cohérents avec ceux des études précédentes: je retrouve généralement (mais pas systématiquement) une transition dans l'orientation relative préférentielle, de parallèle aux faibles densités de colonne à perpendiculaire aux grandes densités de colonne. Les orientations relatives parallèles/perpendiculaires sont essentiellement observées aux petites/grandes échelles. Parce que l'émission thermique des grains de poussière est optiquement mince, l'observation des filaments et la mesure du champ magnétique peuvent potentiellement être contaminées par la présence de nuages d'avant- ou d'arrière-plan. Afin de pallier à ce problème, j'ai développé une nouvelle méthode permettant de séparer les nuages le long de la ligne de visée en utilisant l'information contenues dans des cubes (, , ) des traceurs HI, et . J'ai ensuite décomposé les données de polarisation de {it Planck} sur cette base 3D pour reconstruire l'orientation du champ magnétique de chaque nuage. J'ai appliqué la méthode à un premier champ {it Herschel}, pour lequel j'ai obtenu des résultats concluants. Cette analyse souligne la nécessité de prendre en compte les effets possibles de confusion le long de la ligne visée dans l'étude de l'orientation relative des filaments.Filamentary structures are ubiquitous in the interstellar medium (ISM), over broad ranges of size and density, with the densest filaments being the cradles of star formation. Both simulations and observations of the ISM show that the study of the relative orientations between filaments and the magnetic field can bring new insight into the role played by magnetic fields in the formation and evolution of filaments and thus in the process of star formation. During my thesis, I studied the relative orientations between filaments and the magnetic field in star formation regions observed in different Galactic environments and at different evolution stages. To this end, I combined data from the {it Herschel} satellite obtained as part of the Galactic Cold Cores (GCC) program with the polarization maps of the {it Planck} satellite. The latter measured the polarized thermal emission from dust grains, which traces the orientation of the magnetic field in the plane of the sky. The GCC program is composed of 116 fields representing regions of star formation, with a great diversity of filaments in terms of size, density, evolution stage, and Galactic environment. I first developed a new method, {tt FilDReaMS} ("{bf Fil}ament {bf D}etection & {bf Re}construction {bf a}t {bf M}ultiple { bf S}cales"), to extract filaments and determine their orientations. This method meets the various essential criteria for our study: reconstruction of the filamentary network, single-scale and multi-scale analyses, suitability for statistical studies, user-friendliness, and computation speed. I then applied {tt FilDReaMS} to a subsample of 4 {it Herschel} fields for which I analyzed in detail the filament relative orientations, and then to all 116 fields in view of a statistical analysis. My results are consistent with those of previous studies: I generally (but not systematically) find a transition in the preferred relative orientations, from parallel at low column densities to perpendicular at high column densities. Parallel/perpendicular relative orientations are mainly observed at small/large scales. Because the thermal emission from dust grains is optically thin, filament observations and magnetic field measurements can potentially be contaminated by the presence of foreground or background clouds. To overcome this problem, I developed a new method able to separate clouds along the line of sight by using the information contained in (, , ) cubes of HI, , and . I then decomposed the {it Planck} polarization data in this 3D basis to reconstruct the magnetic field orientation of each cloud. I applied the method to a first {it Herschel} field, for which I obtained conclusive results. This analysis highlights the need to take into account the possible effects of confusion along the line of sight in the study of filament relative orientations
Rôle de photorécepteurs atypiques dans la transmission des effets directs et circadiens de la lumière chez un vertébré diurne
Get PDFLa lumière exerce une influence majeure sur la physiologie et le comportement de la plupart des organismes. En particulier, elle synchronise les rythmes circadiens par un processus appelé photoentrainement. Chez les mammifères, le photoentrainement dépend de la rétine, et plus particulièrement d'une classe de cellules ganglionnaires de la rétine (RGCs) exprimant le photopigment mélanopsine (opn4). Ces RGCs sont intrinsèquement sensibles à la lumière bleue et sont appelés ipRGCs pour "intrinsically photosensitives RGCs". Les ipRGCs intègrent l'information lumineuse médiée par la mélanopsine avec celle provenant des photorécepteurs classiques pour contrôler le photoentrainement mais aussi le masking, un effet direct de suppression ou d'élévation de l'activité locomotrice par la lumière. Bien que les ipRGCs soient les médiateurs des effets circadiens et directs de la lumière sur le comportement des mammifères, leurs rôles chez les vertébrés non mammifères ne sont pas élucidés. Grâce à son développement externe rapide, à sa transparence et à sa capacité de manipulation génétique facile et d'analyse comportementale à haut débit, le poisson zèbre (PZ) est apparu comme un puissant modèle de vertébré diurne non mammifère pour la chronobiologie. Contrairement aux mammifères, la rétine n'est pas la seule structure photosensible chez le PZ. En particulier chez cette espèce, la glande pinéale contient des photorécepteurs et des neurones de projection (PNs, équivalent des RGCs) et peut donc recevoir une information lumineuse et la transmettre au cerveau. De plus, tous les organes adultes du PZ testés, y compris la glande pinéale, sont directement photoentraînables lorsqu'ils sont placés en culture. Il reste donc à déterminer quels sont les rôles respectifs de la photodétection périphérique (au niveau de tous les organes) et de la photodétection centrale (au niveau de structures spécialisées telles que la rétine et la glande pinéale) dans le photoentraînement. Nous nous sommes intéressé.e.s aux rôles des gènes de mélanopsine et des cellules les exprimant chez le PZ. Parmi les 5 gènes de mélanopsine présents chez cette espèce, opn4xa et opn4b sont exprimés dans les RGCs larvaires. De plus, nous avons montré qu'opn4xa est exprimé dans une sous-population de PNs. Ainsi, opn4xa définit une nouvelle population de PNs présentant une photosensibilité à la lumière bleue et verte dépendante d'opn4xa et qui fonctionne en mode LIGHT ON (Publications 1,2). Dans un second temps, nous avons cherché à comprendre la fonction des RGCs (opn4xa+ et opn4xa- - mutant lakritz -) et de la photosensibilité intrinsèque des RGCs et PN opn4xa+ (mutant opn4xa) dans l'influence directe et circadienne de la lumière sur l'activité locomotrice chez la larve de PZ. Nous avons trouvé que les RGCs sont impliqués dans le masking et la réponse locomotrice aux transitions lumineuses, mais indépendamment de la photosensibilité pilotée par opn4xa. Enfin, les mutants opn4xa-/-, lakritz-/- et opn4xa -/- ; lakritz -/- n'ont montré aucun défaut de photoentraînement à un pulse de lumière blanche administré au début de la nuit suggérant que la photodétection de la rétine (y compris celle des ipRGCs) et la photodétection pilotée par la mélanopsine opn4xa ne sont pas nécessaires au photoentraînement chez la larve de PZ (Publication 2). Ces résultats soulèvent des différences majeures dans le photoentrainement circadien chez les mammifères et le poisson zèbre.Light has a profound influence on the physiology and behaviour of living organisms. In particular, light synchronize circadian rhythms through a process referred to as photoentrainment. In mammals, photoentrainment depends on the retina, and more particularly on a specific subtype of Retinal Ganglion Cells (RGCs) expressing the photopigment melanopsin (opn4). These RGCs are intrinsically sensitive to blue light and are hence referred to as ipRGCs for "intrinsically photosensitive RGCs". ipRGCs function as a hub which integrate photic information from melanopsin-evoked responses with rod and cone photoreceptor influences to control, among other things, photoentrainment and masking, a direct suppressive or elevating effect of light on locomotor activity. While ipRGCs mediate circadian and direct effects of light on behaviour in mammals, it is unclear if these roles are conserved in non-mammalian species. Due to its fast external development, transparency and capacity for easy genetic manipulation and high-throughput behavioural analysis, the zebrafish has emerged as a powerful non-mammalian diurnal vertebrate model for chronobiology. In contrast to mammals, the retina is not the only photosensitive structure: in particular, the zebrafish pineal gland contains photoreceptors and projection neurons (PNs, equivalent of RGCs) and thus can receive and transmit light information. In addition, all zebrafish adult organs tested, including the pineal gland, are directly photoentrainable when placed in culture. It therefore remains to be determined what are the respective roles of peripheral (at the organ level) versus central photodetection (from specialized structures such as the retina and pineal gland) for photoentrainment.
We thus ought to determine the function of melanopsin genes and melanopsin expressing cells in the zebrafish. Among the 5 zebrafish melanopsin genes, opn4xa and opn4b are expressed in larval RGCs. We furthermore showed that opn4xa is expressed in a subpopulation of PNs. Therefore, opn4xa defines a novel population of PN exhibiting an opn4xa-dependant photosensitivity to blue and green light in a LIGHT ON mode (Publications 1,2). With different mutant lines, we then tested the role of RGCs (opn4xa+ and opn4xa- RGCs - lakritz mutant -) and of the intrinsic photosensibility of opn4xa+ RGCs and PN (opn4xa mutant) in the direct and circadian influence of light on locomotor activity in zebrafish larvae. We found RGCs to be involved in masking and the locomotor response to light transitions, but regardless of their opn4xa+ driven photosensibility. Finally, both opn4xa-/-, lakritz-/- and opn4xa-/-; lakritz-/- mutants did not show any defect of photoentrainment to a white pulse of light administered at the beginning of the night (Publication 2). Thus both the photodetection from the retina, (including ipRGCs) and the photodetection driven by the melanopsin opn4xa seem dispensable for circadian photoentrainment in zebrafish larvae. This highlights further differences between the organization of the mammalian and zebrafish circadian system and more particularly on the structure(s) involved in photoentrainment
Complexes heptacoordinés de Fe(II) chiraux de géométrie bipyramide pentagonale : vers des aimants moléculaires combinant propriétés magnétiques et optiques
Get PDFL'étude décrite dans ce mémoire concerne la synthèse et la caractérisation de complexes chiraux de FeII de géométrie bipyramide pentagonale. La chiralité est introduite par un ligand macrocyclique azoté en interaction pentadente en position équatoriale de la sphère de coordination du FeII. Les propriétés magnétiques des deux énantiomères d'une série de complexes de formulations [Fe(LN5RR/SS)(MeOH)Cl]Cl et [Fe(LN5RR/SS)(MeCN)2] (PF6)2 ont été étudiées. Leur anisotropie magnétique est caractérisée par un paramètre de ZFS D de -6 et -8 cm-1 respectivement. Ces complexes de FeII ont été utilisés comme source d'anisotropie magnétique de polymères de coordination 1D hétéronucléaires par association avec des cyanométallates. Une chaine [FeNi] obtenue avec la brique diamagnétique [Ni(CN)4]2- nous a permis de sonder l'anisotropie magnétique locale du FeII ; elle est caractérisée par un paramètre axial de ZFS D = -10.2 cm-1. La chaine [FeCr], formée avec le métallo-ligand paramagnétique [Cr(LN3O2Ph)(CN)2]-, constitue le premier exemple de SCM chirale à base de complexes PBP. Elle est caractérisée par des interactions ferromagnétiques JFeCr = 2.82 cm-1 et une barrière énergétique de renversements de spins Ueff/kB = 22 K. Par ailleurs, ces chaines ont également montré que la chiralité locale est étendue au niveau supramoléculaire sous la forme d'une organisation hélicoïdale. Leur pureté énantiomérique a été validée par des mesures de dichroïsme circulaire. Une seconde partie est consacrée à un nouveau ligand pentadente de formulation H2LN3O2NMe2 et une série de complexes de géométrie bipyramide pentagonale, [M(H2LN3O2NMe2)XY]Zn avec M = CoII, NiII, MnII et FeII, X = H2O, MeOH et MeCN ; Y = H2O, Br, I et MeCN ; Z = ClO4, Br, I et PF6 ont été obtenus et caractérisés. Les propriétés magnétiques de ces composés ont été étudieés pour évaluer l'impact de ce nouveau ligand sur l'anisotropie magnétique. Ce ligand aussi été mis en œuvre pour l'élaboration d'un dérivé di-cyanido de CrIII, Cat[Cr(LN3O2NMe2)(CN)2] avec Cat = K+ et PNP+ (PNP = Bis(triphénylphosphine)iminium). Le groupements NMe2 conduisent à de meilleurs solubilités dans les solvants organiques, ce qui devrait permettre une plus grande versatilité dans l'utilisation de ces complexes.Synthesis and characterization of chiral FeII complexes with pentagonal bipyramid coordination sphere are described. The chirality is introduced in the complexes through a pentadentate nitrogen macrocyclic ligand complexed in the equatorial position of the FeII. The enantiomers of two derivatives, [Fe(LN5RR/SS)(MeOH)Cl]Cl and [Fe(LN5RR/SS)(MeCN)2](PF6)2, were studied. Their were found to exhibit magnetic anisotropy characterized by an axial ZFS D parameter of -6 and -8 cm-1 respectively. These FeII complexes were involved in the synthesis of heteronuclear 1D coordination polymers in association with cyanometallates. An [FeNi] chain, obtained with the diamagnetic [Ni(CN)4]2- allowed us to probe the local magnetic anisotropy of the FeII in such a surrounding; a ZFS parameter D = -10.2 cm-1 was obtained. A [FeCr] chain, formed with the paramagnetic metallo-ligand [Cr(LN3O2Ph)(CN)2]-, is the first example of chiral SCM composed of PBP complexes. It is characterized by ferromagnetic Fe-Cr interactions of JFeCr = 2.82 cm-1 and an energy barrier of spin reversal of Ueff/kB = 22 K. These chains have also shown that local chirality is extended to the supramolecular level in the form of a helical organization. The circular dichroism spectra confirmed their enantiomeric purity. A second part concerns a novel pentadente ligand of formulation H2LN3O2NMe2 and a series of pentagonal bipyramid geometry complexes, [M(H2LN3O2NMe2)XY]Zn with M = CoII, NiII, MnII and FeII, X = H2O, MeOH and MeCN, Y = H2O, Br, I and MeCN and Z = ClO4, Br, I and PF6. Magnetic properties of these compounds were studied to assess the impact of this new ligand on magnetic anisotropy. This ligand was then implemented for the synthesis of a dicyanido Cr complexe Cat[Cr(LN3O2NMe2)(CN)2]- with Cat = K and PNP (PNP = Bis(triphenylphosphine)iminium). The NMe2 groups of the ligand leads to overall better solubilities in organic solvents, which should allow greater versatility in the design of c polynuclear systems