Genomics and Biotechnology of the Fruits Laboratory
Institut National Polytechnique de Toulouse (Theses)Not a member yet
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Modeling and Simulation of Individual and Collective Swimming Mechanisms in Active Suspensions
No full textNous avons tou(te)s été témoins des nuages d'étourneaux dans le ciel ou de la formation de bancs de poissons dans l'océan. Ce type d'organisation chez les êtres vivant se produit aussi à des échelles parfois invisibles pour l'oeil humain: celles des micro-organismes. Les suspensions de micro-nageurs présentent une dynamique riche. Elles peuvent former des structures cohérentes résultant d'un mouvement collectif, mélanger le fluides environnant et/ou modifier ses propriétés rhéologiques. Leurs comportements peuvent jouer un rôle important dans la survie, l'équilibre des espèces, leur stratégie trophique et même pour la fertilité animale. La diversité des phénomènes observés résulte de l'interaction complexe entre mécanismes de nage, processus physiologiques, processus chimiques et interactions hydrodynamiques. Comprendre et maîtriser les mécanismes impliqués fait nécessairement appel la Mécanique des Fluides. Les études expérimentales permettent de mettre en exergue certains phénomènes et parfois de les expliquer. Cependant la modélisation s'avère indispensable. Or, inclure une description fine des mécanismes de nages dans une suspension contenant des milliers (voire des millions) d'individus, implique de considérer une vaste gamme d'échelles couplées (typiquement du micron 10^-6m au millimètre 10^-3m). Décrire une physique multi-échelles pour ce type problème reste un défi majeur pour la modélisation numérique actuelle. Ainsi, dans le cadre de cette thèse nous nous proposons d'apporter une contribution dans cette direction. Nous montrerons dans une première partie qu'il est possible de reproduire les mécanismes de nage de façon satisfaisante à l'échelle du micro-organisme avec des modèles de différentes complexités. Nous présenterons ensuite nos développements pour étendre ces modèles a l'échelle de la suspension. Nous montrerons comment inclure simultanément les effets Browniens qui agissent sur les plus petite particules (10^-6m). Enfin, nous exploiterons l'outil mis en place pour simuler des suspensions actives. Sa capacité à reproduire certains résultats de la littérature à précision égale, à moindre coût et à plus grande échelle, permet de combler le fossé entre modèles individuels, travaux expérimentaux et modèles continus issus de la théorie cinétique. Forts de cet outil, nous tenterons de répondre à deux questions ouvertes dans la littérature expérimentale : l'origine des corrélations d'orientation dans les suspensions de microgouttes auto-propulsées et les mécanismes en jeu dans la diffusion des particules Browniennes dans les suspensions actives. ABSTRACT : We have all witnessed the flocking of starlings in the sky and the schools of fish that form in the ocean. This kind of organization of living creatures is not limited to those that we see, but also occurs for those that we don’t : swimming microorganisms. Suspen- sions of micro-swimmers exhibit a rich dynamics. Their behaviors can play an important role in the survival of the group, its development, the balance between species, their trophic strategies and even animal fertility. They can form coherent structures due to collective motion, mix the surrounding fluid or modify its rheological properties. Such diversity results from the complex interplay between swimming strategies, physiological processes, chemical reactions and hydrodynamic interactions. Fluid Mechanics is there- fore essential to understand and master the mechanisms involved in these phenomena. While experimental studies bring out new findings and, sometimes, provide physical ex- planations, modeling remains essential. Yet, including an accurate description of the micro-swimmers in a suspension containing thousands (nay millions) individuals, requires considering a wide range of coupled scales (from one micron 10^−6m to several millimeters 10^−3m). What happens on large scales depends on sophisticated mechanisms occurring two or three orders of magnitude below. Therefore, the multiscale modeling of such phenomena is still a major challenge for the state-of-the-art numerical methods. This thesis aims at providing a contribution in that direction. In a first part, we will show that reproducing swimming mechanisms at the scale of the micro-swimmer can be achieved with various models spanning different levels of complexity. We will then present our developments to incorporate these models in an efficient framework for large scale simulations. We will show how to simultaneously account for the Brownian motion of the smallest particles (10^−6m). Our code reproduces known results from the literature with the same accuracy, but at lower cost and at larger scales, thus bridging a gap between particle-based models, experiments and continuum formulations from kinetic theory. Using the capabilities afforded by our method, we eventually address two open problems in the experimental literature : the origins of orientational correla- tions between interacting self-propelled micro-droplets and the mechanisms at play in the nonlinear enhancement of Brownian particle diffusion in active suspensions
Schémas cinétiques réduits et couplage thermique pour les simulations aux grandes échelles du cliquetis dans les moteurs à piston
Full text linkPour améliorer le rendement des moteurs essence, une méthode efficace est le downsizing qui consiste en la diminution de la cylindrée moteur compensée par l’ajout d’un compresseur pour maintenir la puissance. Lorsque le niveau de downsizing est trop important les fortes pression et températures rencontrées favorisent l’apparition de phénomènes d’auto-allumage de type cliquetis ou rumble néfastes pour l’intégrité du moteur. Ce type de phénomène, aujourd’hui encore mal compris, constitue une limite à l’utilisation du downsizing. Dans cette thèse la Simulation aux Grandes Echelles est utilisée pour étudier ce type de combustion dite anormale. L’objectif est de proposer une méthodologie numérique capable de reproduire leurs apparitions pour en étudier les mécanismes. L’auto-allumage est un mode de combustion sensible aux variations des conditions thermodynamiques locales. Des méthodes numériques précises et des modèles appropriés, en particulier pour la thermique paroi doivent donc être utilisés. La première partie de ce manuscrit présente la méthodologie numérique proposée et en particulier deux aspects développés lors de cette thèse: un modèle d’auto-allumage qui permet de reproduire le délai d’auto-allumage des gaz frais avec un schéma cinétique réduit et une méthodologie de couplage entre la chambre de combustion et la culasse permettant de définir des champs de températures paroi réalistes. La seconde partie de ce manuscrit présente les résultats de deux études numériques reproduisant certains points de fonctionnement d’un moteur expérimental. La première étude est réalisée à l’aide de modèles de combustion de la littérature et vise à reproduire le comportement expérimental pour diverses variations paramétriques influant sur la combustion. La seconde étude est réalisée à l’aide des modèles développés dans cette thèse afin d’étudier l’impact de la thermique paroi dans les mécanismes d’apparition des combustions anormales. ABSTRACT : In order to improve the efficiency of gasoline engines, one efficient solution resides in engine downsizing which consists in the diminution of the engine size with the adjunction of a compressor to keep the power output. When the downsizing level is important, the high pressure and temperature levels promote auto-ignition phenomena such as knocking or rumble that can damage the engine. This kind of combustion, still misunderstood, is a limit to further use downsizing. In this thesis, Large Eddy Simulation is used to study this kind of abnormal combustions. The objective is to propose a numerical methodology able to reproduce its apparition and to understand its mechanisms. Auto-ignition is a combustion regime very sensitive to the variations of local thermodynamic conditions. Precise numerical methods and appropriate models, especially for thermal boundary conditions must be used. The first part of this manuscript presents the proposed numerical methodology and in particular two aspects implemented during this thesis: an auto-ignition model that permits to reproduce auto-ignition delays with reduced kinetic schemes and a coupling methodology between combustion chamber and cylinder head in order to obtain realistic temperature fields for the boundary conditions. The second part of this manuscript presents the results of two numerical studies that reproduce some operating points from an experimental engine database. The first study is performed using combustion models from the literature and aims at reproducing experimental behavior for various parametric variations impacting the combustion. The second study is performed thanks to the numerical models implanted in this thesis in order to evaluate the impact of the thermal boundary conditions on the mechanisms leading to abnormal combustions
Étude d’un procédé de mise en forme de matières naturelles lignocellulosiques par thermocompression uniaxiale haute pression
No full textL’objet de cette thèse est l’étude d’un nouveau procédé de fabrication d’agromatériaux : le moulage par thermocompression uniaxiale haute pression de matières végétales, sans prétraitement et sans ajout de liant. Le premier chapitre dresse l’état de l’art des matériaux lignocellulosiques « auto-liés », tels que définis dans le domaine des panneaux de fibres. Sont étudiés : l’influence des conditions opératoires pour servir de référence malgré une pression de moulage inférieure à celle envisagée dans notre étude, l’influence du type de biomasse, l’utilisation d’un prétraitement à la vapeur et les modifications subies par les fibres lors du pressage. Des données de domaines scientifiques proches sont confrontées afin de discuter des possibles mécanismes de cohésion. Une courte partie technologique décrit le procédé et son évolution au cours des étapes de prototypage réalisées pendant ces travaux. Certaines limites sont relevées et notamment l’influence majeure de la maîtrise technique sur le champ expérimental et les résultats. La cellulose est d’abord étudiée comme polymère modèle. Une méthode est développée afin d’évaluer l’effet des conditions opératoires sur les propriétés mécaniques des matériaux compressés. La pression a un effet limité au-delà de 100 MPa, le temps de moulage n’a pas d’effet significatif (peut être réduit à 3 s) et une certaine humidité est favorable. La température est le paramètre le plus impactant. Les propriétés mécaniques, la densité et une faible reprise en eau des éprouvettes lui sont corrélées de même que la nette diminution de l’espace interparticulaire en surface. Avec un taux d’hydratation de 8% et à 200°C, l’accumulation de vapeur dans les couches internes du matériau entraîne une délamination. Le couple humidité / température (0-8% et 175-250°C) est alors étudié et au-delà de 225°C, l’effet de la délamination s’estompe. Les meilleures propriétés mécaniques sont obtenues à 2% et 250°C : 31 / 70 MPa de contrainte à la rupture en traction / flexion respectivement et 2 et 8 GPa de module correspondants. La relation structure / propriété est discutée au regard des données obtenues. L’eau joue un rôle central et contradictoire car elle plastifie la cellulose et augmente la conductivité thermique dans un sens mais à contrario l’eau en excès s’accumule au centre du matériau, inhibe la cohésion et provoque la délamination. L’additivation de corps gras à la cellulose lors de la compression augmente la résistance à l’eau des éprouvettes : 5% d’acide stéarique et de stéarate de magnésium augmentent la durée de pénétration d’une goutte d’eau dans le matériau ainsi que son angle de contact en surface. La possibilité d’effectuer le greffage de l’acide octanoïque (et son équivalent anhydride) lors du moulage est étudiée et confirmée par analyse CPG avec un DS maximum de 3,9.10-2 pour l’acide et 4,8.10-2 pour l’anhydride. Des prétraitements (échange de solvant et homogénéisateur haute pression) sont indispensables afin d’améliorer le contact cellulose / greffons et pour parvenir à un taux de greffage significatif. Une corrélation est établie entre le taux de greffage et la diminution des propriétés en flexion des matériaux greffés. Le procédé est ensuite appliqué à un panel de matières végétales brutes (résidus de culture ou issus d’une transformation) dans l’optique d’établir un lien entre les propriétés physico-chimiques des matières végétales et les propriétés des matériaux issus de leur compression. Malgré une significativité statistique peu élevée et des propriétés plus faibles que celles obtenues avec la cellulose, le lien est établi entre des taux élevés de cellulose et de lignine, des faibles taux d’extractifs, d’hémicellulose, de cendres et de protéines et de meilleures propriétés mécaniques et de résistance à l’eau. En réponse aux limites de cette technique, un procédé alternatif de moulage par transfert est proposé dont les essais préliminaires confirment de nombreuses perspectives. ABSTRACT : This thesis work objective is the study of a novel forming process for the production of agromaterials: a high-pressure uniaxial thermocompression process for the molding of natural lignocellulosic materials, without pretreatment or binders. The first chapter is the state-of-the-art of « self-bonded » lignocellulosic materials as defined in the domain of wood-based panels. It comprises the study of the effect of the operating conditions even though reported pressures are much lower than the intended pressure in our study: the influence of the biomass type, the use of steam pretreatment and the fibers modification during processing. Data from closely related scientific domains are compared in order to discuss about the possible mechanisms of cohesion. A short technological part describes the process and its evolution over the prototyping steps in this work. Some limits are reported in particular about the major influence of the technological capability on the exploratory field and on the results. At first, cellulose is chosen as a model polymer. A method is developed in order to study the influence of the operating conditions on the compacted materials’ mechanical properties. Pressure has a limited effect above 100 MPa, the molding time has no significant effect (it can be reduced to 3 seconds) and a minimum of moisture content is necessary. Temperature is the most impacting factor and is correlated with higher mechanical properties, higher density and lower moisture uptake of the specimens as well as to a significant decrease of interparticular space on the surface. At 8% moisture and 200°C, steam accumulates in the core of the material which leads to the delamination of the samples. The moisture / temperature couple (0-8% and 175-250°C) is thus specifically studied; above 225°C the effect of delamination is decreased. The best mechanical properties are obtained at 2% and 250°C: 31/70 MPa of stress at break in tensile/bending and 2 and 8 GPa for the corresponding moduli. The structure / property relationship is discussed thanks to the data obtained. Water has a key role yet contradictory because of its plasticizing effect and higher thermal conductivity in one hand, and the accumulation of steam which hinders the cohesion at the core and leads to delamination. The addition of fatty compounds to cellulose increases the water resistance of the specimens: 5% of stearic acid and magnesium stearate increased the water drop penetration time and its surface contact angle. The grafting of octanoïc acid (and its anhydride equivalent) during the molding process is studied and confirmed by CPG analysis with a maximum DS value of 3.9 10-2 for the acid and 4.8 10-2 for the anhydride. Pretreatments (solvent exchange and high pressure homogenizer) are necessary in order to increase the cellulose / grafts contact and to obtain a significant grafting yield. The grafting yield is correlated with a decrease of the bending properties of the grafted materials. The process is then applied to a variety of raw plant materials (crop residues or byproducts of a first processing) with the aim of establishing a link between the physico-chemical properties of the plant materials and the compacted materials’ mechanical properties. Despite a mediocre statistical significance and lower properties of the materials compared to cellulose, the link is confirmed between high cellulose and lignin contents, low extractives, hemicelluloses, ashes and protein contents and high mechanical properties and water resistance. In response to the limits of this technique, an alternative process of transfer molding is proposed, together with preliminary tests that confirm numerous prospects
Contribution à la conception de coupleurs magnétiques robustes pour convertisseurs multicellulaires parallèles
No full textFace aux enjeux énergétiques actuels, l’électronique de puissance est un domaine de recherche de premier plan. La relative fragilité des composants présents dans les chaines de conversion implique néanmoins de devoir prendre en compte la gestion des défaillances dès la phase de conception. La défaillance d'un composant est une situation hautement critique tant sur le plan de la sécurité environnante que sur le plan de l'indisponibilité du système qui en découle. Cette problématique de sureté de fonctionnement constitue la ligne directive de ce travail de thèse, visant à imaginer, et concevoir des solutions permettant de sécuriser ces structures en présence de défauts. Dans cette thèse, nous étudions de nouveaux composants magnétiques offrant un excellent compromis entre la densité de puissance traitée et rendement de conversion, mais très sensibles à toutes perturbations électriques. Une méthode de pré-dimensionnement des composants magnétiques a été développée et des solutions ont été apportés pour sécuriser et maintenir le fonctionnement du la chaine de conversion suite à l’apparition de plusieurs défauts. ABSTRACT : In the research field, power electronics is an important issue in the actual energy challenges. Nowadays, new converters, called « multilevel or multicell converters », are used in many applications requiring high-current with high-power density. This is due to their high frequency performances and good waveforms signals. The main advantages of such converters concern the high efficiency and good system integration. Most embedded systems are required to maintain operation even if failures or faults occur. New magnetic devices called InterCell Transformers (ICTs) in multicell converters help to improve the efficiency and compactness. Nevertheless, such magnetic components are inherently sensitive to any impecfection coming from the converter. The goal of this PhD thesis is to bring solutions to make ICTs more fault tolerant. Therefore, a pre-design methodology for a robust ICT is presented in order to maintain the operation after the occurrence of one or several faults. Several solutions are presented and detaille
Identification de mécanismes d'endommagement de stratifiés carbone-époxyde par couplage de l'émission acoustique et de la thermographie infrarouge
No full textCe travail de recherche porte sur la caractérisation de l'endommagement des matériaux composites carbone/époxyde stratifiés unidirectionnels. L'une des difficultés associée à son utilisation et qui limite encore son développement tient en particulier à la variabilité inhérente à son comportement, liée notamment à la présence de défauts induits en service. Ce travail de recherche propose une étude de l'endommagement par le biais d'un couplage de deux méthodes de suivi non destructives : l'émission acoustique (EA) et la thermographie infrarouge (TI). L'enjeu est d'analyser les corrélations spatiales et temporelles des événements acoustiques et thermiques mesurés lors de la sollicitation du matériau. A cette fin, la caractérisation par EA, et en particulier l'identification des mécanismes d'endommagement, est réalisée par le biais d'algorithmes de reconnaissance de forme non supervisés et de descripteurs acoustiques. Quant à la TI, les champs de température obtenus sont utilisés pour déterminer les champs de sources de chaleur qui mettent en évidence le comportement thermomécanique du matériau. Cette démarche s'appuie sur des arguments thermodynamiques et l'équation de la chaleur, un traitement du signal au vu du caractère bruité et discret de ces mesures ainsi qu'une modélisation micromécanique pour rendre compte de la conductivité thermique anisotrope du composite. Une première campagne expérimentale permet de caractériser le matériau par le biais de techniques classiques (essais de traction) et ultrasonores en immersion. L'endommagement généré et les corrélations entre les événements acoustiques et thermiques sont ensuite étudiés lors d'une seconde campagne expérimentale sous sollicitations quasi-statiques de traction puis sous sollicitations cycliques de fatigue uniaxiale. Ces études confirment la concordance des manifestations acoustiques et des dissipations thermiques pour un certain nombre de mécanismes d'endommagement. ABSTRACT : This work deals with the damage characterization of laminated composites carbon/epoxy. One of the difficulties associated with its use and that still limits its development concerns particularly its inherent variability on the behavior, in particular, the presence of damage induced in service. This work proposes a study of the damage by coupling two non-destructive techniques for damage monitoring : the acoustic emission (AE) and infrared thermography (IT). The challenge is to analyze the spatial and temporal correlations of acoustic and thermal events measured during the applied stress. In this way, the characterization by AE, and in particular the identification of damage mechanisms is carried out by means of unsupervised pattern recognition algorithms. For IT, temperature fields are used to determine the heat source fields to highlight the thermomechanical behavior of the material. This approach is based on thermodynamic arguments (the heat equation), on a signal processing in view of the noisy and discrete character of these measures and on a micromechanical modeling to take into account the anisotropic thermal conductivity of the composite. A first experimental campaign allows characterizing the material through tensile tests and ultrasonic characterization. The damage and the correlations between the acoustic and thermal events are then studied in a second experimental campaign of quasi-static and cyclic uniaxial loads. These studies confirm the correlation of acoustic events and heat dissipation for some damage mechanism
Conceptual design, simulation and experimental validation of divided wall column: application for non-reactive and reactive mixture
No full textLes colonnes à cloison et la distillation réactive présentent de nombreux avantages. Si ces deux concepts sont couplés, cela conduit à un procédé intensifié appelé : colonne à cloison réactive. Ce nouveau procédé intensifié constitue le principal objet d’étude de cette thèse. Dans une première partie, une procédure de design d’une colonne à cloison basée sur le modèle FUGK a été proposée. Dans cette procédure les aspects technologiques et hydrodynamiques sont abordés. Ces paramètres de design obtenus sont ensuite utilisés pour réaliser une simulation rigoureuse et une optimisation de cette colonne en utilisant le logiciel ProSim. Afin de tester cette procédure, des mélanges idéaux et non idéaux ont été utilisés. Il a été montré que cette procédure de design aboutit rapidement aux paramètres de pré design qui permettent d’initialiser de manière satisfaisante la simulation rigoureuse. Dans un second temps, un pilote d’une hauteur de 4m a été conçu, monté et testé au laboratoire. Des résultats expérimentaux ont été obtenus qui valident la procédure sur des mélanges non réactifs en termes de profils de composition et de température ainsi que sur les compositions et les débits de sortie du procédé. Enfin, dans une dernière partie, cette procédure a été adaptée à des mélanges réactifs en combinant les approches de R. Thery et al (2005) et celle de Triantafyllou et al (1992). Ces ultimes développements ont été testés sur la production d’acétate de méthyl par estérification du méthanol par l’acide acétique à la fois d’un de vue expérimental et théorique. ABSTRACT : Divided wall column and reactive distillation have many advantages. If a divided wall column and a reactive distillation are integrated, they leads to a higher integrated process is a reactive divided wall column. However reactive divided wall column has still a new research area. First of all, the thesis proposed a procedure for design of divided wall column, which based on the FUGK model. Both technological and hydrodynamic aspects in the divided wall column are considered in the procedure. Design parameters are then provided to the rigorous simulation and optimization in the ProSimplus software. In order to test this procedure, both ideal and non-ideal ternary mixtures are chosen to be separated in a divided wall column. The results show that the procedure can determine parameters quickly in the case studies and can give a good initialization for rigorous simulation. Secondly, a pilot plant has been design, built and operated in our laboratory (LGC, Toulouse, France, 2013). The pilot plant will provide necessary experimental evidence to validate the previous procedure. Ternary mixture and four-component mixture of alcohols have been used in our pilot plant in steady state conditions. The results show that the composition of products, composition and temperature profile along the column are in very good agreement with simulation results. Finally, a conceptual design method for reactive divided wall column is presented. The pre-design method of R. Thery et al., (2005) and a modified shortcut method for reactive divided wall column that is based on the classical shortcut adapted to a non-reactive divided wall column by C. Triantafyllou and R. Smith (1992) are applied. To verify, simulation and experiment are considered. The methodology has been illustrated for the synthesis of Methyl Acetate from Methanol and Acetic Acid
Les conséquences d'un stress en période périnatale sur l'homéostasie intestinale et la réponse au microbiote à l'âge adulte
Full text linkEn période néonatale, la muqueuse intestinale est immature et particulièrement perméable, notamment aux facteurs environnementaux comme les toxiques, les infections mais aussi les événements stressants. De la bonne maturation de la barrière intestinale va dépendre la mise en place de l'homéostasie intestinale et donc la tolérance vis-à-vis des antigènes luminaux. La survenu d’évènements stressants durant la petite enfance est associée au déclenchement et/ou l’entretien de pathologies gastro-intestinales fonctionnelles comme le Syndrome de l’Intestin Irritable (SII) mais aussi organiques comme les Maladies Inflammatoires Chroniques de l’Intestin (MICI). De plus, ces pathologies malgré leurs différences dans la sévérité et les signes cliniques, partagent un certain nombre de caractéristiques physiopathologiques communes, comme la rupture de l’intégrité de la barrière intestinale associée à une rupture de tolérance vis-à-vis des antigènes luminaux et plus particulièrement contre le microbiote intestinal. L’objectif de ce travail a été d’évaluer les effets d’un Stress de Séparation Maternelle (SSM) sur l’homéostasie intestinale et la réponse immunitaire vis-à-vis du microbiote commensal chez la souris jeune adulte. Nos résultats ont mis en évidence un dimorphisme sexuel dans ce modèle. Chez les souris mâles jeunes adultes, le SSM diminue les fonctions de la barrière intestinale associé à une altération de la réponse humorale et cellulaire au niveau systémique vis-à-vis du microbiote commensal, ainsi qu’à un défaut des cellules présentatrices d’antigènes, conduisant à une inflammation de bas grade malgré un profil proinflammatoire des lymphocytes T. Chez les souris femelles jeunes adultes, le SSM altère la fonctionnalité des cellules de Paneth associée à surpopulation bactérienne intestinale, responsable de la sensibilité viscérale en réponse à une distension colorectale et une réponse humorale systémique dirigée contre le microbiote commensal. Nous avons mis en évidence une empreinte du SSM chez le jeune adulte, capable d'induire des modifications profondes de l’homéostasie intestinale ainsi que de la réponse immunitaire systémique contre le microbiote intestinal. Le SSM altère l'homéostasie intestinale et reproduit des caractéristiques communes aux pathologies digestives à savoir une rupture de barrière associée à une réponse immunitaire contre le microbiote sans symptômes majeurs. Ce travail a permis d'identifier la survenue d'événements stressants pendant la petite enfance comme un facteur environnemental important capable d'altérer l'homéostasie intestinale chez des individus sains et qui pourrait contribuer au déclenchement de pathologies intestinales chez des individus génétiquement prédisposés. ABSTRACT : Perinatal period is characterized by an immature intestinal barrier particularly permeable to luminal antigens and as such highly vulnerable to environmental factors like toxins, infections or stressful events. The appropriate maturation of intestinal barrier leads to intestinal homeostasis and tolerance toward luminal contents. Early life stressful events are associated with the development and/or maintenance of functional gastrointestinal disorders like Irritable Bowel Syndrome (IBS) or organic one like Inflammatory Bowel Diseases (IBD). These pathologies are highly different in term of etiology and clinical severity however they share common features like alteration in intestinal barrier associated with an abnormal immune response toward luminal contents especially commensal microbiota. Our aim was to evaluate the consequences of maternal separation (MS) on intestinal homeostasis, host-microbiota relationship and the humoral and cellular response at adulthood. Due to sexual dimorphism in this model, the results are presented separately for male and female. In young adult male mice, MS decreases intestinal barrier functions associated with an alteration of systemic humoral and cellular response toward commensal microbiota. Moreover, a defect of antigen presenting cells in spleen leads to systemic low grade inflammation despite a pro-inflammatory profile of T cell. In young adult female mice, MS alters the functionality of Paneth cells associated with an intestinal bacterial overgrowth, leading to visceral sensitivity and systemic humoral response toward commensal microbiota. We highlighted that MS has long lasting adverse effects on intestinal homeostasis and systemic immune response toward commensal microbiota in young adult. MS impairs intestinal homeostasis in healthy individuals and might contribute to trigger intestinal pathologies in susceptible persons
Conception et réalisation d'un convertisseur multicellulaire DC/DC isolé pour application aéronautique
No full textL’électricité prend une place de plus en plus importante dans les systèmes énergétiques embarqués. L’électricité est une forme d’énergie très malléable, facile à transporter et réglable ou transformable avec un très faible taux de pertes. L’énergie électrique, associée à des convertisseurs statiques, est plus facile à maîtriser que, par exemple, l’énergie hydraulique et/ou pneumatique, permettant un réglage plus fin et une réduction des coûts de maintenance. L’évolution de la puissance dans les modèles avioniques est marquante. Avec le nombre croissant de charges électroniques, un avion plus électrique avec un réseau à courant alternatif inclurait un grand nombre de redresseurs AC/DC qui devront respecter les normes de qualité secteur. Une solution pour la réduction de la masse serait de préférer un réseau HVDC (High Voltage DC Bus). Sur les futurs modèles avioniques plus électriques, les concepteurs envisageront des conversions HVDC/DC à partir de l’unité appelée BBCU (Buck Boost Converter Unit). Dans ce cas d’étude, un réseau de distribution en tension continue (±270Vdc) est connecté à un réseau de sécurité basse tension (28Vdc) avec un échange bidirectionnel de puissance pouvant atteindre 10kW. Le convertisseur statique assurant cette liaison représente de nouveaux défis pour l’électronique de puissance en termes de fiabilité, sûreté, détection de panne, rendement et réduction de masse et de coût. Le dimensionnement du convertisseur doit prendre en compte une conception optimale, en aéronautique ce critère est la masse. Dans le processus de dimensionnement et d’optimisation du convertisseur, il est donc impératif de prendre en compte trois facteurs principaux : 1) l’évolution des topologies de conversion, 2) l’évolution des composants actifs et passifs et 3) l’intégration de puissance. La réunion de ces trois facteurs permettra ainsi la miniaturisation des convertisseurs statiques. Dans un premier temps, nous préciserons la démarche adoptée pour le dimensionnement d’un convertisseur en prenant en compte : les topologies actives, les filtres différentiels et le système de refroidissement. Les différents éléments qui composent le convertisseur sont décrits dans un langage informatique orienté objet. Des facteurs de performances seront également introduits afin de faciliter le choix des semi-conducteurs, des condensateurs et du dissipateur pour un convertisseur statique. Dans un deuxième temps, nous présenterons le fonctionnement d’une topologie multicellulaire DC/DC, isolée pour l’application proposée. Nous présenterons les avantages du couplage de différentes phases de ce convertisseur. Nous introduirons les différentes associations des cellules et leurs avantages, possibles grâce à l’isolement, comme la mise en série et en parallèle. Puisque la caractérisation des pertes des semi-conducteurs est essentielle pour le dimensionnement du convertisseur statique, nous proposerons deux approches : un modèle de simulation relativement simple et paramétré à l’aide de seules notices constructeurs ; et une méthode de mesure des pertes dans les semi-conducteurs qui est à la fois précise et compatible avec les composants les plus rapides. En ce qui concerne les composants magnétiques, une surface de réponse des matériaux ferrites sera présentée. Nous allons décrire, par le biais analytique et de simulation, des modèles pour la détermination du champ magnétique à l’intérieur du noyau et des ondulations de courant engendrés. Finalement, en profitant des modèles et des résultats obtenus dans les sections précédentes, nous montrerons le dimensionnement et la réalisation de chaque partie du convertisseur BBCU 100kHz / 10kW. Une perspective d’un design idéal est également présentée. ABSTRACT : The electricity is taking a more important place in the embedded systems. The electricity is a very moldable form of energy, easy to transport and adjustable or transformed with a very low losses. The electrical energy, associated with power converters, is easier to control than hydraulic and/or pneumatic energies for example, allowing a finer regulation and a cost cutting of maintenance. The installed power in the avionic models is growing fast. With the increasing number of electronic loads, a more electrical aircraft with an AC network would include a large number of rectifiers AC/DC which will have to respect the quality standards. A solution for the reduction of the mass would be to prefer a HVDC network (High Voltage DC BUS). On the future more electrical aircrafts, the designers will be facing a HVDC/DC power conversion. This is the role of the unit called BBCU (Buck Boost Converter Unit). In our case of study, a distribution network in DC voltage (± 270Vdc) is connected to a security low-voltage network (28Vdc) which includes a bidirectional power exchanges achieving 10kW. The power converter for this connection gives new challenges for the power electronics in terms of reliability, safety, failure detection, efficiency and reduction of mass and cost. The design of the power converter needs to take into account for an optimal design. It is thus imperative to take into account three main factors: 1) the evolution of the power topologies 2) the evolution of the active and passive devices and 3) the power integration. The meeting of these three factors will allow the miniaturization of the power converters. At first, the adopted approach for designing power converters, taking into account the power topology, the differential filters and the cooling system are presented. The various elements which compose the power converter are described in an Object-Oriented Programming. The performance factors will be introduced to facilitate the choice of semiconductors, capacitors and heat-sinks. Secondly, the operation phases of a multicellular isolated DC/DC topology for the proposed application are presented. A discussion of the advantages of the magnetic coupling is also introduced. Thanks to the isolation, different associations of switching cells, series or/and parallel connection, are possible. Knowing the losses of power semiconductors is an essential step to design a power converter, thus two approaches are proposed: 1) a simulation model using a relatively simple model with the datasheets information; and 2) a losses measurement method which is precise and compatible with the fastest devices. As regards the magnetic components, a response surface of ferrite materials will be presented. Some models for the determination of the magnetic field inside the core and the current ripple are also described. Finally, by taking advantage of models and results obtained in the previous sections, the design and the realization of each party of the BBCU power converter 100kHz / 10kW is showed. A perspective of an ideal design is also presented
Fractionnement des complexes lignine-polysaccharides issus de différentes biomasses lignocellulosiques par extrusion bi-vis et séparation chromatographique
Full text linkL’objectif de ces travaux est de développer une nouvelle voie de valorisation de différents coproduits agricoles et forestiers. L’étude s’est focalisée sur l’étape de séparation entre les hémicelluloses et les lignines contenues dans des extraits aqueux obtenus par extrusion bi-vis. La technologie bi-vis du fait de sa modularité a été choisie pour évaluer différentes conditions d’extraction. Les essais ont été menés afin de mettre en évidence l’influence des effets mécanique, thermique et chimique sur l’extraction des hémicelluloses à partir des différentes matrices végétales étudiées. Les travaux ont été conduits soit en conditions hydrothermales, eau sous pression et haute température, soit en conditions faiblement alcalines pour extraire des molécules les plus natives possibles. Ceci a permis d’identifier les conditions d’extraction les plus favorables en fonction des caractéristiques de chacune des biomasses. Dans un second temps, les extraits obtenus, contenants des hémicelluloses et des composés phénoliques, ont été purifiés au moyen de méthode de fixation sur résines d’échange d’ions et d’adsorption. Les travaux se sont focalisés sur la compréhension des mécanismes de fixation des molécules avec des solutions modèles contenant un ou plusieurs solutés. La cinétique et les isothermes d’échanges ont été évaluées pour l’acide férulique, l’acide coumarique et la lignine. Les résultats ont ensuite été comparés à ceux obtenus avec les extraits alcalins. Cette étude a permis d’identifier les mécanismes d’échanges qui interviennent lors de la séparation des complexes lignine-polysaccharides. ABSTRACT : The objective of this work is to validate a new way of valuing various agricultural and forestry coproducts. Study was devoted on the separation of lignin and hemicelluloses contained in extracts obtained by twin-screw extrusion. Twin-screw technology has been chosen to evaluate different extraction conditions. Trial conditions have been adopted in order to highlight the influence of mechanical, thermal and chemical effects on the extraction performances for various plant matrices. Efforts have been made to give priority to mild extraction conditions in the interest of preserving the integrity of the extracted polymers and limiting the environmental impact. Thus hydro-thermal extraction tests without chemical solvents were compared to more conventional alkaline extraction to evaluate their efficiency. This identified the most favorable extraction conditions according to the characteristics of each biomass. The extracts, with hemicelluloses and phenolic compounds, were purified with ion exchange and adsorption resins. Work focused on mechanisms fixations characterization with model solutions conditions containing one or several molecules. Kinetic and isotherm were determined for lignin, coumaric acid and ferulic acid. Then, results were compared to results obtained with the extracts. This study allowed to identify the mechanisms involved in the separation of the lignin-carbohydrates complex
Évaluation des baisses de vitalité des peuplements forestiers à partir de séries temporelles d’images satellitaires : application aux résineux du sud du Massif central et à la sapinière pyrénéenne
No full textUne tendance à l’augmentation des dépérissements forestiers est observée et risque de s’accentuer dans le contexte actuel de changement climatique. La télédétection peut proposer des méthodes innovantes pour l’évaluation de l’état et du devenir des écosystèmes forestiers. Ce travail de thèse vise à proposer, valider et interpréter des mesures de baisse d’activité des résineux du Sud du Massif-Central et de la sapinière pyrénéenne. Le premier objectif est, par l’utilisation de séries temporelles d’images à moyenne résolution spatiale (images NDVI-MODIS), d’identifier les méthodes permettant de mesurer des baisses d’activité, et de vérifier qu’elles correspondent à des baisses de vitalité, dans des peuplements où se manifestent des phénomènes de dépérissement. La détection de changement d’activité, que l’on peut assimiler à des perturbations, repose sur deux approches : la première mesure des écarts ou des tendances de paramètres de phénologie de surface et la deuxième utilise une procédure de décomposition de la série temporelle. Les mesures de changement ont été réalisées sur la période 2000-2011. La détection des ruptures négatives et de forte amplitude dans la réponse de NDVI de 2003 à 2011 confirme l’influence de la sècheresse de 2003, qui se traduit à la fois par les baisses d’activité liées à l’état des arbres mais également par des coupes de dépérissement qui se sont succédées les années suivantes. Un travail préliminaire à l’étape de validation des baisses de vitalité détectées, a consisté à proposer et appliquer un modèle de détection des coupes afin d’éliminer ces situations des zones d’observation. Une procédure de validation des baisses de vitalité a été mise en place dans le cas de la sapinière des Pyrénées. Pour cela, deux approches ont été utilisées : (1) la confrontation à des données indirectes de l’état des peuplements mais spatialement exhaustives, à travers les inventaires des coupes de dépérissement sur la période 2000-2012 et une cartographie du dépérissement datant de 2001 et (2) la confrontation à des données d’observations directes de l’état des Sapins dans le Pays de Sault (Est des Pyrénées), en utilisant une méthode de diagnostic basée sur l’architecture des arbres (méthode ARCHI), avec un échantillonnage adapté à l’échelle des pixels MODIS (Lambert et al. 2013). Des relations ont été mises en évidence, permettant de valider les méthodes utilisées, mais aussi d’en ressortir des limites d’interprétation. Enfin, pour donner des éléments d’interprétation des phénomènes observés, les variations d’activité observées par télédétection ont été confrontées à des données climatiques et édaphiques spatialisées, adaptées à l’étude des milieux forestiers. Les résultats montrent que les baisses de vitalité constatées dans les peuplements de Sapins du Pays de Sault sont significativement corrélées au facteur climatique température et dans une moindre mesure, aux précipitations. Dans les Pyrénées Centrales, où les facteurs de causalité semblent être multiples, l’influence des conditions de sècheresse hydrique et édaphique n’a pas pu être démontrée. ABSTRACT : An increasing trend of forest decline is observed and is likely to increase in the current context of climate change. Remote sensing can provide innovative methods for the forest ecosystems status assessment. This thesis aims at proposing, validating and interpreting activity measurements of some Southern Massif Central and Pyrenees mountains coniferous stands. The first objective is, using of time series of medium spatial resolution (MODIS-NDVI) images, to identify methods to measure decreases of activity, and to verify if they correspond to vitality decreases in stands in which has been observed forest decline. Change detection of activity, which can be considered as disturbances, is based on two approaches: the first allows to measure differences or trends of phenology surface parameters, and the second uses a method based on the time series decomposition. Changes that occur during the 2000-2011 times-period were measured. The detection of high magnitude negative breakpoints in NDVI time series from 2003 to 2011 confirms the influence of the 2003 summer drought, which both led to decreases in activity related to trees heath status and also to clear-cuts during the following years. Before the validation process, a clear-cut detection method was proposed in order to eliminate these situations in the study areas. A validation procedure was implemented on Pyrenean fir stands. For this step, two approaches were implemented: (1) the use of spatially extensive state stands proxies, through cuts inventory inventories during the 2000-2012 times-period and a 2001 forest decline map, and (2) the use of data from direct tree heath’s observations in the fir stands of Pays de Sault region (Eastern Pyrenees) using a diagnostic method based on the observation of tree architecture (ARCHI method). For this second approach, an appropriate sampling was assessed to deal with the MODIS pixels scale (Lambert et al. 2013). Relationships have been identified, allowing to validate the used methods, but also to highlight theirs interpretation’s limits. Finally, to provide an interpretation of the observed phenomena, the remote sensing activity variations were compared to climatic and soil spatial data which are adapted to the study of forest environments. The results show that vitality declines in Pays de Sault fir stands are significantly correlated with climatic factors, temperature and to a lesser degree to precipitations. In the Central Pyrenees, where the causal factors appear to be numerous, the influence of water and soil drought conditions has not been demonstrated