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Stabilisation de qubits de chats avec des jonctions Josephson polarisées en tension dc
No full textUn défi central en informatique quantique est la réalisation de qubits avec des temps de cohérence longs et des opérations rapides. Cela nécessite d'isoler le système quantique de son environnement pour éviter la décohérence tout en permettant un contrôle externe précis, deux exigences apparemment contradictoires. Les qubits bosoniques dissipatifs pompés remettent en question l'idée selon laquelle les qubits doivent être isolés de leur environnement. En particulier, en concevant soigneusement l'excitation et la dissipation d'un oscillateur harmonique pour permettre un échange de paires de photons avec son environnement, il est possible d'encoder l'information quantique dans les deux états métastables de l'oscillateur. Cette approche stabilise de manière dissipative les qubits de chat, ce qui permet une suppression exponentielle intrinsèque du taux de bit-flip avec le nombre de photons, au prix modéré d'une détérioration linéaire du taux de phase-flip. Un paramètre clé dans cette stratégie est le taux de dissipation à deux photons, qui définit une limite supérieure pour la vitesse des portes du qubit-chat et doit être élevé par rapport à tout processus parasite. Dans cette thèse, nous proposons et étudions théoriquement un nouveau design de circuit supraconducteur pour la mise en œuvre du qubit chat dissipatif, le qubit de chat DC. Le circuit proposé remplace l'effet perturbatif d'une pompe paramétrique périodique pour médiatiser l'échange de deux photons, par l'évolution périodique naturelle d'une jonction Josephson biaisée en tension continu DC. Comparé aux approches plus conventionnelles basées sur des pompes paramétriques, notre conception simple devrait présenter un taux de dissipation à deux photons plus élevé que celui de la mise en œuvre du qubit-chat basé sur une pompe, tout en moyennant dynamiquement les termes parasites habituellement résonants tels que les non-linéarités de Kerr et de cross-Kerr. Un défi majeur lié à l'utilisation de jonctions Josephson polarisées en tension DC est leur sensibilité au bruit inévitable de la tension DC, qui est nuisible aux états du qubit chat en provoquant des dérives à long terme de l'angle de ce qubit. En plus d'adresser la stabilisation du qubit, nous proposons une technique de synchronisation par verrouillage d'injection, qui peut être vue comme un autre type de mécanisme dissipatif pompé, dans une version adaptée compatible avec les qubits de chat DC. Nous démontrons que l'introduction d'un faible signal AC d'injection afin de fournir une référence de phase à laquelle le chat peut se verrouiller, peut efficacement contrer les effets nuisibles du bruit de tension DC. L'ensemble du schéma est simulé sans approximations d'onde tournante, mettant en évidence pour la première fois l'amplitude des effets oscillatoires associés dans les schémas de stabilisation des qubits de chat. Cette étude pose les bases de la réalisation expérimentale d'un tel circuit. Au-delà de la stabilisation du qubit de chat, cette thèse fait progresser l'utilisation des mécanismes de stabilisation dissipative pompés et de jonctions Josephson polarisées en tension DC dans la conception des interactions paramétriques dans les circuits supraconducteurs et la correction autonome du bruit.A central challenge in quantum computing is realizing qubits with long coherence times and fast operations. This requires isolating the quantum system from its environment to prevent decoherence while enabling precise external control, two seemingly conflicting requirements. Driven-dissipative bosonic qubits challenge the idea that qubits must be isolated from their environment. In particular, by carefully engineering the drive and dissipation of a harmonic oscillator to mediate the exchange of photon pairs with its environment, we can encode quantum information in the oscillator's two metastable states. This approach dissipatively stabilizes the so-called cat qubit, which provides intrinsic exponential suppression of bit-flip errors with increasing number of photons, at the modest cost of a linear deterioration of phase flips. A key parameter in this strategy is the two-photon dissipation rate, which sets an upper bound on cat qubit gate speeds and must be large relative to any parasitic processes. In this thesis, we propose and theoretically study of a novel superconducting circuit design for the implementation of the dissipative cat qubit, the DC cat qubit. The proposed circuit replaces the perturbative effect of a periodic parametric pump to mediate the two-photon exchange, by the natural periodic evolution of a DC voltage biased Josephson junction. Compared to more conventional approaches based on parametric pumps, our simple design is predicted to showcase a two-photon dissipation rate larger than that of the pump-based cat qubit implementation, while dynamically averaging the usually resonant parasitic terms such as Kerr and cross Kerr nonlinearities. A key challenge in using DC-biased Josephson junctions is their susceptibility to unavoidable DC voltage noise, which is detrimental for the encoded cat states by causing long-term drifts of the cat qubit angle. In addition to addressing qubit stabilization, we propose a synchronization technique via injection locking, that can be seen as another type of driven dissipative mechanism, in an adapted version compatible with DC cat qubits. We demonstrate that introducing a weak injection AC signal to provide a phase reference to which the cat can lock, can effectively counteract the detrimental effects of DC voltage noise. The whole scheme is simulated without rotating-wave approximations, highlighting for the first time the amplitude of related oscillatory effects in cat-qubit stabilization schemes. This study lays the groundwork for the experimental realization of such a circuit. Beyond cat qubit stabilization, this thesis drives progress in employing driven-dissipative stabilization mechanisms and DC-biased Josephson junctions to engineer parametric interactions in superconducting circuits and autonomously correct for noise
Nouvelles approches automatisées en cryptanalyse
No full textLa cryptanalyse traditionnelle repose souvent sur des méthodes heuristiques et statistiques, mais les outils automatisés ont récemment suscité une attention particulière. Cette thèse explore leur application pour améliorer la cryptanalyse de chiffrements spécifiques. Nous revisitons d’abord les attaques boomerang à clés liées sur AES, en introduisant un modèle MILP avancé pour gérer les générations de sous-clés non linéaires, ce qui permet de réduire considérablement la complexité temporelle par rapport aux approches précédentes. Ensuite, nous améliorons l’attaque par rebond sur la fonction de hachage Grøstl avec un modèle MILP unifié qui automatise la recherche de chemins différentiels dans les phases entrantes et sortantes. Enfin, nous étendons le cadre MITM différentiel des chiffrements AndRX orientés mots aux chiffrements orientés bits, en proposant le premier modèle bit par bit automatisé pour identifier les attaques MITM différentielles complètes pour ces chiffrements. Les résultats présentés dans cette thèse mettent en évidence le potentiel des outils automatisés pour améliorer la cryptanalyse des chiffrements par blocs modernes et des fonctions de hachage, ouvrant la porte à de nouvelles avancées possibles dans la lutte contre des conceptions cryptographiques de plus en plus complexes.Traditional cryptanalysis often relies on heuristic and statistical methods, but automated tools have recently gained significant attention. This thesis explores their application to enhance cryptanalysis for specific ciphers. We first revisit related-key boomerang attacks on AES, introducing an advanced MILP model to handle its non-linear key schedules, achieving significant reductions in time complexity compared to previous approaches. Next, we improve the rebound attack on the Grøstl hash function with a unified MILP model that automates the search for differential paths in both the inbound and outbound phases. Finally, we extend the differential MITM framework from word-oriented to bit-oriented AndRX ciphers, proposing the first automated bit-wise model to identify complete differential MITM attacks for these ciphers. The results presented in this thesis highlight the potential of automated tools to improve the cryptanalysis of modern block ciphers and hash functions, opening the door for further advancements are possible in tackling increasingly complex cryptographic designs
Optimisation des fonctions freinage et traction à des fins de réduction des émissions dans le domaine ferroviaire
No full textDes études récentes montrent que les systèmes de métro souterrains présentent des concentrations élevées d’émissions particulaires, principalement générées par les systèmes de freinage, constituant un risque important pour la santé publique. Cette thèse, réalisée dans le cadre du projet BREAQ, vise à réduire ces émissions en optimisant les profils de conduite des trains.Les travaux de recherche portent sur le développement de stratégies de commande optimale des trains en utilisant des méthodes indirectes afin de minimiser les émissions liées au freinage.Tout d’abord, pour gérer efficacement les contraintes dans les problèmes de commande optimale, une procédure de continuation numérique est mise en œuvre, permettant une intégration itérative des contraintes. Deux techniques d’initialisation sont proposées pour résoudre le problème bien connu de l’initialisation des solveurs de problèmes aux deux bouts (Boundary Value Problems). L’efficacité de ces outils est démontrée à l’aide d’exemples numériques avant d’être appliquée aux problématiques principales de cette thèse.En s’appuyant sur ces développements méthodologiques, la thèse aborde d’abord le problème classique de l’éco-conduite en intégrant un modèle d’efficacité énergétique non linéaire. Les résultats indiquent que cette approche surpasse ceux obtenus avec des modèles affine. De plus, l’analyse des compromis entre la durée du trajet et la consommation d’énergie met en évidence le potentiel de cette approche pour les opérateurs ferroviaires.Ensuite, un problème de commande optimale multi-objectifs, tenant compte simultanément d’un critère énergétique et de l’usure des freins, est formulé afin de minimiser les émissions de freinage. Les résultats montrent que, pour une durée de trajet donnée, il existe un compromis entre les émissions et l’augmentation de la consommation d’énergie. Cette méthode offre aux opérateurs ferroviaires un outil pratique leur permettant d’adapter les profils de conduite en fonction des priorités opérationnelles, en équilibrant efficacité énergétique et réduction de l’usure. Une telle approche pourrait être particulièrement bénéfique pour la réduction des émissions de freinage dans les réseaux de métro souterrains.Enfin, une étude expérimentale préliminaire est réalisée sur un banc d’essai de freinage à échelle réduite afin de mieux comprendre la dynamique de la température de freinage et des émissions particulaires. Des modèles préliminaires de température des freins et d’émissions de particules sont proposés. Ces résultats constituent une base pour le développement de modèles plus précis dans les recherches futures.Recent studies show that underground metro systems have high concentrations of particulate emissions, primarily generated by braking systems, which pose significant public health risks. This thesis, conducted within the framework of the BREAQ project, aims to reduce these emissions by optimizing train driving profiles.The research focuses on developing optimal train control strategies using indirect methods to minimize brake-related emissions. First, to effectively handle constraints in optimal control problems, a numerical continuation procedure is implemented, enabling an iterative incorporation of constraints. Additionally, two initialization techniques are proposed to address the well-known challenge of solving boundary value problems arising from indirect methods. The effectiveness of these tools is demonstrated through numerical examples before being applied to the main problems of this thesis.Building upon these methodological developments, the thesis first tackles the classic eco-driving problem, incorporating a variable power efficiency model. The results indicate that this approach outperforms the results with affine power models. Moreover, a tradeoff analysis between journey time and energy consumption highlights its potential application in designing more eco-friendly railway timetables.Expanding on the eco-driving problem, a multi-objective optimal control problem, termed as wear-aware eco-driving problem, is formulated to minimize brake emissions. The findings reveal that for a given journey duration, brake emissions can be reduced at the cost of increased energy consumption. This method provides train operators with a practical tool to customize driving profiles based on operational priorities, balancing energy efficiency and wear reduction. Such an approach could be particularly beneficial for mitigating brake emissions in underground metro networks.Finally, a preliminary experimental study is conducted on a reduced-scale brake testbench to gain insights into the dynamics of brake temperature and particulate emissions. Preliminary models of brake temperature and particles are proposed. These findings lay the groundwork for developing more accurate models in future research
Influence structurante des zones humides en milieu semi-aride : De la dynamique de la disponibilité en eau aux structures paysagères dans une savane d'Afrique australe
No full textLes zones humides sont des hotspots de biodiversité et d’importants stocks de carbone. Dans les régions arides comme l’Afrique australe, le climat est souvent considéré comme le paramètre le plus influent sur la végétation des écosystèmes de savanes. La contribution des zones humides est souvent peu prise en compte, alors qu'elles sont parfois les seules sources d'eau de surface. Nous avons étudié le parc national de Hwange au Zimbabwe, peu touché par l’activité humaine, pour comprendre l'influence des zones humides en relation avec les facteurs climatiques sur le paysage de la savane. Nous avons montré que les températures augmentent, et que les zones humides les plus souvent sont entourées d'une dégradation progressive de la végétation autour des points d’eau, appelée piosphère, probablement causée par l'augmentation de la fréquentation animale. L’ajout de points d’eau artificiels par pompage solaire renforce ce phénomène. Mais dans le même temps, l’eau tend à diminuer dans les zones humides temporaires, un effet lié à cette hausse des températures. Nous avons ainsi montré que si le climat influence la végétation, la disponibilité en eau est aussi très importante, et celle-ci est parfois en décalage avec les paramètres climatiques.Wetlands are biodiversity hotspots and important carbon stocks. In drylands such as southern Africa, climate is often considered the most influential factor on savanna vegetation. The contribution of wetlands is often overlooked, even though they are sometimes the only sources of surface water. We studied Hwange National Park in Zimbabwe, a region largely unaffected by human activity, to understand the influence of wetlands in relation to climatic factors on the savanna landscape. We found that temperatures are rising, and that wetlands are frequently surrounded by a progressive degradation of vegetation around water points, known as a piosphere, likely caused by increased animal visitation. The addition of artificial water points through solar pumping amplifies this phenomenon. At the same time, water availability is decreasing in temporary wetlands, an effect linked to the rise in temperatures
Development of an electromagnetic micropump for the complete integration of liquid circulation within microfluidic devices
No full textLa microfluidique est une discipline scientifique et un outil technologique largement étudié et utilisé. Ses applications couvrent des domaines variés : biologie, chimie, science des matériaux, santé ou agro-alimentaire. Les dispositifs développés peuvent assurer, entre autres, la détection d'espèces biologiques ou la croissance d'organes sur puce, et prendre la forme aussi bien de puces simples intégrées à des plateformes complètes que de dispositifs portables (patch, bracelet, tatouage, etc.). Un enjeu majeur, concernant ces dispositifs et bien d'autres, est l'intégration complète des fonctions microfluidiques, à commencer par le pompage. Intégration complète signifie que tous les composants nécessaires à la circulation des fluides font partie du dispositif lui-même, au même titre que les composants microfluidiques (réservoirs, chambres de réactions, mélangeurs, etc.) ou les capteurs (électrodes, surfaces fonctionnalisées, composants optiques, etc.). Cela permettrait de s'affranchir des équipements auxiliaires encombrants, parfois inadaptés, et de contrôler précisément l'écoulement des liquides afin de répondre aux besoins parfois complexes des applications. L'objectif de cette thèse est de développer une micropompe intégrable à des dispositifs microfluidiques, capable d'y générer la circulation des liquides. Les micropompes les plus développées jusqu'à présent sont mécaniques. Elles reposent sur l'actionnement d'une membrane souple qui induit des variations de volume et de pression dans un canal microfluidique et donc un pompage. Elles diffèrent notamment par leur méthode d'actionnement. Dans nos travaux, l'actionnement électromagnétique est utilisé : une microbobine génère un champ magnétique exerçant une force sur une membrane magnétique formée d'une couche mince de permalloy au contact du PDMS. Après avoir présenté le contexte et l'état de l'art des micropompes électromagnétiques, la première partie de la thèse propose une description analytique du fonctionnement du composant afin d'identifier les paramètres influents et leurs ordres de grandeur pour guider la conception. Celle-ci a ensuite été réalisée par simulation par éléments finis (logiciel COMSOL). Un design fonctionnel de micropompe a ainsi été développé et les paramètres clés influençant ses performances identifiés pour une future optimisation. La seconde partie a consisté à développer un process en salle blanche de fabrication. Il repose notamment sur le transfert de la couche mince de permalloy sur le PDMS pour former la membrane magnétique. La microfabrication de la microbobine, de la puce microfluidique et de la membrane ainsi que l'assemblage des composants ont été validés. Chaque étape a été caractérisée par microscopie électronique à balayage, profilométries mécanique et optique, ellipsométrie et spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie. Enfin, la troisième partie concerne les premières caractérisations fonctionnelles de la micropompe fabriquée. Un banc expérimental a été développé pour actionner la membrane et mesurer sa déformation en temps réel. Les premiers résultats montrent que l'amplitude des déformations est cohérente avec les simulations et révèlent qualitativement un début de phénomène de pompage.Microfluidics is both a scientific discipline and a widely studied and applied technological tool. Its applications span diverse fields such as biology, chemistry, materials science, healthcare, and agri-food. The developed devices can perform functions such as the detection of biological species or the growth of organs-on-chip, and may take the form of simple chips integrated into complete platforms or portable devices (patches, bracelets, tattoos, etc.). A major challenge for these devices, and many others, is the full integration of microfluidic functions, starting with pumping. Full integration means that all components required for fluid circulation are embedded within the device itself, just like the microfluidic components (reservoirs, reaction chambers, mixers, etc.) or the various sensors (electrodes, functionalized surfaces, optical components, etc.). This would eliminate the need for bulky auxiliary equipment, often unsuitable for the targeted application, and allow precise, localized control of liquid flow to meet the sometimes complex requirements of microfluidic operations. The objective of this thesis is to develop a micropump fully integrable into microfluidic devices, capable of generating fluid circulation. The most extensively developed micropumps to date are mechanical. They rely on the actuation of a flexible membrane to induce volume and pressure variations within a microchannel, thereby producing pumping. These micropumps mainly differ in their actuation method. In this work, electromagnetic actuation is employed: a microcoil generates a magnetic field that exerts a force on a magnetic membrane composed of a thin permalloy layer in contact with PDMS. After presenting the context and state of the art of electromagnetic micropumps, the first part of the thesis provides an analytical description of the component's operation in order to identify the key parameters and their magnitudes, thereby guiding the design. The design was then carried out using finite element simulations (COMSOL software). A functional micropump design was developed, and the parameters with the strongest impact on performance were identified for future optimization. The second part focused on the development of a cleanroom fabrication process. This process relies in particular on transferring the thin permalloy layer onto PDMS to form the magnetic membrane. The microfabrication of the microcoil, the microfluidic chip, and the membrane, as well as the assembly of these components, were successfully validated. Each fabrication step was characterized using scanning electron microscopy, mechanical and optical profilometry, ellipsometry, and energy-dispersive X-ray spectroscopy. Finally, the third part addresses the initial functional characterization of the fabricated micropump. An experimental setup was developed to actuate the membrane and measure its deformation in real time. The first results show that the deformation amplitudes are consistent with simulation predictions and qualitatively reveal the onset of a pumping phenomenon
Avancées dans les Modèles Génératifs : Méthodologies et Applications à la Cardiologie
No full textCette thèse explore l'application des modèles génératifs, en particulier les modèles de diffusion, pour l'analyse et la génération de signaux électrocardiographiques (ECG). Les ECG sont des outils diagnostiques essentiels en cardiologie, permettant une évaluation rapide et non invasive de l'activité électrique du coeur. Cependant, leur interprétation est souvent compliquée par la présence de bruit et d'artefacts, ainsi que par la nécessité de reconstruire des signaux complets à partir d'observations partielles.La recherche présentée ici se concentre sur le développement de méthodes avancées pour surmonter ces défis. Nous introduisons BeatDiff, un modèle de diffusion léger pour générer des morphologies de battements cardiaques à 12 dérivations, et Midpoint-Guidance Posterior Sampling (MGPS), un algorithme novateur pour les problèmes inverses de haute dimension, qui améliore la robustesse et la précision des reconstructions d'ECG. Nous appliquons également ces méthodes à la génération d'ECG réalistes avec RhythmDiff, un modèle de diffusion conçu pour des signaux ECG complets et de haute qualité.Les contributions de cette thèse incluent le développement de modèles efficaces pour la génération de morphologies de battements cardiaques, l'introduction de nouvelles techniques pour les problèmes inverses, et l'application de ces méthodes pour générer des ECG réalistes. Ces avancées ont le potentiel d'améliorer les diagnostics cardiaques et de développer des technologies de surveillance cardiaque plus accessibles et efficaces, avec des implications significatives pour la pratique clinique et la santé publique.This thesis investigates the application of generative models, particularly diffusion models, for the analysis and generation of electrocardiogram (ECG) signals. ECGs are essential diagnostic tools in cardiology, enabling rapid and non-invasive assessment of the heart's electrical activity. However, their interpretation is often complicated by noise, artifacts, and the need to reconstruct complete signals from partial observations.The research presented here focuses on developing advanced methods to address these challenges. We introduce BeatDiff, a lightweight diffusion model for generating 12-lead heartbeat morphologies, and Midpoint-Guidance Posterior Sampling (MGPS), a novel algorithm for high-dimensional inverse problems, which enhances the robustness and accuracy of ECG reconstructions. Additionally, we apply these methods to generate realistic ECGs with RhythmDiff, a diffusion model designed for complete and high-quality ECG signals.The contributions of this thesis include the development of efficient models for generating heartbeat morphologies, the introduction of new techniques for inverse problems, and the application of these methods to generate realistic ECGs. These advancements have the potential to improve cardiac diagnostics and develop more accessible and effective cardiac monitoring technologies, with significant implications for clinical practice and public health
Design of a kit for the specific identification and quantification of pathogenic microorganisms
No full textLa lutte contre les maladies infectieuses est une priorité de santé publique, notamment face à la montée de l’antibiorésistance. Le diagnostic rapide et la quantification précise des micro-organismes constituent des leviers essentiels de prévention. Or, les méthodes de référence actuelles reposant sur la culture bactérienne présentent des délais d’obtention des résultats longs (24 à 72 heures) souvent incompatibles avec les exigences de réactivité clinique.Pour répondre à cette limitation, ce projet propose le développement d’un outil complémentaire, combinant capture spécifique des bactéries et détection de l’ATP. Le principe repose sur l’immobilisation de la bactérie cible à la surface d’un support solide à l’aide d’un élément de reconnaissance (aptamère ou anticorps). Au-delà de la reconnaissance spécifique, cette étape permet l’élimination de composés interférents issus de la matrice. Après une lyse bactérienne, l’adénosine triphosphate (ATP) libérée est quantifiée par bioluminescence, dont l’intensité est corrélée à la concentration bactérienne.L’objectif premier a été d’identifier une interaction forte et spécifique entre la bactérie cible et l’élément de reconnaissance. Plusieurs approches analytiques ont été employées, parmi lesquelles la cytométrie en flux qui s’est révélée la plus adaptée pour caractériser cette interaction. Si les aptamères n’ont pas montré la spécificité attendue, un anticorps dirigé contre Escherichia coli a permis d’établir une preuve de concept du système de détection. Celle-ci a été testée avec succès sur des échantillons d’alimentation parentérale artificiellement contaminés par une souche E. coli O157:H7, avec une forte spécificité vis-à-vis de cette souche par rapport à d’autres bactéries.Malgré la variabilité des mesures obtenues par ATP-métrie et l'absence de spécificité démontrée avec les aptamères, la stratégie basée sur les anticorps s’est montrée prometteuse et a démontré son efficacité pour la reconnaissance bactérienne, l’extraction et la mesure de l’ATP. Des améliorations restent néanmoins nécessaires, notamment pour stabiliser les mesures de bioluminescence et abaisser la limite de détection du système.The fight against infectious diseases is a public health priority, particularly in view of the rise in antibiotic resistance. Rapid diagnosis and precise quantification of micro-organisms are pivotal in facilitating effective prevention. Nevertheless, current reference methods based on bacterial culture have long turnaround times (24 to 72 hours), which are often unsuitable with clinical reactivity requirements.To answer this problem, the aim of the project is to provide a complementary tool to overcome the shortcomings of the reference method. The approach consists in the immobilisation of the target bacteria on a solid support using a recognition element such as an aptamer or antibody. In addition to specific recognition, this step eliminates the matrix and any inhibitors. After bacterial lysis, the adenosine triphosphate (ATP) released is measured using a bioluminescence reaction. The correlation between light intensity and the quantity of microorganisms enables the microorganisms to be quantified.The initial objective was to identify a strong and specific interaction between the recognition element and its bacterial target. Various analytical methods were tested before evaluating flow cytometry as the most suitable for studying this interaction. Although the results obtained with aptamers did not show the expected specificity, the proof of concept of the system was developed with an anti-Escherichia coli antibody. Trials were carried out to test the proof of concept on parenteral feeding bags artificially contaminated with a strain of Escherichia coli O157:H7, with high specificity against this strain in comparison with other bacteria.Despite the variability of the results obtained by ATP-metry and the lack of specificity demonstrated with aptamers, the antibody-based strategy has shown promising results in bacterial recognition, extraction and ATP measurement. However, improvements are still needed, especially to stabilise bioluminescence measurements and lower the system's detection limit
Water diffusion in biodegradable polymers
No full textLa diffusion de l'eau joue un rôle crucial dans la stabilité et les performances des polymères biodégradables, influençant nombre d’applications telles que les emballages alimentaires, les implants biomédicaux et les matériaux durables. Cette thèse porte sur l'étude des effets de la température, de l'hydrolyse et de la recristallisation sur le coefficient de diffusion de l'eau dans les polymères biodégradables, en particulier le poly(acide lactique) (PLA) et son mélange avec le poly(adipate-co-téréphtalate de butylène) (PBAT). La deuxième loi de diffusion de Fick est employée pour déterminer le coefficient de diffusion dans ce travail. La thèse est structurée autour de trois axes principaux :Développement d'une méthode computationnelle : Le premier axe vise à développer une méthode computationnelle permettant de résoudre la deuxième loi de Fick pour déterminer le coefficient de diffusion, en remédiant aux limitations des approximations analytiques classiques. Cette méthode analyse l'ensemble du profil de diffusion, fournissant une estimation plus fiable du coefficient de diffusion par rapport aux modèles conventionnels qui se basent sur des données de diffusion à court terme. La validité et les performances de cette approche sont confirmées à l’aide de données issues de la littérature sur la diffusion de l'eau dans le PLA et de l'oxygène dans le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET), démontrant que cette approche élimine certaines hypothèses restrictives et offre une plus grande applicabilité. Effets de la température, de l'hydrolyse et de la recristallisation sur la diffusion dans le PLA : Le deuxième axe explore les effets de la température, de l'hydrolyse et de la recristallisation sur la diffusion de l'eau dans le PLA. L'absorption d'eau est mesurée sur une période définie à l'aide d'une balance analytique, et le coefficient de diffusion est déterminé à partir du profil de diffusion complet. La cristallinité et l'hydrolyse sont caractérisées par XRD, DSC et GPC. Les résultats révèlent l'influence de la température, de la cristallisation du polymère, de la dégradation hydrolytique et de l'agrégation de l'eau sur le comportement de diffusion. Comportement de diffusion dans les mélanges PLA/PBAT : Le troisième axe se concentre sur l'étude du comportement de diffusion dans les mélanges PLA/PBAT. Les effets du ratio de mélange, de la morphologie, de la température et des processus d'hydrolyse et de recristallisation associés sont examinés. L'étude met en évidence l'influence du rapport de mélange et de la morphologie sur la diffusion de l'eau. Cette thèse propose une approche exhaustive pour comprendre les interactions complexes affectant la diffusion de l'eau dans les polymères biodégradables. Elle fournit des éléments clés pour améliorer les performances des matériaux utilisés dans diverses applications durables.Water diffusion plays a critical role in the stability and performance of biodegradable polymers, influencing applications such as food packaging, biomedical implants, and sustainable materials. This thesis focuses on investigating the effects of temperature, hydrolysis, and recrystallization on the diffusion coefficient of water in biodegradable polymers, particularly poly(lactic acid) (PLA) and its blends with poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT). Fick’s second law of diffusion is employed to determine the diffusion coefficient in this work. The thesis is structured around three main tasks:Development of a computational method: The first task is to develop a computational method for solving Fick’s second law of diffusion to determine the diffusion coefficient, while addressing the limitations of classical analytical approximations. This method analyzes the entire diffusion profile, providing a more reliable estimate for the diffusion coefficient compared to conventional models, which rely on short-time diffusion data. The validity and performance of this computational method are confirmed using literature data on liquid water diffusion in PLA and oxygen diffusion in poly(ethylene terephthalate) (PET), demonstrating broader applicability by eliminating restrictive assumptions. Effect of temperature, hydrolysis, and recrystallization on PLA diffusion: The second task is to investigate the effects of temperature, along with hydrolysis and recrystallization, on water diffusion in PLA. Water uptake is measured over a defined period using an analytical balance, and diffusion coefficient is determined from the full diffusion profile. Crystallinity and hydrolysis are characterized with XRD, DSC, and GPC. The results reveal the influence of temperature, polymer crystallization, hydrolytic degradation, and water aggregation on the water diffusion behavior. Diffusion behavior of PLA/PBAT blends: The third task focuses on the diffusion behavior of PLA/PBAT blends. The effects of blend ratio, morphology, temperature, and associated hydrolysis and recrystallization are examined. The study highlights how blend ratio and morphology influence water diffusion. This thesis presents a comprehensive approach to the understanding of complex interactions affecting water diffusion in biodegradable polymers, provides valuable insights for improving the performance of materials for various sustainable applications
Mapping of genetic and epigenetic changes in citrus hybrids : impact on gene expression
No full textL'hybridation est une stratégie couramment utilisée chez les plantes pour créer de nouvelles variétés combinant des caractéristiques d'intérêt, telles que la tolérance aux maladies ou l'adaptation à des conditions climatiques variables. Chez les agrumes, des croisements interspécifiques sont réalisés pour enrichir la diversité génétique et répondre à des enjeux agronomiques majeurs. Toutefois, la combinaison de deux génomes très divergents dans un même individu soulève des questions fondamentales sur l'organisation, l'expression et la régulation des gènes dans ces hybrides. L'objectif de cette thèse est de caractériser, à l'échelle du génome entier, les effets de l'hybridation sur les mécanismes génétiques et épigénétiques dans un agrume hybride issu du croisement entre deux espèces éloignées : Citrus reticulata et Microcitrus australasica. Le projet repose sur une approche intégrative combinant le séquençage du génome, le transcriptome (RNA-seq), la méthylation de l'ADN (WGBS) et les petits ARN régulateurs (sRNA-seq), avec une résolution haplotypique permettant d'analyser séparément les contributions parentales. Nous cherchons ainsi à comprendre comment les deux génomes parentaux coexistent et interagissent au sein du même noyau, comment l'expression des gènes est modulée chez l'hybride, et dans quelle mesure des réorganisations épigénétiques accompagnent ces ajustements. Ce projet contribuera à éclairer les mécanismes moléculaires qui sous-tstabilité et les performances des hybrides végétaux, en particulier dans le contexte de l'amélioration génétique des agrumesInterspecific hybridization is an essential driver of genetic diversification in plants, but it also brings together, within a single nucleus, two potentially incompatible epigenetic programs. This reprogramming can affect gene expression, genome stability and responses to biotic or abiotic stresses. However, the mechanisms underlying these changes, particularly the interac tions between DNA methylation, small interfering RNAs and transcriptional regulation, re main poorly understood, especially in non-model perennial hybrids. In this thesis, I investigated the genetic and epigenetic changes associated with interspeci fic hybridization between two highly divergent citrus species : mandarin (Citrus reticulata) and Australian finger lime (Citrus australasica), which diverged more than four million years ago. This cross, of agronomic interest due to the tolerance or resistance of C. australasica to Huan glongbing (HLB), offers an ideal model to explore the integration of genomic, transcriptomic and epigenomic layers in a hybrid context. I first reconstructed the hybrid’s two parental haplotypes using a trio-binning strategy that combines long-read Nanopore sequencing with parental k-mers derived from Illumina Tell-Seq reads. This approach enabled high-resolution, haplotype-specific analyses of genome structure, gene expression, DNA methylation profiles (via WGBS) and small RNAs (siRNAs). My results reveal asymmetric reprogramming of CHH methylation in promoters, corre lated with the presence of siRNA clusters. Contrary to the canonical model, in which CHH methylation and siRNAs are typically associated with transcriptional repression via the RNA directed DNA methylation (RdDM) pathway, I observed an unexpected association between CHH methylation, siRNA presence and highly expressed genes, particularly in the C. austra lasica-derived haplotype. Functional analyses further revealed differentiated parental contri butions by gene category, with maternal dominance for genes involved in metabolism and paternal dominance for stress-response genes. Overall, this work uncovers complex regulatory dynamics in a highly divergent citrus hy brid and opens new perspectives on hybridization-induced transcriptional plasticity and on the role of siRNAs and CHH methylation in gene activation, with potential implications across citrus species
La formation et de l'évolution des premières galaxies avec le JWST
No full textLes premiers stades de la formation et de l'évolution des galaxies figurent parmi les questions les plus intrigantes de l'astrophysique moderne. Cette recherche se concentre sur les rôles critiques des mécanismes de rétroaction et du cycle des baryons au cours des époques primordiales de l'Univers. Pour appréhender la croissance des galaxies dans le cadre du modèle ΛCDM, l'intégration de processus régulateurs comme la rétroaction stellaire est essentielle. Ceci est particulièrement pertinent pour les galaxies de faible masse, où les observations indiquent une conversion très inefficace du gaz en étoiles. Avant l'avènement du JWST, les contraintes observationnelles directes sur les galaxies précoces de faible masse à haut redshift étaient considérablement limitées. Répondre aux questions fondamentales concernant l'émergence des premières structures lumineuses et leur contribution à la réionisation du milieu intergalactique est crucial pour notre compréhension de l'Univers. Ce travail exploite la sensibilité exceptionnelle et les capacités avancées du JWST, notamment via l'effet de lentille gravitationnelle des amas de galaxies d'avant-plan. Ce "télescope cosmique" naturel amplifie la lumière de galaxies d'arrière-plan faibles et extrêmement éloignées, les rendant détectables. Dans le premier projet, nous avons analysé la fonction de luminosité UV (UVLF) des galaxies à haut redshift en utilisant les données d'imagerie NIRCam du JWST. L'étude confirme une abondance inattendue de galaxies intrinsèquement brillantes à ces époques et étend les contraintes UVLF jusqu'à son extrémité ultra-faible, révélant une évolution minimale de la pente. La densité du taux de formation d'étoiles cosmique (SFRD) dérivée suggère une production plus efficace de photons UV par les galaxies les moins lumineuses que précédemment estimé, contribuant substantiellement au budget total de formation d'étoiles de l'Univers précoce. Le second projet a exploré l'enrichissement chimique des galaxies précoces (z=6−8) via la spectroscopie NIRSpec. Nos mesures de la métallicité en phase gazeuse révèlent des métallicités très faibles dans ces systèmes lointains de faible masse (une fraction infime de la métallicité solaire). Un décalage significatif dans la normalisation de la relation masse-métallicité (MZR) est observé par rapport aux extrapolations de plus faible redshift, confirmant sa forte évolution. De plus, ces galaxies de faible masse affichent des taux de formation d'étoiles élevés à masse stellaire fixe, indiquant des "flambées" récentes et la prévalence des histoires de formation d'étoiles stochastiques dans les premières galaxies naines. Dans l'ensemble, les résultats détaillés de cette thèse remettent en question les modèles existants de formation et d'évolution des galaxies. Ils soulignent l'interaction complexe des mécanismes de rétroaction stellaire, des processus d'accrétion de gaz et de la nature stochastique de la formation d'étoiles dans la croissance et les propriétés des galaxies primordiales. Ce travail met en évidence l'importance primordiale des futures observations synergiques pour percer les mystères de l'aube cosmique, de la réionisation et des détails complexes du cycle des baryons dans l'Univers primitif.The early stages of galaxy formation and evolution represent some of the most intriguing questions in modern astrophysics. This research focuses on the critical roles of feedback mechanisms and the cosmic baryon cycle during periods of high redshift. To understand how galaxies grow within the framework of the ΛCDM model, it is essential to consider regulating processes such as stellar feedback. This is particularly relevant for low-mass galaxies, where observations indicate a highly inefficient conversion of gas into stars. While stellar feedback is crucial for shaping galaxy evolution, direct observational data, especially concerning early, low-mass galaxies at high redshifts, has been significantly limited before the advent of the JWST. Addressing fundamental questions about how the first luminous structures emerged from primordial gas and contributed to the reionisation of the intergalactic medium is vital for our understanding of the Universe. Prior to the advancements made possible by JWST, direct observational constraints on these early galaxy populations were significantly limited, leaving many theoretical uncertainties. This work effectively utilises the exceptional sensitivity and advanced capabilities of the JWST. A key aspect of this observational strategy is the use of strong gravitational lensing caused by massive foreground galaxy clusters. This natural phenomenon acts as a "cosmic telescope," greatly magnifying the light from faint and extremely distant background galaxies that would otherwise remain undetectable. In the first project, we analysed the galaxy UVLF at high redshifts using deep JWSTNIRCam imaging data. This part of the study confirms an unexpected and significant abundance of intrinsically bright galaxies at these early epochs, challenging theoretical predictions made prior to the JWST observations. Furthermore, for the first time, this research extends the UVLF constraints to its ultra-faint end, revealing that the faint-end slope exhibits minimal evolution across a wide range of redshifts. The derived SFRD at these high redshifts indicates a significantly shallower evolution than anticipated by most theoretical models. Importantly, this research demonstrates that fainter galaxies contribute substantially to the Universe's total star formation budget during this early period, suggesting a more efficient production of UV photons in the early Universe than previously thought. In the second project, we explored the chemical enrichment of early galaxies by extending spectroscopic observations to exceptionally low-mass galaxies at redshifts between six and eight, utilising NIRSpec data. Our measurements of gas-phase metallicities using strong emission line diagnostics reveal very low metallicities in these distant, low-mass systems, representing only a small fraction of solar metallicity. A clear and significant offset in the normalisation of the MZR is observed when compared to extrapolations from lower-redshift relations, unequivocally confirming its strong evolution with cosmic time. Additionally, these low-mass galaxies exhibit higher SFR at fixed stellar mass, suggesting a recent "burst of star formation" and supporting the prevalence of bursty star formation histories in early dwarf galaxies. These results provide crucial empirical evidence supporting the bursty nature of star formation in early dwarf galaxies. Overall, the comprehensive findings presented in this thesis challenge existing theoretical models of galaxy formation and evolution. They underscore the complex interplay of stellar feedback mechanisms, gas accretion processes, and the stochastic nature of star formation in shaping the growth and properties of early galaxies. This work highlights the critical importance of future synergistic observations, as combined efforts are essential for unravelling the mysteries of the Cosmic Dawn, the process of Reionisation, and the intricate details of baryon cycling in the early Universe