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New generation of perovskite-based photodiodes for NIR-SWIR detection
No full textLes photo-détecteurs infrarouges non refroidis jouent un rôle clé pour réinventer l’imagerie de demain. Ils visent des longueurs d’onde invisibles et peu nocives pour l’œil humain, bénéficiant de fenêtres d’absorption atmosphérique étroites qui permettent de limiter le bruit de fond lié au spectre solaire au niveau du sol. Il est ainsi possible d’étendre le champ de détection de nos appareils connectés à travers la détection de nuit, la brume, les plastiques ou le silicium. Parmi les applications visées, on peut citer la reconnaissance faciale ou la réalité virtuelle augmentée. Cette thèse, conjointement menée par le CEA Grenoble (IRIG/SyMMES et LITEN/LMCR) et ST Microelectronics (Crolles) s’inscrit dans ce contexte et cherche à développer et évaluer de nouveaux matériaux semi-conducteurs pour la détection proche et courte bande infrarouge (NIR et SWIR).Dans un premier temps, un alliage des pérovskites halogénées plomb-étain a été évalué pour la détection dans le proche infrarouge (NIR). Un bilan bref est dessiné au travers d’une intégration dans des dispositifs photodiodes testées en laboratoire, faisant ressortir les avantages et inconvénients de cette approche.Dans un deuxième temps et afin d’étendre la détection au-delà du NIR vers le SWIR, cette thèse explore l’utilisation de nanocristaux de sulfure de plomb (quantum dots, QDs) dont les propriétés optiques dépendent de leur taille et de leur surface, nécessitant une passivation efficace pour limiter leur oxydation et faciliter leur intégration dans des dispositifs optoélectroniques. La démarche scientifique suivie comprend la fabrication des QDs, leurs traitements chimiques – notamment le remplacement des ligands à longues chaînes par des ligands pérovskites (MAI-PbI2) – et leur intégration dans des photodiodes de test, le tout étant caractérisé par diverses techniques analytiques (XPS, RMN, FTIR, EDX…). D’une part, cette approche cherche à simplifier le procédé industriel traditionnel en proposant une encre hybride QD - ligands pérovskites stable, compatible avec la fabrication en une ou plusieurs étapes de couches absorbantes infrarouges et facilement intégrables dans un empilement photodiode. D’autre part elle vise à approfondir notre compréhension de ce système avec des ligands pérovskites et son impact sur la stabilité des QDs en conditions ambiantes.Ainsi, cette étude a permis d’investiguer les potentialités offertes par les matériaux pérovskites dans le domaine des capteurs infrarouges, soit comme couche de détection dans le NIR, soit comme protection chimique efficace pour passiver les QDs de PbS utilisés dans les technologies de capteurs SWIR.Uncooled infrared photodetectors play a key role in reinventing the imaging of tomorrow. They target wavelengths that are invisible and minimally harmful to the human eye, benefiting from narrow atmospheric absorption windows that limit the background noise associated with the solar spectrum at ground level. This extend the detection capabilities in connected devices, allowing imaging through night-time conditions, fog, plastics, or silicon. Applications include facial recognition and augmented virtual reality. This thesis, carried out jointly by CEA Grenoble (IRIG/SyMMES and LITEN/LMCR) and ST Microelectronics (Crolles), aligns with this context and seeks to develop and evaluate new semiconductor materials for near- and short-band infrared detection (NIR and SWIR).First, a lead-tin halide perovskite alloy was evaluated for near infrared (NIR) detection. A brief overview is drawn through its integration into test photodiode devices in the laboratory, highlighting the advantages and drawbacks of this approach.Secondly, in order to extend detection beyond the NIR to the SWIR, this thesis explores the use of lead sulphide nanocrystals (quantum dots, QDs) whose optical properties depend on their size and surface, requiring effective passivation to limit their oxidation and facilitate their integration into optoelectronic devices. This approach involves the manufacture of QDs, their chemical treatment - in particular the replacement of long-chain ligands with perovskite ligands (MAI-PbI2) - and their integration into test photodiodes, all of which are characterised by various analytical techniques (XPS, NMR, FTIR, EDX, etc.).On the one hand, this approach seeks to simplify the traditional industrial process by proposing a stable QD - perovskite ligand hybrid ink, compatible with the manufacture in one or more steps of infrared absorbing layers, which can be easily integrated into a photodiode stack. On the other hand, it aims to deepen our understanding of the perovskite-ligand system and notably its impact on the ambient stability of QDs.In this way, this study has explored the potential of perovskite materials in the field of infrared sensors, either as a detection layer in the NIR, or as an effective chemical protection to passivate the PbS QDs used in SWIR sensor technologies
Autism Spectrum Disorder phenotype and underlying pathological mechanisms in mice modeling human mutations of the SCN2A gene
No full textLes variants génétiques du gène SCN2A, codant pour le canal sodique voltage-dépendant NaV1.2, sont à l'origine d'un large spectre de pathologies, incluant différentes formes d'épilepsie et de troubles du développement neurologique. Des études génétiques à grande échelle chez l'humain ont démontré que les variants de perte de fonction (LOF) de SCN2A sont fortement associés au trouble du spectre de l'autisme (TSA).Selon nos études fonctionnelles, les variants de SCN2A, responsables de TSA sans épilepsie (non syndromique), induisent une dominance négative in vitro, entraînant une réduction plus importante des canaux NaV1.2 fonctionnels que celle causée par les mutations LOF. Cependant, les mécanismes pathologiques sous-jacents au TSA lié à SCN2A restent largement méconnus. Les modèles murins antérieurs de TSA causé par SCN2A ont constitué des outils précieux, mais aucun modèle existant ne porte de mutation humaine responsable de TSA du gène SCN2A.Mon projet de thèse de doctorat, en collaboration avec Ameer Rasheed (postdoc dans notre équipe), a porté sur la caractérisation d'un nouveau modèle murin de la mutation humaine SCN2A L1314P, une mutation faux-sens à effet dominant négatif, identifiée chez un patient atteint d'un TSA non syndromique sévère. L'objectif principal de notre travail était d'évaluer les altérations comportementales et neuronales induites par cette mutation chez la souris, afin d'élucider les mécanismes pathologiques spécifiques au TSA. Nous avons démontré que les souris mâles juvéniles Scn2aL1314P/+ présentent des comportements répétitifs, une hyporéactivité aux stimuli aversifs ainsi qu'une altération de la prise de décision, reproduisant certains symptômes caractéristiques des patients TSA. La présence de dysfonctionnements similaires chez les souris adultes suggère que cette mutation entraîne des anomalies comportementales significatives et durables dans notre modèle. Le profil comportemental des souris Scn2aL1314P/+ est associé à des altérations de l'excitabilité neuronale au sein des neurones pyramidaux immatures du cortex préfrontal, lesquelles persistent au cours du développement, sans modification des courants postsynaptiques excitateurs spontanés. Nos analyses moléculaires ont mis en évidence une réduction de l'expression membranaire des canaux NaV1.2 chez les souris Scn2aL1314P/+, en dépit de niveaux d'ARNm inchangés, suggérant que le mécanisme moléculaire pourrait impliquer des défauts de repliement ou de transport des protéines NaV1.2. Ainsi, notre modèle murin représente un outil pertinent pour approfondir la compréhension des mécanismes pathologiques spécifiques au TSA et contribuer au développement de stratégies thérapeutiques ciblées.Actuellement, le modèle murin le plus couramment utilisé pour étudier les formes de TSA associées à SCN2A est la souris Scn2a knock-out hétérozygote (Scn2a+/-). Bien que ce modèle ait été largement caractérisé, la majorité des études s'est focalisée sur les souris mâles. Étant donné la prévalence plus élevée du TSA chez les hommes, il est essentiel d'examiner les spécificités liées au sexe. Au cours de ma première année de doctorat, j'ai collaboré avec Wendy Marcantonio (ancienne doctorante de l'équipe) sur un projet visant à explorer les caractéristiques comportementales propres aux souris femelles Scn2a+/-. Celles-ci présentent une sociabilité accrue, une absence de stéréotypies motrices, une hyperréactivité aux stimuli froids à l'âge adulte, une prise de risque accrue chez les juvéniles, ainsi que des altérations de la prise de décision à tous les âges. Nos travaux ont mis en évidence un phénotype globalement plus modéré chez les femelles comparé aux mâles, ce qui soutient l'hypothèse selon laquelle l'expression spécifique des symptômes en fonction du sexe pourrait entraîner une difficulté accrue pour diagnostiquer le TSA chez les femmes, et expliquer, en partie, le biais de sexe observé dans cette pathologie.Genetic variants in the SCN2A gene, encoding the voltage-gated sodium channel NaV1.2, cause a broad spectrum of pathologies, including different forms of epilepsy and neurodevelopmental disorders. Large-scale human genetic studies have demonstrated that SCN2A loss of function (LOF) variants are strongly associated with autism spectrum disorder (ASD).According to our functional studies, SCN2A variants causing ASD without epilepsy (non-syndromic) induce negative dominance in vitro, resulting in a greater reduction of functional NaV1.2 channels than that caused by pure LOF mutations. However, the pathological mechanisms underlying SCN2A-related ASD remain largely unclear. Prior mouse models of SCN2A-ASD have provided valuable tools for studying this disorder, however, there are no mouse models of an actual SCN2A-ASD human mutation.My PhD thesis project, in collaboration with Ameer Rasheed (postdoc in the team), focused on the characterization of a new mouse model carrying the human negative-dominant SCN2A mutation L1314P, identified in a patient with severe non-syndromic ASD. Our main objective was to evaluate the behavioral and neuronal alterations of our mouse model to elucidate the pathological mechanisms specific to ASD. We demonstrated that Scn2aL1314P/+ male mice exhibit repetitive behaviors, hyporeactivity to aversive stimuli and altered decision-making, recapitulating some of the symptoms observed in ASD patients. The presence of similar dysfunctions in adult mice suggests that this mutation leads to significant and enduring behavioral abnormalities in our model. This ASD-like phenotype is associated with neuronal excitability impairments in immature pyramidal neurons of the prefrontal cortex, that persist through development, without causing modifications in spontaneous excitatory postsynaptic currents. Our molecular analysis revealed that Scn2aL1314P/+ mice have reduced membrane expression of NaV1.2 channels, but normal mRNA levels, suggesting that the molecular mechanism may involve protein folding or trafficking impairments. Thus, our mouse model is an important tool to better disclose pathological mechanisms specific to ASD, in particular of human SCN2A mutations, and to develop new targeted therapeutic strategies.Currently, the most used mouse model of SCN2A-ASD is the Scn2a heterozygous knock-out (Scn2a+/-), although it does not reproduce an actual human mutation. This mouse model has been extensively characterized, but the majority of studies has primarily focused on male mice. Given the existence of a male-bias prevalence for ASD, it is important to consider sex-specific ASD features. During the first year of my PhD, I collaborated with Wendy Marcantonio (former PhD student in the team) on a project whose aim was to investigate sex-specific behavioral features of Scn2a+/- female mice. They exhibit increased sociability, absence of motor stereotypies, hyper-reactivity to cold stimuli in adults, increased risk taking in juveniles and altered decision-making in both. Our findings indicate that Scn2a+/- female mice have an overall milder phenotype compared to males and support the hypothesis that sex-specific symptom expression may lead to underdiagnosis of ASD in females, consistent with ASD male bias
New screening method for antifungal activity and exploration of the potential for producing active extracts from Pseudomonas syringae for biocontrol applications
No full textLes bactéries Pseudomonas syringae forment un complexe phylogénétique de souches provenant de divers habitats terrestres et aquatiques. Ces bactéries sont connues pour leur capacité à produire une grande diversité de lipopeptides. Certains de ces lipopeptides ont démontré une activité antifongique et pourraient être utilisés pour des applications de biocontrôle, une méthode de protection des cultures basée sur les organismes vivants et les substances naturelles. Cependant, les propriétés antifongiques de P. syringae contre les champignons phytopathogènes restent peu explorées. L'objectif de la thèse est d'évaluer le potentiel de P. syringae pour lutter contre la septoriose, une maladie majeure du blé causée par le champignon Zymoseptoria tritici.Cette étude a examiné l'activité antifongique d'une collection de 707 souches de P. syringae et sa relation avec les lipopeptides produits. L'analyse des correspondances a révélé que l'activité antifongique est associée à des lipopeptides spécifiques. Ces résultats ont permis de proposer une nouvelle méthode de criblage de souches candidates pour des applications de biocontrôle basée sur la détection haut débit par spectrométrie MALDI-TOF de lipopeptides biomarqueurs de l'activité antifongique de P. syringae.Une analyse plus approfondie a été menée avec 71 souches sélectionnées dans cette collection pour évaluer leurs potentiels de croissance et de production de lipopeptides dans des microbioréacteurs. Quatre souches ont présenté des taux de croissance (0,31 à 0,40 h⁻¹) et une production de biomasse significatifs. La production de lipopeptides se caractérise par des profils biochimiques divers et des productions élevées. L'activité antifongique des filtrats de culture s'est révélée très élevée avec des dilutions minimales inhibitrices supérieures à 1/100.Une souche modèle présentant une activité antifongique élevée et une production de lipopeptides importante en microbioréacteur a été sélectionnée pour être cultivée dans des bioréacteurs de 500 mL et testée sur plants de blé en serre. La souche a montré une bonne croissance et une production significative de lipopeptides. Le filtrat de culture obtenu a démontré une efficacité protectrice sur le blé en réduisant les symptômes de la maladie de 75% et la densité des pycnides de 43%.Ces résultats soulignent le potentiel des souches de P. syringae et de leurs filtrats de culture contenant des lipopeptides comme des produits de biocontrôle contre les agents pathogènes fongiques des plantes.Pseudomonas syringae bacteria form a phylogenetic complex of strains from diverse terrestrial and aquatic habitats. These bacteria are known for their ability to produce a wide variety of lipopeptides. Some of these lipopeptides have demonstrated antifungal activity and could be used for biocontrol applications, a method of crop protection based on living organisms and natural substances. However, the antifungal properties of P. syringae against phytopathogenic fungi remain poorly explored. The aim of the thesis is to evaluate the potential of P. syringae to control Septoria tritici blotch, a major wheat disease caused by the fungus Zymoseptoria tritici.This study investigated the antifungal activity of 707 P. syringae strains and its relationship with the lipopeptides produced. Correspondence analysis revealed that antifungal activity is associated with the production of specific lipopeptides. These results allowed to propose a novel method for screening candidate strains for biocontrol applications based on the high throughput MALDI-TOF spectrometry detection of lipopeptides biomarkers of P. syringae antifungal activity.Further analysis was conducted with 71 strains selected from this collection to evaluate their growth and lipopeptide production potentials in microbioreactors. Four strains showed significant growth rates (0.31 to 0.40 h⁻¹) and biomass production. Lipopeptide production was characterized by diverse biochemical profiles and high productions. The antifungal activities of the culture filtrates were found to be very high, with minimum inhibitory dilutions greater than 1/100.A model strain with high antifungal activity and significant lipopeptide production in microbioreactor was selected to be cultured in 500 mL bioreactors and tested on wheat plants in a greenhouse. The strain showed good growth and significant lipopeptide production. The culture filtrate obtained demonstrated protective efficacy on wheat by reducing disease symptoms by 75% and pycnidia density by 43%.These findings highlight the potential of P. syringae strains and their lipopeptides-containing culture filtrates as biocontrol products against fungal plant pathogens
Integration of optical control of RF switches based on Germanium Telluride phase-change materials
No full textLes commutateurs radiofréquences (RF) jouent un rôle clé dans la mise en œuvre de front-ends reconfigurables pour les systèmes de communication actuels. Les technologies de commutation RF sont principalement dominées par les semi-conducteurs, qui offrent des performances satisfaisantes avec toutefois des pertes d'insertion relativement importantes. Les solutions mécaniques, bien que remarquables en termes de performances RF et de fiabilité, restent peu pratiques en raison de leur volume et de leur coût élevé. Quant aux commutateurs à base de MEMS, ils posent des problèmes de fiabilité et nécessitent des tensions d'activation élevées. Face à ces défis, les matériaux à changement de phase (PCM) offrent des solutions RF miniaturisées, fiables et rentables, capables de fonctionner efficacement à des fréquences élevées.Le Tellure de Germanium (GeTe), parmi les PCM, apparait comme une alternative prometteuse. Initialement utilisé dans les supports de stockage optique et les mémoires non volatiles, ce matériau présente une variation de résistance de plusieurs ordres de grandeur sous l'effet de brèves impulsions thermiques. Cette propriété est exploitée pour développer des commutateurs RF non volatiles, à faible consommation de puissance. L'intégration compacte et monolithique de ce matériau en technologie Silicium permet d'envisager des dispositifs RF intégrés, reconfigurables et sophistiqués.Ce travail de thèse présente un commutateur RF fiable, miniaturisé, utilisant le GeTe comme matériau de commutation, dont la commande par voie optique est intégrée, une première mondiale. Les commutateurs développés, qui couvrent une gamme de fréquences allant du courant continu à 40 GHz, nécessitent un processus de microfabrication optimisé comprenant seulement cinq couches technologiques. Leur tenue en puissance et leur comportement linéaire ont été évalués expérimentalement. Ces commutateurs ont démontré une endurance remarquable, dépassant les 160 000 cycles de commutation, attestant de leur grande fiabilité. Une comparaison a été réalisée avec les mêmes dispositifs commandés électriquement ou par irradiation optique.La thèse présente également la réalisation d'un déphaseur à réflexion fonctionnant à 60~GHz, spécialement conçu pour les applications mmW. Ce dispositif est basé sur l'intégration des commutateurs précédents en configuration shunt.Radio frequency (RF) switches play a crucial role in the implementation of reconfigurable front-end architectures for modern communication systems. Currently, RF switching technologies are based predominantly on semiconductor devices, which offer satisfactory performance but exhibit relatively high insertion losses. Mechanical switching solutions, although exhibiting excellent RF performance and reliability, are generally impractical due to their large form factor and high manufacturing cost. MEMS-based RF switches, while miniaturized, suffer from reliability concerns and require high actuation voltages. In response to these limitations, phase-change materials (PCMs) have emerged as a promising alternative for the development of compact, reliable, and cost-effective RF components capable of efficient operation at high frequencies.Among PCMs, Germanium Telluride (GeTe) has emerged as a promising alternative. Initially used in optical storage media and non-volatile memories, this material exhibits a variation in resistance of several orders of magnitude under the effect of brief thermal pulses. This property is being exploited to develop non-volatile RF switches with low power consumption. Furthermore, the compact and monolithic integration of GeTe within standard silicon-based processes enables the realization of sophisticated, reconfigurable, and fully integrated RF devices.This thesis presents the first demonstration of a reliable and miniaturized RF switch based on GeTe that features integrated optical actuation, a world first. The developed switches operate over a wide frequency range, from DC up to 40 GHz, and are fabricated through an optimized microfabrication process comprising only five technological layers. Their power handling and linear behavior were evaluated experimentally. These switches demonstrated remarkable endurance, exceeding 160,000 switching cycles, attesting to their high reliability. Comparison was made with the same devices controlled electrically or by optical irradiation.The thesis also reports the implementation of a reflective-type phase shifter operating at 60 GHz, specifically designed for millimeter-wave (mmW) applications. This device is based on the integration of the aforementioned switches in a shunt configuration
Programmed 2D self-assembly of DNA origami nanostructures for lithographic applications
No full textCadre et contexte: Les technologies de l’information de demain vont avoir besoin de structures de plus en plus complexes qui, dans une démarche logique de miniaturisation, combinent à la fois la haute résolution, la haute densité ainsi que le design complexe (formes arrondies, empilement 3D, etc.). Dans ce contexte et pour répondre aux futures exigences des technologies, des nouvelles techniques de nano-structuration devront être envisagées. De par son gabarit nanométrique (diamètre de 2 nm), sa propension à l’auto-assemblage, sa diversité structurale et les possibilités de fonctionnalisation, l’ADN constitue une brique de choix. Il offre notamment la possibilité de réaliser des architectures en 2D et en 3D, définies au nanomètre près. Travail demandé : cette thèse a pour objectif de démontrer la faisabilité de réseaux 2D de nanostructures en utilisant un masque en ADN. Des nouveaux origamis seront réalisés en visant une résolution ultime de quelques nanomètres, une densité de motifs compatible avec des applications microélectroniques, mais aussi un contrôle nanométrique de l’alignement, en se basant sur les propriétés d’auto-assemblage de l’ADN. La partie technologique sera focalisée sur l’implémentation de ces structures sur plaque de silicium, en utilisant des procédés compatibles avec l’environnement salle blanche du Leti, afin de réaliser un démonstrateur morphologique. Le démonstrateur final sera une mémoire ferro-électrique.In nanotechnology in general and semiconductor industry in particular, there is an ever increasing need for smaller and more complex features at an ever lower cost. Some examples of applications are sub-10 nm features for creation of FinFETs, lateral (horizontal) and vertical gate-all around nanowires, single electron transistors and advanced non-volatile memories (STT-RAM, MRAM, OxRAM, etc.). To address the challenge of patterning at sub-10 nm features novel patterning approaches must be envisioned. DNA (deoxyribonucleic acid), by virtue of its inherent small diameter (2 nm), tendency to self-organize into various different morphologies and its possibilities for functionalization, offers the possibility to realize both two- and three dimensional structures at nanometer scale. The goal of this PhD work is to demonstrate the feasibility of nanostructuring the surface of a substrate using DNA origami as a mask, with an ultimate resolution of a few nanometer and with a density that is above the current state of the art in semiconductor industry. The focus of the thesis will lie on ever more complex features, while ensuring long-range order by conventional lithography guide patterns. The targeted demonstrator consists of manufacturing a 2D contact hole pattern for ferro-electric memories using DNA origami self-assembly
Studyof TPE based on PP and reclaimed rubber
No full textLa régénération thermomécanique par extrusion bivis est une voie prometteuse de recyclage des élastomères vulcanisés à l’échelle industrielle, car assurée par un procédé continu. La théorie suggère que, lors de l’extrusion d’un élastomère vulcanisé, la rupture sélective des liaisons interchaînes peut être assurée, afin de récupérer un matériau essentiellement composé de chaînes libres thermoplastiques, et dont la valorisation est donc facilitée. L’une des voies de valorisation d’un élastomère régénéré est le mélangeage avec un autre polymère thermoplastique, afin d’en améliorer la résistance au choc. Si les mélanges TPE impliquant une phase régénérée ont déjà été étudiés, peu de mécanismes sont identifiés dans la littérature quant à leur comportement.Dans cette thèse, une étude de l’incorporation d’EPDM régénéré au sein d’une matrice PP a été menée, afin d’en identifier les mécanismes déterminants. Après une revue de la bibliographie en lien avec le sujet et l’établissement de protocoles adéquats, les résultats de cette étude sont présentés en trois temps. L’analyse de l’établissement des morphologies de mélanges PP/EPDM régénéré a été réalisée, nécessitant le développement d’un nouveau modèle rhéologique pour ce faire. De telles considérations ont conduit à l’étude approfondie des interactions entre les phases des mélanges étudiés, et à l’établissement d’une compatibilisation entre les polymères basée uniquement sur leur dégradation thermique. Enfin, une telle compatibilisation identifiée au mélangeur interne a été appliquée en extrusion bivis, ce qui a mené au développement d’un nouveau procédé continu de régénération et valorisation par mélangeage dans une matrice PP en une seule étape.Thermomechanical reclaiming by twin-screw extrusion is a promising recycling path for vulcanized elastomers at industrial scale, for it is a continuous process. Theory suggests that, during vulcanized elastomer extrusion, selective crosslink scission can be ensured, leading to a material essentially composed of thermoplastic free chains free to be more easily re-processed. The elaboration of TPE blends using a reclaimed elastomer to enhance thermoplastic’s impact properties is one of reclaimed elastomer recovery method. Although such polymer blends were already studied, few mechanisms were identified to effectively describe their behavior in the literature.This thesis focuses on the study of reclaimed EPDM blended in a PP matrix and on the governing mechanisms involved in elaboration and behavior of such TPE blends. After a literature review and appropriate protocol setting, results are presented in three parts. Morphological analysis of PP/reclaimed EPDM blends was conducted, involving the development of a new rheological model. These results led to consider interaction between phases within blends, and possible chemical compatibilization between polymers only driven by thermal degradation. Finally, compatibilization was scaled-up from internal mixer to twin-screw extrusion, enabling the development of a new one-step continuous process to ensure both elastomer reclaiming and blending with a PP matrix
Le maintien de la cohérence du jumeau numérique par rapport aux évolutions de son jumeau physique physique
No full textCette thèse propose une architecture générique et modulaire de jumelage numérique centrée sur une structure de données de jumelage numérique (DTDS). La DTDS fait abstraction des détails de mise en œuvre des entités physiques, permettant des interfaces standard pour les services de jumelage numérique, tels qu'un système d'aide à la décision (DSS). L'architecture proposée comprend un module de gestion des données historiques, avec un pipeline de transformation des données et une file d'attente asynchrone pour obtenir des performances en temps réel. En outre, les méthodologies de maintien de la cohérence s'appuient sur le DTDS et le DSS pour synchroniser le jumeau numérique avec son jumeau physique. Le système proposé a été validé par des expériences utilisant l'équipement de production de la plateforme de l'ENSAM et de la plateforme d'un partenaire universitaire. L'évaluation a vérifié la généricité de l'architecture, les performances en temps réel et l'efficacité de l'intégration des services de jumeau numérique. Les résultats démontrent la faisabilité d'une architecture de jumeau numérique modulaire, évolutive et entièrement intégrée qui incorpore la gestion des données historiques et soutient la prise de décision. Cette recherche contribue à l'objectif plus large de développer une architecture de jumeau numérique normalisée pour les applications de l'industrie 4.0 dans le domaine de la fabrication.This thesis proposes a generic and modular Digital Twin architecture centred around a Digital Twin Data Structure (DTDS). The DTDS abstracts the implementation details of physical entities, enabling standard interfaces for Digital Twin services, such as a Decision Support System (DSS). The proposed architecture includes a historical data management module, featuring a data transformation pipeline and an asynchronous data queue to ensure real-time performance. Additionally, coherence maintenance methodologies leverage the DTDS and DSS to synchronise the Digital Twin with its physical twin. The proposed system was validated through experiments using manufacturing equipment in the ENSAM platform and the platform of an academic partner. The evaluation assessed the architecture’s genericity, real-time performance, and effectiveness in integrating Digital Twin services. Results demonstrate the feasibility of a modular, scalable, and fully integrated Digital Twin architecture that incorporates historical data management and supports decision-making. This research contributes to the broader goal of developing a standardised Digital Twin architecture for Industry 4.0 applications in the manufacturing domain
A la poursuite du Fond Diffus de Neutrinos de Supernovae dans les expériences Super-Kamiokande et Hyper-Kamiokande
No full textLes supernovae à effondrement de cœur (CCSNe) sont des explosions cataclysmiques marquant la fin de vie des étoiles massives. Elles se produisent environ une fois par seconde dans l'univers observable et émettent plus de 99 % de leur énergie sous forme de neutrinos. Les neutrinos issus de toutes les CCSNe du passé forment le fond diffus de neutrinos de supernovae (DSNB). Cette empreinte fossile du passé cosmique n'a pas encore été détectée expérimentalement. Le détecteur Cherenkov à eau Super-Kamiokande (Super-K), situé au Japon, est actuellement le détecteur le plus sensible au monde pour la détection du DSNB par observation de la désintégration bêta inverse (IBD). Depuis les années 2020, l’ajout de sulfate de gadolinium (Gd) dans l’eau a permis d’améliorer significativement l’identification des neutrons produits dans une IBD.Cette thèse présente plusieurs aspects essentiels de la recherche du DSNB. Elle comprend la réduction d’un bruit de fond dominant lié aux interactions quasi-élastiques par courant neutre des neutrinos atmosphériques, le développement d’une nouvelle méthode permettant de distinguer les captures des neutrons des désintégrations de muons et de pions, ainsi que la validation d’un algorithme d’apprentissage automatique utilisé pour identifier les neutrons issus des IBD. La recherche du DSNB repose sur deux approches statistiques complémentaires : une analyse dite “binnée” indépendante de tout modèle de DSNB ainsi qu’une analyse dite “spectrale” qui cherche à ajuster des modèles théoriques sur les données. Un soin particulier a été apporté afin de garantir une absence de biais lors de l’ouverture des données. De même, la modélisation des bruits de fond, l’optimisation de la sélection des événements, ainsi que l’évaluation des incertitudes systématiques affectant à la fois le signal DSNB et ses bruits de fond ont fait l’objet d’études rigoureuses. Ces efforts ont permis d’établir, via l’analyse “binnée”, les limites les plus strictes au monde à ce jour sur le flux du DSNB. En outre, cette thèse présente la première comparaison directe des résultats issus des deux approches statistiques dans Super-K, ainsi que la première étude de sensibilité au DSNB, indépendante de tout modèle, pour l’expérience de prochaine génération Hyper-Kamiokande (Hyper-K). Enfin, les comparaisons de ces projections à celles d’une extension potentielle de Super-K au-delà de 2029, ainsi qu’à celles de l’expérience Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), offrent une vision globale des perspectives à moyen terme pour la détection du DSNB à l’échelle mondiale.Core-collapse supernovae (CCSNe) are cataclysmic explosions at the end of massive stars’ lives that occur roughly once per second in the observable universe, emitting over 99% of their energy as neutrinos. Such relic neutrinos from all past CCSNe form the Diffuse Supernova Neutrino Background (DSNB), a faint whisper of the cosmic past – one that has yet to be observed experimentally. The Super-Kamiokande (Super-K) water Cherenkov detector in Japan currently leads the world in sensitivity to a DSNB detection with inverse beta decay (IBD) as its target detection channel. This has been enhanced since the 2020s by the addition of gadolinium (Gd) to better identify neutrons.This thesis takes hold of key tasks in the DSNB search, including the reduction of dominant backgrounds coming from atmospheric neutrino interactions, the development of a new technique to distinguish neutron captures from muon and pion decays, and the validation of a Machine Learning tool for neutron identification. To search for the DSNB signal, two parallel statistical approaches—a “binned” and “spectral” analysis—are employed. Particular care was taken with the data unblinding procedure, background modeling, event selection optimization, and the evaluation of systematic uncertainties affecting both the DSNB signal and its backgrounds. This led to results in this thesis constituting the world’s tightest limits on the DSNB to date with the binned analysis. Additionally, the first direct comparisons of results from both statistical approaches in Super-K are presented and the first model-independent DSNB sensitivity study for the next-generation Hyper-Kamiokande (Hyper-K) experiment is introduced. Finally, these projections for Hyper-K are compared to those of a possible extension of Super-K beyond 2029 and to those of the Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) experiment, contextualizing the immediate future of the DSNB search across the globe
Semantic analysis of metaphors and comparisons in the French and American popularization press discourse
No full textLa vulgarisation par les médias d’un domaine scientifique est une étape essentielle pour faire connaître les innovations scientifiques et plus largement pour diffuser une culture scientifique auprès du grand public. Dans la presse, elle s’incarne par des mécanismes langagiers pour reformuler, expliquer, et argumenter en faveur du domaine présenté. L’analogie est l’une des figures les plus souvent rencontrées dans les articles de vulgarisation scientifique. En raison de leur structure même, les métaphores échappent encore aux méthodes de détection automatique en traitement automatique des langues. Cette thèse s’intéresse d’abord aux moyens d’identifier les expressions métaphoriques dans de vastes corpus de presse français et états-uniens, puis elle étudie l’utilisation des analogies (métaphores et comparaisons) dans la vulgarisation par la presse du biocontrôle, un ensemble de méthodes de protection des plantes en agriculture. Sont ainsi répertoriées et analysées les principales analogies (guerre, compétition, nourriture, médecine) qui structurent la présentation du biocontrôle à destination des citoyens non-experts, ainsi que les mécanismes langagiers connexes (structuration par les titres, utilisation de marqueurs métatextuels). La thèse révèle l’existence d’un continuum des emplois analogiques à différents niveaux de vulgarisation, et la description systématique des méthodes de biocontrôle sur le modèle des méthodes de synthèse chimique (pesticides). Elle montre ainsi comment le langage analogique peut représenter un frein à la juste compréhension des innovations scientifiques.The popularization of a scientific domain by the media is an essential step in the sharing of scientific innovations, and of scientific culture with the public. In the press, it takes the form of linguistic processes that reformulate, explain and argue in favour of a scientific domain. Analogies are some of the most frequently observed figures in popularization articles. Owing to their very structure, metaphors still elude natural language processing. To begin with, this thesis focuses on the identification of metaphors in large French and American press corpora. Then, it studies the use of analogies (metaphors and similes) in the scientific popularization of biocontrol (an agricultural plant protection method )in the press. The main analogies that structure the understanding of biocontrol for non-expert citizens, as well as the associated linguistic processes (title framing, metatextual markers) are listed and analysed. By describing the continuum of analogical expressions at different levels of specialization in the popularization press, and the current conception of biocontrol as a substitute to chemical pesticides, this thesis aims to show how language can be a hindrance to scientific innovation
Wild hop through a multidisciplinary lens : from understanding to harnessing genome-metabolome-microbiome interactions
No full textLe houblon (Humulus lupulus L.) est une plante grimpante de la famille des Cannabacées, historiquement cultivée pour ses fleurs femelles contenant de la lupuline, une poudre jaune renfermant de nombreux métabolites spécialisés tels que les acides amers, les composés volatils et les polyphénols. Ces composés confèrent au houblon des propriétés organoleptiques recherchées pour l'industrie brassicole, mais présentent également des activités biologiques très intéressantes pour la santé humaine. Si la culture du houblon a longtemps prospéré dans l'Est de la France, elle a connu un net recul au XXème siècle. Dans un contexte de renouveau de la filière houblon et d'intérêt croissant pour des bières à forte identité territoriale, les houblons dits « sauvages » suscitent aujourd'hui un engouement nouveau. Pourtant, les ressources sauvages du Grand-Est demeuraient jusqu'à présent largement inexplorées. Dans ce cadre, cette thèse a consisté à caractériser une collection de houblons sauvages récoltés dans un rayon de 30 km autour de Nancy. Ces derniers cultivés en serre sur du terreau ont fait l'objet d'une première étude de diversité génétique basée sur des analyses de génotypage. Une analyse métabolique basée sur les feuilles a permis en parallèle de mettre en évidence trois groupes distincts, révélant également une forte diversité métabolique. Un individu représentatif de chacun de ces groupes a été sélectionné pour une étude approfondie du microbiote bactérien associé à la plante. Ce travail a permis de mettre en lumière une structuration différentielle des communautés bactériennes selon les compartiments de la plante (sol rhizosphérique, racines, feuilles) et l'influence croisée du génotype et du sol sur la structure et la diversité de ces communautés. De plus la présence de certains métabolites retrouvés dans les feuilles semble liée à la présence de certains phylums bactériens. Pour améliorer notre compréhension des interactions houblon-microbiote, une approche méthodologique de transformation génétique du houblon a été menée afin de moduler l'expression du gène VPS impliqué dans la production d'acides amers et évaluer les effets sur la composition du microbiote. Ces résultats ouvrent des perspectives nouvelles quant au rôle potentiel du microbiote dans la modulation des capacités métaboliques du houblon, et apportent un éclairage sur l'écologie de cette plante. Enfin, une étude complémentaire portant sur les effets d'un extrait de feuille de houblon sur des chondrocytes humains (cellules du cartilage) permet d'envisager des pistes prometteuses de valorisation en santé. L'ensemble de ces travaux contribue à mieux comprendre la richesse biologique du houblon sauvage et à poser les bases de futurs programmes de sélection, ou de valorisation pharmaceutique.Hop (Humulus lupulus L.) is a climbing plant belonging to the Cannabaceae family, historically cultivated for its female flowers, which contain lupulin, a yellow powder rich in specialized metabolites such as bitter acids, volatile compounds, and polyphenols. These compounds provide the hop with desirable organoleptic properties for the brewing industry and exhibit promising biological activities for human health. While hop cultivation historically thrived in Eastern France, it experienced a sharp decline in the 20th century. In the context of a renewed interest in the hop sector and a growing demand for locally distinctive craft beers, so-called “wild” hops are now attracting increasing attention. However, the wild hop resources of the Grand Est region have remained largely unexplored until now. In this context, this doctoral research aimed to characterize a collection of wild hops sampled within a 30 km radius around Nancy. These individuals were cultivated in a greenhouse on a standardized soil substrate and first underwent genetic diversity assessment through genotyping analyses. Metabolic profiling based on leaf phytochemical content further revealed three distinct groups, highlighting significant metabolic diversity. One representative individual from each group was then selected for an in-depth study of the plant-associated bacterial microbiota. This work revealed a compartment-specific structuring of bacterial communities (rhizosphere soil, roots, and leaves), along with a combined influence of genotype and soil type on the composition and diversity of these communities. Moreover, the presence of certain leaf metabolites appeared to correlate with the abundance of specific bacterial phyla. To further investigate hop-microbiota interactions, a methodological framework for hop genetic transformation was established, aiming to modulate the expression of the VPS gene implicated in bitter acid biosynthesis and assess its potential effects on microbiota composition. These findings offer new perspectives on the potential role of the microbiota in modulating hop metabolic capacities and contribute valuable insight into the ecological functioning of this plant. Finally, a complementary study was conducted to evaluate the anti-inflammatory potential of hop leaf extract on human chondrocytes (cartilage cells), opening new avenues for the valorization of hop in the health sector. Altogether, this work provides a comprehensive understanding of the biological richness of wild hops and lays the foundation for future breeding programs and pharmaceutical or agro-industrial valorization strategies