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Analysis of dual swirl h2/air flames under ambient and pressurized conditions
No full textLes brûleurs basés sur l'injection tardive d'hydrogène atténuent le risque de retour de flamme et sont considérés comme une solution technologique prometteuse pour brûler de l'hydrogène dans les turbines à gaz. Cependant, cette approche introduit de nouvelles complexités, en particulier pour la stabilisation de la flamme et les émissions de polluants avec des flammes brûlant dans des régimes de diffusion et partiellement prémélangés. Le cas de flammes hydrogène-air stabilisées sur un injecteur coaxial à double tourbillon est étudié dans ce travail. Ce travail s'appuie sur des analyses précédentes dans le but d'approfondir expérimentalement l'analyse et la compréhension des mécanismes physiques à des nombres de Reynolds et des conditions thermodynamiques proches des conditions moteurs. Une série d'expériences est menée dans un banc expérimental muni d'accès optiques à l'IMFT, sous des conditions atmosphériques, avec de l'air préchauffé jusqu'à des températures de 773 K et des vitesses d'injection allant jusqu'à 150 m/s pour l'air et 140 m/s pour l'hydrogène. Ces expériences sont complétées par des essais dans des conditions représentatives des moteurs sur le banc expérimental MICADO de l'ONERA. La vélocimétrie par imagerie de particules couplée à des mesures de fluorescence induite du radical OH par laser est utilisée pour révéler la structure de l'écoulement et de la flamme dans les différents régimes d'écoulement en variant les conditions d'injection, la géométrie de l'injecteur et de la chambre. L'accent est mis sur la détermination des mécanismes physiques contrôlant l'interaction entre l'écoulement et la flamme ainsi que les transitions entre topologies de flamme. L'influence de la zone de recirculation centrale est également étudiée, révélant un nouveau type de stabilisation, désigné par la forme de "flamme tulipe". Les données fournies dans ces expériences ont été utilisées dans des travaux complémentaires pour valider les simulations numériques de l'écoulement. Simultanément, les émissions de NOx et de composés imbrûlés sont examinées pour chaque topologie de flamme. Les résultats indiquent des émissions limitées d'oxydes d'azote sur une large gamme de fonctionnement. Cependant, de l'hydrogène imbrûlé est détecté dans des conditions très pauvres. Ces émissions sont associées à une fragmentation partielle du front de flamme causée par des taux de déformation élevés. La plage de conditions permettant d'atteindre une efficacité de combustion de 100 % s'élargit toutefois de manière significative lorsque la température de préchauffage de l'air augmente. Enfin, des tests réalisés sous conditions de pression, jusqu'à 13 bars, sont présentés pour évaluer les performances de l'injecteur dans des conditions thermodynamiques représentatives des moteurs aéronautiques. Les images de la flamme et les données des capteurs sont analysées et comparées aux observations effectuées dans des conditions atmosphériques pour déterminer si les mécanismes physiques identifiés demeurent cohérents à haute pression.Burners based on late hydrogen injection mitigates the risk of flashback and are considered as a promis- ing technological solution for burning hydrogen in gas turbines. However, this approach introduces new complexities, particularly in flame stabilization and pollutant emissions with flames burning in multi-mode diffusion and partially premixed regimes. The case of a hydrogen air flames stabilized on a dual swirl co-axial injector is considered in this work. The work builds upon preceding analysis with the goal of experimentally deepening the analysis and understanding of the physical mechanisms at Reynolds numbers and thermodynamic conditions relevant to engine like conditions. A series of experiments is conducted in a transparent test rig at IMFT under atmospheric conditions, with air preheated to temperatures up to 773 K and injection velocities up to 150 m/s for air and 140 m/s for hydrogen. They are completed by experiments at engine relevant conditions in the MICADO test bench from ONERA. Particle image velocimetry coupled to OH planar induced fluorescence measurements are used to reveal the structure of the flow and the flame in the different flow regimes by varying the injection conditions, injector and chamber geometry. Focus is put on determining the physical mechanisms controlling the interaction between the flow and the flame and the transitions between flame topologies. The influence of the central recirculation zone is also studied, revealing a new type of stabilization, designated as "Tulip flame" shape. The data provided in these experiments have been used in companion work to validate numerical flow simulations. Simultaneously, NOx and unburnt emissions are examined for each flame topology. The results indicate limited nitrogen oxide emissions across a broad operating range. However, unburnt hydrogen is detected at very lean conditions. These emissions are found to be associated with partial flame front fragmentation caused by high strain rates. The range of conditions achieving 100% combustion efficiency expands however significantly as the air preheat temperature rises. Lastly, tests conducted under pressurized conditions, up to 13 bar, are presented to assess injector performance under thermodynamic conditions typical of aeronautical engines. Flame images and sensor data are analyzed and compared with observations at atmospheric conditions to determine whether the identified physical mechanisms remain consistent at high pressure
New Synthetic Strategies for P-Heterocycles from Ortho-Alkynylphenyl SPOs
No full textDans cette thèse, de nouvelles méthodes de synthèse pour les BPO et les phosphaisocoumarines à partir d'ortho-alkynyl SPO sont développées, notamment la cyclisation radicalaire à l'Argent(I), l'activation P-H médiée par Et2Zn, l'halogénation en présence de NXS et la photocycloaddition [2+2]. Dans le chapitre 1, un résumé de l'état de l'art concernant la synthèse des BPO et des phosphaisocoumarines est présenté, en discutant des stratégies de cyclisations intramoléculaires et intermoléculaires. Les méthodes de fonctionnalisation des BPO sont également discutées ainsi que les avantages et les limites des approches existantes. Dans le chapitre 2, une méthode de cycloisomérisation de SPO ortho-alkynyles promus par AgSbF6 comme amorceur radicalaire est présentée, permettant la synthèse efficace des BPO C3-H portant différents substituants en C2 avec un rendement et une sélectivité élevés dans des conditions douces. En utilisant 5 mol % d'AgSbF6 sans oxydant externe, 22 exemples ont été isolés avec un rendement isolé moyen de 88 %. La dérivatisation du BPO non substitué via la vinylation C2-H oxydative catalysée par Pd a également été explorée, atteignant un rendement allant jusqu'à 94 %. Dans le chapitre 3, une méthode d'activation de liaison P-H en présence de Et2Zn pour la synthèse de BPO polysubstitués est décrite. Un intermédiaire vinylzinc a été généré par phosphinyl-zincation d'alcyne, et est ensuite fonctionnalisé par catalyse au Cu ou au Pd, permettant la préparation d'une grande variété de BPO substitués en C2 et C3 avec des groupes Csp³, Csp² et Csp, augmentant ainsi la diversité structurelle des BPO. Le chapitre 4 décrit une nouvelle méthode de préparation de 4-halophosphaisocoumarines via réaction tandem de cyclisation/oxydation des SPO ortho-alkynyles en présence de NXS. Cette stratégie offre plusieurs avantages, notamment des rendements élevés, une large compatibilité fonctionnelle et des conditions douces. Enfin, la photodimérisation [2+2] des BPO et la photocycloaddition croisée entre les BPO et les alcènes sont développées dans le chapitre 5, offrant des structures originales contenant des unités cyclobutane/cyclobutène. Cette stratégie offre une possibilité intéressante d'expansion de cycle et d'autres dérivations.This PhD thesis develops novel synthetic methods for BPOs and phosphaisocoumarins from ortho-alkynyl SPOs, including Ag(I)-promoted radical cyclization, Et2Zn-mediated P-H activation, NXS-promoted halogenation, and light-induced [2+2] photocycloaddition. In Chapter 1, we summarize the state of the art concerning the synthesis of BPOs and phosphaisocoumarins, discussing intramolecular cyclization and intermolecular cycloaddition strategies. We also discuss functionalization methods for BPOs and evaluate the advantages and limitations of existing approaches. In Chapter 2, we developed a method for the cycloisomerization of ortho-alkynyl SPOs promoted by AgSbF6 as a radical initiator, efficiently synthesizing C3-H BPOs bearing different substituents at C2 with high yield and selectivity under mild conditions. Using 5 mol% AgSbF6 without external oxidant, 22 examples were isolated with an average isolated yield of 88%. The derivatization of the non-substituted BPO via Pd-catalyzed oxidative C2-H vinylation was also explored, achieving up to 94% yield. In Chapter 3, a Et2Zn-mediated P-H bond activation method for the synthesis of polysubstituted BPOs is reported. A vinylzinc intermediate was generated by a subsequent alkyne phosphinyl-zincation process, which is then subjected to Cu or Pd-catalyzed functionalization, enabling the preparation of a wide variety of C3-substituted BPOs with Csp³, Csp², and Csp groups, thus increasing the structural diversity of BPOs. Chapter 4 described a new method for the preparation of 4-halophosphaisocoumarins via NXS-promoted tandem cyclisation / oxidation of ortho-alkynyl SPOs. This strategy offers several advantages, including high yields, broad functional compatibility, and mild conditions. Finally, [2+2] photodimerization of BPOs and cross-photocycloaddition between BPOs and alkenes are developed in chapter 5, affording original structures containing cyclobutane/cyclobutene units. This strategy provides a potential possibility for ring expansion and other derivatizations
3D ultrasound imaging using thin plate radiation applied to contactless human-machine interaction
No full textLa multiplicité des usages du numérique et la variété des contextes d'utilisation poussent au développement de dispositifs d'interactions multimodaux intégrés permettant une interaction tactile tangible ou sans-contact avec des écrans. Dans ce contexte, ces travaux de thèse ont porté sur le développement d'un capteur pour l'interaction gestuelle sans contact reposant sur le rayonnement acoustique de plaques minces, telles que des écrans. Ce rayonnement, contrôlé par un faible nombre de transducteurs piézoélectriques couplés à la plaque, est réfléchi par les objets du volume situés au-dessus et capté par des microphones placés dans le plan de la plaque. En s'appuyant sur une méthode d'imagerie 3D par émission ultrasonore non focalisée combinée à une décomposition tensorielle par HOSVD, ces travaux ont permis de produire une image en temps réel (33 Hz) du volume (160 x 110 x 80 mm3) au-dessus de la plaque avec une résolution spatiale de 1 mm. Ces résultats permettent de premières applications de détection et de suivi de déplacement de doigts dans l'air. Le mouvement des mains produit également un décalage Doppler qui a été exploité pour reconnaître 11 gestes 3D réalisés au-dessus de la plaque par 19 participants. Un réseau de neurones récurrent de faible complexité permet leur détection et classification sans latence perceptible. Au-delà de l'interaction sans contact, les méthodes développées dans cette thèse d'imagerie rapide à faible nombre de transducteurs et de reconnaissance de motifs Doppler ouvrent des perspectives d'applications en imagerie médicale ou contrôle non destructif.The wide range of digital technology applications and the diverse contexts in which they are used drive the development of integrated multimodal interaction devices, enabling both tactile and contactless interactions with screens. This thesis contributes to this field through the development of a sensor for contactless gestural interaction based on the acoustic radiation of thin plates such as display screens. This radiation, controlled by a limited number of piezoelectric transducers coupled to the plate, is reflected by objects in the volume above and captured by microphones set in the plane of the plate. Using a 3D imaging technique based on unfocused ultrasound emission combined with tensor decomposition using HOSVD, this work achieved real-time imaging (33 Hz) of the volume (160 x 110 x 80 mm3) above the plate, with a spatial resolution of 1 mm. These advancements enabled first applications of detection and tracking of finger movements in air. Additionally, the hand movements generate a Doppler shift, which was utilized to identify 11 distinct 3D gestures performed by 19 participants. A low-complexity recurrent neural network was used to detect and classify these contactless gestures with no noticeable latency. In addition to contactless interaction, the methods developed in this thesis for fast imaging with a small number of transducers and Doppler pattern recognition open up new applications in medical imaging and non-destructive testing
Caractérisation des mécanismes moléculaires par lesquels la voie TCTP contrôle la croissance mitotique chez Arabidopsis
No full textLa croissance et le développement des plantes et des animaux sont régulés par des voies de signalisation, certaines spécifiques à chaque règne et d’autres communes aux deux. Une voie clé, partagée par les plantes et les animaux, contrôle la prolifération cellulaire et la croissance des organes. La protéine TRANSLATIONALLY CONTROLLED TUMOR PROTEIN (TCTP), principale régulatrice de cette voie, influence la progression du cycle cellulaire et la division cellulaire, mais sa fonction reste difficile à étudier en raison de son caractère létal en cas de perte de fonctions. L’équipe a surmonté cette difficulté en développant le premier organisme eucaryote perte de fonction complet de TCTP chez Arabidopsis, permettant d’étudier son rôle dans le développement des plantes.Notre équipe a demontré que TCTP régule spécifiquement la transition G1/S du cycle cellulaire et interagit avec CSN4, une sous-unité du signalosome CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS 9 (COP9), un complexe protéique essentiel à plusieurs processus cellulaires, comme la prolifération cellulaire et la signalisation hormonale. Cette interaction contrôle la progression du cycle cellulaire en modulant la neddylation de CULLIN des CRLs, une classe majeure d’ubiquitines ligases, en modifiant l'activité du COP9 chez les plantes et les animaux. Cependant, les cibles en aval de cette voie restent inconnues.Au cours de ma thèse, dans une première partie, j'ai utilisé une approche ciblée pour identifier les évènements en aval de TCTP, en étudiant les régulateurs connus de la progression du cycle cellulaire, en particulier lors de la transition G1/S. Parmi ces gènes, je me suis plus spécifiquement concentrée sur les KRPs, les E2Fs et les RBR.J'ai démontré que la mutation des KRPs ne complémente pas le phénotype létal des mutants tctp. Au contraire, le niveau d'accumulation des KRPs était déjà diminué dans les mutants tctp. Par ailleurs, l’étude de l’accumulation de E2Fa/b/c et RBR chez les mutants tctp, n’a montré aucun changement de l'accumulation de E2Fa et RBR, mais l'accumulation des protéines E2Fb et E2Fc a été réduite. Ces résultats suggèrent que les inhibiteurs canoniques du cycle cellulaire les KRP et E2Fc, ne sont pas les cibles de la voie TCTP, suggérant un mécanisme de rétroaction potentiel pour compenser le ralentissement de la progression du cycle cellulaire dans ces mutants. Mes données indiquent que la protéine TCTP régule la phase G1/S du cycle cellulaire par la régulation de E2Fa/b. Cependant, il est toujours possible que TCTP régule la phase G1/S par une voie indépendante de la voie traditionnelle de la régulation du cycle cellulaire.Dans une deuxième partie de ma thèse, j'ai utilisé des approches protéomiques sans à priori pour identifier les facteurs en aval de TCTP. Une analyse protéomique a révélé sept protéines dont l'accumulation varie inversement dans les lignées mutantes de TCTP et CSN4, dont trois sont liées à la réponse des plantes à la gravité. J'ai montré que la mutation de TCTP affecte la réponse gravitaire des plantes et modifie la redistribution de l'auxine, confirmant le rôle de TCTP dans ce processus. (Xu et al., manuscrit phase finale de rédaction).En résumé, au cours de ma thèse, j'ai fait des découvertes importantes tant au niveau théorique qu'expérimental pour l'étude du mécanisme de régulation moléculaire de TCTP chez les plantes. Mes résultats fournissent une nouvelle perspective pour comprendre l'effet de la TCTP sur les mécanismes de régulation du cycle cellulaire, sur la croissance et le développement des plantes. Ces résultats ouvrent des perspectives pour comprendre plus en profondeur la régulation du cycle cellulaire des plantes et la croissance des organes, et pourraient contribuer à une meilleure compréhension des réseaux de signalisation impliqués dans leur développement.The growth and development of plants and animals are regulated by signaling pathways, some of which are specific to each kingdom, while others are common to both. One key pathway, shared by plants and animals, controls cell proliferation and organ growth by regulating cell cycle progression and cell division, with the TRANSLATIONALLY CONTROLLED TUMOR PROTEIN (TCTP) as its main regulator. TCTP is implicated in many cellular processes but its exact function remains difficult to study due to the lethality of the knockout in all eukaryotes. Our team overcame this difficulty by developing a mutant model in Arabidopsis, the first eukaryotic organism with a complete knockout of TCTP, which allows the study of TCTP’s role in plant development.We have shown that TCTP specifically regulates the G1/S transition of the cell cycle and interacts with CSN4, a subunit of the CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS 9 (COP9) signalosome, a protein complex essential for several cellular processes, including cell proliferation and hormonal signaling. TCTP/CSN4 interaction, by modulating COP9 activity, controls the progression of the cell cycle by modulating the neddylation of CULLIN subunit and thus the activity of CRLs, a major class of ubiquitin ligases, both in plants and animals. However, the downstream targets of this pathway remain unknown. In the first part of my PhD thesis, I used a targeted approach to investigate the implication of known regulators of cell cycle progression, especially during the G1/S transition, downstream of TCTP. Among these genes, I specifically focused on the KRPs, E2Fs, and RBR.I demonstrated that the mutation of KRPs could not complement the lethal phenotype of the tctp-/- mutants. On the contrary, the accumulation level of KRPs was already decreased in the roots of the tctp-/- mutants. In addition, the study of the accumulation of E2Fa/b/c and RBR showed no changes in the accumulation of E2Fa and RBR, but the accumulation of E2Fb and E2Fc proteins was reduced in the tctp-/- mutants. These results suggest that the canonical inhibitors of the cell cycle, KRPs and E2Fc, are not the targets of the TCTP pathway. These data also suggest a potential feedback mechanism to compensate for the slower cell cycle progression in these mutants by the decrease of these cell cycle inhibitors. My data indicate that the TCTP protein regulates the G1/S phase of the cell cycle through the regulation of E2Fa/b. However, it is still possible that TCTP regulates the G1/S phase through a pathway independent of the traditional cell cycle regulation pathway.In a second part of my PhD thesis, I used a non-targeted approach to identify the downstream factors of the TCTP pathway. A proteomic comparison revealed seven proteins whose accumulation varies inversely in the tctp and csn4 mutant lines, three of which are related to the plant's response to gravity. I showed that the mutation of TCTP affects the plant’s gravitropic response and modifies the redistribution of auxin, confirming the role of TCTP in this process. (Xu et al., manuscript under redaction).In summary, during my PhD thesis, I made important theoretical and experimental discoveries on the molecular regulatory mechanism of TCTP pathway in plants. My results provide a new perspective for understanding the effect of TCTP on the cell cycle regulation mechanisms, as well as on plant growth and development. These results open up prospects for a deeper understanding of the regulation of the plant cell cycle and organ growth, and could contribute to a better understanding of the signaling networks involved in their development
Receive the remote of translated poetesses in French class : translating readings of Marie de France, Sylvia Plath, Susana Thénon et Laura Kasischke
No full textCette thèse s’intéresse à la lecture et à l’enseignement, en classe de français, d’un corpus de poétesses traduites en français. Nous faisons l’hypothèse que le geste traductif permet de questionner et de réinventer les pratiques de lecture poétique dans la classe, tout en y favorisant l’accueil de nouveaux textes. Nous articulons, d’une part, les travaux de didactique s’intéressant à la réception du poème dans la formation des sujets lecteurs et lectrices et, d’autre part, les travaux comparatistes cherchant à déterminer les modalités spécifiques de la lecture des textes traduits. Nous établissons alors l’intérêt d’une modalité de lecture prenant en compte le poème source en relation avec ses différentes traductions. C’est ce que nous appelons la « lecture traduisante », qui est à la fois : une pratique de lecteur ou de lectrice ayant conscience que, d’un texte source, une pluralité de traductions existent ou sont possibles ; une lecture active et processuelle intégrant nécessairement des temps d’écriture ; une modalité de lecture à la fois critique et créative, rendant visible la subjectivité lectrice. La lecture traduisante est également informée par la dimension créatrice et agissante de la traductologie féministe : la visibilité et l’agentivité des traductrices et traducteurs en sont, en effet, des enjeux centraux.Nous travaillons à partir d’un corpus de poétesses diversement traduites en français : Marie de France, Sylvia Plath, Susana Thénon et Laura Kasischke. Nous observons les pratiques de leurs traductrices et traducteurs afin d’envisager les apprentissages engagés par la lecture traduisante en classe de français : négociation des représentations génériques ; attention à la langue et au détail du poème ; accueil positif de la diversité des traductions, donc des réceptions du poème. Travailler à partir d’un corpus historiquement minoré, la poésie écrite par des femmes, nous aide à mettre en évidence la dimension politique de la lecture traduisante en répondant conjointement à ces deux questions : que lire et comment ? Nous envisageons la lecture traduisante comme une modalité de lecture émancipatrice, conjointement sensible et critique, mais également comme un point de vue particulier pour penser la constitution et l’étude des corpus poétiques disponibles dans les classes de français. Notre travail d’élaboration théorique a donné lieu à la création d’un dispositif didactique testé auprès de deux classes de troisième et d’une classe de première, dans deux établissements scolaires. La quatrième partie de la thèse est entièrement dédiée à l’analyse des données issues de cette expérimentation.This dissertation examines the reading and teaching of poetesses translated into French in the French class. We hypothesize that the gesture of translation makes it possible to question and reinvent poetic reading practices in the class, while encouraging the reception of new texts. We link, on the one hand, didactic research into the reception of poems in the training of readers and, on the other, comparative research into the specific ways in which translations are read. Then, we establish the interest of a reading modality that takes into account the source poem in relation to its various translations. This is what we call « translating reading », which is: a practice from a reader who is aware that a plurality of translations of a source text exist or are possible; an active, processual reading that necessarily integrates periods of writing; a reading modality that is both critical and creative, making the reader's subjectivity visible. Translating reading is also informed by the creative and active dimension of feminist translatology: the visibility and agentivity of translators are central issues.We work with a corpus of poetesses who have been variously translated into French: Marie de France, Sylvia Plath, Susana Thénon and Laura Kasischke. We look at the practices of their translatresses and translators in order to consider the learning involved in reading for translation in the French class: negotiation of generic representations; attention to the language and detail of the poem; positive reception of the diversity of translations, and therefore of receptions of the poem. Working with a historically minoritized corpus - poetry written by women - helps us to highlight the political dimension of reading in translation, by jointly answering these two questions: what to read and how? We see reading in translation as an emancipatory modality of reading, both sensitive and critical, but also as a particular point of view for thinking about the constitution and study of poetic corpora available in French classes. Our theoretical development work led to the creation of a didactic device tested with two classes of troisième and one class of première, in two schools. The fourth part of the thesis is entirely devoted to the analysis of the data resulting from this experimentation
Rounded-top steles : the Birth of Epitaphs in the Western Roman Empire
No full textRemarquables par leur simplicité formelle et textuelle, les stèles funéraires à sommet cintré comptent parmi les monuments sépulcraux les plus anciens et les plus répandus du monde romain. Bien qu’elles aient rempli plusieurs fonctions architectoniques, elles étaient perçues comme relevant d’un même modèle, dont le succès s’explique par leur faible coût de réalisation, qui permit aux gens du commun de s’approprier l’épigraphie funéraire à la romaine. Dans les provinces d’Europe occidentale, en particulier en Gaule méridionale et dans la péninsule Ibérique, elles fossilisent l’apparition des nécropoles romaines et le développement de pratiques funéraires exogènes par les populations vivant sur place. 548 de ces stèles avec leur épitaphe sont réunies pour la première fois au sein d’une synthèse dédiée, et soumises à une analyse croisant les données des supports et celles des textes. Ce travail permet de porter un regard inédit sur l’émergence de l’épigraphie funéraire en latin dans ces territoires, en particulier parmi les populations modestes, entre le début du premier siècle a.C. et l’arrivée au pouvoir des Flaviens.Remarkable for their formal and textual simplicity, the rounded-top funerary stelae belong to the most ancient and common sepulchral monuments of the ancient Roman world. Even though they might have fulfilled diverse architectonical purposes, they were perceived as belonging to the same model, the success of which may be explained by its low realisation cost which allowed common people to appropriate the Roman epigraphic habit. In the provinces of western Europe, especially in southern Gaul and in the Iberian Peninsula, they fossilize the birth of Roman necropolis and the development of exogenous funerary habits by the local populations. 548 of those inscriptions are reunited for the first time within a dedicated synthesis and analysed through the prisms of their supports and texts. This works allows an unprecedented look at the blossoming of latin funeral epigraphy in those territories, especially among modest populations, between the beginning of the first century a.C. and the Flavian period
Investigating Hemorheology via Microfluidics : Red Blood Cell Aggregation and Mechanics
No full textLa dynamique des globules rouges (GR) en circulation est centrale dans la compréhension des écoulements sanguins et ses implications pour la santé,et nécessite des approches innovantes pour étudier leur comportement dans des conditions physiologiques et pathologiques. Le système circulatoire humain est profondément influencé par le comportement collectif et individuel des GR. L’agrégation des GR,un facteur clé dans la rhéologie sanguine et la microcirculation, est gouvernée par les propriétés mécaniques et l’agrégabilité des cellules. Cette thèse explore la dynamique de dissociation des agrégats de GR en écoulement extensionnel, en utilisant des canaux microfluidiques hyperboliques et des techniques avancées d’analyse d’images reposant sur des réseaux neuronaux convolutifs. Cette étude se concentre sur deux points essentiels : la relation entre contraintes extensionnelles et dissociation d’agrégats et l’influence de la densité des GR – un marqueur indirect de l’âge cellulaire et des propriétés mécaniques – sur leur agrégabilité. Les résultats révèlent que les taux de dissociation augmentent fortement au-delà d’un taux d’extension critique compatible avec les conditions microcirculatoires in vivo. De plus, les agrégats formés par des GR plus denses et âgés présentent une stabilité nettement supérieure à ceux issus de la population cellulaire générale. En utilisant la centrifugation sur gradient de Percoll pour séparer les GR en densité, ce travail révèle les liens entre vieillissement cellulaire, propriétés mécaniques et agrégation. Ces résultats fournissent des données expérimentales cruciales pour la validation théorique, approfondissent la compréhension de l’agrégation des GR dans des contextes physiologiques et proposent des approches innovantes pour l’évaluation clinique de la rhéologie sanguineLe dispositif d’écoulement extensionnel microfluidique développé dans la première partie de cette thèse a ensuite été utilisé pour évaluer la déformabilité des GR dans le cadre d’une étude clinique réalisée en partenariat avec le CHU Grenoble Alpes. Ce système permet des analyses comparatives précises des indices de déformation entre GR sains et pathologiques, avec des résultats préliminaires soulignant son efficacité dans la détection des altérations mécaniques induites par les maladies.Enfin, un nouveau dispositif expérimental a été développé pour étudier la cinétique des variations rhéologiques associées à l’agrégation des GR, motivé par les anomalies de circulation sanguine observées chez les astronautes lors des vols spatiaux et en vue d’une future expérience par fusée-sonde sponsorisée par l’ESA. Dans ce contexte, nous avons développé un prototype expérimental testé lors d’expériences de vols paraboliques du CNES et de l’ESA, fournissant des conditions de microgravité permettant de supprimer la sédimentation. Il se concentre sur la caractérisation de l’évolution dynamique de l’agrégation des GR dans des conditions d’écoulement lent en combinant mesures de viscosité et caractérisation optique. Les expériences fournissent des informations cruciales sur la cinétique de l’agrégation et de la désagrégation des GR et leurs implications sur la rhéologie sanguine globale, ainsi que pour la conception et le développement de la future expérience en fusée-sonde.Ce travail explore les mécaniques des GR et les dynamiques d’agrégation à travers l’utilisation de plateformes microfluidiques innovantes et de techniques analytiques avancées. Les résultats contribuent à une meilleure compréhension de la rhéologie sanguine dans des conditions physiologiques et pathologiques, tout en fournissant une base pour des approches translationnelles potentielles dans les diagnostics cliniques et la prise en charge des patients. Ces perspectives mettent en lumière l’interaction entre mécaniques cellulaires, agrégation, écoulement et facteurs physico-chimiques, ouvrant des directions pour de futures études sur l’écoulement sanguin et la microcirculation.The dynamics of red blood cells (RBCs) in circulation are central to understanding blood flow and its broader implications for health and disease, necessitating innovative approaches to study their behavior under physiological and pathological conditions. The efficiency of the intricate human circulatory system is profoundly influenced by both the collective and individual behavior of red blood cells (RBCs). Aggregation of RBCs, a key factor in determining blood rheology and microcirculatory flow, is governed by the mechanical properties and the aggregability of the cells. This thesis explores the dissociation dynamics of RBC aggregates under extensional flow conditions, employing hyperbolic microfluidic constrictions and advanced image analysis techniques powered by convolutional neural networks (CNNs). Amongst others, this investigation focuses on two pivotal aspects: the role of extensional stress in destabilizing aggregates of varied strengths, and the influence of RBC density-a surrogate marker of cell age and mechanical properties-on their aggregability. Results reveal that dissociation rates escalate sharply beyond a critical extension rate determined in this study, mirroring microcirculatory flow conditions in vivo. Furthermore, aggregates formed by denser, aged RBCs exhibit markedly greater stability than those from the general cell population. By employing Percoll gradient centrifugation to isolate RBCs into density-based fractions, this work elucidates the interplay between cellular aging, mechanical properties, and aggregation. These findings provide critical experimental evidence for theoretical validation, deepen the understanding of RBC aggregation in physiological contexts and offer innovative approaches for clinical assessment of hemorheology.The microfluidic extensional flow device developed in the first part of this thesis was further employed to evaluate RBC deformability within the framework of a clinical study undertaken in partnership with CHU Grenoble Alpes, measuring RBC membrane mechanics as clinical markers for pathologies and improving patient follow-up. This system facilitates precise comparative analyses of deformation indices between healthy and pathological RBCs, with preliminary findings underscoring its efficacy in detecting disease-induced alterations in cellular mechanics.Finally, a new experimental setup was developed to investigate the kinetics of blood rheological changes associated with RBC aggregation, with the aim of improving our understanding of blood rheology. This research is motivated by the blood circulation anomalies observed in astronauts during spaceflight and participates in the development of a future ESA-sponsored sounding rocket experiment. In this context, we developed an experiment prototype that was tested in CNES and ESA parabolic flight experiments, that provide microgravity conditions allowing for the suppression of sedimentation. It focuses on characterizing the dynamic evolution of RBC aggregation under slow flow conditions through a combination of viscosity measurements and optical characterisation. Investigations conducted at moderate shear rates provide critical insights into the kinetics of RBC aggregation and disaggregation and their implications on overall blood rheology, as well as crucial information for the design and development of the future sounding rocket experiments.This work explores RBC mechanics and aggregation dynamics through the use of innovative microfluidic platforms and advanced analytical techniques. The findings contribute to a deeper understanding of blood rheology under both physiological and pathological conditions, while providing a basis for potential translational approaches in clinical diagnostics and patient care. These insights highlight the interplay between cellular mechanics, aggregation, flow, and physico-chemicalfactors offering valuable directions for future studies in blood flow and microcirculation
Etude des mécanismes de densification de la silice sous irradiations
No full textLe verre de silice est essentiel dans les dispositifs optiques et photoniques modernes grâce à son exceptionnelle transparence, sa résistance mécanique et sa faible expansion thermique. Récemment, de nouvelles applications telles que la détection de température de haute précision et le stockage optique de données en conditions extrêmes (par exemple, température élevée, radiation) ont émergé, s'appuyant sur le traitement par laser femtoseconde (fs) pour induire des modifications structurelles spécifiques (types I, II, III et X). Cependant, ces modifications, qui subissent une densification, restent mal comprises. De plus, la possibilité de polyamorphisme dans la silice complique davantage notre compréhension de ces modifications induites par irradiation. L'irradiation électronique ajoute un autre niveau de complexité, puisqu'elle peut densifier ou relaxer le verre de silice et produire une phase métamicte mal caractérisée. En étudiant les changements structurels, les niveaux de densité et les mécanismes de densification à l'échelle nanométrique, ce travail vise à fournir des informations qui combleront non seulement les lacunes dans notre compréhension fondamentale du verre de silice, mais ouvriront également la voie à une fiabilité et une efficacité accrues des technologies à base de silice. Les résultats devraient avoir des implications importantes, notamment pour les dispositifs fonctionnant dans des environnements difficiles, favorisant ainsi des avancées dans les applications photoniques et les capteurs optiques.Dans cette thèse, pour la première fois, la résolution nanométrique des changements de densité induits par irradiation laser fs a été démontrée. Les modifications de type I (changements isotropes d'indice, formation de guides d'ondes) ont présenté une densification de 3 à 4 %, induite par les défauts et la trempe thermique. Les modifications de type II (changements anisotropes d'indice, formation de nanoréseaux) ont montré une densification de 8 à 13 % due aux températures et pressions élevées (10 à 15 GPa). Les modifications de type III (formation de micro- ou nanovides) ont révélé une densification d'environ 6 % dans les couches environnantes, reflétant une densification due aux pressions induites par choc. En outre, il a été constaté que les modifications de type II diminuent dans les échantillons densifiés, suggérant que le volume libre est essentiel pour initier les nanoréseaux. Le volume libre intrinsèquement plus élevé de la silice explique la formation plus aisée de structures en nanoréseaux comparativement à d'autres verres.Par ailleurs, une irradiation électronique à haute dose (5 GGy) relaxe les nanoréseaux de type II densifiés, réduisant la densité locale et la biréfringence de la structure des couches tout en préservant la morphologie. Ceci indique de possibles changements de propriétés optiques pour des applications dans des environnements à forte irradiation, tels que les réacteurs nucléaires ou les tokamaks.En étudiant les effets de l'irradiation électronique, la stabilité structurelle et thermique de la silice de type métamicte, préparée par différentes voies thermomécaniques et exposée à une irradiation électronique de 11 GGy, a été évaluée. Malgré des densités et des structures vibrationnelles identiques, l'histoire thermomécanique initiale de préparation détermine la stabilité thermique des échantillons, indiquant des différences dans les structures internes. L'irradiation électronique modifie la stabilité thermique en rompant des liaisons et en dépolymérisant le verre, modifiant ainsi la proportion des phases amorphes de haute et basse densité dans le verre de silice densifié par des conditions de haute pression et de haute température. De plus, des températures élevées durant l'irradiation électronique influencent la dynamique de formation des défauts, affectant davantage la stabilité.Silica glass is essential in modern optical and photonics devices due to its exceptional transparency, mechanical strength, and low thermal expansion. Recently, new applications such as high- precision temperature sensing and optical data storage under extreme conditions (e.g., high temperature, radiation) have emerged, relying on femtosecond (fs) laser processing to induce specific structural modifications (Types I, II, III, and X). However, these modifications, which undergo densification, remain incompletely understood. Moreover, the possibility of polyamorphism in silica further complicates our understanding of these irradiation-induced modifications. Electron irradiation adds another level of complication, as it can densify or relax silica glass and produce a not- well-characterized metamict-like phase. By investigating the structural changes, density levels, and densification mechanisms at the nanoscale, this work aims to provide insights that will not only fill gaps in our fundamental understanding of silica glass but also pave the way for improved reliability and efficiency in silica-based technologies. The outcomes are expected to have far-reaching implications, particularly for devices operating in harsh environments, thereby driving forward advancements in photonics and optical sensor applications. In this thesis, for the first time, density changes induced by fs laser irradiation at the nanoscale were demonstrated and measured. Type I modifications (isotropic index changes, waveguide formation) exhibited a densification of 3–4%, induced by defects and thermal quenching. Type III modifications (micro- or nanovoid formation) revealed ~6% densification in surrounding shells, reflecting densification from shock-induced pressures. Furthermore, it was found that Type II modifications decrease in densified samples, suggesting free volume is critical for seeding nanogratings. Silica's higher intrinsic free volume explains more easily formed nanograting structures compared to other glasses. Meanwhile, high-dose electron irradiation (5 GGy) relaxes densified Type II nanogratings, reducing local density and birefringence of the layers' structure while preserving morphology. This indicates potential optical property shifts for applications in high-irradiation settings, such as nuclear reactors or Tokamaks. By studying the effects of electron irradiation on silica and in particular the metamict phase, the structural and thermal stability of this phase obtained by different thermomechanical pathways. Despite identical densities and vibrational structures, the initial thermomechanical history of preparation determines the thermal stability of the metamict phases, indicating differences in their internal structures. Electron irradiation alters thermal stability by breaking bonds and depolymerizing the glass, shifting the proportion of high-density and low-density amorphous phases in silica glass, densified by high-pressure and high- temperature conditions. Furthermore, elevated irradiation temperatures during electron irradiation modify defect formation dynamics. At lower temperatures (300-450K), radiation-driven changes towards metamict phase happen and defect formation accumulate more readily. When the temperature is greater than or equal to 600 K, it relaxes toward a low-density amorphous phase
The fate and ecological consequences of microplastics in non-perennial streams
No full textLes microplastiques (MP) sont des particules de plastiques ayant une taille comprise entre 5 mm et 1 µm qui suscitent une importante préoccupation due à leur omniprésence sur Terre ainsi qu’aux menaces qu’ils représentent pour les écosystèmes, les organismes et la santé humaine. Les cours d’eau ne sont pas épargnés par cette pollution, mais ils ont longtemps été considérés comme de simples « tuyaux » transportant les MP vers les puits de stockages finaux que sont les écosystèmes marins. Cependant, depuis le milieu des années 2010, le nombre d’études se focalisant sur les effets de la pollution MP sur les cours d’eau à augmenter de manière exponentielle. Ces études ont démontré que les MP peuvent s’accumuler dans ces écosystèmes et affecter les communautés d’organismes inféodés. Malgré ces découvertes il reste encore de nombreuses lacunes à explorer au sein de ce domaine de recherche. Parmi ces lacunes, figure notamment le manque de considération de la pollution MP au sein des cours d’eau intermittent, ces cours d’eau qui arrêtent de s’écouler ou s’assèchent de manière ponctuelle dans l’espace et/ou le temps. En effet, les effets de ces alternances de phases aquatiques et terrestres sur le transport, la fragmentation et l’accumulation de MP au sein des cours d’eau restent encore méconnus, bien que la majorité des cours d’eau sur Terre subissent des assèchements naturels réguliers. De plus, les effets de la pollution MP sur les communautés et le fonctionnement de ces écosystèmes particuliers restent également inexplorés. Ainsi, cette thèse a pour objectif principal d’explorer ce manque de connaissances au travers de trois grands objectifs principaux : 1. Apporter des connaissances quant au devenir des déchets plastiques présents dans les cours d’eau soumis à une alternance de phases aquatique et terrestre. 2. Améliorer les connaissances quant aux effets écotoxicologiques des MP secondaires sur le rôle fonctionnel d’organismes jouant un rôle clé dans le fonctionnement écologique des cours d’eau. 3. Offrir des pistes exploratoires quant aux effets résiduels des alternances de phases aquatiques et terrestres sur les caractéristiques des microplastiques présents dans la matrice sédimentaire des cours d’eau. Afin de répondre au 1er objectif, une étude a été menée en laboratoire et visait à évaluer les effets de différentes durées d’assèchement couplées à une irradiation UV continue sur la fragmentation de film plastique alimentaire en PVC induite par une abrasion mécanique artificielle. La fragmentation du plastique a été mesurée au travers de l’abondance, de la taille des MP formés ainsi que de la perte de masse de l’objet plastique initial. En ce qui concerne le 2nd objectif, les effets de la présence de MP de différentes tailles et concentrations ont été étudiés en mésocosme sur Gammarus fossarum, une espèce modèle d’amphipode d’eau douce. Les effets des MP sur le rôle fonctionnel ainsi que sur la santé de ces organismes ont été quantifiés après quatre semaines d’exposition en mésocosme au travers d’approches écophysiologiques (taux d’alimentation, d’assimilation de la ressource alimentaire ainsi que le taux de mortalité) et métaboliques (protéomiques et réserves énergétiques). Finalement, pour le 3eme objectif, des prélèvements de sédiments ont été effectués dans des zones lentiques situées au sein de sections intermittentes et pérennes de cours d’eau situées dans un même bassin-versant. L’abondance, la taille et le type de polymère des MP présent dans la matrice sédimentaire ont été caractérisés par spectroscopie et comparé entre les sites en fonction de leur hydrologie et d’un panel d’autres facteurs environnementaux. Les travaux menés au cours de cette thèse offrent un premier aperçu sur le devenir, le transport et les conséquences écologiques de la présence de MP dans les cours d’eau intermittent ainsi que des pistes de recherche à explorer afin d’améliorer nos connaissances sur la pollution MP au sein des cours d’eau.Microplastics (MPs) are small plastic particles, between 5 mm and 1 µm in size, that are raising global concern due to their ubiquitous presence on Earth and the threats they represent to ecosystems, organisms and human health. Rivers are not spared from this pollution, but for a long time they were only considered as simple “pipes” transporting MPs to the final accumulation sinks that are marine ecosystems. However, since the mid-2010s, there has been an exponential increase in the number of studies focusing on the effects of MP pollution on river ecosystems. These studies have shown that MPs can accumulate in these ecosystems and impact related communities. Despite these findings, there are still many research gaps that need to be explored in this research field. Among these research gaps, figure the lack of consideration given to MP pollution in intermittent rivers, these rivers that cease to flow or dry at certain points in time and/or space. The effects of these alternating aquatic and terrestrial phases on the transport, fragmentation and accumulation of MPs within rivers are still poorly understood, despite the fact that the majority of Earth rivers are prone to natural drying. Furthermore, the impacts of MP pollution on the communities and the ecological functioning of these particular ecosystems also remains unexplored. Thus, the main objective of this thesis was to explore this research gaps through the following three main objectives:1. To provide knowledge about the fate of plastic waste in rivers that are subject to alternating aquatic and terrestrial phases. 2. To improve knowledge of the ecotoxicological effects of secondary MPs on the functional role of organisms that play a key role in the ecological functioning of rivers. 3. To explore the residual effects of alternating aquatic and terrestrial phases on the characteristics of microplastics that accumulated in riverbed sediment. For the 1st objective, a laboratory study was performed to evaluate the effects of different drying duration, coupled with continuous UV irradiation, on the fragmentation of PVC food-grade plastic film induced by artificial mechanical abrasion. The fragmentation of the PVC plastic film was measured through the quantification of the abundance and size of the formed MPs as well as the mass loss of mass of the initial plastic film. Regarding the 2nd objective, the effects of the presence of MPs of different sizes and concentrations were studied in a mesocosm experiment on Gammarus fossarum, a freshwater amphipod model species. The effects of MPs on the functional role and health of these organisms were quantified after four weeks exposure using ecophysiological (feeding rate and assimilation efficiency of the food resource as well as mortality rate) and metabolic (proteomics and energy reserves) approaches. Finally, for the 3rd objective, sediment samples were taken from lentic zones located within intermittent and perennial sections of a river-catchment. The abundance, size and polymer type of the MPs recovered in the streambed sediment were characterized by spectroscopy and compared between sites depending on their hydrology and a range of other environmental factors. The work made during this thesis provides a first insight into the fate, transport and ecological consequences of the presence of MPs in intermittent rivers, it also offers new research avenues to be explored regarding MPs pollution in these ecosystems that will improve our knowledge of the effects of MPs pollution in rivers
Development and characterization of the influence of a thin nitrogen-doped layer on single-crystal diamond Schottky diodes
No full textFace à la demande croissante d'énergie et aux défis climatiques, il est essentiel de développer des composants électroniques de puissance plus efficaces, capables de réduire les pertes énergétiques tout en favorisant l'énergie propre. Le diamant, avec ses propriétés uniques (large bande interdite, faible constante diélectrique, conductivité thermique élevée et tenue aux hautes tensions), surpasse les matériaux classiques comme le silicium. Cette thèse vise à optimiser les diodes Schottky en diamant, essentielles pour la régulation des courants électriques. Pour améliorer leurs performances, une couche intermédiaire dopée à l'azote est introduite entre le métal Schottky et la couche active, afin d'augmenter la hauteur de la barrière et réduire les courants de fuite.La thèse s'articule autour de plusieurs axes : la conception, la simulation, la fabrication et la caractérisation de diodes Schottky en diamant intégrant cette couche dopée. Elle explore également la faisabilité de produire des diodes sur des substrats élaborés par la technologie SmartCut™ qui présentent des perspectives intéressantes pour améliorer la production à grande échelle des composants en diamant.Le chapitre 1 donne un aperçu des matériaux à large et ultra-large bande interdit, notamment le diamant, en comparaison avec d'autres matériaux comme le silicium, le carbure de silicium et l’oxyde de gallium. Il met en évidence les propriétés exceptionnelles du diamant, telles que sa robustesse thermique et électrique, tout en abordant les défis liés à sa synthèse et à son coût. L'analyse des diodes Schottky, PiN et Schottky-pn permet de mieux comprendre leurs avantages et leurs limitations dans les électroniques puissance.Le chapitre 2 se concentre sur la formation des contacts métal/semiconducteur et sur les modèles théoriques expliquant le transport du courant à travers ces interfaces. Il examine l’impact de l'épaisseur et de la concentration d'azote sur la hauteur de la barrière et le champ électrique à l'interface. Les simulations, réalisées avec Nextnano, montrent que l'ajout d'une couche d'azote améliore la barrière Schottky et diminue l’intensité du champ à l’interface pouvant les courants de fuite.Le chapitre 3 décrit le procédé de fabrication des diodes Schottky et SPND, en mettant l'accent sur la croissance des couches de diamant et la métallisation pour les contacts ohmiques et Schottky. Des traitements thermiques et de surface sont réalisés pour optimiser la qualité des interfaces. Plusieurs échantillons ont été développés avec des épaisseurs et des approches différentes pour effectuer des comparaisons sur les performances. Un échantillon unique avec une croissance sélective permet une comparaison directe entre des diodes avec et sans couche d’azote. Un nouveau traitement de surface pour obtenir des terminaisons OH a aussi été étudié. Les mesures électriques montrent que cette couche réduit les courants de fuite de deux ordres de grandeur tout en améliorant la tenue en tension. Toutefois, des ajustements sont nécessaires pour optimiser les performances du dispositif.Le chapitre 4 explore l'utilisation de substrats de diamant transférés par la technologie SmartCut™ et modifiés par implantation d'hydrogène pour la fabrication de diodes Schottky. Les résultats expérimentaux montrent que les diodes sur diamant transféré présentent une densité de courant inférieure à celle attendue et une résistance série élevée, principalement en raison du dopage limité. Les substrats modifiés par implantation d'hydrogène montrent des performances globales similaires entre les zones exfoliées et non exfoliées, bien que des courants de fuite légèrement accrus soient observés dans les zones exfoliées.In response to the growing energy demands and climate challenges, it is essential to develop more efficient power electronic components that minimize energy losses while promoting clean energy. Diamond, with its unique properties (wide bandgap, low dielectric constant, high thermal conductivity, and ability to withstand high voltages), surpasses traditional materials such as silicon. This work focuses on the optimizing of diamond-based Schottky diodes, which are critical for the regulating of electrical currents. To improve their performance, a nitrogen-doped intermediate layer is introduced between the Schottky metal and the active layer to increase the Schottky barrier height and reduce leakage currents.The thesis is structured around several aspects: the design, simulation, fabrication, and characterization of diamond Schottky diodes incorporating this doped layer. It also explores the feasibility of fabricating diodes on substrates developed using SmartCut™ technology, which offers promising prospects for large-scale production of diamond-based devices.Chapter 1 provides an overview of wide and ultra-wide bandgap materials, including diamond, in comparison to other materials such as silicon, silicon carbide, and gallium oxide. It highlights the exceptional thermal and electrical properties of diamond, while addressing challenges such as synthesis and cost. The analysis of Schottky, PiN, and Schottky-pn diodes helps to understand their advantages and limitations in power electronics.Chapter 2 focuses on the formation of metal/semiconductor contacts and the theoretical models that explain current transport across these interfaces. It examines the effect of nitrogen layer thickness and concentration on the barrier height and electric field at the interface. Simulations using Nextnano demonstrate that the addition of a nitrogen layer improves the Schottky barrier and reduces the electric field strength at the interface, thereby mitigating leakage currents.Chapter 3 describes the fabrication process of Schottky and SPND diodes, focusing on diamond layer growth and metallization for ohmic and Schottky contacts. Surface and thermal treatments are performed to optimize interface quality. Several samples with different thicknesses and approaches have been developed for performance comparison. A unique sample with selective growth allows direct comparison between diodes with and without a nitrogen layer. A new surface treatment to achieve OH terminations was also investigated. Electrical measurements show that the nitrogen layer reduces the leakage currents by two orders of magnitude while enhancing breakdown voltage. However, further adjustments are required to optimize device performance.Chapter 4 explores the use of diamond substrates transferred using SmartCut™ technology and modified by hydrogen implantation for Schottky diode fabrication. Experimental results indicate that diodes on transferred diamond substrates exhibit lower than expected current density and high series resistance, mainly due to limited doping. Substrates modified by hydrogen implantation show comparable overall performance between exfoliated and non-exfoliated regions, although slightly higher leakage currents are observed in the exfoliated regions.These exploratory works demonstrate the feasibility of fabricating diamond Schottky diodes using novel processes and terminations, paving the way for large-scale production of high-performance diamond power devices