Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés
Serveur des thèses en ligne de l'INSA de ToulouseNot a member yet
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Reconnaissance de tâches par commande inverse
Get PDFDes méthodes efficaces s'appuyant sur des outils statistiques pour réaliser de la reconnaissance de mouvement ont été développé. Ces méthodes reposent sur\ud
l'apprentissage de primitives situé dans des espaces approprié, par exemple l'espace latent de l'espace articulaire et/ou d'espace de tâches adéquat. Les\ud
primitives apprises sont souvent séquentielle: un mouvement est segmenté selon l'axe des temps. Dans le cas d'un robot humanoïde, le mouvement peut être décomposé en plusieurs sous-tâches simultanées. Par exemple dans un scénario de\ud
serveur, le robot doit placer une assiette sur la table avec une main tout en maintenant son plateau horizontal avec son autre main. La reconnaissance ne peut donc pas se limiter à une seule et unique tâche par segment de temps\ud
consécutif. La méthode présenté dans ces travaux utilise la connaissance des tâches que le robot est capable d'accomplir, ainsi que des contrôleurs qui génèreront les mouvements pour réaliser une rétro ingénierie sur un mouvement observé. Cette analyse est destinée à reconnaître des tâches qui ont été exécuté de manière simultanées. La méthode repose sur la fonction de tâche et les\ud
projections dans l'espace nul des tâches afin de découpler les contrôleurs.\ud
L'approche a été appliqué avec succès sur un vrai robot pour distinguer des mouvements visuellement très proches, mais sémantiquement différents.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Efficient methods to perform motion recognition have been developed using statistical tools. Those methods rely on primitives learning in a suitable\ud
space, for example the latent space of the joint angle and/or adequate task spaces. The learned primitives are often sequential : a motion is segmented according to the time axis. When working with a humanoid robot, a motion can be decomposed into simultaneous sub-tasks. For example in a waiter scenario, the robot has to keep some plates horizontal with one of his arms, while placing a plate on the table with its free hand. Recognition can thus not be limited to one task per consecutive segment of time. The method presented in this work takes advantage of the knowledge of what tasks the robot is able to do and how\ud
the motion is generated from this set of known controllers to perform a reverse engineering of an observed motion. This analysis is intended to recognize simultaneous tasks that have been used to generate a motion. The method relies\ud
on the task-function formalism and the projection operation into the null space of a task to decouple the controllers. The approach is successfully applied on a real robot to disambiguate motion in different scenarios where two motions\ud
look similar but have different purposes
Influence de la nature minéralogique des granulats sur le\ud comportement mécanique différé des bétons
Get PDFL’estimation des déformations différées, en particulier dans le cas des Béton à Hautes Performances (BHP) destinés aux ouvrages d’art, est primordiale pour prédire les flèches, les redistributions des contraintes dans les structures hyperstatiques et les pertes de précontrainte dans des éléments en béton précontraint. L’expérience montre néanmoins une dispersion certaine des valeurs de déformations instantanées et différées mesurées et des écarts non négligeables avec les valeurs calculées selon les règlements de dimensionnement.\ud
L’objectif de ce travail de thèse est de s’intéresser à un paramètre non pris en compte dans les règlements qui pourrait être à l’origine des imprécisions de leurs prédictions : le gravillon. Le programme expérimental s’articulera autour d’une étude comparative des comportements mécaniques instantanés et différés sans charge, retrait, et sous charge, fluage, de six BHP de même formulation de base (rapport E/L, volume de pâte), se différenciant principalement par le type de gravillon. A partir de cette base de données complétée par des analyses mécaniques et physico-chimiques sur les granulats, des paramètres influents liés au type de gravillon incorporé ont été détectés. Des comparaisons avec les estimations des modèles actuels tels que l'Eurocode 2 ont également été réalisées et ont montré des différences notables avec les valeurs expérimentales.\ud
Des analyses microstructurales ont été menées afin d'identifier l'état de la microstructure et du réseau poreux des matériaux, plus particulièrement à l'interface pâte-granulat (Interfacial Transition Zone ITZ). L'étude de l’ensemble des résultats a permis d’établir des corrélations entre le comportement mécanique et les analyses microstructurales. Une synthèse des données récoltées durant ce travail de recherche montre que le gravillon a une influence non négligeable sur les comportements mécaniques instantané et différé à travers différents paramètres de degré d'influence variable.---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------The prediction of the time-dependent deformations, particularly in the case of high performance concrete (HPC) envisioned for bridges is essential for predicting the deflections, the stress distribution in statically indeterminate structures and the loss of pre-stressing force in elements of pre-stressed concrete. However, the experience shows a certain dispersion of values of instantaneous and delayed deformations measured and some significant differences with the values calculated using the building codes.\ud
The objective of the present thesis work focuses on the coarse aggregate parameter which is not taken into account in building codes, which could causes the inaccuracies of their predictions. The experimental program includes a comparative study of the mechanical behaviours (instantaneous and delayed), shrinkage, creep, of six HPC with the same basic formulation (water cement ratio, volume of paste), differing principally in the type of coarse aggregate. From this database and thanks to the mechanical and physicochemical analyses of the aggregates, some influent parameters related to the type of the coarse aggregate were detected. The comparisons with estimations of standard models such as Eurocode 2 were also performed and showed significant differences with the experimental values.\ud
Micro-structural analyses were carried out in order to identify the state of the microstructure and the porosity of materials, more particularly at the interface between the cement paste and the coarse aggregate (Interfacial Transition Zones ITZ). The study of the results made it possible to establish correlations between the mechanical behaviour and the micro-structural analyses. A synthesis of the data collected during this research work shows that the coarse aggregate has a considerable influence on the mechanical behaviours (instantaneous and delayed) through various parameters from variable degree of influence.\ud
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Détection non-supervisée d'anomalies du trafic réseau
No full textLa détection d'anomalies est une tâche critique de l'administration des réseaux. L'apparition continue de nouvelles anomalies et la nature changeante du trafic réseau compliquent de fait la détection d'anomalies. Les méthodes existantes de détection d'anomalies s'appuient sur une connaissance préalable du trafic : soit via des signatures créées à partir d'anomalies connues, soit via un profil de normalité. Ces deux approches sont limitées : la première ne peut détecter les nouvelles anomalies et la seconde requiert une constante mise à jour de son profil de normalité. Ces deux aspects limitent de façon importante l'efficacité des méthodes de détection existantes.\ud
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Nous présentons une approche non-supervisée qui permet de détecter et caractériser les anomalies réseaux de façon autonome. Notre approche utilise des techniques de partitionnement afin d'identifier les flux anormaux. Nous proposons également plusieurs techniques qui permettent de traiter les anomalies extraites pour faciliter la tâche des opérateurs. Nous évaluons les performances de notre système sur des traces de trafic réel issues de la base de trace MAWI. Les résultats obtenus mettent en évidence la possibilité de mettre en place des systèmes de détection d'anomalies autonomes et fonctionnant sans connaissance préalable.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Anomaly detection has become a vital component of any network in today’s Internet. Ranging from non-malicious unexpected events such as flash-crowds and failures, to network attacks such as denials-of-service and network scans, network traffic anomalies can have serious detrimental effects on the performance and integrity of the network. The continuous arising of new anomalies and attacks create a continuous challenge to cope with events that put the network integrity at risk. Moreover, the inner polymorphic nature of traffic caused, among other things, by a highly changing protocol landscape, complicates anomaly detection system's task. In fact, most network anomaly detection systems proposed so far employ knowledge-dependent techniques, using either misuse detection signature-based detection methods or anomaly detection relying on supervised-learning techniques. However, both approaches present major limitations: the former fails to detect and characterize unknown anomalies (letting the network unprotected for long periods) and the latter requires training over labeled normal traffic, which is a difficult and expensive stage that need to be updated on a regular basis to follow network traffic evolution. Such limitations impose a serious bottleneck to the previously presented problem.\ud
We introduce an unsupervised approach to detect and characterize network anomalies, without relying on signatures, statistical training, or labeled traffic, which represents a significant step towards the autonomy of networks. Unsupervised detection is accomplished by means of robust data-clustering techniques, combining Sub-Space clustering with Evidence Accumulation or Inter-Clustering Results Association, to blindly identify anomalies in traffic flows. Correlating the results of several unsupervised detections is also performed to improve detection robustness. The correlation results are further used along other anomaly characteristics to build an anomaly hierarchy in terms of dangerousness. Characterization is then achieved by building efficient filtering rules to describe a detected anomaly. The detection and characterization performances and sensitivities to parameters are evaluated over a substantial subset of the MAWI repository which contains real network traffic traces.\ud
Our work shows that unsupervised learning techniques allow anomaly detection systems to isolate anomalous traffic without any previous knowledge. We think that this contribution constitutes a great step towards autonomous network anomaly detection.\ud
This PhD thesis has been funded through the ECODE project by the European Commission under the Framework Programme 7. The goal of this project is to develop, implement, and validate experimentally a cognitive routing system that meet the challenges experienced by the Internet in terms of manageability and security, availability and accountability, as well as routing system scalability and quality. The concerned use case inside the ECODE project is network anomaly detection.\ud
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Identification et commande pour l'atténuation des vibrations du robot parallèle Par2
Get PDFLe robot parallèle Par2, conçu pour des opérations industrielles de prise et dépôt à haute vitesse et haute précision, subit des vibrations importantes à la fin d'un déplacement. Pour minimiser ces vibrations, l'utilisation d'éléments piézo-électriques autour des bras du robot est proposée. L'identification en boucle ouverte des modes flexibles du robot, à 2,5kg de charge sur la nacelle et à la position d'arrêt, est faite en utilisant une technique basée sur les sous-espaces. Deux modèles sont identifiés, un pour la synthèse des contrôleurs et un autre pour leur validation en simulation. Des contrôleurs stabilisant la boucle fermée sont obtenus et comparés pour deux stratégies de commande: H∞ à sensibilité mixte et H∞ Loop Shaping. La robustesse des contrôleurs est ensuite testée pour différentes trajectoires et conditions de charge. Une stratégie anti-windup est mise en place pour corriger l'action d'un contrôleur lorsqu'il ne s'avère pas robuste pour certaines situations limites. Des résultats en simulations et expérimentaux permettent de comparer l'efficacité des contrôleurs.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------The parallel robot Par2, conceived for high-speed and high-accuracy industrial pick-and-place operations, is subject to severe vibrations at the end of a trajectory. In order to minimize these vibrations, the use of piezoelectric patches wrapped around the robot arms is proposed. The open loop identification of the flexible modes of the robot, charged with 2,5kg and at the stop position, is performed by means of a subspace-based technique. Two models are identified, one for the controller synthesis and another one for validation in simulation. Some stabilizing controllers are obtained and compared for two control strategies: mixed H∞ sensitivity and H∞ Loop Shaping. The robustness of the controllers is tested for different trajectory and charge conditions. An anti-windup strategy is employed to correct the action of a controller when it shows no robustness to some limit situations. Some simulation and experimental results allow comparing the effectiveness of the controllers
Etude de la structure des fructanes d'Agave tequilana et de nouvelles fructanases d'origine microbienne
Get PDFLe Mexique se caractérise par la présence sur son territoire de nombreuses espèces d’agave qui peuvent être cultivées ou non. En particulier l’Agave tequilana Weber var. azul a une grande importance économique, car elle constitue la principale matière première pour l’élaboration de la tequila. Les agaves durant leur développement, qui dure plusieurs années, accumulent des réserves de sucres constitués par des fructanes. \ud
Actuellement, l’optimisation de l’hydrolyse des fructanes d’agave est surtout importante pour l’industrie de la tequila. Elle permettra d’améliorer les rendements d’extraction des sucres. La méthode classique d’hydrolyse des fructanes est constituée principalement d’un procédé de cuisson des agaves crus. L’utilisation d’enzymes spécifiques pour réaliser ce même procédé d’hydrolyse suscite un récent intérêt industriel, parce qu’il permettrait une réduction de la consommation d’énergie. Les fructanes d’agave présentent des structures complexes, les résidus de fructose sont reliés par des liaisons osidiques de type β (2→1) et β (2→6), et la structure est fortement branchée. Il est nécessaire de comprendre les changements de structure des fructanes en fonction de l’étape de croissance des plantes, pour connaître la variabilité naturelle du substrat utilisé pour l’hydrolyse. D’autre part, il est important de découvrir de nouvelles enzymes susceptibles d’hydrolyser de manière spécifique les fructanes d’agave, et les caractériser biochimiquement, pour arriver à une meilleure connaissance de l’intéraction enzyme-substrat qui permettra le développement de nouvelles applications industrielles possibles pour les fructanes d’Agave tequilana. \ud
Dans ce travail, la première partie est consacrée à la détermination de la composition en sucres solubles et à la caractérisation de la structure des fructanes d’Agave tequilana présents dans des plantes d’âges différents. Puis, dans la deuxième partie, la purification et la caractérisation biochimique d’une fructanase isolée d’une souche de levure Kluyveromyces marxianus obtenue à partir du procédé de fermentation du mezcal (boisson d’agave distillée) a été étudiée. L’activité de cette enzyme a été comparée à un cocktail enzymatique commercial le fructozyme®. Finalement, dans une troisième partie, des levures isolées de la fermentation de différents types de mezcal ont été criblées et ont permis la sélection de souches capables de dégrader spécifiquement les fructanes d’Agave.----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Mexico has a high diversity of Agave plants, which could be cultivated or not. The most economically important is Agave tequilana Weber var. azul, because it is the raw material for the tequila elaboration process. As agaves grow, they accumulate reserve sugars as fructans. \ud
Actually, optimizing the A. tequilana fructans hydrolysis, in order to increase the sugar yield, is important to the tequila industry. Traditionally, agaves are cooked to hydrolyze the fructans. However, using enzymes for hydrolysis may reduce energy consumption and increase sugar yields.The fructans of A. tequilana have a complex structure, composed of fructose chains with β (2→1) and β (2→6) linkages with branching points. It is important to understand how the structure of these molecules changes as a function of plant growth, in order to know the natural variability of the substrate that must be hydrolysed. It is also necessary to find new enzymes for the efficient hydrolysis of A. tequilana fructans, and to characterize them biochemically for a better understanding of the enzyme-substrate interaction.\ud
The present work has three parts that focuses separately on each of these needs: First, characterizing the water soluble carbohydrates and the structure of the A. tequilana fructans as a function of the plant’s growth (age). Second, purifying and biochemically characterizing a fructanase from Kluyveromyces marxianus yeast isolated from the fermentation of mezcal, and comparing it to a commercial cocktail (Fructozyme®). Third, a screening of enzymes from yeasts used to ferment mezcal, in order to determine their ability to hydrolyze A. tequilana fructans. \ud
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Modélisation et Analyse du Comportement Dynamique Non-linéaire des Rotors
Get PDFL'objectif de ce travail de thèse est d'étudier analytiquement et numériquement le comportement\ud
dynamique non-linéaire des rotors, en prenant en compte des effets significatifs comme les grandes\ud
déformations en flexion, les non-linéarités géométriques et le cisaillement. Le manuscrit est divisé\ud
en trois parties principales. Dans la première partie, le principe de Hamilton est utilisé pour formuler\ud
les équations du mouvement qui prennent en compte un ensemble d’effets non-linéaires comme des\ud
déformations d'ordre supérieur en flexion et le cisaillement. De plus, si les supports du rotor ne\ud
permettent pas à l'arbre de se déplacer dans la direction axiale, il y a alors une force dynamique\ud
harmonique agissant axialement sur le rotor en fonctionnement. Ces modèles se composent\ud
d’équations différentielles non-linéaires du deuxième et du quatrième ordre.\ud
Les deux parties suivantes sont consacrées à la résolution des différents modèles non-linéaires\ud
développés dans la première partie. Des méthodes analytiques et numériques sont appliquées afin de\ud
traiter les équations non-linéaires du mouvement. Une méthode basée sur des développements\ud
asymptotiques, la méthode des échelles multiples (MEM) est utilisée. Les courbes de réponse sont\ud
tracées pour différentes résonances possibles et l'effet de la non-linéarité est discuté par rapport à\ud
l'analyse linéaire. La réponse forcée du système provoquée par un balourd est également présentée\ud
pour plusieurs configurations du rotor. Lorsque les déformations de cisaillement sont prises en\ud
compte, l'analyse est effectuée pour différents élancements afin de mettre en évidence cet effet sur la\ud
dynamique d’un système arbre-disque.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------The objective of the present work is to investigate the nonlinear dynamic behavior of the rotor\ud
systems analytically and numerically, taking into account the significant effects, for example, higher\ud
order large deformations in bending, geometric nonlinearity and shear effects.This thesis is divided\ud
into two major parts. In the first part, Hamilton’s principle is used to derive the equations of motion\ud
which take into account various effects, for example, nonlinearity due to higher order large\ud
deformations in bending and shear effects. In addition, if the supports of the rotor do not allow the\ud
shaft to move in the axial direction, then there will be a dynamical force acting axially on the rotor\ud
as it operates. The mathematical models are composed of coupled nonlinear differential equations of\ud
the 2nd and the 4th order.\ud
In the second part, the resolution of various nonlinear models developed in the first part is\ud
addressed. Analytical and numerical methods are applied for treating the nonlinear equations of\ud
motion. A method based on asymptotic developments, the method of multiple scales (MMS) is used.\ud
The response curves are plotted for different possible resonance conditions and the effect of\ud
nonlinearity is discussed with respect to the linear analysis. The forced response of the system due to\ud
a mass unbalance is also presented for various configurations of the rotor. When shear deformations\ud
are taken into account, the analysis is performed for various slenderness ratios to highlight shear\ud
effects on the dynamics of the shaft-disk rotor systems
Identification et caractérisation des déterminants physico-chimiques et biologiques mis en jeu dans l’adhésion de Lactococcus lactis à la mucine modèle PGM
Get PDFDans le tractus gastro-intestinal, l'adhésion des bactéries commensales à l’épithélium permet leur maintien, ce qui aide à contrôler l’implantation de germes indésirables par des mécanismes de concurrence (effets nutritionnels, sites spécifiques d'adhésion ...). Bien que le rôle de la couche du mucus (principalement composée de glycoprotéines à haut poids moléculaire, appelées mucines) recouvrant la muqueuse soit connu et décrit depuis de nombreuses années, notamment pour sa fonction de barrière protectrice, l'intérêt pour décrypter les mécanismes précis d’interaction(s) avec le microbiote (bactéries commensales, pathogènes ou probiotiques) n’a que récemment émergé. Dans ce cadre, l'objectif de cette thèse, menée en collaboration entre le Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés de Toulouse et le Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes de Toulouse, est de caractériser in vitro le comportement muco-adhésif de Lactococcus lactis, le modèle des bactéries lactiques, en utilisant des approches de quantification multi-échelles (du niveau moléculaire à l’échelle multicellulaire) sur un large panel de souches naturelles et recombinantes. Une attention particulière est accordée au rôle des mucines, en utilisant le modèle PGM (mucine gastrique de porc ou « Pig Gastric Mucin »).\ud
La première partie du travail a porté sur la quantification à l'échelle de la cellule unique des interactions entre L. lactis et une surface abiotique (polystyrène) recouverte de PGM, en utilisant la microscopie à force atomique (AFM). La faisabilité de la méthode a tout d'abord été démontrée sur la souche modèle L. lactis ssp. cremoris MG1820. La couche de PGM a été caractérisée en utilisant des méthodes analytiques complémentaires (AFM, XPS - spectroscopie de photoélectrons induits par rayons X, QCM-D - Microbalance à Quartz à mesure de Dissipation...). En parallèle, les bactéries L. lactis ont été immobilisées sur la pointe AFM et utilisées comme « sonde de force », en considérant la souche naturelle IBB477 (L. lactis ssp. cremoris), d’origine laitière et présentant une forte persistance dans le tractus digestif du rat lors d’essais réalisés in vivo (collaboration avec l’Institut de Biochimie et de Biophysique de Varsovie, Pologne). Comparé aux conditions contrôle (i.e., surface de polystyrène sans PGM), les niveaux de force d'adhésion enregistrés entre L. lactis et PGM sont inférieurs, ceci en raison des répulsions électrostatiques, hydrophiles et stériques s’établissant entre la couche de PGM et la paroi cellulaire. La forme des courbes représentant l’évolution de la force au retrait en fonction de la distance est également différente. Une analyse détaillée souligne la contribution, conjointe et différente selon les souches testées, d’événements (i) non adhésifs, (ii) adhésifs non spécifiques (interactions électrostatiques, hydrophobes, de van der Waals) et (iii) adhésifs spécifiques (liaison de type ligand/récepteur). La contribution spécifique a ensuite été explorée plus finement en termes de constantes cinétiques d’association et de dissociation. \ud
Nous avons, par ailleurs, poursuivi notre exploitation de la biodiversité naturelle chez les lactocoques en étudiant la souche TIL448 (L. lactis ssp. lactis) d’origine végétale, en collaboration avec l’Institut MICALIS de Jouy-en-Josas. Nous avons ainsi démontré, pour la première fois chez L. lactis, le rôle combiné des protéines à domaine(s) MUB (« Mucus-Binding ») et des pili, à travers l'analyse approfondie des données AFM (force d'adhésion, répartition des événements adhésifs spécifiques/non spécifiques, distances d'interaction...). Le rôle des pili a été confirmé sur des souches recombinantes piliées (L. lactis ssp. lactis IL1403), toujours en partenariat avec l’Institut MICALIS de Jouy-en-Josas. En parallèle, en collaboration avec l’Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle de Villeneuve d'Ascq, nous avons cherché à identifier les O-glycannes de PGM (fractions neutre et acide), impliqués dans le processus d'interaction avec la surface bactérienne. \ud
Pour confirmer l’ensemble des résultats obtenus à l'échelle de la cellule unique et en mode statique par AFM (effet anti-adhésif de PGM, comportement muco-adhésif différent selon les souches de L. lactis), la deuxième partie du travail a été consacrée à des expérimentations à l’échelle de l’ensemble de la population bactérienne, en conditions dynamiques (QCM-D, chambre à écoulement cisaillé). Nous avons évalué par QCM-D chez les souches IBB477 et MG1820 les propriétés viscoélastiques des dépôts bactériens, en relation avec le comportement bio-adhésif vis-à-vis de la couche de PGM. Les données obtenues par AFM et chambre à écoulement cisaillé sur ces mêmes souches ont été confrontées pour accéder plus finement au mode d’interaction avec PGM (densité de liaisons sur la surface bactérienne). Enfin, nous avons évalué chez IL1403 l’effet des pili sur la dynamique de détachement et d’orientation sous cisaillement contrôlé.\ud
En conclusion, la combinaison des échelles d'observation et d’analyse, aussi bien au niveau de la cellule unique qu’à celui de l’ensemble de la population bactérienne, nous permet désormais de disposer de nouvelles connaissances sur les mécanismes diversifiés d'interaction entre L. lactis et PGM, visant à une meilleure compréhension des fonctionnalités de cette bactérie au niveau du tractus gastro-intestinal.---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------In the gastrointestinal tract, adhesion of commensal bacteria to epithelial cells allows their retention, which helps to control the implementation of unwanted germs through mechanisms of competition (nutritional effects, specific sites of adhesion ...). Indeed, bacterial adhesion to the intestinal epithelium seems to be important for the balance of intestinal microbiota. Although the role of the mucus layer lining the mucosa, which is mainly composed of large glycoproteins termed mucins, is known and described for many years, particularly for its protective barrier function, the interest for unraveling precise mechanisms of interaction with bacteria (commensal, pathogens or probiotics) has just recently emerged. In this framework, the aim of the PhD thesis was to characterize in vitro muco-adhesive behavior of Lactococcus lactis, the model of Lactic Acid Bacteria, using multi-scale approaches (from molecular to multicellular levels) on a large set of natural and recombinant strains. A particular attention was paid to the role of mucins, using the PGM model (Pig Gastric Mucin).\ud
The first part of the work was focused on the quantification at nanoscale of interactions between L. lactis and adsorbed PGM, using AFM. The feasibility of the method was first demonstrated on the reference strain MG1820. PGM coating was characterized using a complementary set of analytical methods (AFM, XPS, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring…). In parallel, L. lactis cells were immobilized onto the AFM tip and used as a living force probe, considering the natural strain IBB477 (L. lactis subsp. cremoris), isolated from Polish artisanal dairy products and previously shown to display in vivo retention in the rat gut (collaboration with the Institute of Biochemistry and Biophysics of Warsaw, Poland). Compared to control conditions (i.e., no PGM coating), adhesion force levels recorded for PGM were lower, due to the interplay of electrostatic, hydrophilic and steric repulsions. The shape of retraction force-distance curves for L. lactis/PGM interactions was also different. The detailed analysis of curve shape highlighted the contribution of non-adhesive, non-specific (electrostatic, hydrophobic, van der Waals interactions) and specific adhesive events (ligand/receptor bonding), depending on the strain under study. Specific forces were analyzed in terms of dissociation/association kinetic constants.\ud
We then explored the natural biodiversity among lactococci by studying the natural strain of L. lactis (subsp. lactis) TIL448 from plant origin, in collaboration with MICALIS (Jouy-en-Josas). We demonstrated, for the first time for L. lactis, the combined role played by “MUB-like” domain-containing protein and pili, through the thorough analysis of AFM data (adhesion force, repartition of specific/non-specific adhesive events and distances of interaction…). The role of pili was also confirmed with recombinant piliated strains (L. lactis subsp. lactis IL1403), in partnership with MICALIS (Jouy-en-Josas). In parallel, in collaboration with the “Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle de Villeneuve d'Ascq”, a first attempt was done to identify the O-glycans of PGM (neutral and acid fractions), involved in interactions with the bacterial surface.\ud
To confirm these results achieved at single-cell scale and under static mode by AFM (anti-adhesive of PGM, different muco-adhesive properties among several strains of L. lactis), the second part of the work was devoted to experiments at multicellular scale under dynamic conditions (quartz crystal microbalance with dissipation monitoring – QCM-D, shear stress flow chamber). We evaluated by QCM-D, for MG1820 and IBB477 strains, the viscoelastic properties of the cell layers, in relation with the bio-adhesive behavior towards PGM. The data obtained by AFM and shear stress flow chamber were combined to access more precisely to the interaction mode with PGM (density of bonds over the cell surface). Finally, using the recombinant piliated strain (IL1403), we focused on the effect of pili on detachment and re-orientation dynamics under shear flow.\ud
As a conclusion, the combination of complementary scales of observation and analysis, including single-cell and multicellular targeted experiments, let us now to get new insights into the interplay of interaction mechanisms between L. lactis and mucins, aiming at a better understanding of the behavior of this bacteria within the gastrointestinal tract.\ud
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Analyse et modélisation du traitement de l’azote dans un procédé de granulation aérobie Hybride
Get PDFDans ce travail, le traitement des nutriments et plus particulièrement celui de l’azote en procédé de granulation aérobie a été étudié. \ud
L’approche expérimentale a dans un premier temps eu pour objet de comparer la stabilité des caractéristiques physiques et microbiologiques d’agrégats développés dans deux réacteurs fonctionnant en alternances de phases anaérobie / aérobie ou anoxie / aérobie. L’opération d’un procédé de granulation aérobie en alternance de phases anoxie / aérobie a favorisé la stabilisation des performances de traitement de l’azote et notamment celle de la nitrification. Le développement d’une boue hybride comprenant une fraction de flocs et de granules a été observé. \ud
Dans le but d’évaluer comment le caractère hybride de la boue obtenue en conditions anoxie/aérobie oriente les performances et vitesses de transformation de l’azote, une caractérisation ex-situ des limitations au transfert d’oxygène au sein des flocs, granules et boue hybride a été réalisée par respirométrie. En complément, la localisation des espèces nitrifiantes par la technique d’hybridation fluorescente in situ (FISH) a été réalisée. Les résultats obtenus indiquent que la présence de flocs au sein d’une boue granulaire permet d’augmenter la vitesse de la nitrification, en particulier pour de faibles concentrations en oxygène dissous. D’autre part, il est ici mis en évidence la nécessité de contrôler simultanément le ratio floc/granules et la taille des granules en vue de l’optimisation du traitement de l’azote.\ud
Enfin un outil mathématique permettant de décrire les phénomènes réactionnels ayant lieu au sein d’une biomasse hybride a été développé. Celui-ci a été employé dans le but d’optimiser le fonctionnement du procédé hybride par l’évaluation de l’effet des propriétés physiques de la biomasse, et plus particulièrement de la proportion de granules en présence, pouvant conduire à une élimination efficace de l’azote et à l’augmentation de la robustesse du procédé vis-à-vis de diminutions ponctuelles de l’oxygène dissous.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------In this work, the treatment of nutrients, especially that of nitrogen in aerobic granulation process was studied.\ud
The experimental approach has initially been intended to compare the stability and the physical and microbiological characteristics of aggregates developed in two reactors operating in alternating anaerobic / aerobic or anoxic / aerobic conditions. The presence of a pre-anoxic phase promoted the stabilization of nitrogen removal performances and especially those of nitrification. The development of a hybrid sludge process containing a fraction of flocs and granules was observed.\ud
In order to evaluate and quantify the influence of the simultaneous presence of flocs and granules in the nitrifying activity of the hybrid sludge developed in the alternating anoxic / aerobic conditions, the nitrification rate and oxygen limitation of flocs, granules and hybrid sludge was assessed using respirometric assays at different dissolved oxygen concentrations. The spatial distribution of nitrifying bacteria was investigated using fluorescence in situ hybridization (FISH). Results indicated that the presence of flocs with granules could increase the rate of nitrification to transitory reductions of aeration. On the other hand, the optimization of nitrogen removal requires the simultaneous control of the floc to granule ratio and granule size.\ud
Finally, a mathematical model to describe the reaction phenomena taking place in the hybrid biomass was developed. It was used in order to optimize the operation of the hybrid process through the evaluation of the effect of physical properties of biomass, specifically the ratio of granules and flocs in the reactor that can lead to efficient removal of nitrogen and increase the robustness of the process.\ud
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Contribution à l'étude de la corrosion par carbonatation du béton armé : approche expérimentale et probabiliste
Get PDFLa corrosion de l’acier par carbonatation du béton est un phénomène de dégradation majeur des structures en béton armé, qui débute par la dépassivation de l'acier due à l'abaissement du pH de la solution interstitielle, se concrétise par une initiation effective avant de se propager. Nous nous sommes focalisé sur la dépassivation et l'initiation effective. Une large campagne expérimentale a permis de comprendre l'incidence des conditions d'exposition, de la nature des ciments utilisés dans les bétons et des conditions de carbonatation de l'enrobage, sur la dépassivation des armatures et le démarrage effectif de la corrosion. Au total 27 configurations ont été étudiées. Le potentiel libre de corrosion et la résistance de polarisation ont été mesurés au cours de l'expérimentation sur une durée voisine d'une année. Parallèlement, à échéances régulières, les coefficients de Tafel et la masse de produits de corrosion ont été également mesurés. L'ensemble des données a été analysé pour conduire, à partir du calcul des probabilités de bonne ou de mauvaise alarme, aux seuils de détection du démarrage effectif de la corrosion associés aux paramètres électrochimiques ainsi que la masse seuil de produits de corrosion correspondant à cette détection. Alimentée par les résultats des essais de caractérisation des bétons, une simulation numérique par éléments finis du démarrage de la corrosion a été développée permettant de corroborer de façon satisfaisant les résultats expérimentaux.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------The steel corrosion induced by carbonation is a major cause of degradation of the reinforced concrete structures. Two stages arise: the steel depassivation due to the decrease of pH of the pore solution and the effective initiation, and then the propagation. A wide experimental study was carried out focusing on the first stage, in order to emphasize the effect of the exposure conditions, the type of cement and the concrete mixes, and the carbonation conditions of the concrete cover. In all a set of 27 configurations was investigated. The free potential of corrosion and the resistance of polarization were measured in the course of the experiment during one year. Regularly the Tafel coefficients along with the mass of corrosion products were also measured. The set of data was analyzed in order to derive the detection thresholds of the effective onset of corrosion associated with the electrochemical parameters, from the calculation of the probabilities of good or bad alarm. The threshold of the mass of corrosion products corresponding to this detection was also derived. The tests on concrete probes (porosity, permeability, etc.) supplied data that were used to calibrate a finite element model of the onset of corrosion: this model was found in fairly good agreement with the experimental results
Etude des propriétés électroniques du graphène et des systèmes à base de graphène sous champs magnétiques intenses
No full textCette thèse présente des mesures de transport électronique dans des systèmes bi-dimensionels et uni-dimensionels à base de graphène sous champ magnétique pulsé (60T). L'objectif de ces travaux consiste à sonder la dynamique des porteurs de charge en modifiant la densité d'états du système par l'application d'un champ magnétique. Une première partie est consacrée à l'étude de l'influence des îlots électrons-trous sur les propriétés de transport du graphène au voisinage du point de neutralité de charge. Nous avons constaté l'apparition de fluctuations de la magnéto-résistance liée à la transition progressive des îlots de taille finie dans le régime quantique lorsque le champ magnétique augmente. Nous avons aussi montré que la variation de l'énergie de Fermi, liée à l'augmentation de la dégénérescence orbitale des niveaux de Landau, est directement responsable d'une modification du ratio entre électrons et trous. Dans une deuxième partie consacrée à l'étude des nanorubans de graphène, nous avons exploré deux gammes de largeur différentes. Dans les rubans larges (W>60nm), la quantification de la résistance a été observée révélant ainsi une signature évidente de la quantification du spectre énergétique en niveaux de Landau. Le confinement magnétique des porteurs de charge sur les bords des nanorubans a permis de mettre en évidence, pour la première fois, la levée de dégénérescence de vallée liée à la configuration armchair du ruban. Pour des rubans plus étroits (W<30nm), en présence de défauts de bord et d'impuretés chargées, la formation progressive des états de bords chiraux donne lieu à une magnéto-conductance positive quelque soit la densité de porteurs. Enfin, la dernière partie traite du magnéto-transport dans le graphene multi-feuillet. En particulier, nous avons observé l'effet Hall quantique dans les systèmes tri-couche de graphène. Une étude comparative des résultats expérimentaux avec des simulations numériques a permis de déterminer l'empilement rhombohedral des trois couches de graphene constituant l'échantillon.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------This thesis presents transport measurements on two-dimensional and one-dimensional graphene-based systems under pulsed magnetic field (60T). The objective of this work is to probe the dynamics of charge carriers by changing the density of states of the system by applying a strong magnetic field. The first part is devoted to the study of the influence of electron-hole pockets on the transport properties of graphene near the charge neutrality point. We found the appearance of fluctuations in the magneto-resistance due to the progressive transition of the electron/hole puddles of finite size in the quantum regime as the magnetic field increases. We have also shown that the variation of the Fermi energy, due to the increase of orbital Landau level degeneracy, is directly responsible of a change in the electron and hole ratio. The second part is devoted to the study of graphene nano-ribbons, we explored two different ranges of width. In the broad nano-ribbons of width W larger than 60 nm, the quantification of the resistance is observed, revealing a clear signature of the quantization of the energy spectrum into Landau levels. We show for the first time the effect of valley degeneracy lifting induced by the magnetic confinement of charge carriers at the edges of the armchair nano-ribbons. For narrower nano-ribbons (W <30 nm) in presence of edge defects and charged impurities, the progressive formation of chiral edge states leads to a positive magneto-conductance whatever the carrier density. Finally, the last part of this thesis deals with magneto-transport fingerprints in multi-layer graphene as we observed the quantum Hall effect in tri-layer graphene. A comparative study of the experimental results with numerical simulations was used to determine the rhombohedral stacking of three layers of graphene in the sample