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Structures textiles piézoélectriques à base de PVDF pour la conversion d’énergie mécanique en énergie électrique
Structures textiles piézoélectriques à base de PVDF pour la conversion d’énergie mécanique en énergie électrique


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Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet Autonotex et vise à développer un textile connecté et autonome en énergie. Le textile permettra de monitorer des draps médicaux et des sous-vêtements professionnels. Le principal objectif est de s’affranchir des batteries traditionnelles dans les smart textiles et développer un textile qui utilisera les mouvements du corps humain comme source d’énergie pour alimenter les capteurs placés aux endroits stratégiques sur les vêtements. Pour relever ce challenge, le projet Autonotex s’est basé sur le développement de nouvelles fibres piézoélectriques. Ces matériaux permettent de générer un fort potentiel électrique lorsqu’ils sont soumis à des sollicitations mécaniques. Dans un contexte textile, le polymère polyfluorure de vinylidène (PVDF) a été utilisé pour la production de multi-filaments par procédé de filage en voie fondue. Ce polymère est connu pour son caractère piézoélectrique lorsqu’il se trouve dans une certaine conformation cristalline. Le premier enjeu du sujet de thèse est donc d’optimiser cette phase lors du procédé de production des filaments. Par la suite, deux stratégies ont été envisagées. Dans un premier cas, les filaments 100 % PVDF sont utilisés pour la fabrication d’étoffes textiles qui une fois instrumentées par des électrodes permettent de générer une tension de sortie électrique. Un premier prototype d’une étoffe piézoélectrique couplée à des électrodes imprimées en 3D a permis de vérifier la faisabilité du dispositif. La seconde stratégie a été de développer un filament tricomposant, formé par le polymère piézoélectrique et deux couches de composites polymères conducteurs jouant le rôle d’électrodes.
This study is part of the Autonotex project and aims to develop a connected and autonomous energy textile. The textile is intended for the manufacture of medical sheets monitoring patients and professional underwear. The main objective is to overcome the traditional batteries in smart textiles and develop a textile that will use the movements of the human body as a battery to power sensors placed strategically on clothing. To meet this challenge, the Autonotex project is focused in part on the development of new piezoelectric fibers. These materials generate a high electrical potential when subjected to mechanical stresses. In this new context, poly(vinylidene fluoride) (PVDF) polymer can be used to produce multi-filaments by melt spinning process. This polymer is known for its piezoelectric property linked its crystalline forms. The first issue of the PhD subject is to optimize this phase during the process of production of the filaments. Subsequently, two strategies were considered. In a first case, the 100% PVDF filaments are used for the production of textile fabrics which, once instrumented by electrodes, generate an electrical output voltage. A first prototype of a piezoelectric fabric coupled to electrodes by 3D-printing allows checking the feasibility of the plan. The second strategy was to develop a tri-component filament formed by the piezoelectric polymer and two layers of conducting polymer composites acting as external/internal electrodes.
Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet Autonotex et vise à développer un textile connecté et autonome en énergie. Le textile permettra de monitorer des draps médicaux et des sous-vêtements professionnels. Le principal objectif est de s’affranchir des batteries traditionnelles dans les smart textiles et développer un textile qui utilisera les mouvements du corps humain comme source d’énergie pour alimenter les capteurs placés aux endroits stratégiques sur les vêtements. Pour relever ce challenge, le projet Autonotex s’est basé sur le développement de nouvelles fibres piézoélectriques. Ces matériaux permettent de générer un fort potentiel électrique lorsqu’ils sont soumis à des sollicitations mécaniques. Dans un contexte textile, le polymère polyfluorure de vinylidène (PVDF) a été utilisé pour la production de multi-filaments par procédé de filage en voie fondue. Ce polymère est connu pour son caractère piézoélectrique lorsqu’il se trouve dans une certaine conformation cristalline. Le premier enjeu du sujet de thèse est donc d’optimiser cette phase lors du procédé de production des filaments. Par la suite, deux stratégies ont été envisagées. Dans un premier cas, les filaments 100 % PVDF sont utilisés pour la fabrication d’étoffes textiles qui une fois instrumentées par des électrodes permettent de générer une tension de sortie électrique. Un premier prototype d’une étoffe piézoélectrique couplée à des électrodes imprimées en 3D a permis de vérifier la faisabilité du dispositif. La seconde stratégie a été de développer un filament tricomposant, formé par le polymère piézoélectrique et deux couches de composites polymères conducteurs jouant le rôle d’électrodes.
This study is part of the Autonotex project and aims to develop a connected and autonomous energy textile. The textile is intended for the manufacture of medical sheets monitoring patients and professional underwear. The main objective is to overcome the traditional batteries in smart textiles and develop a textile that will use the movements of the human body as a battery to power sensors placed strategically on clothing. To meet this challenge, the Autonotex project is focused in part on the development of new piezoelectric fibers. These materials generate a high electrical potential when subjected to mechanical stresses. In this new context, poly(vinylidene fluoride) (PVDF) polymer can be used to produce multi-filaments by melt spinning process. This polymer is known for its piezoelectric property linked its crystalline forms. The first issue of the PhD subject is to optimize this phase during the process of production of the filaments. Subsequently, two strategies were considered. In a first case, the 100% PVDF filaments are used for the production of textile fabrics which, once instrumented by electrodes, generate an electrical output voltage. A first prototype of a piezoelectric fabric coupled to electrodes by 3D-printing allows checking the feasibility of the plan. The second strategy was to develop a tri-component filament formed by the piezoelectric polymer and two layers of conducting polymer composites acting as external/internal electrodes.
05-06-2020
05-06-2020
Thèse
Thèse

Investigations from experiments and simulations of amorphous forms of lactulose obtained by different routes
Investigations from experiments and simulations of amorphous forms of lactulose obtained by different routes


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Dans cette thèse, nous avons étudié l'influence de la voie d'amorphisation sur les propriétés physiques et chimiques du lactulose. Ce sucre présente la caractéristique de pouvoir exister sous plusieurs formes tautomériques différentes. Quatre voies d'amorphisation très différentes dans leur principe ont été étudiées: la trempe du liquide, la lyophilisation, l'atomisation et le broyage mécanique. Les résultats indiquent que la voie d'amorphisation utilisée a une répercussion directe sur la composition tautomérique du matériau. L'influence de cette composition sur la transition vitreuse du matériau amorphe a été étudiée en détail. De plus les différences structurales potentielles engendrés par les différentes voies d'amorphisation ont été étudiées à la fois par diffusion neutronique et par simulation (dynamique moléculaire). Les résultats indiquent l'existence d'une structure locale ordonnée particulière dans l’amorphe obtenu par atomisation qui semble pouvoir expliquer le degré de stabilité plus élevé de l'amorphe obtenu par cette voie. Par ailleurs, la cinétique d'amorphisation induite directement à l'état solide par d'un broyage mécanique à haute énergie a pu être caractérisée en détail. Cela a nécessité l'utilisation d'une méthode originale de calorimétrie de dissolution isotherme.
In this thesis, we have investigated the influence of the amorphisation route on the physical and chemical properties of lactulose. This sugar has the characteristic of being able to exist in several different tautomeric forms. Four amorphisation routes very different in their principle have been studied: quenching from the melt, freeze-drying, spray-drying and mechanical milling. The results indicate that the amorphisation route used has a direct effect on the tautomeric composition of the material. The influence of this composition on the glass transition of the amorphous material has been studied in detail. Moreover, the eventual structural differences generated by the various amorphisation routes have been studied both by neutron scattering and by simulation (molecular dynamics). The results indicate the existence of a particular locally ordered structure in the amorphous material obtained by spray-drying which seems to be able to explain the higher degree of stability of the amorphous material obtained by this route. Furthermore, the amorphisation kinetic induced directly in the solid state by a high energy mechanical milling has been characterised in detail. This has required the use of an original method of isothermal calorimetry of dissolution.
Dans cette thèse, nous avons étudié l'influence de la voie d'amorphisation sur les propriétés physiques et chimiques du lactulose. Ce sucre présente la caractéristique de pouvoir exister sous plusieurs formes tautomériques différentes. Quatre voies d'amorphisation très différentes dans leur principe ont été étudiées: la trempe du liquide, la lyophilisation, l'atomisation et le broyage mécanique. Les résultats indiquent que la voie d'amorphisation utilisée a une répercussion directe sur la composition tautomérique du matériau. L'influence de cette composition sur la transition vitreuse du matériau amorphe a été étudiée en détail. De plus les différences structurales potentielles engendrés par les différentes voies d'amorphisation ont été étudiées à la fois par diffusion neutronique et par simulation (dynamique moléculaire). Les résultats indiquent l'existence d'une structure locale ordonnée particulière dans l’amorphe obtenu par atomisation qui semble pouvoir expliquer le degré de stabilité plus élevé de l'amorphe obtenu par cette voie. Par ailleurs, la cinétique d'amorphisation induite directement à l'état solide par d'un broyage mécanique à haute énergie a pu être caractérisée en détail. Cela a nécessité l'utilisation d'une méthode originale de calorimétrie de dissolution isotherme.
In this thesis, we have investigated the influence of the amorphisation route on the physical and chemical properties of lactulose. This sugar has the characteristic of being able to exist in several different tautomeric forms. Four amorphisation routes very different in their principle have been studied: quenching from the melt, freeze-drying, spray-drying and mechanical milling. The results indicate that the amorphisation route used has a direct effect on the tautomeric composition of the material. The influence of this composition on the glass transition of the amorphous material has been studied in detail. Moreover, the eventual structural differences generated by the various amorphisation routes have been studied both by neutron scattering and by simulation (molecular dynamics). The results indicate the existence of a particular locally ordered structure in the amorphous material obtained by spray-drying which seems to be able to explain the higher degree of stability of the amorphous material obtained by this route. Furthermore, the amorphisation kinetic induced directly in the solid state by a high energy mechanical milling has been characterised in detail. This has required the use of an original method of isothermal calorimetry of dissolution.
05-06-2020
05-06-2020
Thèse
Thèse

Étude de la diversité du domaine Bacteria et du règne Fungi au cours du rouissage du lin sur champ par une approche de metabarcoding
Étude de la diversité du domaine Bacteria et du règne Fungi au cours du rouissage du lin sur champ par une approche de metabarcoding


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Le rouissage du lin cultivé (Linum ustitatissimum L.) sur champ est un procédé naturel, rapide et semi-contrôlé durant lequel les parois végétales sont partiellement dégradées par les micro-organismes afin de faciliter l’extraction des fibres pour différents usages industriels. Le sous- et le sur-rouissage sont associés à une mauvaise qualité de fibre, il est donc essentiel de maîtriser ce processus. La microbiologique du rouissage reste encore mal caractérisée en raison d’études basées uniquement sur des approches de cultures dépendantes et d’identification phénotypique. La mise en place d’une approche de metabarcoding au cours de trois campagnes, nous a permis de caractériser l’évolution des membres et structures du domaine Bacteria et du règne Fungi, à l’échelle de son écosystème, pour la toute première fois. L’assignation taxonomique des OTUs (Operational Taxonomic Units) a permis l’identification de nouveaux taxa encore non associés au rouissage et notamment le phylum Bacteroidetes, très représenté. Grâce aux analyses multivariées et aux tests de corrélations, nous avons identifié plusieurs facteurs influençant ce processus. Nous avons démontré : (i) que le retournement des andains a un effet significatif sur les structures microbiennes, (ii) de l’existence d’un effet "terroir" avec des communautés bactériennes affectées par les précipitations et (iii) de l’existence d’un effet "millésime" avec des variations de structures fongiques expliquées par les températures. Les prédictions des CAZomes (Carbohydrate-Active-Enzymes) bactériens nous ont permis d’identifier des familles potentiellement impliquées dans la dégradation des parois cellulaires qui serviront de base pour une étude plus approfondie par méta-transcriptomique.
Flax (Linum ustitatissimum L.) dew-retting is a short-term, semi-controlled natural process during which plant cell walls are partially degraded by microorganisms to facilitate fiber extraction for various industrial applications. Under- and over-retting are associated with ‘bad fiber quality’ and it is therefore essential to master this process. The microbiology of dew-retting is poorly characterized mainly because it is currently based on the utilization of cultured approaches and phenotypic identification. The implementation of a metabarcoding approach during three independant flax dew-retting campaigns allowed us to characterize, for the first time, the bacterial and fungal community dynamics at this ecosystem level. The taxonomic assignment of OTUs (Operational Taxonomic Units) led to the identification of new taxa not previously associated with dew-retting in particular a high presence of Bacteroidetes phylum. Multivariate analysis and correlation tests identified a number of factors affecting this process. We have demonstrated : (I) that swathe turning has a significant effect on the microbial structures, (ii) the existence of a "terroir" effect and the fact that bacterial communities are affected by precipitation and (iii) the existence of a year effect and the fact that fungal communities are affected by temperature. Bacterial CAZyme (Carbohydrate-Active-Enzymes) predictions, allowed us to identify different families involved in plant cell wall degradation thereby providing a basis for future studies using a metatranscriptomic approach.
Le rouissage du lin cultivé (Linum ustitatissimum L.) sur champ est un procédé naturel, rapide et semi-contrôlé durant lequel les parois végétales sont partiellement dégradées par les micro-organismes afin de faciliter l’extraction des fibres pour différents usages industriels. Le sous- et le sur-rouissage sont associés à une mauvaise qualité de fibre, il est donc essentiel de maîtriser ce processus. La microbiologique du rouissage reste encore mal caractérisée en raison d’études basées uniquement sur des approches de cultures dépendantes et d’identification phénotypique. La mise en place d’une approche de metabarcoding au cours de trois campagnes, nous a permis de caractériser l’évolution des membres et structures du domaine Bacteria et du règne Fungi, à l’échelle de son écosystème, pour la toute première fois. L’assignation taxonomique des OTUs (Operational Taxonomic Units) a permis l’identification de nouveaux taxa encore non associés au rouissage et notamment le phylum Bacteroidetes, très représenté. Grâce aux analyses multivariées et aux tests de corrélations, nous avons identifié plusieurs facteurs influençant ce processus. Nous avons démontré : (i) que le retournement des andains a un effet significatif sur les structures microbiennes, (ii) de l’existence d’un effet "terroir" avec des communautés bactériennes affectées par les précipitations et (iii) de l’existence d’un effet "millésime" avec des variations de structures fongiques expliquées par les températures. Les prédictions des CAZomes (Carbohydrate-Active-Enzymes) bactériens nous ont permis d’identifier des familles potentiellement impliquées dans la dégradation des parois cellulaires qui serviront de base pour une étude plus approfondie par méta-transcriptomique.
Flax (Linum ustitatissimum L.) dew-retting is a short-term, semi-controlled natural process during which plant cell walls are partially degraded by microorganisms to facilitate fiber extraction for various industrial applications. Under- and over-retting are associated with ‘bad fiber quality’ and it is therefore essential to master this process. The microbiology of dew-retting is poorly characterized mainly because it is currently based on the utilization of cultured approaches and phenotypic identification. The implementation of a metabarcoding approach during three independant flax dew-retting campaigns allowed us to characterize, for the first time, the bacterial and fungal community dynamics at this ecosystem level. The taxonomic assignment of OTUs (Operational Taxonomic Units) led to the identification of new taxa not previously associated with dew-retting in particular a high presence of Bacteroidetes phylum. Multivariate analysis and correlation tests identified a number of factors affecting this process. We have demonstrated : (I) that swathe turning has a significant effect on the microbial structures, (ii) the existence of a "terroir" effect and the fact that bacterial communities are affected by precipitation and (iii) the existence of a year effect and the fact that fungal communities are affected by temperature. Bacterial CAZyme (Carbohydrate-Active-Enzymes) predictions, allowed us to identify different families involved in plant cell wall degradation thereby providing a basis for future studies using a metatranscriptomic approach.
05-06-2020
05-06-2020
Thèse
Thèse

Effect of metal dispersion on the catalytic performance of monometallic Ni/SBA-15 and Cu/SBA-15 catalysts in the hydroconversion of HMF
Effect of metal dispersion on the catalytic performance of monometallic Ni/SBA-15 and Cu/SBA-15 catalysts in the hydroconversion of HMF


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La production d'additifs pour les carburants, d’indices d'octane élevés, à partir des molécules biosourcées telles que le 5-hydroxyméthylfurfural (HMF) est le sujet de nombreuses études. Les catalyseurs à base de Pt, de Pd et de Ru sont décrits comme particulièrement actifs dans la réaction de conversion du HMF en 2,5-diméthylfurane (DMF) et en 2,5-diméthyltétrahydrofurane (DMTHF). Cependant leur substitution dans les formulations catalytiques est souhaitable compte tenu de leur coût élevé et de leur faible disponibilité. Les éléments de substitution peuvent être certains métaux de transition (par exemple Cu ou Ni), plus abondants, mais généralement moins actifs. Mes travaux de recherche ont donc portés sur la préparation de catalyseurs, à base de métaux de transition, actifs et sélectifs pour l'hydrogénation du HMF en des molécules pouvant être incorporées dans les carburants. Les phases actives étudiées au cours de mon doctorat reposent sur les métaux de transition Ni et Cu. Ces phases actives ont été supportées sur des silices mésoporeuses de type SBA-15. L'étude est divisée en deux parties distinctes, en fonction du métal étudié. La première partie du doctorat présente les résultats obtenus avec des catalyseurs monométalliques Ni supportés. Dans un premier temps, l'optimisation des paramètres de réaction pour l'hydroconversion sélective du HMF en DMF et en DMTHF a été réalisée en utilisant un catalyseur préparé par la méthode d'imprégnation à humidité naissante d’une solution du précurseur nitrate (Chapitre 3). Les paramètres de réaction optimisés incluent la température de réaction, la pression de dihydrogène, le rapport molaire HMF/Ni et le temps de réaction. Une étude cinétique préliminaire a également été réalisée. L’effet de la dispersion et de la taille des particules métalliques de Ni sur les performances catalytiques des catalyseurs Ni/SBA-15 a été étudié sur des matériaux préparés par la méthode d’infiltration à l'état fondu des précurseurs nitrates (Chapitre 4). Le niveau de dispersion du nickel a été modifié en utilisant des supports SBA-15 contenant des porosités d’interconnexion différentes et obtenues à différentes températures de synthèse. Les résultats montent que le catalyseur Ni/SBA-15, préparé par la méthode simple IWI, permet d’atteindre des rendements élevés en DMF et DMTHF dans des conditions réactionnelles optimales. Le niveau de dispersion du Ni, tel qu’observé à partir des matériaux obtenus par infiltration des sels fondus, a quant à lui un effet significatif sur l'activité catalytique du catalyseur. La deuxième partie de mes travaux de recherche porte sur les propriétés catalytiques des catalyseurs monométalliques à base de Cu/SBA-15 préparés par différentes méthodes, et présentant des états de division de la phase Cu différents (Chapitre 5). Les modes de synthèse appliqués incluent la méthode d’imprégnation à humidité naissante (IWI), la méthode d'autocombustion in situ (ISAC) et la méthode de déposition par précipitation (DP). La première partie de l’étude a donc portée sur l'optimisation des conditions de réaction pour l'hydroconversion sélective du HMF en DMF (avec le catalyseur Cu/SBA-15 préparé par la méthode ISAC). Les paramètres de réaction optimisés, comme dans le cadre de l’étude avec Ni/SBA-15, ont été la température de réaction, la pression de dihydrogène, le rapport molaire HMF/Cu et le temps de réaction. La réutilisation du catalyseur a également été étudiée, et une étude cinétique de la transformation du HMF sur Cu menée. Cette partie démontre que l’activité du Cu pour la conversion sélective du HMF en DMF dépend principalement de l’état de dispersion du Cu. L'utilisation de la méthode DP a conduit à un catalyseur Cu/SBA-15 hautement divisé, ce qui a permis d’atteindre des rendements élevs en DMF.
The production of fuel additives, having high octane numbers, from biosourced molecules such as 5-hydroxymethylfurfural (HMF), is the subject of many studies. The Pt, Pd and Ru-based catalysts are described as particularly active in the conversion reaction of HMF to 2,5-dimethylfuran (DMF) and to 2,5-dimethyltetrahydrofuran (DMTHF). However, their substitutions in the catalytic formulations are desirable in view of their high cost and low availability. The substitution elements can be transition metals (for example Cu or Ni), which are more abundant, but generally less active. My research has focused on the preparation of catalysts, based on transition metals, active and selective for the hydrogenation of HMF into molecules that can be incorporated into fuels. The active phases studied during my Ph.D. are based on Ni and Cu transition metals. These active phases were supported on mesoporous silica of SBA-15 type. The study is divided into two distinct parts, depending on the metal studied.The first part of the Ph.D. presents the results obtained with Ni supported monometallic catalysts. In a first step, the optimization of the reaction parameters for the selective hydroconversion of HMF to DMF and DMTHF was carried out using a catalyst prepared by the incipient wetness impregnation (IWI) of the nitrate precursor solution (Chapter 3). Optimized reaction parameters include reaction temperature, dihydrogen pressure, HMF/Ni molar ratio, and reaction time. A preliminary kinetic study was also performed. The effect of the dispersion and size of Ni metal particles on the catalytic performance of Ni/SBA-15 catalysts was studied on materials prepared by the melt infiltration (MI) method of nitrate precursors (Chapter 4). The level of dispersion of the nickel was modified using SBA-15 supports containing different interconnection porosities, obtained at different synthesis temperatures. The results show that the Ni/SBA-15 catalyst, prepared by the simple IWI method, achieves high yields of DMF and DMTHF under optimal reaction conditions. The level of Ni dispersion, as observed from the materials obtained by infiltration of molten salts, has a significant effect on the catalytic activity of the catalyst.The second part of my research focuses on the catalytic properties of Cu/SBA-15 monometallic catalysts prepared by different methods, and having different Cu phase division degree (Chapter 5). The methods of preparation applied include the IWI method, the in situ autocombustion method (ISAC) and the deposition-precipitation method (DP). The first part of the study therefore focused on the optimization of the reaction conditions for the selective hydroconversion of HMF to DMF (over the Cu/SBA-15 catalyst prepared by the ISAC method). Optimized reaction parameters, as for Ni/SBA-15, were reaction temperature, hydrogen pressure, HMF/Cu molar ratio, and reaction time. The reuse of the catalyst was also studied, and a kinetic study of the transformation of HMF on Cu/SBA-15 conducted. This part demonstrates that the activity of Cu for the selective conversion of HMF to DMF depends mainly on the state of dispersion of Cu. The use of the DP method led to a highly divided Cu/SBA-15 catalyst, which made it possible to achieve high yields of DMF.
La production d'additifs pour les carburants, d’indices d'octane élevés, à partir des molécules biosourcées telles que le 5-hydroxyméthylfurfural (HMF) est le sujet de nombreuses études. Les catalyseurs à base de Pt, de Pd et de Ru sont décrits comme particulièrement actifs dans la réaction de conversion du HMF en 2,5-diméthylfurane (DMF) et en 2,5-diméthyltétrahydrofurane (DMTHF). Cependant leur substitution dans les formulations catalytiques est souhaitable compte tenu de leur coût élevé et de leur faible disponibilité. Les éléments de substitution peuvent être certains métaux de transition (par exemple Cu ou Ni), plus abondants, mais généralement moins actifs. Mes travaux de recherche ont donc portés sur la préparation de catalyseurs, à base de métaux de transition, actifs et sélectifs pour l'hydrogénation du HMF en des molécules pouvant être incorporées dans les carburants. Les phases actives étudiées au cours de mon doctorat reposent sur les métaux de transition Ni et Cu. Ces phases actives ont été supportées sur des silices mésoporeuses de type SBA-15. L'étude est divisée en deux parties distinctes, en fonction du métal étudié. La première partie du doctorat présente les résultats obtenus avec des catalyseurs monométalliques Ni supportés. Dans un premier temps, l'optimisation des paramètres de réaction pour l'hydroconversion sélective du HMF en DMF et en DMTHF a été réalisée en utilisant un catalyseur préparé par la méthode d'imprégnation à humidité naissante d’une solution du précurseur nitrate (Chapitre 3). Les paramètres de réaction optimisés incluent la température de réaction, la pression de dihydrogène, le rapport molaire HMF/Ni et le temps de réaction. Une étude cinétique préliminaire a également été réalisée. L’effet de la dispersion et de la taille des particules métalliques de Ni sur les performances catalytiques des catalyseurs Ni/SBA-15 a été étudié sur des matériaux préparés par la méthode d’infiltration à l'état fondu des précurseurs nitrates (Chapitre 4). Le niveau de dispersion du nickel a été modifié en utilisant des supports SBA-15 contenant des porosités d’interconnexion différentes et obtenues à différentes températures de synthèse. Les résultats montent que le catalyseur Ni/SBA-15, préparé par la méthode simple IWI, permet d’atteindre des rendements élevés en DMF et DMTHF dans des conditions réactionnelles optimales. Le niveau de dispersion du Ni, tel qu’observé à partir des matériaux obtenus par infiltration des sels fondus, a quant à lui un effet significatif sur l'activité catalytique du catalyseur. La deuxième partie de mes travaux de recherche porte sur les propriétés catalytiques des catalyseurs monométalliques à base de Cu/SBA-15 préparés par différentes méthodes, et présentant des états de division de la phase Cu différents (Chapitre 5). Les modes de synthèse appliqués incluent la méthode d’imprégnation à humidité naissante (IWI), la méthode d'autocombustion in situ (ISAC) et la méthode de déposition par précipitation (DP). La première partie de l’étude a donc portée sur l'optimisation des conditions de réaction pour l'hydroconversion sélective du HMF en DMF (avec le catalyseur Cu/SBA-15 préparé par la méthode ISAC). Les paramètres de réaction optimisés, comme dans le cadre de l’étude avec Ni/SBA-15, ont été la température de réaction, la pression de dihydrogène, le rapport molaire HMF/Cu et le temps de réaction. La réutilisation du catalyseur a également été étudiée, et une étude cinétique de la transformation du HMF sur Cu menée. Cette partie démontre que l’activité du Cu pour la conversion sélective du HMF en DMF dépend principalement de l’état de dispersion du Cu. L'utilisation de la méthode DP a conduit à un catalyseur Cu/SBA-15 hautement divisé, ce qui a permis d’atteindre des rendements élevs en DMF.
The production of fuel additives, having high octane numbers, from biosourced molecules such as 5-hydroxymethylfurfural (HMF), is the subject of many studies. The Pt, Pd and Ru-based catalysts are described as particularly active in the conversion reaction of HMF to 2,5-dimethylfuran (DMF) and to 2,5-dimethyltetrahydrofuran (DMTHF). However, their substitutions in the catalytic formulations are desirable in view of their high cost and low availability. The substitution elements can be transition metals (for example Cu or Ni), which are more abundant, but generally less active. My research has focused on the preparation of catalysts, based on transition metals, active and selective for the hydrogenation of HMF into molecules that can be incorporated into fuels. The active phases studied during my Ph.D. are based on Ni and Cu transition metals. These active phases were supported on mesoporous silica of SBA-15 type. The study is divided into two distinct parts, depending on the metal studied.The first part of the Ph.D. presents the results obtained with Ni supported monometallic catalysts. In a first step, the optimization of the reaction parameters for the selective hydroconversion of HMF to DMF and DMTHF was carried out using a catalyst prepared by the incipient wetness impregnation (IWI) of the nitrate precursor solution (Chapter 3). Optimized reaction parameters include reaction temperature, dihydrogen pressure, HMF/Ni molar ratio, and reaction time. A preliminary kinetic study was also performed. The effect of the dispersion and size of Ni metal particles on the catalytic performance of Ni/SBA-15 catalysts was studied on materials prepared by the melt infiltration (MI) method of nitrate precursors (Chapter 4). The level of dispersion of the nickel was modified using SBA-15 supports containing different interconnection porosities, obtained at different synthesis temperatures. The results show that the Ni/SBA-15 catalyst, prepared by the simple IWI method, achieves high yields of DMF and DMTHF under optimal reaction conditions. The level of Ni dispersion, as observed from the materials obtained by infiltration of molten salts, has a significant effect on the catalytic activity of the catalyst.The second part of my research focuses on the catalytic properties of Cu/SBA-15 monometallic catalysts prepared by different methods, and having different Cu phase division degree (Chapter 5). The methods of preparation applied include the IWI method, the in situ autocombustion method (ISAC) and the deposition-precipitation method (DP). The first part of the study therefore focused on the optimization of the reaction conditions for the selective hydroconversion of HMF to DMF (over the Cu/SBA-15 catalyst prepared by the ISAC method). Optimized reaction parameters, as for Ni/SBA-15, were reaction temperature, hydrogen pressure, HMF/Cu molar ratio, and reaction time. The reuse of the catalyst was also studied, and a kinetic study of the transformation of HMF on Cu/SBA-15 conducted. This part demonstrates that the activity of Cu for the selective conversion of HMF to DMF depends mainly on the state of dispersion of Cu. The use of the DP method led to a highly divided Cu/SBA-15 catalyst, which made it possible to achieve high yields of DMF.
05-06-2020
05-06-2020
Thèse
Thèse

Optimisation combinatoire et extraction de connaissances sur données hétérogènes et temporelles : application à l’identification de parcours patients
Optimisation combinatoire et extraction de connaissances sur données hétérogènes et temporelles : application à l’identification de parcours patients


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Les données hospitalières présentent de nombreuses spécificités qui rendent difficilement applicables les méthodes de fouille de données traditionnelles. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'hétérogénéité de ces données ainsi qu'à leur aspect temporel. Dans le cadre du projet ANR ClinMine et d'une convention CIFRE avec la société Alicante, nous proposons deux nouvelles méthodes d'extraction de connaissances adaptées à ces types de données. Dans la première partie, nous développons l'algorithme MOSC (Multi-Objective Sequence Classification) pour la classification supervisée sur données hétérogènes, numériques et temporelles. Cette méthode accepte, en plus des termes binaires ou symboliques, des termes numériques et des séquences d'événements temporels pour former des ensembles de règles de classification. MOSC est le premier algorithme de classification supportant simultanément ces types de données. Dans la seconde partie, nous proposons une méthode de biclustering pour données hétérogènes, un problème qui n'a à notre connaissance jamais été exploré. Cette méthode, HBC (Heterogeneous BiClustering), est étendue pour supporter les données temporelles de différents types : événements temporels et séries temporelles irrégulières. HBC est utilisée pour un cas d'étude sur un ensemble de données hospitalières, dont l'objectif est d'identifier des groupes de patients ayant des profils similaires. Les résultats obtenus sont cohérents et intéressants d'un point de vue médical ; et amènent à la définition de cas d'étude plus précis. L'intégration dans une solution logicielle est également engagée, avec une version parallèle de HBC et un outil de visualisation des résultats.
Hospital data exhibit numerous specificities that make the traditional data mining tools hard to apply. In this thesis, we focus on the heterogeneity associated with hospital data and on their temporal aspect. This work is done within the frame of the ANR ClinMine research project and a CIFRE partnership with the Alicante company. In this thesis, we propose two new knowledge discovery methods suited for hospital data, each able to perform a variety of tasks: classification, prediction, discovering patients profiles, etc. In the first part, we introduce MOSC (Multi-Objective Sequence Classification), an algorithm for supervised classification on heterogeneous, numeric and temporal data. In addition to binary and symbolic terms, this method uses numeric terms and sequences of temporal events to form sets of classification rules. MOSC is the first classification algorithm able to handle these types of data simultaneously. In the second part, we introduce HBC (Heterogeneous BiClustering), a biclustering algorithm for heterogeneous data, a problem that has never been studied so far. This algorithm is extended to support temporal data of various types: temporal events and unevenly-sampled time series. HBC is used for a case study on a set of hospital data, whose goal is to identify groups of patients sharing a similar profile. The results make sense from a medical viewpoint; they indicate that relevant, and sometimes new knowledge is extracted from the data. These results also lead to further, more precise case studies. The integration of HBC within a software is also engaged, with the implementation of a parallel version and a visualization tool for biclustering results.
Les données hospitalières présentent de nombreuses spécificités qui rendent difficilement applicables les méthodes de fouille de données traditionnelles. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'hétérogénéité de ces données ainsi qu'à leur aspect temporel. Dans le cadre du projet ANR ClinMine et d'une convention CIFRE avec la société Alicante, nous proposons deux nouvelles méthodes d'extraction de connaissances adaptées à ces types de données. Dans la première partie, nous développons l'algorithme MOSC (Multi-Objective Sequence Classification) pour la classification supervisée sur données hétérogènes, numériques et temporelles. Cette méthode accepte, en plus des termes binaires ou symboliques, des termes numériques et des séquences d'événements temporels pour former des ensembles de règles de classification. MOSC est le premier algorithme de classification supportant simultanément ces types de données. Dans la seconde partie, nous proposons une méthode de biclustering pour données hétérogènes, un problème qui n'a à notre connaissance jamais été exploré. Cette méthode, HBC (Heterogeneous BiClustering), est étendue pour supporter les données temporelles de différents types : événements temporels et séries temporelles irrégulières. HBC est utilisée pour un cas d'étude sur un ensemble de données hospitalières, dont l'objectif est d'identifier des groupes de patients ayant des profils similaires. Les résultats obtenus sont cohérents et intéressants d'un point de vue médical ; et amènent à la définition de cas d'étude plus précis. L'intégration dans une solution logicielle est également engagée, avec une version parallèle de HBC et un outil de visualisation des résultats.
Hospital data exhibit numerous specificities that make the traditional data mining tools hard to apply. In this thesis, we focus on the heterogeneity associated with hospital data and on their temporal aspect. This work is done within the frame of the ANR ClinMine research project and a CIFRE partnership with the Alicante company. In this thesis, we propose two new knowledge discovery methods suited for hospital data, each able to perform a variety of tasks: classification, prediction, discovering patients profiles, etc. In the first part, we introduce MOSC (Multi-Objective Sequence Classification), an algorithm for supervised classification on heterogeneous, numeric and temporal data. In addition to binary and symbolic terms, this method uses numeric terms and sequences of temporal events to form sets of classification rules. MOSC is the first classification algorithm able to handle these types of data simultaneously. In the second part, we introduce HBC (Heterogeneous BiClustering), a biclustering algorithm for heterogeneous data, a problem that has never been studied so far. This algorithm is extended to support temporal data of various types: temporal events and unevenly-sampled time series. HBC is used for a case study on a set of hospital data, whose goal is to identify groups of patients sharing a similar profile. The results make sense from a medical viewpoint; they indicate that relevant, and sometimes new knowledge is extracted from the data. These results also lead to further, more precise case studies. The integration of HBC within a software is also engaged, with the implementation of a parallel version and a visualization tool for biclustering results.
04-06-2020
04-06-2020
Thèse
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Modélisation magnéto-thermique et optimisation topologique multi-objectif de busbars laminés
Modélisation magnéto-thermique et optimisation topologique multi-objectif de busbars laminés


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L’électronique de puissance nécessite des interconnexions à faible inductance et des températures de fonctionnement en dessous de certaines valeurs critiques. Les busbars laminés présentent une inductance très faible en comparaison avec les câbles. De plus, leur forme aplatie permet d’augmenter la surface d’échange avec l’environnent garantissant des bonnes performances thermiques. Dans cette thèse nous proposons une comparaison entre différentes méthodes de calcul d’inductance. Le but est d’en privilégier une en fonction de la complexité du problème à résoudre. La valeur d’inductance à calculer correspond à la boucle de commutation ayant lieu dans les convertisseurs de puissance. Des règles de conception permettant de minimiser la valeur de cette boucle sont aussi présentées. Concernant le calcul thermique, on propose une approche basée sur les éléments finis 2D. La superposition de plusieurs plaques bidimensionnelles permet de modéliser des busbars laminés de façon précise et plus rapide qu’une étude tridimensionnelle. Les conditions aux limites sont appliquées en fonction de la superposition des plaques. Grâce à la rapidité de cette approche, des optimisations topologiques peuvent être appliquées. Des algorithmes d’optimisation adaptés aux besoins industriels ont été développés pour la minimisation de l’inductance et de la température maximale des busbars. Ces algorithmes présentent de bonnes performances et sont utilisés lors des optimisations mono et multi-objectif.
Power electronics needs low inductance interconnections and operating temperatures below certain limits. Laminated busbars present low inductance compared with cables. Moreover, their flat geometry increases the heat exchange surface with the environment ensuring good thermal performances. In this PhD thesis we propose a comparison between different inductance calculation methods. The objective is to favor one according to the complexity of the problem to be solved. The inductance value is calculated during the switching loop taking place in the power converters. Several design rules are presented in order to minimize the inductance of the loop. Regarding the thermal management, we present an approach based on the 2D finite element method. The overlapping of the two-dimensional plates allows us to model the whole laminated busbar and faster way than a tridimensional study without losing precision. The boundary conditions are applied according to the overlapping between layers. Thanks to this approach, topology optimization techniques can be applied. Algorithms adapted to the industrial needs have been developed for the minimization of the inductance and the maximum temperature in busbars. These algorithms show good performances and are used in mono and multi-objective optimizations.
L’électronique de puissance nécessite des interconnexions à faible inductance et des températures de fonctionnement en dessous de certaines valeurs critiques. Les busbars laminés présentent une inductance très faible en comparaison avec les câbles. De plus, leur forme aplatie permet d’augmenter la surface d’échange avec l’environnent garantissant des bonnes performances thermiques. Dans cette thèse nous proposons une comparaison entre différentes méthodes de calcul d’inductance. Le but est d’en privilégier une en fonction de la complexité du problème à résoudre. La valeur d’inductance à calculer correspond à la boucle de commutation ayant lieu dans les convertisseurs de puissance. Des règles de conception permettant de minimiser la valeur de cette boucle sont aussi présentées. Concernant le calcul thermique, on propose une approche basée sur les éléments finis 2D. La superposition de plusieurs plaques bidimensionnelles permet de modéliser des busbars laminés de façon précise et plus rapide qu’une étude tridimensionnelle. Les conditions aux limites sont appliquées en fonction de la superposition des plaques. Grâce à la rapidité de cette approche, des optimisations topologiques peuvent être appliquées. Des algorithmes d’optimisation adaptés aux besoins industriels ont été développés pour la minimisation de l’inductance et de la température maximale des busbars. Ces algorithmes présentent de bonnes performances et sont utilisés lors des optimisations mono et multi-objectif.
Power electronics needs low inductance interconnections and operating temperatures below certain limits. Laminated busbars present low inductance compared with cables. Moreover, their flat geometry increases the heat exchange surface with the environment ensuring good thermal performances. In this PhD thesis we propose a comparison between different inductance calculation methods. The objective is to favor one according to the complexity of the problem to be solved. The inductance value is calculated during the switching loop taking place in the power converters. Several design rules are presented in order to minimize the inductance of the loop. Regarding the thermal management, we present an approach based on the 2D finite element method. The overlapping of the two-dimensional plates allows us to model the whole laminated busbar and faster way than a tridimensional study without losing precision. The boundary conditions are applied according to the overlapping between layers. Thanks to this approach, topology optimization techniques can be applied. Algorithms adapted to the industrial needs have been developed for the minimization of the inductance and the maximum temperature in busbars. These algorithms show good performances and are used in mono and multi-objective optimizations.
04-06-2020
04-06-2020
Thèse
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L’Impact de la prise de participations managériales et organisationnelles sur les performances des entreprises familiales
L’Impact de la prise de participations managériales et organisationnelles sur les performances des entreprises familiales


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Cette recherche a pour objectif d’analyser l’influence de la prise de participation familiale en matière de propriété, de gestion et de conseil d’administration sur la performance des entreprises familiales. Les nombreux travaux de recherche précédents ont mis à jour des résultats divers et hétérogènes, notamment en ce qui concerne la diversité des genres siégeant au conseil d’administration. Les femmes au conseil sont souvent liées à une gestion efficace, améliorant en conséquence la performance financière. Les avantages et les inconvénients de la participation de la famille au capital et à la gestion de l’entreprise ont révélé l’existence d’effets non-linéaires, créés par ces deux variables, sur la performance. Une analyse de régression sur un échantillon de 97 entreprises a permis de révéler une corrélation quadratique négative entre la prise de participation de la famille dans la gestion et la performance, et aucune relation liant la prise de participation de la famille dans le capital et la performance. La littérature associe souvent la présence de membres de la famille dans la gestion de l’entreprise à des relations positives. Les conclusions obtenues dans cette recherche ont montré que cette corrélation n’était pas suffisamment significative pour compenser les inconvénients créés par une orientation des objectifs non monétaires. Il en est de même pour les couts générés par l’urgence de résoudre les conflits entre les gestionnaires de la famille ainsi que l’impossibilité d’envisager un élargissement du capital de l’entreprise, tant intellectuel que social.
This study aims to research the impact of family involvement in ownership, management and board of directors, on financial performance in family owned firms. The numerous previous studies have shown diverse and heterogeneous results, in the case of non-listed firms, particularly when gender diversity is observed in the board of directors. Women in boards are usually linked to effective management techniques, thus increasing financial performance. The existence of advantages and inconvenience of family participation in ownership and management have raised non-linear effects of these two variables on performance. With a sample of 97 private family firms in Lebanon, we performed a regression analysis. The findings showed a negative quadratic correlation between the involvement of the family in the management and performance whereas no relation linked family involvement in ownership to performance. According to the former literature on family firms, there is a positive relationship associated with the presence of family managers. The findings of this study showed that this correlation was not significantly sufficient to compensate for the drawbacks created from a goal orientation not related to money. The same goes for the cost generated by the urge to resolve differences between family managers and the impossibility of enlarging the organization’s social and intellectual capital by hiring non family managers.
Cette recherche a pour objectif d’analyser l’influence de la prise de participation familiale en matière de propriété, de gestion et de conseil d’administration sur la performance des entreprises familiales. Les nombreux travaux de recherche précédents ont mis à jour des résultats divers et hétérogènes, notamment en ce qui concerne la diversité des genres siégeant au conseil d’administration. Les femmes au conseil sont souvent liées à une gestion efficace, améliorant en conséquence la performance financière. Les avantages et les inconvénients de la participation de la famille au capital et à la gestion de l’entreprise ont révélé l’existence d’effets non-linéaires, créés par ces deux variables, sur la performance. Une analyse de régression sur un échantillon de 97 entreprises a permis de révéler une corrélation quadratique négative entre la prise de participation de la famille dans la gestion et la performance, et aucune relation liant la prise de participation de la famille dans le capital et la performance. La littérature associe souvent la présence de membres de la famille dans la gestion de l’entreprise à des relations positives. Les conclusions obtenues dans cette recherche ont montré que cette corrélation n’était pas suffisamment significative pour compenser les inconvénients créés par une orientation des objectifs non monétaires. Il en est de même pour les couts générés par l’urgence de résoudre les conflits entre les gestionnaires de la famille ainsi que l’impossibilité d’envisager un élargissement du capital de l’entreprise, tant intellectuel que social.
This study aims to research the impact of family involvement in ownership, management and board of directors, on financial performance in family owned firms. The numerous previous studies have shown diverse and heterogeneous results, in the case of non-listed firms, particularly when gender diversity is observed in the board of directors. Women in boards are usually linked to effective management techniques, thus increasing financial performance. The existence of advantages and inconvenience of family participation in ownership and management have raised non-linear effects of these two variables on performance. With a sample of 97 private family firms in Lebanon, we performed a regression analysis. The findings showed a negative quadratic correlation between the involvement of the family in the management and performance whereas no relation linked family involvement in ownership to performance. According to the former literature on family firms, there is a positive relationship associated with the presence of family managers. The findings of this study showed that this correlation was not significantly sufficient to compensate for the drawbacks created from a goal orientation not related to money. The same goes for the cost generated by the urge to resolve differences between family managers and the impossibility of enlarging the organization’s social and intellectual capital by hiring non family managers.
04-06-2020
04-06-2020
Thèse
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Etude du mécanisme de production de deux nouvelles molécules synthétisées par la voie non-ribosomique
Etude du mécanisme de production de deux nouvelles molécules synthétisées par la voie non-ribosomique


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La voie de synthèse non-ribosomique représente une source importante de molécules d’intérêt. Mettant en jeu de larges complexes multi-enzymatiques, les Synthétases de Peptides Non Ribosomiques (NRPS), ce mode de production aboutit à la formation de peptides originaux d’une grande diversité structurale et fonctionnelle. Les problématiques de recherche de nouvelles molécules d’origines naturelles pour une utilisation dans différents domaines industriels font des molécules d’origine non-ribosomique de parfaites candidates pour la découverte des médicaments, surfactants ou antibiotiques des prochaines années. Les travaux décrits ont pour but l’étude du mécanisme de production de deux familles de molécules issues de la synthèse non-ribosomique, la kurstakine, un lipopeptide produit par Bacillus thuringiensis, et les PPCC (PentaPeptides Cycliques Chlorés), regroupant plusieurs molécules d’origine eucaryote. L’étude de la production de kurstakine par une série de mutants de B. thuringiensis a permis d’identifier plusieurs facteurs limitant la production de cette molécule, et d’ouvrir la voie à la mise en place de procédé de production en milieu liquide de cette molécules. L’étude des PPCC a permis d’identifier plusieurs gènes NRPS potentiellement impliqués dans la production de ces familles de molécules dans le génome de deux moisissures.
The Non Ribosomal Synthesis pathway is a very important source of molecules of interest. Based on large multi-enzymatic complexes, the Non Risosomal Peptide Synthetases (NRPS), this production mode leads to the formation of original peptides, with a large structural and activities diversity. The need of new molecules from natural sources, turns the non-ribosomal molecules into a promising source of drugs, surfactant or antibiotics for the future. This work aim to the understanding of the production mechanism of two families of non-ribosomal molecules, the kurstakin, a lipopeptide produced by Bacillus thuringiensis, and the CCPPs (Chlorinated Cyclic Penta Peptides), regrouping several eukaryotic molecules. The study of the kurstakin production using a series of B. thuringiensis mutants led to the identification of several limitating factors for the production of this molecule, and opened the possibility to the setting up of production process in liquid medium of this molecule. The study of CCPPs led to the identification of several genes, potentially implied on the production of these molecules in the genome of two fungal strains.
La voie de synthèse non-ribosomique représente une source importante de molécules d’intérêt. Mettant en jeu de larges complexes multi-enzymatiques, les Synthétases de Peptides Non Ribosomiques (NRPS), ce mode de production aboutit à la formation de peptides originaux d’une grande diversité structurale et fonctionnelle. Les problématiques de recherche de nouvelles molécules d’origines naturelles pour une utilisation dans différents domaines industriels font des molécules d’origine non-ribosomique de parfaites candidates pour la découverte des médicaments, surfactants ou antibiotiques des prochaines années. Les travaux décrits ont pour but l’étude du mécanisme de production de deux familles de molécules issues de la synthèse non-ribosomique, la kurstakine, un lipopeptide produit par Bacillus thuringiensis, et les PPCC (PentaPeptides Cycliques Chlorés), regroupant plusieurs molécules d’origine eucaryote. L’étude de la production de kurstakine par une série de mutants de B. thuringiensis a permis d’identifier plusieurs facteurs limitant la production de cette molécule, et d’ouvrir la voie à la mise en place de procédé de production en milieu liquide de cette molécules. L’étude des PPCC a permis d’identifier plusieurs gènes NRPS potentiellement impliqués dans la production de ces familles de molécules dans le génome de deux moisissures.
The Non Ribosomal Synthesis pathway is a very important source of molecules of interest. Based on large multi-enzymatic complexes, the Non Risosomal Peptide Synthetases (NRPS), this production mode leads to the formation of original peptides, with a large structural and activities diversity. The need of new molecules from natural sources, turns the non-ribosomal molecules into a promising source of drugs, surfactant or antibiotics for the future. This work aim to the understanding of the production mechanism of two families of non-ribosomal molecules, the kurstakin, a lipopeptide produced by Bacillus thuringiensis, and the CCPPs (Chlorinated Cyclic Penta Peptides), regrouping several eukaryotic molecules. The study of the kurstakin production using a series of B. thuringiensis mutants led to the identification of several limitating factors for the production of this molecule, and opened the possibility to the setting up of production process in liquid medium of this molecule. The study of CCPPs led to the identification of several genes, potentially implied on the production of these molecules in the genome of two fungal strains.
04-06-2020
04-06-2020
Thèse
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Development of magnesium-based alloys for biomedical applications
Development of magnesium-based alloys for biomedical applications


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Étant donné leur capacité à se dégrader à l'intérieur du corps, les implants biodégradables ont fait l'objet de nombreuses recherches médicales. Parmi tous les matériaux, c'est le magnésium, un élément indispensable du corps humain, qui conduit aux résultats les plus favorables car son module d'Young est similaire à celui de l'os. De ce fait, les méthodes adoptées afin d'améliorer le comportement du magnésium pur vis-à-vis de la corrosion sont les suivantes: a)Ajout d'éléments d'alliage comme le zinc, le calcium et l'erbium (Mg-2Zn-2Er, Mg-2Zn-0.6Ca-1Er, etc.) pour contrôler le comportement de dégradation b) Procédés secondaires tels que l'extrusion pour modifier sa microstructure c)Revêtements de surface à base de fluorure pour mieux protéger la surface. La première partie de cette thèse porte sur la caractérisation microstructurale d'alliages. La caractérisation microstructurale révèle la présence de MgZn2, de phases W (Mg3Zn3Er2) et i (Mg3Zn6Er) dans différents alliages. L'évaluation des propriétés mécaniques a révélé une augmentation des propriétés de traction et de compression des alliages ternaires et quaternaires par rapport aux alliages de Mg et de Mg-2Zn. Ces propriétés mécaniques améliorées sont attribuées à une réduction de la taille des grains, à la présence d'atomes de soluté et à des phases secondaires. Mg-2Zn-2Er et Mg-3Zn-0.5Er présentaient une résistance à la corrosion améliorée en raison de la microstructure à granulométrie fine et d'une répartition uniforme des phases secondaires. La viabilité cellulaire a été améliorée avec l'épaisseur du temps de revêtement et ces alliages pourraient servir de candidats potentiels pour d'autres tests in vivo.
With the ability to bio-degrade and thereby reducing the stress-shielding effect, biodegradable implants are of great importance in medical research. Among all the materials, magnesium is the one which shows promising results being bio-degradable and with the properties comparable with its young's modulus to that of bones. In the present study, the approaches adopted to improve the mechanical and corrosion behaviors of pure magnesium using carefully chosen: (a) Alloying elements like zinc, calcium and erbium (Mg-2Zn-2Er, Mg-2Zn-0.6Ca-1Er, etc.) to control the degradation behavior (b) Secondary processes like extrusion to alter and improve the microstructure (c) Surface treatments like fluoride coatings to further protect the surface to resist the rapid dissolution. The first part of this thesis focuses on the microstructural characterization of as-DMDed and as-extruded alloys. The microstructural characterization (XRD and TEM) reveals the presence of MgZn2, W-phase (Mg3Zn3Er2) and i-phases (Mg3Zn6Er) in different alloys. The mechanical property assessment revealed an increment in the tensile and compressive properties of ternary and quaternary alloys as compared to pure Mg and Mg-2Zn binary alloy. These values are attributed to a reduction in grain size, presence of solute atoms and secondary phases. Mg-2Zn-2Er and Mg-3Zn-0.5Er showed enhanced corrosion resistance due to the fine grain sized microstructure and a uniform distribution of secondary phases. The cell viability values were enhanced with increased coating time and it was found that these alloys could serve as potential candidates for further in-vivo tests to establish their applicability.
Étant donné leur capacité à se dégrader à l'intérieur du corps, les implants biodégradables ont fait l'objet de nombreuses recherches médicales. Parmi tous les matériaux, c'est le magnésium, un élément indispensable du corps humain, qui conduit aux résultats les plus favorables car son module d'Young est similaire à celui de l'os. De ce fait, les méthodes adoptées afin d'améliorer le comportement du magnésium pur vis-à-vis de la corrosion sont les suivantes: a)Ajout d'éléments d'alliage comme le zinc, le calcium et l'erbium (Mg-2Zn-2Er, Mg-2Zn-0.6Ca-1Er, etc.) pour contrôler le comportement de dégradation b) Procédés secondaires tels que l'extrusion pour modifier sa microstructure c)Revêtements de surface à base de fluorure pour mieux protéger la surface. La première partie de cette thèse porte sur la caractérisation microstructurale d'alliages. La caractérisation microstructurale révèle la présence de MgZn2, de phases W (Mg3Zn3Er2) et i (Mg3Zn6Er) dans différents alliages. L'évaluation des propriétés mécaniques a révélé une augmentation des propriétés de traction et de compression des alliages ternaires et quaternaires par rapport aux alliages de Mg et de Mg-2Zn. Ces propriétés mécaniques améliorées sont attribuées à une réduction de la taille des grains, à la présence d'atomes de soluté et à des phases secondaires. Mg-2Zn-2Er et Mg-3Zn-0.5Er présentaient une résistance à la corrosion améliorée en raison de la microstructure à granulométrie fine et d'une répartition uniforme des phases secondaires. La viabilité cellulaire a été améliorée avec l'épaisseur du temps de revêtement et ces alliages pourraient servir de candidats potentiels pour d'autres tests in vivo.
With the ability to bio-degrade and thereby reducing the stress-shielding effect, biodegradable implants are of great importance in medical research. Among all the materials, magnesium is the one which shows promising results being bio-degradable and with the properties comparable with its young's modulus to that of bones. In the present study, the approaches adopted to improve the mechanical and corrosion behaviors of pure magnesium using carefully chosen: (a) Alloying elements like zinc, calcium and erbium (Mg-2Zn-2Er, Mg-2Zn-0.6Ca-1Er, etc.) to control the degradation behavior (b) Secondary processes like extrusion to alter and improve the microstructure (c) Surface treatments like fluoride coatings to further protect the surface to resist the rapid dissolution. The first part of this thesis focuses on the microstructural characterization of as-DMDed and as-extruded alloys. The microstructural characterization (XRD and TEM) reveals the presence of MgZn2, W-phase (Mg3Zn3Er2) and i-phases (Mg3Zn6Er) in different alloys. The mechanical property assessment revealed an increment in the tensile and compressive properties of ternary and quaternary alloys as compared to pure Mg and Mg-2Zn binary alloy. These values are attributed to a reduction in grain size, presence of solute atoms and secondary phases. Mg-2Zn-2Er and Mg-3Zn-0.5Er showed enhanced corrosion resistance due to the fine grain sized microstructure and a uniform distribution of secondary phases. The cell viability values were enhanced with increased coating time and it was found that these alloys could serve as potential candidates for further in-vivo tests to establish their applicability.
04-06-2020
04-06-2020
Thèse
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Artificially induced anisotropy of thermal conductivity in 2D Si phononic membranes
Artificially induced anisotropy of thermal conductivity in 2D Si phononic membranes


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Ce travail de thèse est consacré au développement de mécanismes pratiques pour le guidage de chaleur dans des nanostructures de silicium de faible dimension. Les applications vont du domaine de la gestion thermique des circuits intégrés aux technologies et matériaux thermoélectriques émergents à base de Si, dans lesquels le guidage thermique de la chaleur peut jouer un rôle important. L'objectif est d'étudier expérimentalement la faisabilité d'une anisotropie de conductivité thermique (κ) dans le plan, induite artificiellement, des membranes nanostructurées en Si. En combinant la thermométrie Raman, la modélisation optique et la modélisation par éléments finis (FEM), il a été possible de mesurer le gradient thermique, la conductance de la membrane et de déterminer les conductivités thermiques effectives. Cette expérience confirme la possibilité d’induire artificiellement une anisotropie élevée de κ dans des membranes en silicium. Un modèle FEM paramétré conçu à dessein a démontré la mise en œuvre possible des effets anisotropes induits dans le domaine de la gestion thermique des circuits intégrés.
This thesis work is devoted to the development of practical mechanisms for the heat guiding in silicon low-dimensional nanostructures. The motivation comes from both the field of IC thermal management and emerging technology of Si-based thermoelectric devices, where directional heat guiding can play an important role. A series of micrometre-sized thermal characterisation platforms was designed and fabricated. The objective is to study experimentally the feasibility of artificially-induced in-plane anisotropy of effective thermal conductivity (κ) in Si nanopatterned membranes. By the combined use of micro Raman Thermometry, Rigorous Coupled Wave Analysis and Finite Element Modelling (FEM) it was possible to measure the thermal gradient, membrane conductance and determine effective thermal conductivities. This experiment confirms the possibility to induce artificially high anisotropy of κ in Si phononic membranes. Finally, purposefully designed parameterized FEM model demonstrated the possible implementation of the induced anisotropic effects in the area of IC thermal-management.
Ce travail de thèse est consacré au développement de mécanismes pratiques pour le guidage de chaleur dans des nanostructures de silicium de faible dimension. Les applications vont du domaine de la gestion thermique des circuits intégrés aux technologies et matériaux thermoélectriques émergents à base de Si, dans lesquels le guidage thermique de la chaleur peut jouer un rôle important. L'objectif est d'étudier expérimentalement la faisabilité d'une anisotropie de conductivité thermique (κ) dans le plan, induite artificiellement, des membranes nanostructurées en Si. En combinant la thermométrie Raman, la modélisation optique et la modélisation par éléments finis (FEM), il a été possible de mesurer le gradient thermique, la conductance de la membrane et de déterminer les conductivités thermiques effectives. Cette expérience confirme la possibilité d’induire artificiellement une anisotropie élevée de κ dans des membranes en silicium. Un modèle FEM paramétré conçu à dessein a démontré la mise en œuvre possible des effets anisotropes induits dans le domaine de la gestion thermique des circuits intégrés.
This thesis work is devoted to the development of practical mechanisms for the heat guiding in silicon low-dimensional nanostructures. The motivation comes from both the field of IC thermal management and emerging technology of Si-based thermoelectric devices, where directional heat guiding can play an important role. A series of micrometre-sized thermal characterisation platforms was designed and fabricated. The objective is to study experimentally the feasibility of artificially-induced in-plane anisotropy of effective thermal conductivity (κ) in Si nanopatterned membranes. By the combined use of micro Raman Thermometry, Rigorous Coupled Wave Analysis and Finite Element Modelling (FEM) it was possible to measure the thermal gradient, membrane conductance and determine effective thermal conductivities. This experiment confirms the possibility to induce artificially high anisotropy of κ in Si phononic membranes. Finally, purposefully designed parameterized FEM model demonstrated the possible implementation of the induced anisotropic effects in the area of IC thermal-management.
04-06-2020
04-06-2020
Thèse
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Cité Scientifique BP 30155 59653 VILLENEUVE D'ASCQ CEDEX Tél.:+33 (0)3 20 43 44 10