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Towards the prediction of microstructure evolution under irradiation of model ferritic alloys with an hybrid AKMC-OKMC approach
Towards the prediction of microstructure evolution under irradiation of model ferritic alloys with an hybrid AKMC-OKMC approach


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Ce travail de thèse consistait en premier lieu à accélérer un modèle de Monte Carlo Cinétique Atomique visant à simuler l’évolution de la microstructure d’alliages modèles du type FeCuMnNiSiP représentatifs de l’acier de cuve sous irradiation neutronique. Cette accélération était nécessaire pour atteindre des doses ainsi que des flux comparables à l’expérience en des temps raisonnables. Pour cela, une accélération algorithmique du code de calcul LAKIMOCA a d’abord été réalisée. Les diverses optimisations apportées ont permis d’accélérer le code d’un facteur 7. Cette accélération ne s’avérant pas suffisante, l’approche retenue a été le développement d’une approche hybride entre une approche Monte Carlo atomique et Monte Carlo d’objets. La paramétrisation du modèle objet a permis de mieux comprendre les macro évènements en jeux dans les simulations, mais s’est révélée être d’une grande difficulté lorsque la complexité chimique des objets devient trop importante. Néanmoins, l’approche hybride a apporté une accélération des temps de calcul d’environ deux ordres de grandeur permettant de simuler des doses correspondant à 40 ans d’irradiation en production. De ces résultats, différentes limitations du modèle ainsi que de sa paramétrisation ont été mises en évidence. La difficulté du modèle à reproduire des effets de flux a été comblée par l’ajout d’un absorbeur visant à réduire la force de puits des joints de grains ainsi que par l’ajout de pièges pour rendre compte de la présence d’impureté dans le fer pur. Les simulations à hautes doses dans les alliages du type FeCuMnNiSiP ont aussi mis en évidence des différences entre les microstructures simulées et celles observées expérimentalement. Ainsi, dans un second temps, un nouveau modèle de cohésion basée sur des interactions de paires dépendantes de la concentration locale a été développé et paramétré. Bien que le nouveau modèle de cohésion soit numériquement plus lourd, il a été possible d’atteindre la dose ciblée en le couplant à l’approche hybride. Les résultats obtenus sont en meilleur en accord avec les calculs DFT récents ainsi qu’avec les microstructures expérimentales.
This PhD thesis work consisted, in the first place, in accelerating an atomic kinetic Monte Carlo model aiming at simulating the microstructure evolution of the FeCuMnNiP model alloys, representative of the reactor pressure vessel steels, under irradiation. This acceleration was required to reach, in a reasonable amount of time, doses and flux conditions comparable to the experimental ones. To do so, an algorithmic optimization has first been performed. The different optimizations introduced lead to an acceleration of the code of a 7 factor. Since this acceleration was not sufficient, the retained approach was to develop an hybrid between an AKMC and an OKMC. The parameterization of the object model provided a better understanding of the macro events involved in the simulations. It turns out that parameterize the model became too complex when increasing the chemical complexity of the objects. However, the hybrid approach brings an acceleration of two orders of magnitude allowing reaching doses corresponding to 40 years of irradiation in service condition. From these results, different limitations of the model as well as the parameterization were highlighted. The difficulty of the model to reproduce flux effect has been solved by adding an absorber that reduced the grain boundary sink strength. Traps have also been introduced to simulate the presence of impurities in pure iron. The high doses simulations in FeCuMnNiSiP model alloys also highlighted differences between the microstructures simulated and those observed experimentally. Thus, in a second time, a new cohesive model based on concentration dependent pair interactions has been developed and parameterized. While the new cohesive model is numerically heavier than the previous one, it has been possible to reach the target dose by coupling it with the hybrid model. The results obtained are in better agreement with recent DFT calculations and experimental microstructures.
Ce travail de thèse consistait en premier lieu à accélérer un modèle de Monte Carlo Cinétique Atomique visant à simuler l’évolution de la microstructure d’alliages modèles du type FeCuMnNiSiP représentatifs de l’acier de cuve sous irradiation neutronique. Cette accélération était nécessaire pour atteindre des doses ainsi que des flux comparables à l’expérience en des temps raisonnables. Pour cela, une accélération algorithmique du code de calcul LAKIMOCA a d’abord été réalisée. Les diverses optimisations apportées ont permis d’accélérer le code d’un facteur 7. Cette accélération ne s’avérant pas suffisante, l’approche retenue a été le développement d’une approche hybride entre une approche Monte Carlo atomique et Monte Carlo d’objets. La paramétrisation du modèle objet a permis de mieux comprendre les macro évènements en jeux dans les simulations, mais s’est révélée être d’une grande difficulté lorsque la complexité chimique des objets devient trop importante. Néanmoins, l’approche hybride a apporté une accélération des temps de calcul d’environ deux ordres de grandeur permettant de simuler des doses correspondant à 40 ans d’irradiation en production. De ces résultats, différentes limitations du modèle ainsi que de sa paramétrisation ont été mises en évidence. La difficulté du modèle à reproduire des effets de flux a été comblée par l’ajout d’un absorbeur visant à réduire la force de puits des joints de grains ainsi que par l’ajout de pièges pour rendre compte de la présence d’impureté dans le fer pur. Les simulations à hautes doses dans les alliages du type FeCuMnNiSiP ont aussi mis en évidence des différences entre les microstructures simulées et celles observées expérimentalement. Ainsi, dans un second temps, un nouveau modèle de cohésion basée sur des interactions de paires dépendantes de la concentration locale a été développé et paramétré. Bien que le nouveau modèle de cohésion soit numériquement plus lourd, il a été possible d’atteindre la dose ciblée en le couplant à l’approche hybride. Les résultats obtenus sont en meilleur en accord avec les calculs DFT récents ainsi qu’avec les microstructures expérimentales.
This PhD thesis work consisted, in the first place, in accelerating an atomic kinetic Monte Carlo model aiming at simulating the microstructure evolution of the FeCuMnNiP model alloys, representative of the reactor pressure vessel steels, under irradiation. This acceleration was required to reach, in a reasonable amount of time, doses and flux conditions comparable to the experimental ones. To do so, an algorithmic optimization has first been performed. The different optimizations introduced lead to an acceleration of the code of a 7 factor. Since this acceleration was not sufficient, the retained approach was to develop an hybrid between an AKMC and an OKMC. The parameterization of the object model provided a better understanding of the macro events involved in the simulations. It turns out that parameterize the model became too complex when increasing the chemical complexity of the objects. However, the hybrid approach brings an acceleration of two orders of magnitude allowing reaching doses corresponding to 40 years of irradiation in service condition. From these results, different limitations of the model as well as the parameterization were highlighted. The difficulty of the model to reproduce flux effect has been solved by adding an absorber that reduced the grain boundary sink strength. Traps have also been introduced to simulate the presence of impurities in pure iron. The high doses simulations in FeCuMnNiSiP model alloys also highlighted differences between the microstructures simulated and those observed experimentally. Thus, in a second time, a new cohesive model based on concentration dependent pair interactions has been developed and parameterized. While the new cohesive model is numerically heavier than the previous one, it has been possible to reach the target dose by coupling it with the hybrid model. The results obtained are in better agreement with recent DFT calculations and experimental microstructures.
19-10-2017
19-10-2017
Thèse
Thèse

Simulation et modèles prédictifs pour les nanodispositifs avancés à canaux à base de matériaux alternatifs
Simulation et modèles prédictifs pour les nanodispositifs avancés à canaux à base de matériaux alternatifs


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Ce travail de thèse a pour but de contribuer au développement d'outils numériques pour la simulation de dispositifs avancés à base de matériaux alternatifs au Si : l’InGaAs et le SiGe. C'est un travail de collaboration entre l'industrie (STMicroelectronics à Crolles) et des instituts de recherche (le CEA à Grenoble et l'IEMN à Lille). La modélisation de dispositifs MOSFET avancés pour des applications de basse puissance est étudiée, grâce à des outils prédictifs, mais efficaces et peu coûteux numériquement, qui peuvent être compatibles avec un environnement industriel. L’étude porte sur différents aspects, tels que i) les propriétés électroniques des matériaux massifs et des nanostructures, avec des outils allant de la méthode des liaisons fortes et des pseudo-potentiels empiriques, à la masse effective ; ii) les propriétés électrostatiques des capacités III-V ; iii) les propriétés de transport (mobilité effective à faible champ et vitesse de saturation) dans les films minces et les nanofils ; iv) la simulation de dispositifs conventionnels planaires FDSOI 14nm en régime linéaire et saturé. Ce travail fait usage d'une large variété d'approches et de modèles différents. Des outils basés sur une approche physique sont développés, permettant d'améliorer la capacité prédictive des modèles TCAD conventionnels, pour la modélisation des dispositifs nanoscopiques à courte longueur de grille et à base de matériaux SiGe ou InGaAs.
This PhD work aims at contributing to the development of numerical tools for advanced device simulation including alternative materials (InGaAs and SiGe). It is a collaboration work, between the industry (STMicroelectronics--Crolles) and research institutes (CEA--Grenoble and IEMN--Lille). The modeling of advanced low-power MOSFET devices is investigated with predictive, but efficient tools, that can be compatibles with an industrial TCAD framework. The study includes different aspects, such as: i) the electronic properties of bulk materials and nanostructures, with tools ranging from atomistic tight-binding and empirical pseudo-potential to effective mass model; ii) the electrostatic properties of III-V Ultra-Thin Body and bulk MOSCAPs; iii) the transport properties (low-field effective mobility and saturation velocity) of thin films and nanowires; iv) the simulation of template 14nm FDSOI devices in linear and saturation regime. This work makes use of a broad variety of approaches, models and techniques. Physical-based tools are developed, allowing to improve the predictive power of TCAD models for advanced devices with short-channel length and alternative channel materials.
Ce travail de thèse a pour but de contribuer au développement d'outils numériques pour la simulation de dispositifs avancés à base de matériaux alternatifs au Si : l’InGaAs et le SiGe. C'est un travail de collaboration entre l'industrie (STMicroelectronics à Crolles) et des instituts de recherche (le CEA à Grenoble et l'IEMN à Lille). La modélisation de dispositifs MOSFET avancés pour des applications de basse puissance est étudiée, grâce à des outils prédictifs, mais efficaces et peu coûteux numériquement, qui peuvent être compatibles avec un environnement industriel. L’étude porte sur différents aspects, tels que i) les propriétés électroniques des matériaux massifs et des nanostructures, avec des outils allant de la méthode des liaisons fortes et des pseudo-potentiels empiriques, à la masse effective ; ii) les propriétés électrostatiques des capacités III-V ; iii) les propriétés de transport (mobilité effective à faible champ et vitesse de saturation) dans les films minces et les nanofils ; iv) la simulation de dispositifs conventionnels planaires FDSOI 14nm en régime linéaire et saturé. Ce travail fait usage d'une large variété d'approches et de modèles différents. Des outils basés sur une approche physique sont développés, permettant d'améliorer la capacité prédictive des modèles TCAD conventionnels, pour la modélisation des dispositifs nanoscopiques à courte longueur de grille et à base de matériaux SiGe ou InGaAs.
This PhD work aims at contributing to the development of numerical tools for advanced device simulation including alternative materials (InGaAs and SiGe). It is a collaboration work, between the industry (STMicroelectronics--Crolles) and research institutes (CEA--Grenoble and IEMN--Lille). The modeling of advanced low-power MOSFET devices is investigated with predictive, but efficient tools, that can be compatibles with an industrial TCAD framework. The study includes different aspects, such as: i) the electronic properties of bulk materials and nanostructures, with tools ranging from atomistic tight-binding and empirical pseudo-potential to effective mass model; ii) the electrostatic properties of III-V Ultra-Thin Body and bulk MOSCAPs; iii) the transport properties (low-field effective mobility and saturation velocity) of thin films and nanowires; iv) the simulation of template 14nm FDSOI devices in linear and saturation regime. This work makes use of a broad variety of approaches, models and techniques. Physical-based tools are developed, allowing to improve the predictive power of TCAD models for advanced devices with short-channel length and alternative channel materials.
19-10-2017
19-10-2017
Thèse
Thèse

Modélisation par champ de phase et atomique des interfaces hétérophases : application aux hydrures de zirconium
Modélisation par champ de phase et atomique des interfaces hétérophases : application aux hydrures de zirconium


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Le but de ce travail était de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes complexes qui sous-tendent la formation et l’évolution des hydrures dans le zirconium α et ses alliages. Dans ce contexte, des approches multi-échelles, mêlant simulations atomiques et par champ de phase, ont été employées pour aborder les propriétés structurales et énergétiques des interfaces hétérophases α|hydrures. Un intérêt particulier a été porté à l'hydrure γ-ZrH, en raison de sa stabilité et ses relations avec les chemins de précipitation controversés, via l’étude des interfaces basales et prismatiques complétée par une étude soignée des plans d’habitat. Une méthodologie originale transposable à d’autres systèmes, fondée sur la théorie microélastique combinée à des calculs ab initio, a été proposée pour estimer les énergies relatives à ces interfaces. Les résultats montrent une forte anisotropie jusque-là négligée dans la littérature. Du fait du caractère semi-cohérent des interfaces prismatiques, une évaluation correcte de leur énergie s'est révélée difficile. Une approche alternative a donc été suggérée, fondée sur un formalisme de champ de phase à même de décrire la structure de cœur des dislocations inhérentes à des interfaces prismatiques hc|cfc. Elle s’est avérée utile pour estimer la stabilité interfaciale de divers systèmes et pour prédire la perte de cohérence d’un germe croissant. Il a été montré que l'hydrure ζ-Zr2H cohérent constituerait un bon précurseur de γ. Enfin, l'emploi de la théorie microélastique aux interfaces α|hydrures a clairement indiqué la préférence pour des plans d'habitat pyramidaux πI. Un effet notable de la teneur en hydrogène a aussi été observé.
The goal of this work was to contribute to a better understanding of the complex mechanisms underpinning the formation and evolution of hydrides in α zirconium and its alloys. In this context, multi-scale approaches combining atomic and phase-field simulations were employed to address the structural and energetic properties of heterophase α|hydrides interfaces. A peculiar attention was focused on the γ-ZrH hydride due to its controversed stability and to its supposed role one many sequences of precipitation. In particular, the study was concentrated on the basal and prismatic interfaces complemented by a meticulous study of the habit planes. An original methodology, transferable to other systems and based on the microelasticity theory combined with ab initio calculations, was proposed to estimate the energies related to these interfaces. The results show a strong anisotropy hitherto neglected in the literature. Due to the semi-coherent nature of prismatic interfaces, a correct evaluation of its energy was proven to be difficult. Thus, an alternative approach, grounded in a phase-field formalism and able to describe the core structure of inherent dislocations in prismatic interfaces, has been suggested. This approach turned out useful to estimate the interfacial stability of various systems as well as to predict the coherency loss of a growing seed. It has been showed that the coherent ζ-Zr2H hydride could constitute a good precursor of γ-hydride. Finally, the application of the microelasticity theory to α|hydrides interfaces has clearly showed a preference for πI pyramidal habit planes where a significant effect of hydrogen content in the hydride has also been observed.
Le but de ce travail était de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes complexes qui sous-tendent la formation et l’évolution des hydrures dans le zirconium α et ses alliages. Dans ce contexte, des approches multi-échelles, mêlant simulations atomiques et par champ de phase, ont été employées pour aborder les propriétés structurales et énergétiques des interfaces hétérophases α|hydrures. Un intérêt particulier a été porté à l'hydrure γ-ZrH, en raison de sa stabilité et ses relations avec les chemins de précipitation controversés, via l’étude des interfaces basales et prismatiques complétée par une étude soignée des plans d’habitat. Une méthodologie originale transposable à d’autres systèmes, fondée sur la théorie microélastique combinée à des calculs ab initio, a été proposée pour estimer les énergies relatives à ces interfaces. Les résultats montrent une forte anisotropie jusque-là négligée dans la littérature. Du fait du caractère semi-cohérent des interfaces prismatiques, une évaluation correcte de leur énergie s'est révélée difficile. Une approche alternative a donc été suggérée, fondée sur un formalisme de champ de phase à même de décrire la structure de cœur des dislocations inhérentes à des interfaces prismatiques hc|cfc. Elle s’est avérée utile pour estimer la stabilité interfaciale de divers systèmes et pour prédire la perte de cohérence d’un germe croissant. Il a été montré que l'hydrure ζ-Zr2H cohérent constituerait un bon précurseur de γ. Enfin, l'emploi de la théorie microélastique aux interfaces α|hydrures a clairement indiqué la préférence pour des plans d'habitat pyramidaux πI. Un effet notable de la teneur en hydrogène a aussi été observé.
The goal of this work was to contribute to a better understanding of the complex mechanisms underpinning the formation and evolution of hydrides in α zirconium and its alloys. In this context, multi-scale approaches combining atomic and phase-field simulations were employed to address the structural and energetic properties of heterophase α|hydrides interfaces. A peculiar attention was focused on the γ-ZrH hydride due to its controversed stability and to its supposed role one many sequences of precipitation. In particular, the study was concentrated on the basal and prismatic interfaces complemented by a meticulous study of the habit planes. An original methodology, transferable to other systems and based on the microelasticity theory combined with ab initio calculations, was proposed to estimate the energies related to these interfaces. The results show a strong anisotropy hitherto neglected in the literature. Due to the semi-coherent nature of prismatic interfaces, a correct evaluation of its energy was proven to be difficult. Thus, an alternative approach, grounded in a phase-field formalism and able to describe the core structure of inherent dislocations in prismatic interfaces, has been suggested. This approach turned out useful to estimate the interfacial stability of various systems as well as to predict the coherency loss of a growing seed. It has been showed that the coherent ζ-Zr2H hydride could constitute a good precursor of γ-hydride. Finally, the application of the microelasticity theory to α|hydrides interfaces has clearly showed a preference for πI pyramidal habit planes where a significant effect of hydrogen content in the hydride has also been observed.
18-10-2017
18-10-2017
Thèse
Thèse

Processus de mise en place et évolution des systèmes de volcans de boue
Processus de mise en place et évolution des systèmes de volcans de boue


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Cette thèse porte sur les mécanismes responsables de la croissance de systèmes de volcans de boue ainsi que sur les processus qui gouvernent leur évolution de surface. L’étude s’appuie sur une analyse structurale sur données sismiques faite sur deux structures anticlinales localisées dans le NW du Bassin Sud Caspien ainsi que sur une analyse structurale de terrain approfondie couplée à une imagerie de la sub-surface des édifices par résistivité électrique ainsi que par études géochimiques d’édifices volcaniques localisés dans la continuité onshore du bassin de la Kura en Azerbaïdjan. Les volcans à morphologie de mud pie montrent une morphologie plate car leur croissance est régie par la présence d’une réserve de matériel argileux non induré en surface que l’on appelle chambre superficielle. L’arrivée de matériel depuis une source de boue peu profonde induit le gonflement de cette chambre qui, en se rééquilibrant, provoque des déformations de surface et un élargissement de l’objet selon un modèle de Pousse-Muraille. Les édifices à morphologie coniques sont liés à des zones de stockage de matériel argileux plus profondes (chambre secondaire) voire à la source de boue, la zone de fluidisation du sédiment (chambre primaire). La source de fluides (eau et gaz) et nettement démarquée de la source de boue. La sédimentation est un facteur clé dans l’évolution des systèmes de volcan de boue car elle permet de sceller les chemins de migration de fluides, relançant la formation de surpression de fluide, créant une évolution par épisodes successifs de systèmes de volcans de boue emboîtés : les complexes de systèmes de volcan de boue.
This doctoral work studies the mechanisms involved in the growth of mud volcanoes systems and the processes involved with their surface evolution. The study is based on a structural analysis using seismic data acquired on two anticlines located in the NW of the South Caspian Basin and on an extensive structural field work combined with a sub-surface imagery based on electrical resistivity and geochemical analysis on edifices located on the onshore in continuity of the Kura Basin (Azerbaijan). Mud Pie are edifices having a flat morphology induced by the occurrence of a reserve of liquid mud on surface that we call Superficial Chamber. The input of material from a shallow mud source induce the inflation of this chamber which, reaching the equilibrium, induces a compressional stress that deform the edifice and make it grow, following a model named “Pushing Walls”. Conical edifices are linked to deeper storage zones (Secondary Chamber) or even to the source of mud itself (Primary Chamber). The fluid source (water and gas) is clearly disconnected to the source of mud. Sedimentation plays a dominant role on mud volcano systems evolution allowing to seal the fluid migration paths, thus the formation of fluids overpressure, inducing an evolution by successive pulses leading to interlocked mud volcano systems: mud volcano systems complexes.
Cette thèse porte sur les mécanismes responsables de la croissance de systèmes de volcans de boue ainsi que sur les processus qui gouvernent leur évolution de surface. L’étude s’appuie sur une analyse structurale sur données sismiques faite sur deux structures anticlinales localisées dans le NW du Bassin Sud Caspien ainsi que sur une analyse structurale de terrain approfondie couplée à une imagerie de la sub-surface des édifices par résistivité électrique ainsi que par études géochimiques d’édifices volcaniques localisés dans la continuité onshore du bassin de la Kura en Azerbaïdjan. Les volcans à morphologie de mud pie montrent une morphologie plate car leur croissance est régie par la présence d’une réserve de matériel argileux non induré en surface que l’on appelle chambre superficielle. L’arrivée de matériel depuis une source de boue peu profonde induit le gonflement de cette chambre qui, en se rééquilibrant, provoque des déformations de surface et un élargissement de l’objet selon un modèle de Pousse-Muraille. Les édifices à morphologie coniques sont liés à des zones de stockage de matériel argileux plus profondes (chambre secondaire) voire à la source de boue, la zone de fluidisation du sédiment (chambre primaire). La source de fluides (eau et gaz) et nettement démarquée de la source de boue. La sédimentation est un facteur clé dans l’évolution des systèmes de volcan de boue car elle permet de sceller les chemins de migration de fluides, relançant la formation de surpression de fluide, créant une évolution par épisodes successifs de systèmes de volcans de boue emboîtés : les complexes de systèmes de volcan de boue.
This doctoral work studies the mechanisms involved in the growth of mud volcanoes systems and the processes involved with their surface evolution. The study is based on a structural analysis using seismic data acquired on two anticlines located in the NW of the South Caspian Basin and on an extensive structural field work combined with a sub-surface imagery based on electrical resistivity and geochemical analysis on edifices located on the onshore in continuity of the Kura Basin (Azerbaijan). Mud Pie are edifices having a flat morphology induced by the occurrence of a reserve of liquid mud on surface that we call Superficial Chamber. The input of material from a shallow mud source induce the inflation of this chamber which, reaching the equilibrium, induces a compressional stress that deform the edifice and make it grow, following a model named “Pushing Walls”. Conical edifices are linked to deeper storage zones (Secondary Chamber) or even to the source of mud itself (Primary Chamber). The fluid source (water and gas) is clearly disconnected to the source of mud. Sedimentation plays a dominant role on mud volcano systems evolution allowing to seal the fluid migration paths, thus the formation of fluids overpressure, inducing an evolution by successive pulses leading to interlocked mud volcano systems: mud volcano systems complexes.
17-10-2017
17-10-2017
Thèse
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Étude et fabrication de MOSFET III-V à ionisation par impact pour applications basse consommation
Étude et fabrication de MOSFET III-V à ionisation par impact pour applications basse consommation


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La réduction de la puissance consommée des transistors à effet de champ (MOSFETs) est un challenge pour le futur de la nanoélectronique. En 2025, l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) estime qu’il y aura environ 50 milliard d’objets autonomes et nomades nécessitant alors une faible puissance consommée. L’apparition de nouveaux dispositifs tels que les transistors à effet tunnel (TFETs) ou les transistors à ionisation par impact (I MOSFETs) permettra potentiellement de réduire la puissance consommée de ces objets. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié pour la première fois le transistor à ionisation par impact à base de matériaux III V des filières arséniée et antimoniée. La structure pin, composant principal du I MOSFET, est tout d’abord étudiée. L’ensemble des briques technologiques des I MOSFET a ensuite été développé, et en particulier l’interface entre l’oxyde et le semiconducteur III-V qui a été optimisée par un traitement innovant par plasma d’oxygène (O2). Ce traitement a montré une amélioration de la qualité de l’interface oxyde/semiconducteur conduisant à une commande des charges beaucoup plus efficace. Pour finir, nous avons montré les études, fabrications et caractérisations d’un transistor à effet tunnel InGaAs et d’un I MOSFET GaSb présentant une architecture verticale où la grille est auto-alignée.
The reduction in the power consumption of field effect transistors (MOSFETs) is a challenge for the future of nanoelectronics. By 2025, the International Energy Agency (IEA) estimates that there will be around 50 billion autonomous and nomadic objects requiring low power consumption. The appearance of new devices such as tunnel effect transistors (TFETs) or impact ionization transistors (I¬ MOSFETs) will potentially reduce the power consumption of these objects. In this thesis work, we studied for the first time the impact ionization transistor based on materials III-V, especially arsenic and antimony based materials. The pin structure, the main component of the I MOSFET, is first studied. We then developed all the process steps of the I-MOSFET fabrication, and in particular we optimized the interface between the oxide and the III-V semiconductor by an innovative treatment using oxygen plasma (O2). This special treatment has shown a clear improvement in charge control. Finally, we have shown studies, fabrications and characterizations of an InGaAs based TFET and a GaSb based I MOSFET with a vertical architecture, where the gate is self-aligned.
La réduction de la puissance consommée des transistors à effet de champ (MOSFETs) est un challenge pour le futur de la nanoélectronique. En 2025, l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) estime qu’il y aura environ 50 milliard d’objets autonomes et nomades nécessitant alors une faible puissance consommée. L’apparition de nouveaux dispositifs tels que les transistors à effet tunnel (TFETs) ou les transistors à ionisation par impact (I MOSFETs) permettra potentiellement de réduire la puissance consommée de ces objets. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié pour la première fois le transistor à ionisation par impact à base de matériaux III V des filières arséniée et antimoniée. La structure pin, composant principal du I MOSFET, est tout d’abord étudiée. L’ensemble des briques technologiques des I MOSFET a ensuite été développé, et en particulier l’interface entre l’oxyde et le semiconducteur III-V qui a été optimisée par un traitement innovant par plasma d’oxygène (O2). Ce traitement a montré une amélioration de la qualité de l’interface oxyde/semiconducteur conduisant à une commande des charges beaucoup plus efficace. Pour finir, nous avons montré les études, fabrications et caractérisations d’un transistor à effet tunnel InGaAs et d’un I MOSFET GaSb présentant une architecture verticale où la grille est auto-alignée.
The reduction in the power consumption of field effect transistors (MOSFETs) is a challenge for the future of nanoelectronics. By 2025, the International Energy Agency (IEA) estimates that there will be around 50 billion autonomous and nomadic objects requiring low power consumption. The appearance of new devices such as tunnel effect transistors (TFETs) or impact ionization transistors (I¬ MOSFETs) will potentially reduce the power consumption of these objects. In this thesis work, we studied for the first time the impact ionization transistor based on materials III-V, especially arsenic and antimony based materials. The pin structure, the main component of the I MOSFET, is first studied. We then developed all the process steps of the I-MOSFET fabrication, and in particular we optimized the interface between the oxide and the III-V semiconductor by an innovative treatment using oxygen plasma (O2). This special treatment has shown a clear improvement in charge control. Finally, we have shown studies, fabrications and characterizations of an InGaAs based TFET and a GaSb based I MOSFET with a vertical architecture, where the gate is self-aligned.
17-10-2017
17-10-2017
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.
16-10-2017
16-10-2017
Thèse
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Etude du potentiel de valorisation de la Bauxaline® en matériaux de construction et de dépollution
Etude du potentiel de valorisation de la Bauxaline® en matériaux de construction et de dépollution


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Les boues rouges sont des sous-produits industriels issus de l’extraction d’alumine à partir de minerais de bauxite via le procédé Bayer. Le traitement de ces boues par filtre presse permet de réduire leur teneur en eau et d’obtenir un produit pelletable dénommé Bauxaline par l’usine Alteo de Gardanne, le tonnage annuel est de 300 000 t/an. Plusieurs applications ont été envisagées pour ce sous-produit industriel: matériaux de terres cuites, coulis, granulats légers et médias filtrants de dépollution. L’incorporation de la Bauxaline dans les matériaux de terres cuites vise la fabrication de tuiles. Les essais réalisés à l’échelle du laboratoire ont permis de mettre en évidence que l’argile naturelle est substituable par de la Bauxaline à hauteur de 30%. Ce taux de substitution permet de répondre aux exigences mécaniques et environnementales, aux contraintes sanitaires liées à la radioactivité naturelle de la Bauxaline. Aussi, l’incorporation de Bauxaline apporte une valeur ajoutée aux matériaux de terres cuites en permettant d’obtenir une teinte intéressante pour un fabricant de tuiles souhaitant élargir sa gamme. L’étude de formulation de coulis auto-compactants et de granulats légers a permis de démontrer la faisabilité aux niveaux mécaniques et environnementaux de l’incorporation de la Bauxaline avec des taux de substitution significatifs. La filière dépollution est également une voie intéressante : les granulés formulés à partir de Bauxaline présentent une bonne réactivité vis-à-vis des ions phosphates. Economiquement, cette piste de valorisation est aussi prometteuse : la Bauxaline constitue un matériau peu onéreux en comparaison aux médias filtrants du marché.
Red mud is an industrial by-product from the extraction of alumina from bauxite ores via the Bayer process. The treatment of these sludges with a filter press makes it possible to reduce their water content and to obtain an excavable product called Bauxaline by the Alteo de Gardanne plant, the annual tonnage is 300 000 t / year. Several applications have been considered for this industrial by-product: ceramic materials, grout, lightweight aggregates and depollution filter media. The incorporation of Bauxaline into the ceramic materials is aimed at the manufacture of tiles. Tests carried out on the scale of the laboratory made it possible to demonstrate that the natural clay is substitutable by Bauxaline for 30%. This substitution rate makes it possible to meet the mechanical and environmental requirements and the health constraints linked to the natural radioactivity of Bauxaline. Also, the incorporation of Bauxaline adds value to the materials of ceramic by allowing to obtain an interesting shade for a manufacturer of tiles wishing to widen its range. The study of the formulation of self-compacting grouts and light aggregates made it possible to demonstrate the feasibility at mechanical and environmental levels of the incorporation of Bauxaline with significant substitution rates. The process of depollution is also an interesting way: the granules formulated from Bauxaline have a good reactivity with respect to the phosphate ions. Economically, this upgrade path is also promising: the Bauxaline is a low-cost material compared to the filter media on the market.
Les boues rouges sont des sous-produits industriels issus de l’extraction d’alumine à partir de minerais de bauxite via le procédé Bayer. Le traitement de ces boues par filtre presse permet de réduire leur teneur en eau et d’obtenir un produit pelletable dénommé Bauxaline par l’usine Alteo de Gardanne, le tonnage annuel est de 300 000 t/an. Plusieurs applications ont été envisagées pour ce sous-produit industriel: matériaux de terres cuites, coulis, granulats légers et médias filtrants de dépollution. L’incorporation de la Bauxaline dans les matériaux de terres cuites vise la fabrication de tuiles. Les essais réalisés à l’échelle du laboratoire ont permis de mettre en évidence que l’argile naturelle est substituable par de la Bauxaline à hauteur de 30%. Ce taux de substitution permet de répondre aux exigences mécaniques et environnementales, aux contraintes sanitaires liées à la radioactivité naturelle de la Bauxaline. Aussi, l’incorporation de Bauxaline apporte une valeur ajoutée aux matériaux de terres cuites en permettant d’obtenir une teinte intéressante pour un fabricant de tuiles souhaitant élargir sa gamme. L’étude de formulation de coulis auto-compactants et de granulats légers a permis de démontrer la faisabilité aux niveaux mécaniques et environnementaux de l’incorporation de la Bauxaline avec des taux de substitution significatifs. La filière dépollution est également une voie intéressante : les granulés formulés à partir de Bauxaline présentent une bonne réactivité vis-à-vis des ions phosphates. Economiquement, cette piste de valorisation est aussi prometteuse : la Bauxaline constitue un matériau peu onéreux en comparaison aux médias filtrants du marché.
Red mud is an industrial by-product from the extraction of alumina from bauxite ores via the Bayer process. The treatment of these sludges with a filter press makes it possible to reduce their water content and to obtain an excavable product called Bauxaline by the Alteo de Gardanne plant, the annual tonnage is 300 000 t / year. Several applications have been considered for this industrial by-product: ceramic materials, grout, lightweight aggregates and depollution filter media. The incorporation of Bauxaline into the ceramic materials is aimed at the manufacture of tiles. Tests carried out on the scale of the laboratory made it possible to demonstrate that the natural clay is substitutable by Bauxaline for 30%. This substitution rate makes it possible to meet the mechanical and environmental requirements and the health constraints linked to the natural radioactivity of Bauxaline. Also, the incorporation of Bauxaline adds value to the materials of ceramic by allowing to obtain an interesting shade for a manufacturer of tiles wishing to widen its range. The study of the formulation of self-compacting grouts and light aggregates made it possible to demonstrate the feasibility at mechanical and environmental levels of the incorporation of Bauxaline with significant substitution rates. The process of depollution is also an interesting way: the granules formulated from Bauxaline have a good reactivity with respect to the phosphate ions. Economically, this upgrade path is also promising: the Bauxaline is a low-cost material compared to the filter media on the market.
16-10-2017
16-10-2017
Thèse
Thèse

Exploring interactive sub-spaces for gestural midair interaction
Exploring interactive sub-spaces for gestural midair interaction


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Cette thèse s'intéresse à comment utiliser les gestes dans l'air pour enrichir les l'interaction Homme-Machine en utilisant des espaces interactifs. Cette thèse s'inspire d'un concept de la communication non verbale : la proxémie. Cette théorie, introduite par Edward T. Hall, affirme entre autres que notre perception de l'espace est dynamique. Et s'accorde à l'environnement que nous percevons. En m'inspirant de cette théorie, je présente ici un nouveau concept d'interaction accompagné de son framework de design : Mimetic Interaction Space (MIS). Afin de montrer ce que le concept peut apporter à l'interaction, en plus d'une relecture de la littérature sur l'interaction dans les airs, je propose trois instanciations de ce concept autour des trois types d'utilisation du concept. La première instanciation est pour le contrôle indirect sur un écran distant en utilisant un MIS comme une interface à part entière. La seconde instanciation d'enrichir l'interaction sur tablette en utilisant un ou des MISs l'entourant. Deux propositions d'utilisation sont faites. Une première en subdivisant le MIS en plusieurs autour de la tablette. Puis une seconde utilisation du MIS comme étant la continuité de l'écran de la tablette. La troisième instanciation se fait dans le contexte de l'interaction sur très grands écrans tactiles. Ici, un MIS a pour rôle de faire la transition continue entre l'interaction tactile et l'interaction dans les airs. Pour finir, j'introduis quelques pistes de développement pour l'avenir des MIS et je propose une réflexion sur une facette du concept des MIS qui ouvre d'importantes questions sur l'interaction basée MIS.
This dissertation focuses on how to exploit gestural midair interaction to extend the possibilities of existing devices by using interactive spaces. The starting point is in the nonverbal communication theory of proxemics introduced by Eward T. Hall who stated that our perception of space is dynamic. From this, I argue that we could apply this dynamic understanding of space to interactive spaces. I propose a novel concept of interaction and an associated design framework for interactive spaces : Mimetic Interaction Space (MIS). To show the prospects MIS gives for midair interaction, I propose three instantiations of the concept that uses it in different ways. The first one is the use of MISs as a standalone interface the control of a remote display. The second instantiation is the use of one or several MIS tied up to the tablet in two ways. First by cutting out the MIS in multiple ones. The second way of using a MIS linked to the tablet is by considering it as a continuation of the tablet screen around it. The third instantiation is in the context of interaction on wall displays where a MIS is placed right in front of the screen and has the role of a transition space from touch to midair interaction. This MIS allows for a continuous transition between the physical and direct nature of touch interaction, and the more abstract nature of midair interaction. I finally conclude by discussing the future of interfaces regarding midair gestures. I also discuss a facet of MIS that opens a novel way to think about MIS interaction.
Cette thèse s'intéresse à comment utiliser les gestes dans l'air pour enrichir les l'interaction Homme-Machine en utilisant des espaces interactifs. Cette thèse s'inspire d'un concept de la communication non verbale : la proxémie. Cette théorie, introduite par Edward T. Hall, affirme entre autres que notre perception de l'espace est dynamique. Et s'accorde à l'environnement que nous percevons. En m'inspirant de cette théorie, je présente ici un nouveau concept d'interaction accompagné de son framework de design : Mimetic Interaction Space (MIS). Afin de montrer ce que le concept peut apporter à l'interaction, en plus d'une relecture de la littérature sur l'interaction dans les airs, je propose trois instanciations de ce concept autour des trois types d'utilisation du concept. La première instanciation est pour le contrôle indirect sur un écran distant en utilisant un MIS comme une interface à part entière. La seconde instanciation d'enrichir l'interaction sur tablette en utilisant un ou des MISs l'entourant. Deux propositions d'utilisation sont faites. Une première en subdivisant le MIS en plusieurs autour de la tablette. Puis une seconde utilisation du MIS comme étant la continuité de l'écran de la tablette. La troisième instanciation se fait dans le contexte de l'interaction sur très grands écrans tactiles. Ici, un MIS a pour rôle de faire la transition continue entre l'interaction tactile et l'interaction dans les airs. Pour finir, j'introduis quelques pistes de développement pour l'avenir des MIS et je propose une réflexion sur une facette du concept des MIS qui ouvre d'importantes questions sur l'interaction basée MIS.
This dissertation focuses on how to exploit gestural midair interaction to extend the possibilities of existing devices by using interactive spaces. The starting point is in the nonverbal communication theory of proxemics introduced by Eward T. Hall who stated that our perception of space is dynamic. From this, I argue that we could apply this dynamic understanding of space to interactive spaces. I propose a novel concept of interaction and an associated design framework for interactive spaces : Mimetic Interaction Space (MIS). To show the prospects MIS gives for midair interaction, I propose three instantiations of the concept that uses it in different ways. The first one is the use of MISs as a standalone interface the control of a remote display. The second instantiation is the use of one or several MIS tied up to the tablet in two ways. First by cutting out the MIS in multiple ones. The second way of using a MIS linked to the tablet is by considering it as a continuation of the tablet screen around it. The third instantiation is in the context of interaction on wall displays where a MIS is placed right in front of the screen and has the role of a transition space from touch to midair interaction. This MIS allows for a continuous transition between the physical and direct nature of touch interaction, and the more abstract nature of midair interaction. I finally conclude by discussing the future of interfaces regarding midair gestures. I also discuss a facet of MIS that opens a novel way to think about MIS interaction.
13-10-2017
13-10-2017
Thèse
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Organic, metallic and mixed catalytic systems for the synthesis of poly(ethylene terephthalate-co-isosorbide terephthalate)
Organic, metallic and mixed catalytic systems for the synthesis of poly(ethylene terephthalate-co-isosorbide terephthalate)


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L’objectif de cette thèse, en partenariat avec la société Roquette Frères et l’Institut Français des Matériaux Agrosourcés (IFMAS), est de développer des systèmes catalytiques permettant de catalyser de manière efficace la polyestérification d’alcools secondaires. Il s’agit de faciliter l'incorporation de monomères biosourcés tel que l'isosorbide dans des polyesters de type poly(éthylène téréphtalate) (PET). L’emploi de ce monomère biosourcé permet d’accéder à de nouvelles propriétés et de réduire la consommation de dérivés d’origine pétro-sourcés comme peut l’être le CHDM (cyclohexane diméthanol) ou le CBDO (tétraméthyl-cyclobutanediol) par exemple. Le Chapitre 1 propose une étude bibliographique sur les catalyseurs les plus performants actuellement utilisés pour la synthèse de PET. L’organocatalyse, qui a jusqu’ici été très peu étudiée dans ce type de réaction, est appliquée à la synthèse de poly(éthylène-téréphtalate-co-isosorbide téréphtalate) dans le Chapitre 2. Dans le Chapitre 3, des catalyseurs métalliques performants en synthèse de PET sont appliqués à la réaction, ainsi que des combinaisons bimétalliques. Dans le Chapitre 4, ces catalyseurs métalliques sont utilisés en combinaison avec les organocatalyseurs les plus performants, dans le but d’optimiser les propriétés et de réduire la quantité de métal utilisée.
The objective of this thesis, in partnership with the company Roquette Frères and the French Institute of Agro-Sourced Materials (IFMAS), is to develop catalytic systems which can efficiently catalyse the polyesterification of secondary alcohols. The particular aim is to simplify the incorporation of bio-sourced monomers such as isosorbide in to polyesters like poly(ethylene terephthalate) (PET). The use of this bio-sourced monomer allows access to new properties whilst also reducing the consummation of petro-sourced derivatives, much like in the case of cyclohexane dimethanol (CHDM) or cyclobutane diol (CBDO). Chapter 1 proposes a bibliographic study on the best performing catalysts currently used for the synthesis of PET. Organocatalysts, who have been rarely studied until now for this reaction, are applied to the synthesis of poly(ethylene terephthalate-co-isosorbide terephthalate) in Chapter 2. In Chapter 3, metallic catalysts known for their use in PET synthesis are applied to the reaction separately and in bimetallic combinations. In Chapter 4, these metallic catalysts are used in combinations with the best performing organocatalysts with the aim of optimising the properties whilst also reducing the metal quantities used.
L’objectif de cette thèse, en partenariat avec la société Roquette Frères et l’Institut Français des Matériaux Agrosourcés (IFMAS), est de développer des systèmes catalytiques permettant de catalyser de manière efficace la polyestérification d’alcools secondaires. Il s’agit de faciliter l'incorporation de monomères biosourcés tel que l'isosorbide dans des polyesters de type poly(éthylène téréphtalate) (PET). L’emploi de ce monomère biosourcé permet d’accéder à de nouvelles propriétés et de réduire la consommation de dérivés d’origine pétro-sourcés comme peut l’être le CHDM (cyclohexane diméthanol) ou le CBDO (tétraméthyl-cyclobutanediol) par exemple. Le Chapitre 1 propose une étude bibliographique sur les catalyseurs les plus performants actuellement utilisés pour la synthèse de PET. L’organocatalyse, qui a jusqu’ici été très peu étudiée dans ce type de réaction, est appliquée à la synthèse de poly(éthylène-téréphtalate-co-isosorbide téréphtalate) dans le Chapitre 2. Dans le Chapitre 3, des catalyseurs métalliques performants en synthèse de PET sont appliqués à la réaction, ainsi que des combinaisons bimétalliques. Dans le Chapitre 4, ces catalyseurs métalliques sont utilisés en combinaison avec les organocatalyseurs les plus performants, dans le but d’optimiser les propriétés et de réduire la quantité de métal utilisée.
The objective of this thesis, in partnership with the company Roquette Frères and the French Institute of Agro-Sourced Materials (IFMAS), is to develop catalytic systems which can efficiently catalyse the polyesterification of secondary alcohols. The particular aim is to simplify the incorporation of bio-sourced monomers such as isosorbide in to polyesters like poly(ethylene terephthalate) (PET). The use of this bio-sourced monomer allows access to new properties whilst also reducing the consummation of petro-sourced derivatives, much like in the case of cyclohexane dimethanol (CHDM) or cyclobutane diol (CBDO). Chapter 1 proposes a bibliographic study on the best performing catalysts currently used for the synthesis of PET. Organocatalysts, who have been rarely studied until now for this reaction, are applied to the synthesis of poly(ethylene terephthalate-co-isosorbide terephthalate) in Chapter 2. In Chapter 3, metallic catalysts known for their use in PET synthesis are applied to the reaction separately and in bimetallic combinations. In Chapter 4, these metallic catalysts are used in combinations with the best performing organocatalysts with the aim of optimising the properties whilst also reducing the metal quantities used.
11-10-2017
11-10-2017
Thèse
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Rôles des UDP-Glycosyltransférases dans la régulation de la lignification par glycosylation des précurseurs
Rôles des UDP-Glycosyltransférases dans la régulation de la lignification par glycosylation des précurseurs


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De nombreux processus liés à la régulation de la lignification dans les parois secondaires chez les plantes sont maintenant relativement bien connus. Toutefois, le rôle de la glycosylation des monolignols et de leurs précurseurs reste encore à établir dans cette voie de biosynthèse complexe. Les fibres primaires de lin (Linum usitatissimum) sont caractérisées par la présence d'une paroi secondaire épaisse contenant très peu de lignines contrairement aux cellules voisines du xylème dans la tige. Cette différence de composition s'accompagne également d'une accumulation de molécules apparentées aux lignines majoritairement présentes sous forme glycosylées dans les fibres. Le contexte général de ce travail était donc de rechercher une éventuelle influence entre la glycosylation des précurseurs et les quantités de lignines elles mêmes. Dans un premier temps nous avons caractérisé l'ensemble de la voie de biosynthèse des monolignols chez le lin en reconstituant les familles multigéniques à l'aide de la séquence de son génome puis notamment établi leurs profils d'expression. Dans un deuxième temps, la même démarche a été effectuée dans le but de d'identifier toutes les UDP GlycosylTransférases (UGTs) formant l'UGTome du lin. Parmi celles-ci, cinq orthologues d'UGTs d'Arabidopsis capables de glycosyler ces métabolites secondaires ont été caractérisés. Enfin, pour mieux comprendre la relation entre la glycosylation des monolignols et la lignification, un triple mutant ugt72e1-2-3 d’Arabidopsis a été obtenu et a montré non seulement que la glycosylation influençait la lignification mais a aussi permis de mieux cerner le rôle probable de ces UGTs chez les plantes.
Many processes related to the regulation of plant secondary cell wall lignification are now relatively well known. However, the role of glycosylation of monolignols and their precursors within this complex biosynthetic pathway still remains to be established. Primary flax (Linum usitatissimum) fibers are characterized by the presence of a thick secondary cell wall containing very low amounts of lignins in contrast to the neighboring cells of the xylem in the stem. This difference in composition is also accompanied by an accumulation of molecules related to lignins, predominantly present in glycosylated forms within the fibers. The general context of this work was therefore to check if any relation between the glycosylation of the precursors and the amounts of lignins themselves exists. We first characterized the entire biosynthetic pathway of monolignols in flax by reconstituting the multigenic families using the sequence of its genome and then, among other approaches, established their expression profiles. In a second step, the same procedure was performed to identify all of the UDP GlycosylTransferases (UGTs) forming the UGTome of flax. Among these, five enzymes orthologous to Arabidopsis UGTs, which were able to glycosylate these secondary metabolites, were characterized. Finally, to gain more knowledge on the possible link between monolignol glycosylation and lignification, a triple Arabidopsis mutant ugt72e1- 2-3 was obtained and showed that not only such link exists, but that UGTs play specific roles in plants.
De nombreux processus liés à la régulation de la lignification dans les parois secondaires chez les plantes sont maintenant relativement bien connus. Toutefois, le rôle de la glycosylation des monolignols et de leurs précurseurs reste encore à établir dans cette voie de biosynthèse complexe. Les fibres primaires de lin (Linum usitatissimum) sont caractérisées par la présence d'une paroi secondaire épaisse contenant très peu de lignines contrairement aux cellules voisines du xylème dans la tige. Cette différence de composition s'accompagne également d'une accumulation de molécules apparentées aux lignines majoritairement présentes sous forme glycosylées dans les fibres. Le contexte général de ce travail était donc de rechercher une éventuelle influence entre la glycosylation des précurseurs et les quantités de lignines elles mêmes. Dans un premier temps nous avons caractérisé l'ensemble de la voie de biosynthèse des monolignols chez le lin en reconstituant les familles multigéniques à l'aide de la séquence de son génome puis notamment établi leurs profils d'expression. Dans un deuxième temps, la même démarche a été effectuée dans le but de d'identifier toutes les UDP GlycosylTransférases (UGTs) formant l'UGTome du lin. Parmi celles-ci, cinq orthologues d'UGTs d'Arabidopsis capables de glycosyler ces métabolites secondaires ont été caractérisés. Enfin, pour mieux comprendre la relation entre la glycosylation des monolignols et la lignification, un triple mutant ugt72e1-2-3 d’Arabidopsis a été obtenu et a montré non seulement que la glycosylation influençait la lignification mais a aussi permis de mieux cerner le rôle probable de ces UGTs chez les plantes.
Many processes related to the regulation of plant secondary cell wall lignification are now relatively well known. However, the role of glycosylation of monolignols and their precursors within this complex biosynthetic pathway still remains to be established. Primary flax (Linum usitatissimum) fibers are characterized by the presence of a thick secondary cell wall containing very low amounts of lignins in contrast to the neighboring cells of the xylem in the stem. This difference in composition is also accompanied by an accumulation of molecules related to lignins, predominantly present in glycosylated forms within the fibers. The general context of this work was therefore to check if any relation between the glycosylation of the precursors and the amounts of lignins themselves exists. We first characterized the entire biosynthetic pathway of monolignols in flax by reconstituting the multigenic families using the sequence of its genome and then, among other approaches, established their expression profiles. In a second step, the same procedure was performed to identify all of the UDP GlycosylTransferases (UGTs) forming the UGTome of flax. Among these, five enzymes orthologous to Arabidopsis UGTs, which were able to glycosylate these secondary metabolites, were characterized. Finally, to gain more knowledge on the possible link between monolignol glycosylation and lignification, a triple Arabidopsis mutant ugt72e1- 2-3 was obtained and showed that not only such link exists, but that UGTs play specific roles in plants.
10-10-2017
10-10-2017
Thèse
Thèse
Cité Scientifique BP 30155 59653 VILLENEUVE D'ASCQ CEDEX Tél.:+33 (0)3 20 43 44 10