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Réalisation et caractérisation de membranes polymères microstructurées capables de moduler leurs propriétés de réflexion dans le domaine du moyen infrarouge : application aux textiles pour le confort thermique
Réalisation et caractérisation de membranes polymères microstructurées capables de moduler leurs propriétés de réflexion dans le domaine du moyen infrarouge : application aux textiles pour le confort thermique


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L’objectif de cette thèse est la fabrication de membranes polymères pouvant être complexées à un textile pour améliorer le confort thermique ressenti. Celles-ci doivent être capables de moduler dynamiquement leurs propriétés optiques dans le moyen infrarouge (MIR) en fonction de leur environnement. La première partie de ce travail présente les notions théoriques liées au confort thermique et mécanismes physiques de transferts hydrique et thermique à travers les membranes textiles. Un état de l’art permet d’identifier les technologies existantes. Il introduit le concept des cristaux photoniques et leur application dans le MIR. Un cahier des charges pour la conception d’une membrane polymère structurée utilisant le principe des cristaux photoniques pour moduler l’interaction du rayonnement thermique humain est établi. La seconde partie de ce travail décrit la méthode de simulation FDTD utilisée pour prédire les propriétés optiques de membranes micro-structurées en fonction de leur géométrie. Une première réalisation en silicium polycristallin a permis de valider le calibrage du modèle numérique et le protocole de caractérisation infrarouge. Le procédé de fabrication utilise les technologies de salle blanche issues de la microélectronique et des microsystèmes. La dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude FDTD de membranes polymères microstructurées à partir du modèle ‘in-silico’ calibré. Elle permet de définir des paramètres géométriques permettant de moduler la réflexion des infrarouges ayant une longueur d’onde entre 5 et 15 microns. Un procédé de fabrication est développé qui permet de réaliser des membranes structurées autosupportées aux dimensions appropriées.
The goal of this thesis is the manufacturing of polymer membranes that can be complexed to a textile to improve the thermal comfort felt. They must be able to dynamically modulate their optical properties in the mid-infrared (MIR) according to the environmental conditions. The first part of this work presents the theoretical notions related to thermal comfort and both physical mechanisms hydric and thermal transfers through the textile membranes. A state of the art makes it possible to identify the existing technologies. The concept of photonic crystals and their application in the field of infrared medium are presented. This part ends with the establishment of specifications for the design of a structured polymer membrane using the principle of photonic crystals to modulate the interaction of human thermal radiation. The second part of this work describes the method of finite differences in time domain simulation (FDTD) used to predict the optical properties of micro-structured membranes as function of their geometric characteristics. A first realization in polycrystalline silicon authorizes the validation of the numerical model calibration as well as the protocol of the infrared characterization. The manufacturing process uses cleanroom technologies from microelectronics and microsystems. The last part of this work is devoted to the study by FDTD of microstructured polymer membranes from the previously calibrated 'in-silico' model. This study makes it possible to define geometrical parameters able to modulate the reflection of the infrared having a wavelength between 5 and 15 microns. A manufacturing process is developed which makes it possible to realize self-supporting structured membranes to the appropriate dimensions.
L’objectif de cette thèse est la fabrication de membranes polymères pouvant être complexées à un textile pour améliorer le confort thermique ressenti. Celles-ci doivent être capables de moduler dynamiquement leurs propriétés optiques dans le moyen infrarouge (MIR) en fonction de leur environnement. La première partie de ce travail présente les notions théoriques liées au confort thermique et mécanismes physiques de transferts hydrique et thermique à travers les membranes textiles. Un état de l’art permet d’identifier les technologies existantes. Il introduit le concept des cristaux photoniques et leur application dans le MIR. Un cahier des charges pour la conception d’une membrane polymère structurée utilisant le principe des cristaux photoniques pour moduler l’interaction du rayonnement thermique humain est établi. La seconde partie de ce travail décrit la méthode de simulation FDTD utilisée pour prédire les propriétés optiques de membranes micro-structurées en fonction de leur géométrie. Une première réalisation en silicium polycristallin a permis de valider le calibrage du modèle numérique et le protocole de caractérisation infrarouge. Le procédé de fabrication utilise les technologies de salle blanche issues de la microélectronique et des microsystèmes. La dernière partie de ce travail est consacrée à l’étude FDTD de membranes polymères microstructurées à partir du modèle ‘in-silico’ calibré. Elle permet de définir des paramètres géométriques permettant de moduler la réflexion des infrarouges ayant une longueur d’onde entre 5 et 15 microns. Un procédé de fabrication est développé qui permet de réaliser des membranes structurées autosupportées aux dimensions appropriées.
The goal of this thesis is the manufacturing of polymer membranes that can be complexed to a textile to improve the thermal comfort felt. They must be able to dynamically modulate their optical properties in the mid-infrared (MIR) according to the environmental conditions. The first part of this work presents the theoretical notions related to thermal comfort and both physical mechanisms hydric and thermal transfers through the textile membranes. A state of the art makes it possible to identify the existing technologies. The concept of photonic crystals and their application in the field of infrared medium are presented. This part ends with the establishment of specifications for the design of a structured polymer membrane using the principle of photonic crystals to modulate the interaction of human thermal radiation. The second part of this work describes the method of finite differences in time domain simulation (FDTD) used to predict the optical properties of micro-structured membranes as function of their geometric characteristics. A first realization in polycrystalline silicon authorizes the validation of the numerical model calibration as well as the protocol of the infrared characterization. The manufacturing process uses cleanroom technologies from microelectronics and microsystems. The last part of this work is devoted to the study by FDTD of microstructured polymer membranes from the previously calibrated 'in-silico' model. This study makes it possible to define geometrical parameters able to modulate the reflection of the infrared having a wavelength between 5 and 15 microns. A manufacturing process is developed which makes it possible to realize self-supporting structured membranes to the appropriate dimensions.
01-12-2020
01-12-2020
Thèse
Thèse

Question sociale, question médicale : la professionnalisation de la prise en charge des personnes sans-domicile en France
Question sociale, question médicale : la professionnalisation de la prise en charge des personnes sans-domicile en France


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Alors que le nombre de personnes sans-domicile n’a cessé d’augmenter depuis les années 1980, la « question SDF » a fait l’objet d’une réponse sociopolitique de plus en plus spécialisée. Afin d’analyser cette réponse, la thèse étudie la professionnalisation de la prise en charge des personnes sans-domicile en France. Elle s’appuie sur une enquête ethnographique et par entretiens (n=77) réalisée dans divers dispositifs d’accompagnement et de soins : accueil de jour, centre de santé, dispositifs de veille sociale et sanitaire, hébergements médicalisés ou non, réunions et commissions partenariales. Des analyses statistiques et archivistiques complètent l’analyse. L’étude restitue d’abord le rôle déterminant des professionnels de santé dans la formation d’un espace pluridisciplinaire et spécialisé de prise en charge. Elle se focalise ensuite sur le quotidien du travail d’accompagnement et de soin : à travers une division du travail originale, travailleurs sociaux et professionnels de santé sont engagés dans des relations de coopération et de concurrence pour répondre aux problèmes qu’ils ont à traiter. L’analyse se concentre finalement sur les modalités de régulation et d’harmonisation des pratiques et des représentations professionnelles. La formation d’une culture professionnelle commune facilite les échanges et les passages de relais entre professionnels, tout en réaffirmant les domaines de compétences de chacun. Inscrite au croisement de la sociologie des groupes professionnels et de la sociologie des politiques sociales, la thèse montre la multiplicité des mécanismes et des processus à l’œuvre dans la professionnalisation de la prise en charge des sans-domicile. Celle-ci forme une juridiction partagée entre les professionnels du travail social et de la santé qui luttent, coopèrent et se coordonnent selon des modalités et des temporalités diverses pour prendre en charge la question SDF.
While the number of homeless people keeps rising, homelessness has been tackled as a specific issue since the 1980’s. In order to study the political response that has been drawn to solve it, this dissertation analyses the professionalization of health and social care to the homeless in France. It relies on an ethnographical inquiry within various medical and social institutions, which is completed with statistical and archival materials as well as interviews (n=77). The dissertation first details the making of a multidisciplinary field addressing the issue of homelessness. It highlights the specific role of health professionals in the making and development of such a field. The study then focuses on the day-to-day medical and social work that takes place within dedicated institutions. Through a specific division of labor, medical and social workers are involved in relations of both cooperation and competition in order to solve the problems that they face. Eventually, the study addresses the issue of regulation and harmonization of professional practices and representations. Such processes depend on the making and diffusion of a common professional culture which both facilitates the exchanges between professionals and reminds them of the limits of their own expertise. Drawing on the sociology of professional groups and the sociology of social policies, this dissertation highlights the various mechanisms and processes that participate in the professionalization of health and social care to the homeless. Homelessness forms a shared jurisdiction within which social and medical workers cooperate, coordinate and compete through various ways and temporalities.
Alors que le nombre de personnes sans-domicile n’a cessé d’augmenter depuis les années 1980, la « question SDF » a fait l’objet d’une réponse sociopolitique de plus en plus spécialisée. Afin d’analyser cette réponse, la thèse étudie la professionnalisation de la prise en charge des personnes sans-domicile en France. Elle s’appuie sur une enquête ethnographique et par entretiens (n=77) réalisée dans divers dispositifs d’accompagnement et de soins : accueil de jour, centre de santé, dispositifs de veille sociale et sanitaire, hébergements médicalisés ou non, réunions et commissions partenariales. Des analyses statistiques et archivistiques complètent l’analyse. L’étude restitue d’abord le rôle déterminant des professionnels de santé dans la formation d’un espace pluridisciplinaire et spécialisé de prise en charge. Elle se focalise ensuite sur le quotidien du travail d’accompagnement et de soin : à travers une division du travail originale, travailleurs sociaux et professionnels de santé sont engagés dans des relations de coopération et de concurrence pour répondre aux problèmes qu’ils ont à traiter. L’analyse se concentre finalement sur les modalités de régulation et d’harmonisation des pratiques et des représentations professionnelles. La formation d’une culture professionnelle commune facilite les échanges et les passages de relais entre professionnels, tout en réaffirmant les domaines de compétences de chacun. Inscrite au croisement de la sociologie des groupes professionnels et de la sociologie des politiques sociales, la thèse montre la multiplicité des mécanismes et des processus à l’œuvre dans la professionnalisation de la prise en charge des sans-domicile. Celle-ci forme une juridiction partagée entre les professionnels du travail social et de la santé qui luttent, coopèrent et se coordonnent selon des modalités et des temporalités diverses pour prendre en charge la question SDF.
While the number of homeless people keeps rising, homelessness has been tackled as a specific issue since the 1980’s. In order to study the political response that has been drawn to solve it, this dissertation analyses the professionalization of health and social care to the homeless in France. It relies on an ethnographical inquiry within various medical and social institutions, which is completed with statistical and archival materials as well as interviews (n=77). The dissertation first details the making of a multidisciplinary field addressing the issue of homelessness. It highlights the specific role of health professionals in the making and development of such a field. The study then focuses on the day-to-day medical and social work that takes place within dedicated institutions. Through a specific division of labor, medical and social workers are involved in relations of both cooperation and competition in order to solve the problems that they face. Eventually, the study addresses the issue of regulation and harmonization of professional practices and representations. Such processes depend on the making and diffusion of a common professional culture which both facilitates the exchanges between professionals and reminds them of the limits of their own expertise. Drawing on the sociology of professional groups and the sociology of social policies, this dissertation highlights the various mechanisms and processes that participate in the professionalization of health and social care to the homeless. Homelessness forms a shared jurisdiction within which social and medical workers cooperate, coordinate and compete through various ways and temporalities.
01-12-2020
01-12-2020
Thèse
Thèse

Propriétés amphiphiles d’hydrotropes et de tensioactifs salino-résistants et biosourcés
Propriétés amphiphiles d’hydrotropes et de tensioactifs salino-résistants et biosourcés


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Les tensioactifs et hydrotropes anioniques précipitent en présence de cations mono- et divalents et perdent ainsi leurs propriétés fonctionnelles. Les amphiphiles salino-résistants actuellement proposés par les industriels sont pour la plupart contraires aux 12 principes de la chimie verte et à la loi REACH. Le but de ce travail de recherche a donc été de développer de nouveaux tensioactifs et hydrotropes biosourcés, issus d’une synthèse durable et solubles en milieu salin. Pour ce faire, un classement de la salino-résistance des têtes polaires anioniques, non-ioniques, éthoxylées/anioniques et propoxylées/anioniques a été établi en mesurant l’évolution du point de Krafft ou de la température de trouble en présence de NaCl et CaCl2. Ensuite, les propriétés hydrotropiques (volatilité, solubilité, agrégation, solubilisation et salino-résistance) de trois nouvelles familles d’amphiphiles non-ioniques dérivées d’éthers de glycérol di-alkylés, d’érythritol et de pentaérythritol ont été étudiées et certaines ont été prédites par COSMO-RS. Enfin, trois nouvelles familles d’amphiphiles hybrides, dérivés d’alkylglycérylcarboxylates, ont été synthétisées et leurs propriétés physico-chimiques caractérisées. La première comporte une tête polaire partiellement biosourcée. Les dérivés aux chaînes alkyles inférieures à 8 atomes de carbones présentent des salino-résistances exceptionnelles et inattendues car ils sont solubles en présence de 20% massique de CaCl2 à 25°C. Des simulations de dynamique moléculaire ont aidé à rationnaliser ces résultats. Les deux autres familles de composés hybrides, issues d’une synthèse éco-compatible, présentent eux aussi des salino-résistances élevées.
Anionic surfactants and hydrotropes precipitate in the presence of mono- and divalent cations, thus losing their functional properties. Current salt resistant amphiphiles proposed by industrial suppliers are mostly not in accordance with the twelve principles of green chemistry, as well as the REACH legislation. The objective of this research thesis was to develop new bio sourced surfactants and hydrotropes, soluble in salt rich environment and are based on a sustainable synthesis. Therefore, a ranking concerning the salt resistance of the anionic, non-ionic, ethoxylate/anionic, propoxylate/anionic polar head groups was established, by measuring the evolution of the Krafft point or Cloud point in the presence de NaCl and CaCl2. Further, the hydrotropic properties (volatility, solubility, aggregation, solubilization and salt resistance) of three new non-ionic amphiphilic families, derived from alkyl, erythritol and pentaerythritol glycerol ethers, were studied and some were predicted by COSMO-RS. Finally, three new types of hybrid amphiphiles, derived from alkyl glycerolcarboxylates were synthesized and their physico-chemical properties characterized. The first contains a polar head group partly bio sourced. The derivatives with an alkyl chain length below eight carbon atoms possess exceptional and unexpected salt resistant properties since they are soluble in water in the presence of up to 20 wt.% of CaCl2 at 25°C. Molecular dynamic simulations were most helpful to rationalize these results. The other two types of hybrid compounds, based on an eco-compatible synthesis, present also an elevated salt resistant.
Les tensioactifs et hydrotropes anioniques précipitent en présence de cations mono- et divalents et perdent ainsi leurs propriétés fonctionnelles. Les amphiphiles salino-résistants actuellement proposés par les industriels sont pour la plupart contraires aux 12 principes de la chimie verte et à la loi REACH. Le but de ce travail de recherche a donc été de développer de nouveaux tensioactifs et hydrotropes biosourcés, issus d’une synthèse durable et solubles en milieu salin. Pour ce faire, un classement de la salino-résistance des têtes polaires anioniques, non-ioniques, éthoxylées/anioniques et propoxylées/anioniques a été établi en mesurant l’évolution du point de Krafft ou de la température de trouble en présence de NaCl et CaCl2. Ensuite, les propriétés hydrotropiques (volatilité, solubilité, agrégation, solubilisation et salino-résistance) de trois nouvelles familles d’amphiphiles non-ioniques dérivées d’éthers de glycérol di-alkylés, d’érythritol et de pentaérythritol ont été étudiées et certaines ont été prédites par COSMO-RS. Enfin, trois nouvelles familles d’amphiphiles hybrides, dérivés d’alkylglycérylcarboxylates, ont été synthétisées et leurs propriétés physico-chimiques caractérisées. La première comporte une tête polaire partiellement biosourcée. Les dérivés aux chaînes alkyles inférieures à 8 atomes de carbones présentent des salino-résistances exceptionnelles et inattendues car ils sont solubles en présence de 20% massique de CaCl2 à 25°C. Des simulations de dynamique moléculaire ont aidé à rationnaliser ces résultats. Les deux autres familles de composés hybrides, issues d’une synthèse éco-compatible, présentent eux aussi des salino-résistances élevées.
Anionic surfactants and hydrotropes precipitate in the presence of mono- and divalent cations, thus losing their functional properties. Current salt resistant amphiphiles proposed by industrial suppliers are mostly not in accordance with the twelve principles of green chemistry, as well as the REACH legislation. The objective of this research thesis was to develop new bio sourced surfactants and hydrotropes, soluble in salt rich environment and are based on a sustainable synthesis. Therefore, a ranking concerning the salt resistance of the anionic, non-ionic, ethoxylate/anionic, propoxylate/anionic polar head groups was established, by measuring the evolution of the Krafft point or Cloud point in the presence de NaCl and CaCl2. Further, the hydrotropic properties (volatility, solubility, aggregation, solubilization and salt resistance) of three new non-ionic amphiphilic families, derived from alkyl, erythritol and pentaerythritol glycerol ethers, were studied and some were predicted by COSMO-RS. Finally, three new types of hybrid amphiphiles, derived from alkyl glycerolcarboxylates were synthesized and their physico-chemical properties characterized. The first contains a polar head group partly bio sourced. The derivatives with an alkyl chain length below eight carbon atoms possess exceptional and unexpected salt resistant properties since they are soluble in water in the presence of up to 20 wt.% of CaCl2 at 25°C. Molecular dynamic simulations were most helpful to rationalize these results. The other two types of hybrid compounds, based on an eco-compatible synthesis, present also an elevated salt resistant.
01-12-2020
01-12-2020
Thèse
Thèse

Le suppresseur de tumeur HIC1 est une nouvelle cible directe de la kinase ATM et un acteur multifonctionnel de la réponse cellulaire aux cassures double brin (DSBs) de l’ADN
Le suppresseur de tumeur HIC1 est une nouvelle cible directe de la kinase ATM et un acteur multifonctionnel de la réponse cellulaire aux cassures double brin (DSBs) de l’ADN


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Le gène HIC1 a été caractérisé comme un gène suppresseur de tumeur situé en 17p13.3, une région hyperméthylée ou délétée dans de nombreux cancers. HIC1 code un répresseur transcriptionnel caractérisé par plusieurs domaines fonctionnels. Au niveau de la région centrale, se retrouve un motif conservé MK314HEP important pour la répression des gènes cibles de HIC1 au sein duquel la Lysine 314 est soit SUMOylée soit acétylée. HIC1 est au centre de boucles de régulation complexes mettant en jeu le gène suppresseur de tumeurs TP53 et la désacétylase SIRT1. En réponse aux cassures double brin de l’ADN (DSBs) non réparables, HIC1 réprime l’expression de SIRT1 favorisant ainsi l’apoptose médiée par p53. De plus, dans ces conditions on observe une augmentation de la SUMOylation de la Lysine 314 de HIC1 de manière dépendante de la kinase ATM, ce qui favorise l’interaction avec le complexe répresseur NuRD. HIC1 joue également un rôle dans la réparation des DSBs. Nous avons montré que la SUMOylation de HIC1 n’était pas nécessaire pour la réparation des DSBs. Grâce à une analyse de protéomique, nous avons identifié un site potentiel de phosphorylation LS694QG par des kinases de la famille PIKK. Ainsi, nous avons montré dans des fibroblastes humains BJ-hTERT, que la protéine HIC1 est rapidement phosphorylée sur la Sérine 694 par la kinase ATM en réponse aux DSBs. De plus, par la technique de « Comet Assay » nous avons montré que cette phosphorylation est importante pour la réparation.HIC1 jouerait donc un double rôle dans la réponse aux dommages à l’ADN : soit il agirait en tant que répresseur transcriptionnel dans le cas de DSBs non réparables, soit il faciliterait la réparation des DSBs.
The tumor suppressor gene HIC1 is located in 17p13.3, a region frequently hypermethylated or deleted in many cancers. HIC1 encodes a transcriptional repressor characterized by several functional domains. In the central region, the conserved MK314HEP motif is an Acetylation/SUMOylation switch motif centered on K314 which regulates the recruitment of MTA1, a component of NuRD repressor complexes. A regulatory feedback loop between HIC1, SIRT1 and P53 has been described. HIC1 directly represses the transcription of SIRT1, thereby modulating P53-dependent DNA damage responses. Furthermore, after induction of non-repairable DSBs (DNA Double Strand Breaks), we observed a SUMOylation increase dependant on the ATM kinase. Moreover, HIC1 also plays an important role in the repair of DSBs. Furthermore, comet assays with a non SUMOylable HIC1 point mutant (E316A) demonstrated that SUMOylation of Lysine K314 is dispensable for DNA repair. In addition, upon induction of repairable DSBs, we have identified by proteomic analyses, a potential phosphorylation site “LS694QG” for the PIKK family kinases ATM and DNA-PKcs. Moreover, we have shown that HIC1 is rapidly phosphorylated by ATM upon DNA damage induction in normal human fibroblasts (BJ-hTert). Furthermore, comet assays with a non phosphorylable HIC1 point mutant have shown that this phosphorylation is very important for the contribution of HIC1 to the repair of DSBs. Thus, HIC1 plays different role during the DNA damage response to DNA double strand breaks depending on their intensity.
Le gène HIC1 a été caractérisé comme un gène suppresseur de tumeur situé en 17p13.3, une région hyperméthylée ou délétée dans de nombreux cancers. HIC1 code un répresseur transcriptionnel caractérisé par plusieurs domaines fonctionnels. Au niveau de la région centrale, se retrouve un motif conservé MK314HEP important pour la répression des gènes cibles de HIC1 au sein duquel la Lysine 314 est soit SUMOylée soit acétylée. HIC1 est au centre de boucles de régulation complexes mettant en jeu le gène suppresseur de tumeurs TP53 et la désacétylase SIRT1. En réponse aux cassures double brin de l’ADN (DSBs) non réparables, HIC1 réprime l’expression de SIRT1 favorisant ainsi l’apoptose médiée par p53. De plus, dans ces conditions on observe une augmentation de la SUMOylation de la Lysine 314 de HIC1 de manière dépendante de la kinase ATM, ce qui favorise l’interaction avec le complexe répresseur NuRD. HIC1 joue également un rôle dans la réparation des DSBs. Nous avons montré que la SUMOylation de HIC1 n’était pas nécessaire pour la réparation des DSBs. Grâce à une analyse de protéomique, nous avons identifié un site potentiel de phosphorylation LS694QG par des kinases de la famille PIKK. Ainsi, nous avons montré dans des fibroblastes humains BJ-hTERT, que la protéine HIC1 est rapidement phosphorylée sur la Sérine 694 par la kinase ATM en réponse aux DSBs. De plus, par la technique de « Comet Assay » nous avons montré que cette phosphorylation est importante pour la réparation.HIC1 jouerait donc un double rôle dans la réponse aux dommages à l’ADN : soit il agirait en tant que répresseur transcriptionnel dans le cas de DSBs non réparables, soit il faciliterait la réparation des DSBs.
The tumor suppressor gene HIC1 is located in 17p13.3, a region frequently hypermethylated or deleted in many cancers. HIC1 encodes a transcriptional repressor characterized by several functional domains. In the central region, the conserved MK314HEP motif is an Acetylation/SUMOylation switch motif centered on K314 which regulates the recruitment of MTA1, a component of NuRD repressor complexes. A regulatory feedback loop between HIC1, SIRT1 and P53 has been described. HIC1 directly represses the transcription of SIRT1, thereby modulating P53-dependent DNA damage responses. Furthermore, after induction of non-repairable DSBs (DNA Double Strand Breaks), we observed a SUMOylation increase dependant on the ATM kinase. Moreover, HIC1 also plays an important role in the repair of DSBs. Furthermore, comet assays with a non SUMOylable HIC1 point mutant (E316A) demonstrated that SUMOylation of Lysine K314 is dispensable for DNA repair. In addition, upon induction of repairable DSBs, we have identified by proteomic analyses, a potential phosphorylation site “LS694QG” for the PIKK family kinases ATM and DNA-PKcs. Moreover, we have shown that HIC1 is rapidly phosphorylated by ATM upon DNA damage induction in normal human fibroblasts (BJ-hTert). Furthermore, comet assays with a non phosphorylable HIC1 point mutant have shown that this phosphorylation is very important for the contribution of HIC1 to the repair of DSBs. Thus, HIC1 plays different role during the DNA damage response to DNA double strand breaks depending on their intensity.
01-12-2020
01-12-2020
Thèse
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Design methodology of antennas based on metamaterials and the theory of characteristic modes : application to cognitive radio
Design methodology of antennas based on metamaterials and the theory of characteristic modes : application to cognitive radio


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C’est dans la course au débit que de nouveaux systèmes de communications sans fil sont proposés aujourd’hui afin de répondre à cette demande. Il n’existe pas de technologie ou de standard unique pour remplacer toutes les autres technologies radio tout en satisfaisant l’ensemble des besoins de services et d’usages. Les futurs systèmes de communications devront donc permettre l’interopérabilité entre les dif- férents standards au niveau européen et mondial. L’émergence des technologies de la radio intelligente constitue aujourd’hui une solution originale et prometteuse pour répondre à ce challenge. Cependant, le déploiement de ces systèmes soulève encore de nombreux défis techniques notamment au niveau des antennes. Ces dernières doivent en particulier être capables de modifier leurs réponses en fréquences ou bien avoir une très large bande tout en minimisant la déformation des formes d’ondes. Elles doivent répondre aux besoins de cohabitation multi-systèmes et de miniaturisation. Or la miniaturisation et la largeur de bande sont limités par des contraintes physiques et les caractéristiques des matériaux les constituant. Les métamatériaux, des composites électromagnétiques artificiels, peuvent permettre la conception d’éléments rayonnants pour la radio intelligente avec un plus grand degré de liberté et à moindre coût. Cependant l’analyse de l’association des métamatériaux à des antennes ou éléments rayonnants n’est pas aisé, surtout quand les antennes prennent une forme arbitraire. Pour adresser ces challenges les techniques classiques de conception d’antennes ne sont pas suffisantes. Pour cela, nous proposons dans ce travail une approche basée sur la conception modale utilisant la théorie des modes caractéristiques. Cette approche démontre un potentiel remarquable dans la conception des antennes électriquement petites ainsi les antennes basées/inspirées des métamatériaux. En outre, l’évaluation des performances d’antennes à formes arbitraires en fonction des paramètres géométriques à été démontré sans considération d’une excitation prédéfinie. Ceci offre un énorme avantage pour les techniques basées sur l’optimisation des formes d’antennes. Finalement, une antenne très large bande dédiée au sondage du spectre est présentée. L’approche modale a été utilisée afin de garantir un diagramme du rayonnement stable sur toute la bande de fréquence ainsi qu’une bonne efficacité dans le régime électriquement petit. Plusieurs validations expérimentales sont également présentées.
The rise of wireless communication systems and the big demand of high bit rate links have entailed researches to lie over new communications systems. With this diversity of wireless systems, flexibility for operating between different standards is strongly needed. Cognitive radio (CR) consist the future system that can offer this flexibility. The new features of CRs remains many challenges to their antennas. Miniaturization, isolation and bandwidth improvement, are all real needs and effective challenges. Especially when the geometry of the antenna become more complex in order to fit the terminal chassis. The use of metamaterials (MTM) has been introduced to overcome physics limitations in order to undertake these needs. The analysis of MTM in presence of radiating elements such antennas prove to be a challenge. In this thesis, an new approach to address these challenges is proposed. It is based on a modal concept using the theory of characteristic modes (TCM). It proves to be useful to analyse and design of electrically small antenna (ESA), metamaterial-inspired antennas and metamaterial-based antennas. Furthermore, the same approach is used to evaluate the antenna performances when surrounded by complex artificial materials by proposing closed formulas for the quality factor. This remains into a huge advantage in the antenna shape optimisation in the antenna industry. As a proof of concept, an extremely-wide-band antenna for underlay CR (sensing antenna) is developed using the proposed approach in order to have stable radiation pattern an high efficiency in the electrically small regime. An experimental validation of the performances of all the presented designs is also provided.
C’est dans la course au débit que de nouveaux systèmes de communications sans fil sont proposés aujourd’hui afin de répondre à cette demande. Il n’existe pas de technologie ou de standard unique pour remplacer toutes les autres technologies radio tout en satisfaisant l’ensemble des besoins de services et d’usages. Les futurs systèmes de communications devront donc permettre l’interopérabilité entre les dif- férents standards au niveau européen et mondial. L’émergence des technologies de la radio intelligente constitue aujourd’hui une solution originale et prometteuse pour répondre à ce challenge. Cependant, le déploiement de ces systèmes soulève encore de nombreux défis techniques notamment au niveau des antennes. Ces dernières doivent en particulier être capables de modifier leurs réponses en fréquences ou bien avoir une très large bande tout en minimisant la déformation des formes d’ondes. Elles doivent répondre aux besoins de cohabitation multi-systèmes et de miniaturisation. Or la miniaturisation et la largeur de bande sont limités par des contraintes physiques et les caractéristiques des matériaux les constituant. Les métamatériaux, des composites électromagnétiques artificiels, peuvent permettre la conception d’éléments rayonnants pour la radio intelligente avec un plus grand degré de liberté et à moindre coût. Cependant l’analyse de l’association des métamatériaux à des antennes ou éléments rayonnants n’est pas aisé, surtout quand les antennes prennent une forme arbitraire. Pour adresser ces challenges les techniques classiques de conception d’antennes ne sont pas suffisantes. Pour cela, nous proposons dans ce travail une approche basée sur la conception modale utilisant la théorie des modes caractéristiques. Cette approche démontre un potentiel remarquable dans la conception des antennes électriquement petites ainsi les antennes basées/inspirées des métamatériaux. En outre, l’évaluation des performances d’antennes à formes arbitraires en fonction des paramètres géométriques à été démontré sans considération d’une excitation prédéfinie. Ceci offre un énorme avantage pour les techniques basées sur l’optimisation des formes d’antennes. Finalement, une antenne très large bande dédiée au sondage du spectre est présentée. L’approche modale a été utilisée afin de garantir un diagramme du rayonnement stable sur toute la bande de fréquence ainsi qu’une bonne efficacité dans le régime électriquement petit. Plusieurs validations expérimentales sont également présentées.
The rise of wireless communication systems and the big demand of high bit rate links have entailed researches to lie over new communications systems. With this diversity of wireless systems, flexibility for operating between different standards is strongly needed. Cognitive radio (CR) consist the future system that can offer this flexibility. The new features of CRs remains many challenges to their antennas. Miniaturization, isolation and bandwidth improvement, are all real needs and effective challenges. Especially when the geometry of the antenna become more complex in order to fit the terminal chassis. The use of metamaterials (MTM) has been introduced to overcome physics limitations in order to undertake these needs. The analysis of MTM in presence of radiating elements such antennas prove to be a challenge. In this thesis, an new approach to address these challenges is proposed. It is based on a modal concept using the theory of characteristic modes (TCM). It proves to be useful to analyse and design of electrically small antenna (ESA), metamaterial-inspired antennas and metamaterial-based antennas. Furthermore, the same approach is used to evaluate the antenna performances when surrounded by complex artificial materials by proposing closed formulas for the quality factor. This remains into a huge advantage in the antenna shape optimisation in the antenna industry. As a proof of concept, an extremely-wide-band antenna for underlay CR (sensing antenna) is developed using the proposed approach in order to have stable radiation pattern an high efficiency in the electrically small regime. An experimental validation of the performances of all the presented designs is also provided.
01-12-2020
01-12-2020
Thèse
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Assistance à l’apprentissage de l’algorithmique : méthode et outil pour l’évaluation et la rétroaction
Assistance à l’apprentissage de l’algorithmique : méthode et outil pour l’évaluation et la rétroaction


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La maîtrise des concepts fondamentaux de la programmation et la capacité à réaliser des programmes simples sont les objectifs essentiels de l’enseignement dans les cours d’introduction à l’informatique. L’enseignement et l’apprentissage de la programmation sont considérés complexes, ce qui explique le taux d’abandon important de ces filières, largement documenté dans la littérature. De nombreux travaux proposent des environnements d’apprentissage de la programmation assistant les apprenants dans la maîtrise de la syntaxe et de la sémantique des langages de programmation. Toutefois, parmi les causes d’échecs, la littérature identifie un manque de capacité à décomposer et formaliser un problème sous forme d’algorithme. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à la phase d’analyse et de mise en solution algorithmique. Cette phase a pour rôle de faire acquérir à l’apprenant une démarche de résolution de problème et de formalisation de la solution. Dans cette phase l’apprenant décrit ou structure sa solution algorithmique à l’aide d’une notation formelle (pseudo-code) indépendant de tout langage de programmation. L’étude de la littérature indique que l’amélioration de la capacité de résolution de problème passe par la pratique. Dans le cadre de la programmation pour les novices, il est nécessaire de faire de nombreux exercices (résolution de problème) avec des niveaux de difficulté croissante. Il est par ailleurs nécessaire de fournir une rétroaction en rapport avec les erreurs commises par les apprenants. Dans cet objectif nous proposons AlgoInit, un environnement Web pour l’apprentissage de l’algorithmique. En nous basant sur l’étude de la littérature, nous avons défini : - Une modélisation basée sur la taxonomie de Bloom pour définir le niveau cognitif des exercices proposés ; - Une approche d’évaluation basée sur la comparaison de la solution apprenant à une solution modèle. Pour comparer les solutions (apprenant et modèles) décrites en pseudo-code, nous passons par une étape de transformation des solutions en des arbres étiquetés construits à partir d’une base de règle ; - Des règles pour fournir rétroaction et exercices progressifs en fonction du résultat de l’évaluation de la solution de l’apprenant. Afin d’évaluer la potentialité de notre prototype, nous avons mené deux expérimentations à l’université de Djibouti. La première expérimentation a été consacrée à l’évaluation de la capacité de notre prototype à reconnaître les différentes solutions algorithmiques. Quant à la deuxième, elle a été consacrée à l’évaluation de l’intérêt pédagogique d’AlgoInit. Ces expérimentations ont montré des résultats probants sur la capacité d’AlgoInit de classer les solutions (correctes et incorrectes) et de fournir des rétroactions utiles. Les résultats indiquent également que notre système à une influence significative sur la capacité de résolution de problèmes des étudiants.
Mastering the basic concepts of programming and the ability to carry out simple programs are the essential objectives of introductory computer science courses. The teaching and learning of programming is considered complex, which explains the high drop-out rate of these programs, widely documented in the literature. Many works provide learning environments for programming that assist learners in mastering the syntax and semantics of programming languages. However, among the causes of failure, the literature identifies a lack of ability to decompose and formalize a problem in the form of an algorithm. In the context of this thesis, we are interested in the analysis and algorithmic solution phase. The purpose of this phase is to teach the learner a problem solving and formalization process. In this phase the learner describes or structures his algorithmic solution using a formal notation (pseudo-code) independent of any programming language. The literature review indicates that improving problem solving skills requires practice. As part of programming for novices, it is necessary to do many exercises (problem solving) with increasing difficulty levels. It is also necessary to provide feedback related to the mistakes made by the learners. For this purpose we propose AlgoInit, a Web environment for algorithmic learning. Based on the study of the literature, we defined: - A modeling based on Bloom's taxonomy to define the cognitive level of the proposed exercises. - An evaluation approach based on the comparison of a learning solution to a model solution. To compare the solutions (learner and models) described in pseudo-code, we go through a step of transforming solutions into labeled trees built from a rule base - Rules for providing feedback and progressive exercises based on the outcome of the learner's solution assessment. To evaluate the potential of our prototype, we have conducted two experiments at the University of Djibouti. The first experiment was devoted to evaluating the ability of our prototype to recognize the different algorithmic solutions. As for the second one, it was devoted to the evaluation of the educational interest of AlgoInit. These experiments have shown convincing results on the ability of AlgoInit to classify solutions (correct and incorrect) and to provide useful feedback. The results also indicate that our system has a significant influence on students’ problem solving ability.
La maîtrise des concepts fondamentaux de la programmation et la capacité à réaliser des programmes simples sont les objectifs essentiels de l’enseignement dans les cours d’introduction à l’informatique. L’enseignement et l’apprentissage de la programmation sont considérés complexes, ce qui explique le taux d’abandon important de ces filières, largement documenté dans la littérature. De nombreux travaux proposent des environnements d’apprentissage de la programmation assistant les apprenants dans la maîtrise de la syntaxe et de la sémantique des langages de programmation. Toutefois, parmi les causes d’échecs, la littérature identifie un manque de capacité à décomposer et formaliser un problème sous forme d’algorithme. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à la phase d’analyse et de mise en solution algorithmique. Cette phase a pour rôle de faire acquérir à l’apprenant une démarche de résolution de problème et de formalisation de la solution. Dans cette phase l’apprenant décrit ou structure sa solution algorithmique à l’aide d’une notation formelle (pseudo-code) indépendant de tout langage de programmation. L’étude de la littérature indique que l’amélioration de la capacité de résolution de problème passe par la pratique. Dans le cadre de la programmation pour les novices, il est nécessaire de faire de nombreux exercices (résolution de problème) avec des niveaux de difficulté croissante. Il est par ailleurs nécessaire de fournir une rétroaction en rapport avec les erreurs commises par les apprenants. Dans cet objectif nous proposons AlgoInit, un environnement Web pour l’apprentissage de l’algorithmique. En nous basant sur l’étude de la littérature, nous avons défini : - Une modélisation basée sur la taxonomie de Bloom pour définir le niveau cognitif des exercices proposés ; - Une approche d’évaluation basée sur la comparaison de la solution apprenant à une solution modèle. Pour comparer les solutions (apprenant et modèles) décrites en pseudo-code, nous passons par une étape de transformation des solutions en des arbres étiquetés construits à partir d’une base de règle ; - Des règles pour fournir rétroaction et exercices progressifs en fonction du résultat de l’évaluation de la solution de l’apprenant. Afin d’évaluer la potentialité de notre prototype, nous avons mené deux expérimentations à l’université de Djibouti. La première expérimentation a été consacrée à l’évaluation de la capacité de notre prototype à reconnaître les différentes solutions algorithmiques. Quant à la deuxième, elle a été consacrée à l’évaluation de l’intérêt pédagogique d’AlgoInit. Ces expérimentations ont montré des résultats probants sur la capacité d’AlgoInit de classer les solutions (correctes et incorrectes) et de fournir des rétroactions utiles. Les résultats indiquent également que notre système à une influence significative sur la capacité de résolution de problèmes des étudiants.
Mastering the basic concepts of programming and the ability to carry out simple programs are the essential objectives of introductory computer science courses. The teaching and learning of programming is considered complex, which explains the high drop-out rate of these programs, widely documented in the literature. Many works provide learning environments for programming that assist learners in mastering the syntax and semantics of programming languages. However, among the causes of failure, the literature identifies a lack of ability to decompose and formalize a problem in the form of an algorithm. In the context of this thesis, we are interested in the analysis and algorithmic solution phase. The purpose of this phase is to teach the learner a problem solving and formalization process. In this phase the learner describes or structures his algorithmic solution using a formal notation (pseudo-code) independent of any programming language. The literature review indicates that improving problem solving skills requires practice. As part of programming for novices, it is necessary to do many exercises (problem solving) with increasing difficulty levels. It is also necessary to provide feedback related to the mistakes made by the learners. For this purpose we propose AlgoInit, a Web environment for algorithmic learning. Based on the study of the literature, we defined: - A modeling based on Bloom's taxonomy to define the cognitive level of the proposed exercises. - An evaluation approach based on the comparison of a learning solution to a model solution. To compare the solutions (learner and models) described in pseudo-code, we go through a step of transforming solutions into labeled trees built from a rule base - Rules for providing feedback and progressive exercises based on the outcome of the learner's solution assessment. To evaluate the potential of our prototype, we have conducted two experiments at the University of Djibouti. The first experiment was devoted to evaluating the ability of our prototype to recognize the different algorithmic solutions. As for the second one, it was devoted to the evaluation of the educational interest of AlgoInit. These experiments have shown convincing results on the ability of AlgoInit to classify solutions (correct and incorrect) and to provide useful feedback. The results also indicate that our system has a significant influence on students’ problem solving ability.
01-12-2020
01-12-2020
Thèse
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Interactions "organismes vivants - sols, sédiments et matériaux de construction"
Interactions "organismes vivants - sols, sédiments et matériaux de construction"


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La thématique de recherche porte sur l’étude des interactions entre les organismes vivants et leurs milieux, concernant plus particulièrement les sols, les sédiments et les matériaux de construction. Les interactions entre les organismes vivants et leurs milieux sont complexes et donc difficiles à étudier puisqu’il convient de connaître : - l’impact des organismes vivants sur le milieu, comme par exemple lors de la biodégradation de composés organiques, de la biolixiviation de métaux ou de la biodétérioration du béton. - l’impact du milieu sur les organismes vivants ; ce qui correspond à une approche écotoxicologique. L’originalité de la démarche scientifique a été d’aborder les interactions « Organismes vivants – Milieux » à travers une approche pluridisciplinaire visant à étudier les couplages entre la chimie, la microbiologie et l’écotoxicologie tout en passant de milieux largement étudiés (comme les sols) à des milieu moins connus. (matériaux de construction). Les études menées ont conduit aux avancées scientifiques suivantes : •Développement d’une méthodologie permettant d’évaluer le potentiel de biodégradation d’un sol contaminé par des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), •Connaissance de l’évolution de la diversité bactérienne lors d’un traitement biologique de sols contaminés par des HAP : mise en évidence des Gamma-protéobactéries (Pseudomonas et Enterobacter) comme bioindicateurs de l’évaluation du potentiel de biodégradation des HAP à 2, 3 et 4 cycles et des Béta-protéobactéries comme bioindicateurs de la qualité du milieu, •Développement d’essais de laboratoire représentatifs d’un traitement biologique de sols pollués par des HAP, permettant d’envisager la mise au point d’une stratégie d’optimisation et de monitoring d’un biotraitement, •Mise en évidence de l’importance sur l’écotoxicité, de la biodisponibilité des HAP au sein de sols pollués en relation avec la microstructure des sols et la répartition des polluants, •Élaborationn d’une méthodologie visant à évaluer l’écotoxicité de sols pollués au travers d’une batterie de bioessais, afin de rendre plus pertinente l’approche uniquement basée sur des analyses chimiques : développement d’un indice global « Ecoscore » visant à rendre compte de l’écotoxicité de sols pollués, •Mise en évidence de l’influence des bactéries sulfo-oxydantes, plus précisément du genre Acidithiobacillus, sur l’oxydation des sulfures métalliques contenus dans des sédiments de curage, conduisant au relargage d’ions métalliques dans l’environnement, •Compréhension des mécanismes de biodétérioration de mortiers armés par Acidithiobacillus thiooxidans grâce à la mise au point d’un test de laboratoire accéléré, reproductible et représentatif, permettant pour la première fois de quantifier l’activité bactérienne durant l’essai, •Compréhension des mécanismes d’adhésion des algues (Klebsormidium flaccidum) en relation avec l’état de surface de mortiers grâce au développement d’un test accéléré de laboratoire.
La thématique de recherche porte sur l’étude des interactions entre les organismes vivants et leurs milieux, concernant plus particulièrement les sols, les sédiments et les matériaux de construction. Les interactions entre les organismes vivants et leurs milieux sont complexes et donc difficiles à étudier puisqu’il convient de connaître : - l’impact des organismes vivants sur le milieu, comme par exemple lors de la biodégradation de composés organiques, de la biolixiviation de métaux ou de la biodétérioration du béton. - l’impact du milieu sur les organismes vivants ; ce qui correspond à une approche écotoxicologique. L’originalité de la démarche scientifique a été d’aborder les interactions « Organismes vivants – Milieux » à travers une approche pluridisciplinaire visant à étudier les couplages entre la chimie, la microbiologie et l’écotoxicologie tout en passant de milieux largement étudiés (comme les sols) à des milieu moins connus. (matériaux de construction). Les études menées ont conduit aux avancées scientifiques suivantes : •Développement d’une méthodologie permettant d’évaluer le potentiel de biodégradation d’un sol contaminé par des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), •Connaissance de l’évolution de la diversité bactérienne lors d’un traitement biologique de sols contaminés par des HAP : mise en évidence des Gamma-protéobactéries (Pseudomonas et Enterobacter) comme bioindicateurs de l’évaluation du potentiel de biodégradation des HAP à 2, 3 et 4 cycles et des Béta-protéobactéries comme bioindicateurs de la qualité du milieu, •Développement d’essais de laboratoire représentatifs d’un traitement biologique de sols pollués par des HAP, permettant d’envisager la mise au point d’une stratégie d’optimisation et de monitoring d’un biotraitement, •Mise en évidence de l’importance sur l’écotoxicité, de la biodisponibilité des HAP au sein de sols pollués en relation avec la microstructure des sols et la répartition des polluants, •Élaborationn d’une méthodologie visant à évaluer l’écotoxicité de sols pollués au travers d’une batterie de bioessais, afin de rendre plus pertinente l’approche uniquement basée sur des analyses chimiques : développement d’un indice global « Ecoscore » visant à rendre compte de l’écotoxicité de sols pollués, •Mise en évidence de l’influence des bactéries sulfo-oxydantes, plus précisément du genre Acidithiobacillus, sur l’oxydation des sulfures métalliques contenus dans des sédiments de curage, conduisant au relargage d’ions métalliques dans l’environnement, •Compréhension des mécanismes de biodétérioration de mortiers armés par Acidithiobacillus thiooxidans grâce à la mise au point d’un test de laboratoire accéléré, reproductible et représentatif, permettant pour la première fois de quantifier l’activité bactérienne durant l’essai, •Compréhension des mécanismes d’adhésion des algues (Klebsormidium flaccidum) en relation avec l’état de surface de mortiers grâce au développement d’un test accéléré de laboratoire.
10-11-2020
10-11-2020
Thèse
Thèse

Compréhension de l'altération chimique des matériaux afin d'optimiser leur valorisation dans les filières du Génie civil
Compréhension de l'altération chimique des matériaux afin d'optimiser leur valorisation dans les filières du Génie civil


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Mes principaux travaux de recherche présentés dans le cadre de cette HDR sont centrés sur le couple durabilité-valorisation des matériaux. En effet, ma préoccupation est de valoriser des matériaux réactifs chimiquement dans des bétons ou des infrastructures routières tout en préservant la durabilité des structures qui les contiennent. Ces matériaux réactifs (roches naturelles ou sous-produits industriels) utilisés comme granulat peuvent conduire à des désordres dimensionnels au niveau des structures qui les incorporent. La démarche de maîtrise des risques que nous avons instaurée est basée, sur une meilleure compréhension des mécanismes de dégradations plutôt que sur une approche empirique. Elle se décline de la façon suivante :1/ Identifier les phases réactives des matériaux à l’origine des expansions ainsi que les réactifs mis en cause dans l’altération de ces phases. Cela passe par des caractérisations chimique, physique et pétrographique très avancées des matériaux à l’état initial et au cours de l’altération. 2/ Cerner les mécanismes d’altération des matériaux et la génération du gonflement induit. Cela nécessite d’identifier les réactions chimiques mises en cause, le rôle de l’ensemble des réactifs et les manifestations physiques qui génèrent l’expansion. 3/ Elaborer des solutions permettant de réduire fortement l’altération des matériaux en limitant la présence ou l’action d’un des réactifs en jeu dans les réactions chimiques. Ainsi, à défaut d’annuler le risque expansif, il s’agit de le contenir afin de respecter les seuils réglementaires mais surtout d’assurer la pérennité des ouvrages. La mise en œuvre de cette démarche s’est faite principalement à travers deux sujets qui constituent le cœur de mon activité de recherche et sur lesquels est basée cette HDR :1/ Une pathologie d’ouvrage appelée la réaction alcali-silice qui affecte de nombreux ouvrages à travers le monde. Cela concerne des dégradations sur bétons dues à l’emploi de granulats naturels à base de phases siliceuses qui sont réactifs vis-à-vis des autres constituants du béton. Ces travaux ont conduit à la définition des variables physico-chimiques d’avancement spécifiques à la RAS sur différents granulats, à la détermination des phases minérales réactives, à la proposition d’un mécanisme réactionnel liant l’altération de la silice à l’expansion des granulats et par conséquent des bétons. La compréhension de ces mécanismes a pour but de formuler à terme des bétons durables non expansifs constitués de granulats réactifs augmentant ainsi la valorisation de ces derniers. La mesure de variables d’avancement physico-chimiques présente également un potentiel en termes d’aide au diagnostic de cette pathologie. 2/ La détérioration des chaussées employant un sous-produit industriel que sont les laitiers de conversion d’acérie LD comme granulat routier. L’altération de la chaux que contiennent les laitiers LD fait gonfler les granulats et entraîne des déformations et des fissurations de chaussées. Les caractérisations physico-chimiques et minéralogiques ont amené une meilleure compréhension du mécanisme d’altération des laitiers LD conduisant à leur instabilité dimensionnelle. Cette étude, couplée à l’analyse du processus industriel à l’origine des laitiers LD, a permis de proposer des orientations permettant la sélection de granulats de laitiers LD ayant un faible risque d’expansion pour des valorisations en techniques routières. Une ouverture est faite sur les conséquences d’un point de vue environnemental de l’altération chimique des matériaux principalement dans le cas de la valorisation de déchets et de sous-produits industriels. En effet, ces derniers peuvent contenir des polluants, il est donc essentiel d’évaluer le risque potentiel de leur émission dans l’environnement.
Mes principaux travaux de recherche présentés dans le cadre de cette HDR sont centrés sur le couple durabilité-valorisation des matériaux. En effet, ma préoccupation est de valoriser des matériaux réactifs chimiquement dans des bétons ou des infrastructures routières tout en préservant la durabilité des structures qui les contiennent. Ces matériaux réactifs (roches naturelles ou sous-produits industriels) utilisés comme granulat peuvent conduire à des désordres dimensionnels au niveau des structures qui les incorporent. La démarche de maîtrise des risques que nous avons instaurée est basée, sur une meilleure compréhension des mécanismes de dégradations plutôt que sur une approche empirique. Elle se décline de la façon suivante :1/ Identifier les phases réactives des matériaux à l’origine des expansions ainsi que les réactifs mis en cause dans l’altération de ces phases. Cela passe par des caractérisations chimique, physique et pétrographique très avancées des matériaux à l’état initial et au cours de l’altération. 2/ Cerner les mécanismes d’altération des matériaux et la génération du gonflement induit. Cela nécessite d’identifier les réactions chimiques mises en cause, le rôle de l’ensemble des réactifs et les manifestations physiques qui génèrent l’expansion. 3/ Elaborer des solutions permettant de réduire fortement l’altération des matériaux en limitant la présence ou l’action d’un des réactifs en jeu dans les réactions chimiques. Ainsi, à défaut d’annuler le risque expansif, il s’agit de le contenir afin de respecter les seuils réglementaires mais surtout d’assurer la pérennité des ouvrages. La mise en œuvre de cette démarche s’est faite principalement à travers deux sujets qui constituent le cœur de mon activité de recherche et sur lesquels est basée cette HDR :1/ Une pathologie d’ouvrage appelée la réaction alcali-silice qui affecte de nombreux ouvrages à travers le monde. Cela concerne des dégradations sur bétons dues à l’emploi de granulats naturels à base de phases siliceuses qui sont réactifs vis-à-vis des autres constituants du béton. Ces travaux ont conduit à la définition des variables physico-chimiques d’avancement spécifiques à la RAS sur différents granulats, à la détermination des phases minérales réactives, à la proposition d’un mécanisme réactionnel liant l’altération de la silice à l’expansion des granulats et par conséquent des bétons. La compréhension de ces mécanismes a pour but de formuler à terme des bétons durables non expansifs constitués de granulats réactifs augmentant ainsi la valorisation de ces derniers. La mesure de variables d’avancement physico-chimiques présente également un potentiel en termes d’aide au diagnostic de cette pathologie. 2/ La détérioration des chaussées employant un sous-produit industriel que sont les laitiers de conversion d’acérie LD comme granulat routier. L’altération de la chaux que contiennent les laitiers LD fait gonfler les granulats et entraîne des déformations et des fissurations de chaussées. Les caractérisations physico-chimiques et minéralogiques ont amené une meilleure compréhension du mécanisme d’altération des laitiers LD conduisant à leur instabilité dimensionnelle. Cette étude, couplée à l’analyse du processus industriel à l’origine des laitiers LD, a permis de proposer des orientations permettant la sélection de granulats de laitiers LD ayant un faible risque d’expansion pour des valorisations en techniques routières. Une ouverture est faite sur les conséquences d’un point de vue environnemental de l’altération chimique des matériaux principalement dans le cas de la valorisation de déchets et de sous-produits industriels. En effet, ces derniers peuvent contenir des polluants, il est donc essentiel d’évaluer le risque potentiel de leur émission dans l’environnement.
10-11-2020
10-11-2020
Thèse
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Anomalies de la glycosylation terminale dans la mucoviscidose et les cancers
Anomalies de la glycosylation terminale dans la mucoviscidose et les cancers


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Des anomalies de la glycosylation terminale et de la sulfatation des chaînes glycanniques sont impliquées dans le développement et l’agressivité de multiples pathologies, comme la mucoviscidose et les cancers. Les mécanismes responsables des anomalies de glycosylation associées aux pathologies sont encore très mal connus. Afin de mieux comprendre ces mécanismes, mon parcours scientifique est axé sur l’étude de la régulation de l’expression et de l’activité des enzymes impliquées dans la biosynthèse de motifs glycanniques périphériques : les glycosyltransférases (GTs) et les sulfotransférases (SulfoTs). Pendant ma thèse, j’ai caractérisé des activités glycosyl- et sulfotransférasiques dans la muqueuse bronchique humaine, et leur implication dans la biosynthèse des motifs glycanniques sialyl Lewix x (sLex) et 6-sulfo-sLex surexprimés chez les patients mucoviscidosiques (CF). Mes études sur les variations d’expression des GTs et SulfoTs en présence de cytokines pro-inflammatoires dans différents modèles bronchiques ont montré que l’inflammation pourrait être responsable de certaines anomalies de glycosylation des mucines bronchiques de patients CF, et ainsi contribuer à la chronicité de l’infection pulmonaire par Pseudomonas aeruginosa. Au cours de mon post-doctorat, j’ai étudié l’organisation supramoléculaire des GTs, qui constitue un élément de régulation de la glycosylation : j’ai caractérisé la formation d’un complexe entre une GT, la galactosylcéramide synthétase, et le transporteur d’UDP-galactose : ce complexe est nécessaire à l’import d’UDP-galactose dans le réticulum endoplasmique et à la galactosylation des céramides. Depuis ma nomination en tant que maitre de conférences au sein de l’UMR CNRS 8576, je m’intéresse à la régulation transcriptionnelle des GTs et SulfoTs dont l’expression varie dans la muqueuse bronchique sous l’influence de cytokines pro-inflammatoires et qui sont impliquées dans la biosynthèse des épitopes sLex et 6-sulfo-sLex, ligands préférentiels de P. aeruginosa. En parallèle, je suis impliquée dans un projet visant à élucider les mécanismes responsables des anomalies de glycosylation dans les cancers coliques. Ce projet est axé sur l’étude de la régulation transcriptionnelle, des activités et de l’organisation supramoléculaire des GTs dans les cellules coliques, dont certaines modifications pourraient induire les anomalies de glycosylation observées chez les patients atteints de cancers. Les données acquises au cours de ces projets devraient permettre de mieux comprendre les mécanismes de régulation de biosynthèse d’antigènes glucidiques associés à la mucoviscidose et aux tumeurs, et pourraient offrir de nouvelles perspectives thérapeutiques.
Des anomalies de la glycosylation terminale et de la sulfatation des chaînes glycanniques sont impliquées dans le développement et l’agressivité de multiples pathologies, comme la mucoviscidose et les cancers. Les mécanismes responsables des anomalies de glycosylation associées aux pathologies sont encore très mal connus. Afin de mieux comprendre ces mécanismes, mon parcours scientifique est axé sur l’étude de la régulation de l’expression et de l’activité des enzymes impliquées dans la biosynthèse de motifs glycanniques périphériques : les glycosyltransférases (GTs) et les sulfotransférases (SulfoTs). Pendant ma thèse, j’ai caractérisé des activités glycosyl- et sulfotransférasiques dans la muqueuse bronchique humaine, et leur implication dans la biosynthèse des motifs glycanniques sialyl Lewix x (sLex) et 6-sulfo-sLex surexprimés chez les patients mucoviscidosiques (CF). Mes études sur les variations d’expression des GTs et SulfoTs en présence de cytokines pro-inflammatoires dans différents modèles bronchiques ont montré que l’inflammation pourrait être responsable de certaines anomalies de glycosylation des mucines bronchiques de patients CF, et ainsi contribuer à la chronicité de l’infection pulmonaire par Pseudomonas aeruginosa. Au cours de mon post-doctorat, j’ai étudié l’organisation supramoléculaire des GTs, qui constitue un élément de régulation de la glycosylation : j’ai caractérisé la formation d’un complexe entre une GT, la galactosylcéramide synthétase, et le transporteur d’UDP-galactose : ce complexe est nécessaire à l’import d’UDP-galactose dans le réticulum endoplasmique et à la galactosylation des céramides. Depuis ma nomination en tant que maitre de conférences au sein de l’UMR CNRS 8576, je m’intéresse à la régulation transcriptionnelle des GTs et SulfoTs dont l’expression varie dans la muqueuse bronchique sous l’influence de cytokines pro-inflammatoires et qui sont impliquées dans la biosynthèse des épitopes sLex et 6-sulfo-sLex, ligands préférentiels de P. aeruginosa. En parallèle, je suis impliquée dans un projet visant à élucider les mécanismes responsables des anomalies de glycosylation dans les cancers coliques. Ce projet est axé sur l’étude de la régulation transcriptionnelle, des activités et de l’organisation supramoléculaire des GTs dans les cellules coliques, dont certaines modifications pourraient induire les anomalies de glycosylation observées chez les patients atteints de cancers. Les données acquises au cours de ces projets devraient permettre de mieux comprendre les mécanismes de régulation de biosynthèse d’antigènes glucidiques associés à la mucoviscidose et aux tumeurs, et pourraient offrir de nouvelles perspectives thérapeutiques.
10-11-2020
10-11-2020
Thèse
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Oxydation sélective et préférentielle du sulfure d'hydrogène par bouclage chimique
Oxydation sélective et préférentielle du sulfure d'hydrogène par bouclage chimique


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Le gaz naturel et le biogaz contiennent du H2S qui doit être éliminé avant toute utilisation. Cela se fait généralement par adsorption, par la récupération de H2S et par conversion en soufre élémentaire dans des procédés de type Claus. L'oxydation sélective catalytique de H2S par O2 est une alternative, mais les catalyseurs subissent une désactivation en raison de l'accumulation d'espèces soufrées et le mélange H2S/O2 nuit à la sélectivité. De plus, cela ne peut pas être fait en présence de l'hydrocarbure pour des raisons de sécurité. Un procédé innovant d'oxydation sélective de H2S en bouclage chimique est proposé dans lequel la réaction se déroule en deux étapes : la réduction d’un solide porteur d’oxygène par H2S avec formation de S élémentaire et la régénération du porteur par O2.Il est démontré que V2O5 est une phase active prometteuse pour ce procédé. Parmi plusieurs supports testés, le TiO2 et le SiO2 s’avèrent les plus adéquats et il est montré que les matériaux de faible surface doivent être privilégiés. L'effet de la teneur en V2O5 sur le support de TiO2 est étudié et il est montré que la distribution optimale de phase active est atteinte lorsque l'équivalent de 2 monocouches de V2O5 est présent. L’étude de la réactivité de ce porteur montre qu’un équilibre optimal entre V3+, V4+ et V5+ est nécessaire. La présence d'espèces V4+ favorise la réactivité, mais seule la réduction d'espèces V5+ à V4+ est sélective, la réduction en V3+ entraînant la formation de SO2. Ce procédé est insensible à la présence de méthane, ouvrant la voie à la purification du biogaz ou du gaz naturel sans nécessiter de séparation préalable du H2S.
Natural gas and biogas resources contain H2S, which needs to be removed prior to any use. This is usually done by adsorption followed by H2S recovery and conversion through Claus type processes to produce elemental sulfur. Direct catalytic selective oxidation of the H2S to elemental sulfur is an alternative but catalysts suffer from deactivation due to accumulation of sulfur species and H2S/O2 mixing usually affects selectivity. Furthermore, it cannot be done in the presence of the hydrocarbon due to safety issues. To overcome these limitations, a Chemical Looping Selective Oxidation of H2S (CLSOSH) process is proposed in which the reaction proceeds in two steps: a “reductant step” in which H2S reduces the carrier and produces elemental S and an “oxidant step” in which the carrier is regenerated by O2. V2O5 was demonstrated that to be a promising active phase for CLSOSH. Several support materials were tested. TiO2 and SiO2 proved to be the most adequate and it was shown that low surface area materials should be privileged. The effect of V2O5 loading on TiO2 support was investigated and it was shown that optimal distribution of V2O5 is reached when the equivalent of 2 monolayers of active phase are present. Detailed analysis of the reactivity of this carrier showed that an optimal balance between V3+, V4+, and V5+ need to be found. The presence of V4+ species promote reactivity but only V5+ to V4+ species reduction should be involved to reach optimal selectivity as reduction to V3+ lead to SO2 formation. CLSOSH proved to be insensitive to the presence of methane is the feed, opening the path for biogas or natural gas purification without the need of H2S separation.
Le gaz naturel et le biogaz contiennent du H2S qui doit être éliminé avant toute utilisation. Cela se fait généralement par adsorption, par la récupération de H2S et par conversion en soufre élémentaire dans des procédés de type Claus. L'oxydation sélective catalytique de H2S par O2 est une alternative, mais les catalyseurs subissent une désactivation en raison de l'accumulation d'espèces soufrées et le mélange H2S/O2 nuit à la sélectivité. De plus, cela ne peut pas être fait en présence de l'hydrocarbure pour des raisons de sécurité. Un procédé innovant d'oxydation sélective de H2S en bouclage chimique est proposé dans lequel la réaction se déroule en deux étapes : la réduction d’un solide porteur d’oxygène par H2S avec formation de S élémentaire et la régénération du porteur par O2.Il est démontré que V2O5 est une phase active prometteuse pour ce procédé. Parmi plusieurs supports testés, le TiO2 et le SiO2 s’avèrent les plus adéquats et il est montré que les matériaux de faible surface doivent être privilégiés. L'effet de la teneur en V2O5 sur le support de TiO2 est étudié et il est montré que la distribution optimale de phase active est atteinte lorsque l'équivalent de 2 monocouches de V2O5 est présent. L’étude de la réactivité de ce porteur montre qu’un équilibre optimal entre V3+, V4+ et V5+ est nécessaire. La présence d'espèces V4+ favorise la réactivité, mais seule la réduction d'espèces V5+ à V4+ est sélective, la réduction en V3+ entraînant la formation de SO2. Ce procédé est insensible à la présence de méthane, ouvrant la voie à la purification du biogaz ou du gaz naturel sans nécessiter de séparation préalable du H2S.
Natural gas and biogas resources contain H2S, which needs to be removed prior to any use. This is usually done by adsorption followed by H2S recovery and conversion through Claus type processes to produce elemental sulfur. Direct catalytic selective oxidation of the H2S to elemental sulfur is an alternative but catalysts suffer from deactivation due to accumulation of sulfur species and H2S/O2 mixing usually affects selectivity. Furthermore, it cannot be done in the presence of the hydrocarbon due to safety issues. To overcome these limitations, a Chemical Looping Selective Oxidation of H2S (CLSOSH) process is proposed in which the reaction proceeds in two steps: a “reductant step” in which H2S reduces the carrier and produces elemental S and an “oxidant step” in which the carrier is regenerated by O2. V2O5 was demonstrated that to be a promising active phase for CLSOSH. Several support materials were tested. TiO2 and SiO2 proved to be the most adequate and it was shown that low surface area materials should be privileged. The effect of V2O5 loading on TiO2 support was investigated and it was shown that optimal distribution of V2O5 is reached when the equivalent of 2 monolayers of active phase are present. Detailed analysis of the reactivity of this carrier showed that an optimal balance between V3+, V4+, and V5+ need to be found. The presence of V4+ species promote reactivity but only V5+ to V4+ species reduction should be involved to reach optimal selectivity as reduction to V3+ lead to SO2 formation. CLSOSH proved to be insensitive to the presence of methane is the feed, opening the path for biogas or natural gas purification without the need of H2S separation.
02-11-2020
02-11-2020
Thèse
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