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Optimisation d’une bouillie infantile et son enrichissement en protéines et vitamines en vue de son utilisation comme aliment de complément chez le nourrisson et le jeune enfant en Centrafrique
Optimisation d’une bouillie infantile et son enrichissement en protéines et vitamines en vue de son utilisation comme aliment de complément chez le nourrisson et le jeune enfant en Centrafrique


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Dès sa naissance, les besoins nutritionnels du nourrisson sont entièrement couverts par l’apport quotidien en lait maternel ou en succédanés en cas d’indisponibilité ou de risque. A partir de quatre mois, un apport alimentaire complémentaire s’avère nécessaire pour la couverture des besoins de croissance qui augmentent. Et c’est généralement à ce stade que surviennent dans de nombreux pays en développement et notamment en République centrafricaine, des perturbations métaboliques entraînant des graves troubles alimentaires. Parmi les multiples causes de ces perturbations métaboliques scientifiquement établies, un apport alimentaire inadéquat en qualité des aliments de complément a été relevé comme entraînant de carences multiples qui aboutissent à des états de déficit nutritionnel tels que la malnutrition aiguë modérée. Cette faim cachée est responsable de forts taux de morbidité et mortalité infanto – juvénile et pose un problème de santé publique. Ce projet doctoral propose comme solution une approche préventive consistant à optimiser une bouillie infantile à base de denrées locales de la République centrafricaine. En effet, pour compléter le lait maternel, une formule de bouillie à base de pâte de maïs germé et/ou de farine de manioc reste l’apport privilégié pour le nourrisson et le jeune enfant à l’amorce et durant le sevrage dans ce pays d’Afrique subsaharienne. Cet apport, bien que majoritairement énergétique, ne contribue pas à couvrir les besoins de croissance et de régulation assurés par les protéines et les vitamines. Les protéines de chenilles du genre Imbrasia se sont révélées comme de meilleures sources de protéines alimentaires du pays non seulement au goût, mais également de faible coût et offrant des avantages thérapeutiques. Une des sources locales de vitamines est celle des fruits de saison. C’est ainsi que nous avons recherché et obtenu, en utilisant la méthode des plans d’expériences de type HADAMARD, une formule optimisée de bouillie infantile à partir de sept (7) divers ingrédients notamment de la pâte de maïs germé, de la farine de manioc, de la pâte d’arachide, de la mangue, de l’albédo d’orange, de la banane douce, et de la poudre de chenilles du genre Imbrasia. Cette formule optimisée pour nourrisson et jeune enfant a été analysée et pourrait offrir jusqu’à 600kcal complémentaire par jour. En sus, une recherche spécifique sur les protéines de chenilles a permis de relever un profil minéral intéressant en Calcium, Fer, Magnésium et Zinc. Des extraits de peptides utilisés pour des tests antimicrobiens ont montré des résultats probants sur Micrococcus luteus. En définitive, cette formule optimisée offre un atout nutritionnel et thérapeutique, gage d’une meilleure croissance du nourrisson et du jeune enfant.
From birth, infant's nutritional requirements are covered by daily intake of breast milk or substitutes in case of unavailability or risk. Complementary food intake is necessary to cover growth needs that increase four months later. Usually, at this moment occur metabolic disturbances in many developing countries including Central African Republic, resulting in serious eating disorders. Among causes scientifically established of these metabolic disorders, inadequate dietary quality of complementary foods was noted as causing multiple deficiencies that lead to nutritional deficiency states such as moderate acute malnutrition. This hidden hunger is responsible for high morbidity and under – five mortality and poses a public health problem. This doctoral project aims a preventive approach as solution for optimizing a child gruel using local products from the Central African Republic. Indeed, to supplement breast milk, gruel based of sprouted corn dough and / or cassava flour remains the primary intake for infants and young children at the beginning and during breast withdrawal in Central African Republic. This contribution does not help to cover the growth and regulation needs provided by proteins and vitamins. Caterpillars of genus Imbrasia were been shown as better sources of dietary protein of the country not only for taste, but also for their low cost and therapeutic benefits. Local sources of vitamins are seasonal fruits. Thus, we obtained, using experimental designs method of HADAMARD, an infant gruel formula based on seven (7) various ingredients including pulp germinated maize, flour cassava, peanut paste, mango, orange albedo, sweet banana, and powder of caterpillars genus Imbrasia. This optimized formula for infants and young children has been analyzed and could offer up additional 600kcal per day. In addition, a specific research on proteins has identified an interesting mineral profile in Calcium, Iron, Magnesium and Zinc. Peptides extracts used for antimicrobial tests showed positive results on Micrococcus luteus. Ultimately, this optimized formula provides nutritional and therapeutic asset, guarantees better growth of the infant and young child.
Dès sa naissance, les besoins nutritionnels du nourrisson sont entièrement couverts par l’apport quotidien en lait maternel ou en succédanés en cas d’indisponibilité ou de risque. A partir de quatre mois, un apport alimentaire complémentaire s’avère nécessaire pour la couverture des besoins de croissance qui augmentent. Et c’est généralement à ce stade que surviennent dans de nombreux pays en développement et notamment en République centrafricaine, des perturbations métaboliques entraînant des graves troubles alimentaires. Parmi les multiples causes de ces perturbations métaboliques scientifiquement établies, un apport alimentaire inadéquat en qualité des aliments de complément a été relevé comme entraînant de carences multiples qui aboutissent à des états de déficit nutritionnel tels que la malnutrition aiguë modérée. Cette faim cachée est responsable de forts taux de morbidité et mortalité infanto – juvénile et pose un problème de santé publique. Ce projet doctoral propose comme solution une approche préventive consistant à optimiser une bouillie infantile à base de denrées locales de la République centrafricaine. En effet, pour compléter le lait maternel, une formule de bouillie à base de pâte de maïs germé et/ou de farine de manioc reste l’apport privilégié pour le nourrisson et le jeune enfant à l’amorce et durant le sevrage dans ce pays d’Afrique subsaharienne. Cet apport, bien que majoritairement énergétique, ne contribue pas à couvrir les besoins de croissance et de régulation assurés par les protéines et les vitamines. Les protéines de chenilles du genre Imbrasia se sont révélées comme de meilleures sources de protéines alimentaires du pays non seulement au goût, mais également de faible coût et offrant des avantages thérapeutiques. Une des sources locales de vitamines est celle des fruits de saison. C’est ainsi que nous avons recherché et obtenu, en utilisant la méthode des plans d’expériences de type HADAMARD, une formule optimisée de bouillie infantile à partir de sept (7) divers ingrédients notamment de la pâte de maïs germé, de la farine de manioc, de la pâte d’arachide, de la mangue, de l’albédo d’orange, de la banane douce, et de la poudre de chenilles du genre Imbrasia. Cette formule optimisée pour nourrisson et jeune enfant a été analysée et pourrait offrir jusqu’à 600kcal complémentaire par jour. En sus, une recherche spécifique sur les protéines de chenilles a permis de relever un profil minéral intéressant en Calcium, Fer, Magnésium et Zinc. Des extraits de peptides utilisés pour des tests antimicrobiens ont montré des résultats probants sur Micrococcus luteus. En définitive, cette formule optimisée offre un atout nutritionnel et thérapeutique, gage d’une meilleure croissance du nourrisson et du jeune enfant.
From birth, infant's nutritional requirements are covered by daily intake of breast milk or substitutes in case of unavailability or risk. Complementary food intake is necessary to cover growth needs that increase four months later. Usually, at this moment occur metabolic disturbances in many developing countries including Central African Republic, resulting in serious eating disorders. Among causes scientifically established of these metabolic disorders, inadequate dietary quality of complementary foods was noted as causing multiple deficiencies that lead to nutritional deficiency states such as moderate acute malnutrition. This hidden hunger is responsible for high morbidity and under – five mortality and poses a public health problem. This doctoral project aims a preventive approach as solution for optimizing a child gruel using local products from the Central African Republic. Indeed, to supplement breast milk, gruel based of sprouted corn dough and / or cassava flour remains the primary intake for infants and young children at the beginning and during breast withdrawal in Central African Republic. This contribution does not help to cover the growth and regulation needs provided by proteins and vitamins. Caterpillars of genus Imbrasia were been shown as better sources of dietary protein of the country not only for taste, but also for their low cost and therapeutic benefits. Local sources of vitamins are seasonal fruits. Thus, we obtained, using experimental designs method of HADAMARD, an infant gruel formula based on seven (7) various ingredients including pulp germinated maize, flour cassava, peanut paste, mango, orange albedo, sweet banana, and powder of caterpillars genus Imbrasia. This optimized formula for infants and young children has been analyzed and could offer up additional 600kcal per day. In addition, a specific research on proteins has identified an interesting mineral profile in Calcium, Iron, Magnesium and Zinc. Peptides extracts used for antimicrobial tests showed positive results on Micrococcus luteus. Ultimately, this optimized formula provides nutritional and therapeutic asset, guarantees better growth of the infant and young child.
02-11-2020
02-11-2020
Thèse
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On the performance of subsystem approaches to model heavy element species in solution
On the performance of subsystem approaches to model heavy element species in solution


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Afin de comprendre les mesures spectroscopiques, il est d'une grande importance de comprendre les processus physiques au niveau microscopique à cause du rôle des électrons (et des noyaux) dans le système. Le traitement de ces particules nécessite, au moins, un niveau de mécanique quantique pour le système d'intérêt. La présence des éléments lourds dans le système aggrave la situation à cause de l'obligation de tenir en compte, en plus du grand nombre de particules, les effets relativistes. Après un premier chapitre sur les différentes méthodes théorique, le second chapitre explore les méthodes d'embedding qui peuvent apporter des solution dans le cas où un traitement quantique pour tout le système est demandé. La suite de ce travail concentre sur l'exploration de la performance de la méthode Frozen Density Embedding dans la description des propriétés électroniques (Potentiels d'ionisation des halogénures solvatés ) dans les chapitres 3 et 4 et des propriétés magnétiques (Écrantage RMN et couplage J) dans le chapitre 5.
In order to understand spectroscopic measurements, it is important to understand the physical processes taking place at a microscopic scale, since these are related to the behaviour of the electrons (and nuclei) in the system. The treatment of such particles requires one way or another a quantum mechanical treatment of the atoms and molecules that make up a given system of interest. This means that in order to achieve that we must perform theoretical sim- ulations and, if such systems contain heavy elements, this is a particularly dicult task, since we not only have to deal with the large number of particles but also include relativistic e↵ects. These diculties have motivated the development of several theoretical approaches that sim- plify the treatment of at least part of the total system. This thesis investigates the use of the Frozen Density Embedding (FDE) approach to the calculation of molecular properties of complex systems. FDE is a formally exact method with which we can separate a complex molecular system into subsystems and choose the most suit- able electronic structure approach to treat each of these. With this separation, we can focus the computational e↵ort into one or a few subsystems of interest and treat them very accurately with relativistic electronic structure methods that include spin-orbit coupling, while the e↵ect of the remaining subsystems (environment) on the system of interest is treated at a suciently high level of accuracy. Our first interest was in the quantum mechanical description of ionisation energies for molecular aggregates of microsolvated halides, such as found in water droplets. We have ex- plored the sensitivity of these energies to structural changes around the halides and among the waters, and how these energies evolve with the size of the aggregate, with our results being in quantitative agreement with experimental data, and we have predicted the ionisation energies of the heaviest of halides, astatide, which is of interest as a radiotherapeutic agent. Our results demonstrate that with the combination of relativistic EOM-CC for the active subsystem and DFT for the environment, a↵orded by FDE, one can rival with quite sophisticated theoretical approaches based on periodic quasi-particle calculations which are the current state-of-the-art for condensed matter simulations. We have also explored the performance of FDE for the description of solvent e↵ects on magnetic properties (indirect spin-spin couplings and NMR shielding tensors) for a complex PtTl(CN)5 containing a metal-metal bond between the heavy centres (Pt, Tl), this time purely at relativistic DFT level. For spin-spin couplings, we have shown that much like prior theoretical results, we require an extensive first hydration shell around the complex, but nevertheless arrive at a semi-quantitative agreement with experiment. For NMR shieldings on the other hand, FDE allows us to significantly reduce the amount of water molecules explicitly added to the active subsystem to the first hydration shell around the Tl atom. This might open up the perspective to employing FDE with more accurate with more accurate electronic structure methods for this property for this class of compounds.
Afin de comprendre les mesures spectroscopiques, il est d'une grande importance de comprendre les processus physiques au niveau microscopique à cause du rôle des électrons (et des noyaux) dans le système. Le traitement de ces particules nécessite, au moins, un niveau de mécanique quantique pour le système d'intérêt. La présence des éléments lourds dans le système aggrave la situation à cause de l'obligation de tenir en compte, en plus du grand nombre de particules, les effets relativistes. Après un premier chapitre sur les différentes méthodes théorique, le second chapitre explore les méthodes d'embedding qui peuvent apporter des solution dans le cas où un traitement quantique pour tout le système est demandé. La suite de ce travail concentre sur l'exploration de la performance de la méthode Frozen Density Embedding dans la description des propriétés électroniques (Potentiels d'ionisation des halogénures solvatés ) dans les chapitres 3 et 4 et des propriétés magnétiques (Écrantage RMN et couplage J) dans le chapitre 5.
In order to understand spectroscopic measurements, it is important to understand the physical processes taking place at a microscopic scale, since these are related to the behaviour of the electrons (and nuclei) in the system. The treatment of such particles requires one way or another a quantum mechanical treatment of the atoms and molecules that make up a given system of interest. This means that in order to achieve that we must perform theoretical sim- ulations and, if such systems contain heavy elements, this is a particularly dicult task, since we not only have to deal with the large number of particles but also include relativistic e↵ects. These diculties have motivated the development of several theoretical approaches that sim- plify the treatment of at least part of the total system. This thesis investigates the use of the Frozen Density Embedding (FDE) approach to the calculation of molecular properties of complex systems. FDE is a formally exact method with which we can separate a complex molecular system into subsystems and choose the most suit- able electronic structure approach to treat each of these. With this separation, we can focus the computational e↵ort into one or a few subsystems of interest and treat them very accurately with relativistic electronic structure methods that include spin-orbit coupling, while the e↵ect of the remaining subsystems (environment) on the system of interest is treated at a suciently high level of accuracy. Our first interest was in the quantum mechanical description of ionisation energies for molecular aggregates of microsolvated halides, such as found in water droplets. We have ex- plored the sensitivity of these energies to structural changes around the halides and among the waters, and how these energies evolve with the size of the aggregate, with our results being in quantitative agreement with experimental data, and we have predicted the ionisation energies of the heaviest of halides, astatide, which is of interest as a radiotherapeutic agent. Our results demonstrate that with the combination of relativistic EOM-CC for the active subsystem and DFT for the environment, a↵orded by FDE, one can rival with quite sophisticated theoretical approaches based on periodic quasi-particle calculations which are the current state-of-the-art for condensed matter simulations. We have also explored the performance of FDE for the description of solvent e↵ects on magnetic properties (indirect spin-spin couplings and NMR shielding tensors) for a complex PtTl(CN)5 containing a metal-metal bond between the heavy centres (Pt, Tl), this time purely at relativistic DFT level. For spin-spin couplings, we have shown that much like prior theoretical results, we require an extensive first hydration shell around the complex, but nevertheless arrive at a semi-quantitative agreement with experiment. For NMR shieldings on the other hand, FDE allows us to significantly reduce the amount of water molecules explicitly added to the active subsystem to the first hydration shell around the Tl atom. This might open up the perspective to employing FDE with more accurate with more accurate electronic structure methods for this property for this class of compounds.
02-11-2020
02-11-2020
Thèse
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Numerical modelling and small scale testing of fire performances for halogen-free cables
Numerical modelling and small scale testing of fire performances for halogen-free cables


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L'objectif de ce travail de thèse est d’étudier le comportement au feu de câbles électriques par deux approches, la première consistant à développer des méthodes de caractérisation des propriétés des gaines externes de câbles afin d’en modéliser le comportement au feu. Parallèlement, une approche basée sur le développement d’un banc d'essai original à échelle réduite a été étudiée. La caractérisation des propriétés thermo-physique des matériaux a permis la prédiction de la température et de la perte de masse lors d'expériences thermogravimétriques, de gazéification et de combustion. Il a été montré que tester de mince spécimen de gaine de câbles dans une enceinte à échelle réduite permettait la prédiction des résultats de la norme EN 50399. Ce nouveau test de l'échelle du laboratoire a ensuite utilisé avec succès pour le développement de nouveaux câbles présentant des propriétés feu améliorées.
The aim of this PhD work is to study the behavior of cables following two approaches: numerical modelling and small scale testing. First, methodologies to characterize the properties of the cables jacket materials were developed to further model their fire behavior. Concurrently, an approach was followed by developing a novel bench-scale fire test. Innovative methodologies using simultaneous thermal analyzer, Hot Disc apparatus were developed and so, the thermo-physical properties of the materials were characterized both as a function of temperature and of the decomposition state. Using these parameters as inputs data for a pyrolysis model, the temperature and mass loss rate were well predicted in case of thermo-gravimetric experiments, gasification and mass loss calorimeter. Moreover, it was shown that testing thin specimen of cables jacket materials in a reduced scaled enclosure of the EN 50399 test allowed the prediction of the results obtained on the large scale test carried out on whole cables. This new bench scale test was then successfully to develop new material that can be used as jacket for halogen-free electrical cable.
L'objectif de ce travail de thèse est d’étudier le comportement au feu de câbles électriques par deux approches, la première consistant à développer des méthodes de caractérisation des propriétés des gaines externes de câbles afin d’en modéliser le comportement au feu. Parallèlement, une approche basée sur le développement d’un banc d'essai original à échelle réduite a été étudiée. La caractérisation des propriétés thermo-physique des matériaux a permis la prédiction de la température et de la perte de masse lors d'expériences thermogravimétriques, de gazéification et de combustion. Il a été montré que tester de mince spécimen de gaine de câbles dans une enceinte à échelle réduite permettait la prédiction des résultats de la norme EN 50399. Ce nouveau test de l'échelle du laboratoire a ensuite utilisé avec succès pour le développement de nouveaux câbles présentant des propriétés feu améliorées.
The aim of this PhD work is to study the behavior of cables following two approaches: numerical modelling and small scale testing. First, methodologies to characterize the properties of the cables jacket materials were developed to further model their fire behavior. Concurrently, an approach was followed by developing a novel bench-scale fire test. Innovative methodologies using simultaneous thermal analyzer, Hot Disc apparatus were developed and so, the thermo-physical properties of the materials were characterized both as a function of temperature and of the decomposition state. Using these parameters as inputs data for a pyrolysis model, the temperature and mass loss rate were well predicted in case of thermo-gravimetric experiments, gasification and mass loss calorimeter. Moreover, it was shown that testing thin specimen of cables jacket materials in a reduced scaled enclosure of the EN 50399 test allowed the prediction of the results obtained on the large scale test carried out on whole cables. This new bench scale test was then successfully to develop new material that can be used as jacket for halogen-free electrical cable.
02-11-2020
02-11-2020
Thèse
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Impacts of a top-predator emergence in an exploited ecosystem : North Sea hake and saithe. Which interactions ? What consequences ?
Impacts of a top-predator emergence in an exploited ecosystem : North Sea hake and saithe. Which interactions ? What consequences ?


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La population de lieu noir (Pollachius virens) de mer du Nord a une importance économique élevée pour les pêcheries européennes. Depuis une dizaine d’années, l’abondance du lieu noir a décliné, alors que le merlu (Merluccius merluccius), qui était peu pêché dans cette zone, a vu son abondance fortement augmenter. Ce travail se concentre sur la nature des interactions écologiques entre le lieu noir et le merlu en Mer du Nord afin de déterminer si la récente émergence du merlu dans cette zone pourrait expliquer, au moins en partie, le récent déclin du stock de lieu noir. Les résultats obtenus lors de ce travail de recherche ont permis de valider l’hypothèse de compétition entre le lieu noir et le merlu. De plus, cette étude a révélé un impact potentiellement négatif de l’augmentation du merlu sur la biomasse de lieu noir. L’émergence du merlu en mer du Nord doit donc être sérieusement prise en compte dans les avis scientifiques supportant les décisions de gestion encadrant la pêche du lieu noir, mais aussi des autres espèces de mer du Nord que l’émergence du merlu est susceptible d’affecter. Finalement, ce travail fournit donc les premières bases écologiques nécessaires à une investigation plus détaillée des conséquences de l’émergence du merlu dans un écosystème hautement exploité tel que la mer du Nord.
North Sea saithe (Pollachius virens) has high economic value for European fisheries. In recent years, North Sea saithe abundance has decreased, while abundance of hake (Merluccius merluccius), which was rarely fished in the North Sea, has increased dramatically in the area. This work investigate the nature of the ecological interactions between saithe and hake in the North Sea, in order to understand if recent hake emergence in this area could explain, at least partially, the recent decline of the saithe stock. The results obtained during this research suggested competitive interactions between saithe and hake predators in the area. In addition, this investigation revealed potential negative effects of hake emergence in the North Sea on the resident saithe stock. Therefore, hake emergence in the North Sea must be taken into account when managing commercial species fisheries, the sustainability of which may be threatened by this up-coming predator. Finally, the results obtained within this PhD research thesis highlight the importance of hake as an up-coming predator and competitor in the North Sea, and provide the necessary basis for further investigations of hake potential ecological and economic function in this exploited ecosystem.
La population de lieu noir (Pollachius virens) de mer du Nord a une importance économique élevée pour les pêcheries européennes. Depuis une dizaine d’années, l’abondance du lieu noir a décliné, alors que le merlu (Merluccius merluccius), qui était peu pêché dans cette zone, a vu son abondance fortement augmenter. Ce travail se concentre sur la nature des interactions écologiques entre le lieu noir et le merlu en Mer du Nord afin de déterminer si la récente émergence du merlu dans cette zone pourrait expliquer, au moins en partie, le récent déclin du stock de lieu noir. Les résultats obtenus lors de ce travail de recherche ont permis de valider l’hypothèse de compétition entre le lieu noir et le merlu. De plus, cette étude a révélé un impact potentiellement négatif de l’augmentation du merlu sur la biomasse de lieu noir. L’émergence du merlu en mer du Nord doit donc être sérieusement prise en compte dans les avis scientifiques supportant les décisions de gestion encadrant la pêche du lieu noir, mais aussi des autres espèces de mer du Nord que l’émergence du merlu est susceptible d’affecter. Finalement, ce travail fournit donc les premières bases écologiques nécessaires à une investigation plus détaillée des conséquences de l’émergence du merlu dans un écosystème hautement exploité tel que la mer du Nord.
North Sea saithe (Pollachius virens) has high economic value for European fisheries. In recent years, North Sea saithe abundance has decreased, while abundance of hake (Merluccius merluccius), which was rarely fished in the North Sea, has increased dramatically in the area. This work investigate the nature of the ecological interactions between saithe and hake in the North Sea, in order to understand if recent hake emergence in this area could explain, at least partially, the recent decline of the saithe stock. The results obtained during this research suggested competitive interactions between saithe and hake predators in the area. In addition, this investigation revealed potential negative effects of hake emergence in the North Sea on the resident saithe stock. Therefore, hake emergence in the North Sea must be taken into account when managing commercial species fisheries, the sustainability of which may be threatened by this up-coming predator. Finally, the results obtained within this PhD research thesis highlight the importance of hake as an up-coming predator and competitor in the North Sea, and provide the necessary basis for further investigations of hake potential ecological and economic function in this exploited ecosystem.
02-11-2020
02-11-2020
Thèse
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Fabrication and thermal conductivity characterization of phononic engineered silicon membranes for thermoelectric applications
Fabrication and thermal conductivity characterization of phononic engineered silicon membranes for thermoelectric applications


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La thermoélectricité rencontre un intérêt croissant ces dernières années comme source d'énergie alternative pour l’alimentation de dispositifs micro- et nano- électroniques. Les matériaux thermoélectriques transforment par effet Seebeck une différence de température en énergie électrique utile. Dans les dispositifs thermoélectriques, l’énergie perdue en général sous forme de chaleur résiduelle peut ainsi être recyclée en utilisant les gradients de température existants. L'efficacité thermoélectrique dépend des propriétés électroniques du matériau et de sa conductivité thermique κ. Le silicium présente une très bonne conductivité électrique et un coefficient Seebeck prometteur, mais sa conductivité thermique phononique limite fortement son potentiel pour des applications thermoélectriques, du moins sous forme de matériau massif. Par contre, la nanostructuration du silicium en couches minces, et a fortiori la fabrication de cristaux phononiques permet de réduire fortement la conductivité thermique. Dans ce travail, des simulations de dynamique moléculaire sont réalisées pour confirmer cette stratégie et permettre la définition d'un design optimal de membranes perforées. De plus, le travail expérimental montre différentes méthodologies de fabrication de membranes phononiques de silicium intégrées dans une plate-forme de métrologie. Plusieurs techniques de caractérisation (Electrothermique, Raman et Microscopie à sonde thermique) ont ensuite été utilisées pour déterminer la conductivité thermique des membranes. Une réduction considérable de κ est obtenue pour le silicium, permettant d’envisager l’intégration de ces membranes dans un convertisseur thermoélectrique.
In the last twenty years, the continuous seek for alternative energy sources to power micro- and nano-electronic devices has marked the rise of interest toward thermoelectricity. Thermoelectric materials can turn directly, by Seebeck effect, the temperature difference into useful electric power. The energy lost as waste heat can be re-used as a power source. It is known that, to improve thermoelectric efficiency, an important role is played by material’s electronic properties and its thermal conductivity. Silicon exhibits very good electrical conductivity and Seebeck parameter, but its lattice thermal conductivity represents the bigger obstacle for thermoelectric applications, preventing its direct integration as bulk material. It has been demonstrated that nanostructuring silicon in thin films enables the reduction of thermal conductivity down to one order of magnitude. Furthermore, a supplementary decrease of thermal conductivity is possible by periodical patterning of the silicon thin film in a photonic-like way, creating Phononic Crystals (PnCs). In our work molecular dynamics simulations are performed to confirm the trend envisaged and allow the definition of an optimal design for the patterned membranes. Moreover, our experimental work lists different fabrication methodologies of silicon phononic engineered membranes integrate into a metrology platform. Several characterization techniques (Electrothermal , Raman thermometry, Scanning Thermal Microscopy) are used to determine the membranes thermal conductivity. A considerable reduction of κ is obtained for silicon, paving the way for a prospective integration of those membranes into a thermoelectric converter.
La thermoélectricité rencontre un intérêt croissant ces dernières années comme source d'énergie alternative pour l’alimentation de dispositifs micro- et nano- électroniques. Les matériaux thermoélectriques transforment par effet Seebeck une différence de température en énergie électrique utile. Dans les dispositifs thermoélectriques, l’énergie perdue en général sous forme de chaleur résiduelle peut ainsi être recyclée en utilisant les gradients de température existants. L'efficacité thermoélectrique dépend des propriétés électroniques du matériau et de sa conductivité thermique κ. Le silicium présente une très bonne conductivité électrique et un coefficient Seebeck prometteur, mais sa conductivité thermique phononique limite fortement son potentiel pour des applications thermoélectriques, du moins sous forme de matériau massif. Par contre, la nanostructuration du silicium en couches minces, et a fortiori la fabrication de cristaux phononiques permet de réduire fortement la conductivité thermique. Dans ce travail, des simulations de dynamique moléculaire sont réalisées pour confirmer cette stratégie et permettre la définition d'un design optimal de membranes perforées. De plus, le travail expérimental montre différentes méthodologies de fabrication de membranes phononiques de silicium intégrées dans une plate-forme de métrologie. Plusieurs techniques de caractérisation (Electrothermique, Raman et Microscopie à sonde thermique) ont ensuite été utilisées pour déterminer la conductivité thermique des membranes. Une réduction considérable de κ est obtenue pour le silicium, permettant d’envisager l’intégration de ces membranes dans un convertisseur thermoélectrique.
In the last twenty years, the continuous seek for alternative energy sources to power micro- and nano-electronic devices has marked the rise of interest toward thermoelectricity. Thermoelectric materials can turn directly, by Seebeck effect, the temperature difference into useful electric power. The energy lost as waste heat can be re-used as a power source. It is known that, to improve thermoelectric efficiency, an important role is played by material’s electronic properties and its thermal conductivity. Silicon exhibits very good electrical conductivity and Seebeck parameter, but its lattice thermal conductivity represents the bigger obstacle for thermoelectric applications, preventing its direct integration as bulk material. It has been demonstrated that nanostructuring silicon in thin films enables the reduction of thermal conductivity down to one order of magnitude. Furthermore, a supplementary decrease of thermal conductivity is possible by periodical patterning of the silicon thin film in a photonic-like way, creating Phononic Crystals (PnCs). In our work molecular dynamics simulations are performed to confirm the trend envisaged and allow the definition of an optimal design for the patterned membranes. Moreover, our experimental work lists different fabrication methodologies of silicon phononic engineered membranes integrate into a metrology platform. Several characterization techniques (Electrothermal , Raman thermometry, Scanning Thermal Microscopy) are used to determine the membranes thermal conductivity. A considerable reduction of κ is obtained for silicon, paving the way for a prospective integration of those membranes into a thermoelectric converter.
02-11-2020
02-11-2020
Thèse
Thèse
Cette thèse porte sur l'optimisation de la conception et des décisions opérationnelles des laboratoires d'analyses médicales. Dans cette thèse, un outil d'aide à la décision comprenant des modèles mathématiques, un algorithme heuristique et un modèle de simulation personnalisé est développé pour aider les décideurs à résoudre les principaux problèmes stratégiques, tactiques et opérationnels en conception et gestion des opérations des laboratoires d'analyses médicales. Dans cette thèse, la sélection des machines et la disposition des instruments sont étudiées en tant que principaux problèmes stratégiques, le problème de configuration des analyseurs en tant que problème tactique et l’affectation, l’aliquotage et l'ordonnancement en tant que principaux problèmes opérationnels. Un modèle de simulation personnalisé et flexible est développé dans FlexSim pour étudier le laboratoire d'analyse médicale conçu à l'aide des résultats de modèles mathématiques et d'un algorithme de layout développés. Le modèle de simulation aide le concepteur à construire et à analyser un laboratoire complet en tenant compte de toutes les principales caractéristiques du système. Cet attribut de simulation permet d'analyser le comportement du système et de déterminer si le système conçu est efficace. Pour vérifier la validité du cadre proposé, les données extraites d’un cas réel sont utilisées. Les résultats de sortie scellent l'applicabilité et l'efficacité du cadre proposé ainsi que la compétence des techniques proposées pour traiter chaque problème d'optimisation. À notre connaissance, cette thèse est l’une des principales études sur l’optimisation des laboratoires d'analyses médicales.
This thesis focuses on the optimization of clinical laboratory design and operating decisions. In this thesis, a decision support tool including mathematical models, a heuristic algorithm and a customized simulation model is developed to aid decision makers for the main strategic, tactical and operational problems in clinical laboratory design and operations management. In this thesis, machine selection and facility layout are studied as the main strategic problems, analyzer configuration problem as the tactical problem, and assignment, aliquoting, and scheduling as the principal operational problems. A customized and flexible simulation model is developed in FlexSim to study the clinical laboratory designed through the outputs of developed mathematical models and layout algorithm. The simulation model helps the designer to construct and analyze a complete clinical laboratory taking into account all major features of the system. This simulation attribute provides the ability to scrutinize the system behaviour and to find out whether the designed system is efficient. Furthermore, simulation model can be fruitful to decide on scheduling, aliquoting and staffing problems through the evaluation of various scenarios proposed by decision maker for each of these problems. To verify the validity of the proposed framework, data extracted from a real case is used. The output results seal on the applicability and the efficiency of the proposed framework as well as competency of proposed techniques to deal with each optimization problem. To the best of our knowledge, this thesis is one of the leading studies on the optimization of clinical laboratories.
Cette thèse porte sur l'optimisation de la conception et des décisions opérationnelles des laboratoires d'analyses médicales. Dans cette thèse, un outil d'aide à la décision comprenant des modèles mathématiques, un algorithme heuristique et un modèle de simulation personnalisé est développé pour aider les décideurs à résoudre les principaux problèmes stratégiques, tactiques et opérationnels en conception et gestion des opérations des laboratoires d'analyses médicales. Dans cette thèse, la sélection des machines et la disposition des instruments sont étudiées en tant que principaux problèmes stratégiques, le problème de configuration des analyseurs en tant que problème tactique et l’affectation, l’aliquotage et l'ordonnancement en tant que principaux problèmes opérationnels. Un modèle de simulation personnalisé et flexible est développé dans FlexSim pour étudier le laboratoire d'analyse médicale conçu à l'aide des résultats de modèles mathématiques et d'un algorithme de layout développés. Le modèle de simulation aide le concepteur à construire et à analyser un laboratoire complet en tenant compte de toutes les principales caractéristiques du système. Cet attribut de simulation permet d'analyser le comportement du système et de déterminer si le système conçu est efficace. Pour vérifier la validité du cadre proposé, les données extraites d’un cas réel sont utilisées. Les résultats de sortie scellent l'applicabilité et l'efficacité du cadre proposé ainsi que la compétence des techniques proposées pour traiter chaque problème d'optimisation. À notre connaissance, cette thèse est l’une des principales études sur l’optimisation des laboratoires d'analyses médicales.
This thesis focuses on the optimization of clinical laboratory design and operating decisions. In this thesis, a decision support tool including mathematical models, a heuristic algorithm and a customized simulation model is developed to aid decision makers for the main strategic, tactical and operational problems in clinical laboratory design and operations management. In this thesis, machine selection and facility layout are studied as the main strategic problems, analyzer configuration problem as the tactical problem, and assignment, aliquoting, and scheduling as the principal operational problems. A customized and flexible simulation model is developed in FlexSim to study the clinical laboratory designed through the outputs of developed mathematical models and layout algorithm. The simulation model helps the designer to construct and analyze a complete clinical laboratory taking into account all major features of the system. This simulation attribute provides the ability to scrutinize the system behaviour and to find out whether the designed system is efficient. Furthermore, simulation model can be fruitful to decide on scheduling, aliquoting and staffing problems through the evaluation of various scenarios proposed by decision maker for each of these problems. To verify the validity of the proposed framework, data extracted from a real case is used. The output results seal on the applicability and the efficiency of the proposed framework as well as competency of proposed techniques to deal with each optimization problem. To the best of our knowledge, this thesis is one of the leading studies on the optimization of clinical laboratories.
02-11-2020
02-11-2020
Thèse
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Caractérisation de la variabilité des propriétés mécaniques aux échelles fils, renforts et composites à base de lin
Caractérisation de la variabilité des propriétés mécaniques aux échelles fils, renforts et composites à base de lin


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Cette thèse a pour objectif la compréhension des propriétés mécaniques des composites à base de fibres de lin. Tout d’abord, on s’est focalisé sur les renforts tissés, ayant différents types de fils, structures et traitements, à travers une caractérisation multi-échelle. Les résultats montrent une forte influence du procédé du tissage ainsi que les traitements de désencollage et de séchage sur les propriétés mécaniques. L’étude montre une grande variabilité des propriétés mécaniques à l’échelle fil qui diminue significativement de l’échelle tissu à l’échelle composite où les résultats mettent en évidence des propriétés régulières et reproductibles, équivalentes aux composites à base de fibres synthétiques. Ensuite, cette thèse s’est intéressée aux propriétés mécaniques des renforts à orientation aléatoire, les non tissés. La caractérisation mécanique est réalisée sous forme sèche avec des essais de traction simple, de flexion pour différents lots de non tissé. Egalement, l’étude de la déformabilité des renforts non tissés est effectuée avec des essais d’emboutissage sur des géométries simple (hémisphère) et complexe (boite carrée). S’appuyant sur une approche expérimentale, un protocole de caractérisation est établi afin d’identifier et quantifier la réponse du non tissé lors de la mise en forme. L’apparition de nouveaux phénomènes tels que la variation de la densité locale et le glissement des fibres est observée pour les renforts de type non tissé. La caractérisation a démontré les effets de facteurs comme la géométrie du poinçon, la pression du serre-flan, la densité et la direction du renfort.
This work focuses on understanding the mechanical properties of flax-based composites. First of all, a multi-scale characterization is carried out for oriented fabric with different types of yarns, structures and treatments. Parameters such as the weaving process and the existence of treatments like desizing and drying has a strong impact on the mechanical properties. Furthermore, the results shows a high variability of the mechanical properties at the yarn scale which decreases significantly at the fabric and composite equivalent properties with the synthetic fibres based composites. Secondly, the thesis focused on the mechanical properties of randomly oriented preforms known as nonwovens. The mechanical characterizations of flax fibre nonwoven are carried out with tensile, bending tests in the dry form. Then, forming tests of the non-woven preforms are performed with different geometries. Based on this experimental approach, a characterization protocol is established to identify and quantify their formability behavior. New phenomena such the variation of local density and the slippage of fibres network are observed for this type of reinforcement. The forming behavior depends strongly on the punch geometry, blank-holder, the area density and direction of the preform.
Cette thèse a pour objectif la compréhension des propriétés mécaniques des composites à base de fibres de lin. Tout d’abord, on s’est focalisé sur les renforts tissés, ayant différents types de fils, structures et traitements, à travers une caractérisation multi-échelle. Les résultats montrent une forte influence du procédé du tissage ainsi que les traitements de désencollage et de séchage sur les propriétés mécaniques. L’étude montre une grande variabilité des propriétés mécaniques à l’échelle fil qui diminue significativement de l’échelle tissu à l’échelle composite où les résultats mettent en évidence des propriétés régulières et reproductibles, équivalentes aux composites à base de fibres synthétiques. Ensuite, cette thèse s’est intéressée aux propriétés mécaniques des renforts à orientation aléatoire, les non tissés. La caractérisation mécanique est réalisée sous forme sèche avec des essais de traction simple, de flexion pour différents lots de non tissé. Egalement, l’étude de la déformabilité des renforts non tissés est effectuée avec des essais d’emboutissage sur des géométries simple (hémisphère) et complexe (boite carrée). S’appuyant sur une approche expérimentale, un protocole de caractérisation est établi afin d’identifier et quantifier la réponse du non tissé lors de la mise en forme. L’apparition de nouveaux phénomènes tels que la variation de la densité locale et le glissement des fibres est observée pour les renforts de type non tissé. La caractérisation a démontré les effets de facteurs comme la géométrie du poinçon, la pression du serre-flan, la densité et la direction du renfort.
This work focuses on understanding the mechanical properties of flax-based composites. First of all, a multi-scale characterization is carried out for oriented fabric with different types of yarns, structures and treatments. Parameters such as the weaving process and the existence of treatments like desizing and drying has a strong impact on the mechanical properties. Furthermore, the results shows a high variability of the mechanical properties at the yarn scale which decreases significantly at the fabric and composite equivalent properties with the synthetic fibres based composites. Secondly, the thesis focused on the mechanical properties of randomly oriented preforms known as nonwovens. The mechanical characterizations of flax fibre nonwoven are carried out with tensile, bending tests in the dry form. Then, forming tests of the non-woven preforms are performed with different geometries. Based on this experimental approach, a characterization protocol is established to identify and quantify their formability behavior. New phenomena such the variation of local density and the slippage of fibres network are observed for this type of reinforcement. The forming behavior depends strongly on the punch geometry, blank-holder, the area density and direction of the preform.
02-11-2020
02-11-2020
Thèse
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