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Exploration-exploitation with Thompson sampling in linear systems
Exploration-exploitation with Thompson sampling in linear systems


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Cette thèse est dédiée à l'étude du Thompson Sampling (TS), une heuristique qui vise à surmonter le dilemme entre exploration et exploitation qui est inhérent à tout processus décisionnel face à l'incertain. Contrairement aux algorithmes issus de l'heuristique optimiste face à l'incertain (OFU), où l'exploration provient du choix du modèle le plus favorable possible au vu de la connaissance accumulée, les algorithmes TS introduisent de l'aléa dans le processus décisionnel en sélectionnant aléatoirement un modèle plausible, ce qui les rend bien moins coûteux numériquement. Cette étude se concentre sur les problèmes paramétriques linéaires, qui autorisent les espaces état-action continus (infinis), en particulier les problèmes de Bandits Linéaires (LB) et les problèmes de contrôle Linéaire et Quadratique (LQ). Nous proposons dans cette thèse de nouvelles analyses du regret des algorithmes TS pour chacun de ces deux problèmes. Bien que notre démonstration pour les LB garantisse une borne supérieure identique aux résultats préexistants, la structure de la preuve offre une nouvelle vision du fonctionnement de l'algorithme TS, et nous permet d'étendre cette analyse aux problèmes LQ. Nous démontrons la première borne supérieure pour le regret de l'algorithme TS dans les problèmes LQ, qui garantie dans le cadre fréquentiste un regret au plus d'ordre O(\sqrt{T}). Enfin, nous proposons une application des méthodes d'exploration-exploitation pour les problèmes d'optimisation de portefeuille, et discutons dans ce cadre le besoin ou non d'explorer activement.
This dissertation is dedicated to the study of the Thompson Sampling (TS) algorithms designed to address the exploration-exploitation dilemma that is inherent in sequential decision-making under uncertainty. As opposed to algorithms derived from the optimism-in-the-face-of-uncertainty (OFU) principle, where the exploration is performed by selecting the most favorable model within the set of plausible one, TS algorithms rely on randomization to enhance the exploration, and thus are much more computationally efficient. We focus on linearly parametrized problems that allow for continuous state-action spaces, namely the Linear Bandit (LB) problems and the Linear Quadratic (LQ) control problems. We derive two novel analyses for the regret of TS algorithms in those settings. While the obtained regret bound for LB is similar to previous results, the proof sheds new light on the functioning of TS, and allows us to extend the analysis to LQ problems. As a result, we prove the first regret bound for TS in LQ, and show that the frequentist regret is of order O(sqrt{T}) which matches the existing guarantee for the regret of OFU algorithms in LQ. Finally, we propose an application of exploration-exploitation techniques to the practical problem of portfolio construction, and discuss the need for active exploration in this setting.
Cette thèse est dédiée à l'étude du Thompson Sampling (TS), une heuristique qui vise à surmonter le dilemme entre exploration et exploitation qui est inhérent à tout processus décisionnel face à l'incertain. Contrairement aux algorithmes issus de l'heuristique optimiste face à l'incertain (OFU), où l'exploration provient du choix du modèle le plus favorable possible au vu de la connaissance accumulée, les algorithmes TS introduisent de l'aléa dans le processus décisionnel en sélectionnant aléatoirement un modèle plausible, ce qui les rend bien moins coûteux numériquement. Cette étude se concentre sur les problèmes paramétriques linéaires, qui autorisent les espaces état-action continus (infinis), en particulier les problèmes de Bandits Linéaires (LB) et les problèmes de contrôle Linéaire et Quadratique (LQ). Nous proposons dans cette thèse de nouvelles analyses du regret des algorithmes TS pour chacun de ces deux problèmes. Bien que notre démonstration pour les LB garantisse une borne supérieure identique aux résultats préexistants, la structure de la preuve offre une nouvelle vision du fonctionnement de l'algorithme TS, et nous permet d'étendre cette analyse aux problèmes LQ. Nous démontrons la première borne supérieure pour le regret de l'algorithme TS dans les problèmes LQ, qui garantie dans le cadre fréquentiste un regret au plus d'ordre O(\sqrt{T}). Enfin, nous proposons une application des méthodes d'exploration-exploitation pour les problèmes d'optimisation de portefeuille, et discutons dans ce cadre le besoin ou non d'explorer activement.
This dissertation is dedicated to the study of the Thompson Sampling (TS) algorithms designed to address the exploration-exploitation dilemma that is inherent in sequential decision-making under uncertainty. As opposed to algorithms derived from the optimism-in-the-face-of-uncertainty (OFU) principle, where the exploration is performed by selecting the most favorable model within the set of plausible one, TS algorithms rely on randomization to enhance the exploration, and thus are much more computationally efficient. We focus on linearly parametrized problems that allow for continuous state-action spaces, namely the Linear Bandit (LB) problems and the Linear Quadratic (LQ) control problems. We derive two novel analyses for the regret of TS algorithms in those settings. While the obtained regret bound for LB is similar to previous results, the proof sheds new light on the functioning of TS, and allows us to extend the analysis to LQ problems. As a result, we prove the first regret bound for TS in LQ, and show that the frequentist regret is of order O(sqrt{T}) which matches the existing guarantee for the regret of OFU algorithms in LQ. Finally, we propose an application of exploration-exploitation techniques to the practical problem of portfolio construction, and discuss the need for active exploration in this setting.
03-05-2018
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Thèse
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Personalization in e-commerce : a procedure to create and evaluate business relevant recommendation systems
Personalization in e-commerce : a procedure to create and evaluate business relevant recommendation systems


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Les systèmes de recommandation sont très étudiés dans la littérature sur l’apprentissage automatique, ce qui a permis la création de nombreux algorithmes. Cette thèse doctorale va au-delà de simples propositions de nouveaux algorithmes en tirant parti des toutes dernières techniques et en étudiant les interactions de ces techniques avec diverses sources de données. Nous nous sommes penchés sur la création de canevas capables d’aider les universitaires et les décideurs du marché dans le cadre du développement des systèmes de recommandation dans le contexte du e-commerce. Concrètement, cette thèse apporte à la littérature de sept manières différentes. Premièrement, nous décrivons et validons dans le chapitre I un cadre devant servir à évaluer les algorithmes de filtrage collaboratif. Deuxièmement, nous proposons dans le chapitre II un cadre destiné à développer et à évaluer des systèmes de recommandation hybrides, que nous validons à partir de données historiques réelles tirées du site de La Redoute. Troisièmement, le chapitre II introduit l’importance des caractéristiques dans la littérature. Quatrièmement, les algorithmes offrant les meilleurs résultats dans les tests hors-ligne sont utilisés dans le chapitre III comme base pour la création de deux systèmes de recommandation pour la maximisation du chiffre d’affaires. Cinquièmement, nous proposons, un cadre pour étudier trois effets des systèmes de recommandation sur les indicateurs tout au long du tunnel d’achat. Sixièmement, nous validons notre cadre par une expérience de terrain à grande échelle, en collaboration avec La Redoute. Enfin, une étude de cas montre la valeur ajoutée des meilleurs systèmes de recommandation.
Recommendation systems are a heavily investigated within machine learning literature, resulting in the creation of many algorithms. This doctoral dissertation goes beyond merely proposing new recommendation algorithms by leveraging state-of-the-art techniques and investigating the interaction of these techniques with different data sources having distinct characteristics. The focus lies upon the creation of frameworks guiding both marketers and academics in developing, evaluating, and testing recommendation systems in an e-commerce context. Concretely, this dissertation adds to literature in seven distinct ways. First, a framework evaluating collaborative filtering algorithms is designed and validated on real-life offline data sets of a large European e-tailer, La Redoute. Second, a five-step framework to develop and evaluate hybrid recommendation systems combing different data sources is proposed and validate on real-life historical data in Chapter II. Third, Chapter II introduces feature importance in the recommendation systems literature. Fourth, the best performing algorithms in the offline tests are leveraged to serve as basis for creating two revenue maximization recommendation systems in Chapter III. Fifth, a framework investigating three effects of (revenue maximization) recommendation systems on business metrics throughout the purchase funnel is proposed in Chapter III. Sixth, the framework is validated in a large-scale field experiment executed in collaboration with La Redoute. Finally, a business case shows the added value of the best performing recommendation systems.
Les systèmes de recommandation sont très étudiés dans la littérature sur l’apprentissage automatique, ce qui a permis la création de nombreux algorithmes. Cette thèse doctorale va au-delà de simples propositions de nouveaux algorithmes en tirant parti des toutes dernières techniques et en étudiant les interactions de ces techniques avec diverses sources de données. Nous nous sommes penchés sur la création de canevas capables d’aider les universitaires et les décideurs du marché dans le cadre du développement des systèmes de recommandation dans le contexte du e-commerce. Concrètement, cette thèse apporte à la littérature de sept manières différentes. Premièrement, nous décrivons et validons dans le chapitre I un cadre devant servir à évaluer les algorithmes de filtrage collaboratif. Deuxièmement, nous proposons dans le chapitre II un cadre destiné à développer et à évaluer des systèmes de recommandation hybrides, que nous validons à partir de données historiques réelles tirées du site de La Redoute. Troisièmement, le chapitre II introduit l’importance des caractéristiques dans la littérature. Quatrièmement, les algorithmes offrant les meilleurs résultats dans les tests hors-ligne sont utilisés dans le chapitre III comme base pour la création de deux systèmes de recommandation pour la maximisation du chiffre d’affaires. Cinquièmement, nous proposons, un cadre pour étudier trois effets des systèmes de recommandation sur les indicateurs tout au long du tunnel d’achat. Sixièmement, nous validons notre cadre par une expérience de terrain à grande échelle, en collaboration avec La Redoute. Enfin, une étude de cas montre la valeur ajoutée des meilleurs systèmes de recommandation.
Recommendation systems are a heavily investigated within machine learning literature, resulting in the creation of many algorithms. This doctoral dissertation goes beyond merely proposing new recommendation algorithms by leveraging state-of-the-art techniques and investigating the interaction of these techniques with different data sources having distinct characteristics. The focus lies upon the creation of frameworks guiding both marketers and academics in developing, evaluating, and testing recommendation systems in an e-commerce context. Concretely, this dissertation adds to literature in seven distinct ways. First, a framework evaluating collaborative filtering algorithms is designed and validated on real-life offline data sets of a large European e-tailer, La Redoute. Second, a five-step framework to develop and evaluate hybrid recommendation systems combing different data sources is proposed and validate on real-life historical data in Chapter II. Third, Chapter II introduces feature importance in the recommendation systems literature. Fourth, the best performing algorithms in the offline tests are leveraged to serve as basis for creating two revenue maximization recommendation systems in Chapter III. Fifth, a framework investigating three effects of (revenue maximization) recommendation systems on business metrics throughout the purchase funnel is proposed in Chapter III. Sixth, the framework is validated in a large-scale field experiment executed in collaboration with La Redoute. Finally, a business case shows the added value of the best performing recommendation systems.
02-05-2018
02-05-2018
Thèse
Thèse

Les variations des processus auto-similaires : " Contributions à l'étude des draps browniens fractionnaires et de la solution de l'équation stochastique des ondes "
Les variations des processus auto-similaires : " Contributions à l'étude des draps browniens fractionnaires et de la solution de l'équation stochastique des ondes "


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Cette thèse est divisée en trois chapitres distincts, ayant comme dénominateur commun l'analyse stochastique de certains champs gaussiens. Les processus stochastiques multiparamétriques qui apparaissent dans ce manuscrit sont généralement auto-similaires. L'auto-similarité est la propriété qu’un processus stochastique préserve sa loi après un changement d'échelle du temps. Dans une première partie, nous avons mis en évidence des nouveaux aspects du drap brownien fractionnaire en utilisant essentiellement la notion de la transformation de Lamperti. Un focus sur l'équation différentielle stochastique vérifiée par cette transformée, a été aussi évoqué. Dans une deuxième partie, nous avons analysé le comportement asymptotique en loi des variations quadratiques spatiales des processus qui sont des solutions de deux types d'équations différentielles stochastiques partielles des ondes perturbées par deux sortes des bruits gaussiens auto-similaires. L'outil principal de notre raisonnement était des nouveaux critères basés sur le calcul stochastique de Malliavin et combinés avec la méthode classique de Stein. En guise d'application, nous avons construit un estimateur de l'indice de Hurst H du bruit fractionnaire en se basant sur les variations quadratiques étudiées.
This thesis is divided into three distinct chapters with a common denominator which is the stochastic analysis of some Gaussian fields. The multi-parameter stochastic processes that appeared in this manuscript are generally self-similar. Self-similarity is the property that a stochastic process preserves its law after a scaling of time. Firstly, we deduced new aspects of the fractional Brownian sheet, using essentially the notion of the Lamperti transform. A Focus on the stochastic differential equation verified by this transform sheet was also mentioned. Secondly, we analyzed the asymptotic behavior of the spatial quadratic variations of processes that are solutions of two types of stochastic wave equations perturbed by two kinds of self-similar Gaussian noises. The main tool in our reasoning was new criteria based on the Malliavin calculus and combined with the classical method of Stein. As an application, we constructed, by the aid of the quadratic variations, an estimator of the Hurst index H of the fractional noise.
Cette thèse est divisée en trois chapitres distincts, ayant comme dénominateur commun l'analyse stochastique de certains champs gaussiens. Les processus stochastiques multiparamétriques qui apparaissent dans ce manuscrit sont généralement auto-similaires. L'auto-similarité est la propriété qu’un processus stochastique préserve sa loi après un changement d'échelle du temps. Dans une première partie, nous avons mis en évidence des nouveaux aspects du drap brownien fractionnaire en utilisant essentiellement la notion de la transformation de Lamperti. Un focus sur l'équation différentielle stochastique vérifiée par cette transformée, a été aussi évoqué. Dans une deuxième partie, nous avons analysé le comportement asymptotique en loi des variations quadratiques spatiales des processus qui sont des solutions de deux types d'équations différentielles stochastiques partielles des ondes perturbées par deux sortes des bruits gaussiens auto-similaires. L'outil principal de notre raisonnement était des nouveaux critères basés sur le calcul stochastique de Malliavin et combinés avec la méthode classique de Stein. En guise d'application, nous avons construit un estimateur de l'indice de Hurst H du bruit fractionnaire en se basant sur les variations quadratiques étudiées.
This thesis is divided into three distinct chapters with a common denominator which is the stochastic analysis of some Gaussian fields. The multi-parameter stochastic processes that appeared in this manuscript are generally self-similar. Self-similarity is the property that a stochastic process preserves its law after a scaling of time. Firstly, we deduced new aspects of the fractional Brownian sheet, using essentially the notion of the Lamperti transform. A Focus on the stochastic differential equation verified by this transform sheet was also mentioned. Secondly, we analyzed the asymptotic behavior of the spatial quadratic variations of processes that are solutions of two types of stochastic wave equations perturbed by two kinds of self-similar Gaussian noises. The main tool in our reasoning was new criteria based on the Malliavin calculus and combined with the classical method of Stein. As an application, we constructed, by the aid of the quadratic variations, an estimator of the Hurst index H of the fractional noise.
02-05-2018
02-05-2018
Thèse
Thèse

Intégration sur silicium de solutions complètes de caractérisation en puissance de transistor HBT en technologie BiCMOS 55 nm à des fréquences au-delà de 130 GHz
Intégration sur silicium de solutions complètes de caractérisation en puissance de transistor HBT en technologie BiCMOS 55 nm à des fréquences au-delà de 130 GHz


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L’évolution des technologies silicium rend aujourd’hui possible le développement de nombreuses applications dans les domaines millimétriques tels que pour les systèmes de communication à très haut débit. Cette évolution se caractérise par une croissance des performances en fréquence des transistors disponibles dans ces technologies et nécessite la mise en place d’outils de mesure performants pour valider la modélisation et l’optimisation technologique de ces dispositifs. La caractérisation load-pull est une méthode incontournable pour modéliser le comportement en fort signal des transistors. En bande G [140-220 GHz], l’environnement de mesure classiquement disponible n’a plus les performances requises pour ce type de caractérisation compte tenu des pertes dans les accès au dispositif sous test. Ce travail de thèse a pour objectif de lever ce verrou en proposant de réaliser, en technologie BiCMOS 55 nm de STMicroelectronics, un banc load-pull entièrement intégré sur silicium afin d’être au plus près du dispositif à caractériser. Le mémoire est articulé autour de quatre chapitres. Le premier chapitre présente l’état de l’art de l’instrumentation actuellement disponible pour la caractérisation en puissance aux fréquences millimétriques et leurs limitations. Le second chapitre détaille la conception et la caractérisation des blocs constituant le banc intégré : le tuner et la source MMW de puissance. Le troisième chapitre décrit la réalisation et les performances du détecteur de puissance. Enfin, le quatrième chapitre présente le banc complet et son application à la caractérisation en bande G d’un dispositif bipolaire disponible dans la technologie BiCMOS 55 nm.
The evolution of silicon technologies now makes possible the development of many applications in the millimeter areas such as high speed communication systems. The evolution of these silicon technologies is characterized by the increase of the transistor performances with the frequency that requires the development of efficient radiofrequency measurement tools for accurate modeling of active components or the optimization of integrated circuits. In this framework, the load-pull characterization is an essential method to model the behavior of transistors in nonlinear region. In the G Band, the classical measurement environment typically available has not the required performance for this kind of characterization due to the losses in the accesses to the device under test. The aim of this thesis is to lift this lock by offering, in the STMicroelectronics BiCMOS 55 nm technology, a fully integrated load-pull characterization bench on silicon in order to be as close as possible to the device to characterize. The thesis manuscript is divided into four chapters. The first chapter presents the state of the art of the currently available instrumentation for power characterization at millimeter wave frequencies band and their limitations, which leads to the G band characterization bench specifications. The second chapter details the design and characterization of the mains blocks constituting the integrated bench: the tuner and the mmw power source. The third chapter present the design and characterization of the power detector. Finally, the fourth chapter presents the complete bench and its application with the G band load-pull characterization of a transistor bipolar device.
L’évolution des technologies silicium rend aujourd’hui possible le développement de nombreuses applications dans les domaines millimétriques tels que pour les systèmes de communication à très haut débit. Cette évolution se caractérise par une croissance des performances en fréquence des transistors disponibles dans ces technologies et nécessite la mise en place d’outils de mesure performants pour valider la modélisation et l’optimisation technologique de ces dispositifs. La caractérisation load-pull est une méthode incontournable pour modéliser le comportement en fort signal des transistors. En bande G [140-220 GHz], l’environnement de mesure classiquement disponible n’a plus les performances requises pour ce type de caractérisation compte tenu des pertes dans les accès au dispositif sous test. Ce travail de thèse a pour objectif de lever ce verrou en proposant de réaliser, en technologie BiCMOS 55 nm de STMicroelectronics, un banc load-pull entièrement intégré sur silicium afin d’être au plus près du dispositif à caractériser. Le mémoire est articulé autour de quatre chapitres. Le premier chapitre présente l’état de l’art de l’instrumentation actuellement disponible pour la caractérisation en puissance aux fréquences millimétriques et leurs limitations. Le second chapitre détaille la conception et la caractérisation des blocs constituant le banc intégré : le tuner et la source MMW de puissance. Le troisième chapitre décrit la réalisation et les performances du détecteur de puissance. Enfin, le quatrième chapitre présente le banc complet et son application à la caractérisation en bande G d’un dispositif bipolaire disponible dans la technologie BiCMOS 55 nm.
The evolution of silicon technologies now makes possible the development of many applications in the millimeter areas such as high speed communication systems. The evolution of these silicon technologies is characterized by the increase of the transistor performances with the frequency that requires the development of efficient radiofrequency measurement tools for accurate modeling of active components or the optimization of integrated circuits. In this framework, the load-pull characterization is an essential method to model the behavior of transistors in nonlinear region. In the G Band, the classical measurement environment typically available has not the required performance for this kind of characterization due to the losses in the accesses to the device under test. The aim of this thesis is to lift this lock by offering, in the STMicroelectronics BiCMOS 55 nm technology, a fully integrated load-pull characterization bench on silicon in order to be as close as possible to the device to characterize. The thesis manuscript is divided into four chapters. The first chapter presents the state of the art of the currently available instrumentation for power characterization at millimeter wave frequencies band and their limitations, which leads to the G band characterization bench specifications. The second chapter details the design and characterization of the mains blocks constituting the integrated bench: the tuner and the mmw power source. The third chapter present the design and characterization of the power detector. Finally, the fourth chapter presents the complete bench and its application with the G band load-pull characterization of a transistor bipolar device.
02-05-2018
02-05-2018
Thèse
Thèse

Développement de catalyseurs à base de silice mésostructurée et de tungstène pour l'oxydésulfuration de charges modèles et de gazoles
Développement de catalyseurs à base de silice mésostructurée et de tungstène pour l'oxydésulfuration de charges modèles et de gazoles


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L’oxydésulfuration (ODS) est une méthode alternative à l’hydrodésulfuration conventionnellement utilisée pour diminuer la teneur en soufre des charges pétrolières, qui permet d’oxyder les molécules sulfures en sulfones, à basse température, pression atmosphérique et sans utilisation d’hydrogène. Ce travail propose le développement de catalyseurs d’ODS à base de tungstène et de différents types de silices mésostructurées : SBA-15, KIT-6 et COK-12. L’acide phosphotungstique de type Keggin (HPW) a été introduit selon deux voies de synthèse, l’imprégnation à sec et la synthèse directe. Quelle que soit la voie de synthèse, l’HPW est conservé sur les catalyseurs calcinés avec une bonne dispersion jusqu’à des teneurs élevées. Une analyse ToF-SIMS révèle que l’interaction W-Si est plus importante dans les solides incorporés issus de la synthèse directe. Les catalyseurs ont ensuite été testés en ODS de charges modèles et réelles de type gazoles, avec des teneurs en soufre variant de 50 à 2000 ppm. D’une manière générale, les catalyseurs de l’étude sont très performants comparés à ceux obtenus par imprégnation d’une silice commerciale et présentent des conversions quasi-totales, toutes charges confondues. Dans les mélanges modèles, les molécules soufrées présentent des réactivités différentes (DBT> 4,6-DMDBT> C1-BT). Dans les charges réelles, un travail conséquent et innovant d’identification des sulfones a permis de suivre l’évolution des différentes espèces en cours de réaction. Un premier test de durée de vie réalisé dans un réacteur à lit fixe sur un catalyseur incorporé a montré une oxydation totale du gazole à 2000 ppm en soufre pendant 6 jours.
Oxydative desulfurization (ODS) is an alternative to hydrodesulfurization, conventionally used to reduce the sulfur content of petroleum feedstoks, that oxidizes the sulfides to sulfones molecules at low temperature, atmospheric pressure and without the use of hydrogen. This work proposes the development of ODS catalysts based on tungsten and various types of mesostructured silicas: SBA-15, KIT-6 and COK-12. The Keggin type phosphotungstic acid (HPW) was introduced by two synthesis routes, dry impregnation and direct synthesis. Whatever the synthesis route, the HPW is preserved on the calcined catalysts with good dispersion even at high tungsten contents. A ToF-SIMS analysis revealed that the W-Si interaction is more important on catalysts prepared by direct synthesis. The catalysts were then tested in the ODS of model solutions and of diesels, with sulfur contents ranging from 50 to 2000 ppm. The catalysts of the study were very efficient compared to those obtained by impregnation on a commercial silica and exhibited almost total conversions for all feedstocks. In model mixtures, sulfur molecules exhibited different reactivity (DBT> 4,6-DMDBT> C1-BT). In diesel, substantial and innovative work on the identification of sulfones allowed to follow the evolution of the different species during reaction. A first life test performed in a fixed bed reactor over a direct synthesis catalyst showed complete oxidation of diesel with 2000 ppm of sulfur for 6 days.
L’oxydésulfuration (ODS) est une méthode alternative à l’hydrodésulfuration conventionnellement utilisée pour diminuer la teneur en soufre des charges pétrolières, qui permet d’oxyder les molécules sulfures en sulfones, à basse température, pression atmosphérique et sans utilisation d’hydrogène. Ce travail propose le développement de catalyseurs d’ODS à base de tungstène et de différents types de silices mésostructurées : SBA-15, KIT-6 et COK-12. L’acide phosphotungstique de type Keggin (HPW) a été introduit selon deux voies de synthèse, l’imprégnation à sec et la synthèse directe. Quelle que soit la voie de synthèse, l’HPW est conservé sur les catalyseurs calcinés avec une bonne dispersion jusqu’à des teneurs élevées. Une analyse ToF-SIMS révèle que l’interaction W-Si est plus importante dans les solides incorporés issus de la synthèse directe. Les catalyseurs ont ensuite été testés en ODS de charges modèles et réelles de type gazoles, avec des teneurs en soufre variant de 50 à 2000 ppm. D’une manière générale, les catalyseurs de l’étude sont très performants comparés à ceux obtenus par imprégnation d’une silice commerciale et présentent des conversions quasi-totales, toutes charges confondues. Dans les mélanges modèles, les molécules soufrées présentent des réactivités différentes (DBT> 4,6-DMDBT> C1-BT). Dans les charges réelles, un travail conséquent et innovant d’identification des sulfones a permis de suivre l’évolution des différentes espèces en cours de réaction. Un premier test de durée de vie réalisé dans un réacteur à lit fixe sur un catalyseur incorporé a montré une oxydation totale du gazole à 2000 ppm en soufre pendant 6 jours.
Oxydative desulfurization (ODS) is an alternative to hydrodesulfurization, conventionally used to reduce the sulfur content of petroleum feedstoks, that oxidizes the sulfides to sulfones molecules at low temperature, atmospheric pressure and without the use of hydrogen. This work proposes the development of ODS catalysts based on tungsten and various types of mesostructured silicas: SBA-15, KIT-6 and COK-12. The Keggin type phosphotungstic acid (HPW) was introduced by two synthesis routes, dry impregnation and direct synthesis. Whatever the synthesis route, the HPW is preserved on the calcined catalysts with good dispersion even at high tungsten contents. A ToF-SIMS analysis revealed that the W-Si interaction is more important on catalysts prepared by direct synthesis. The catalysts were then tested in the ODS of model solutions and of diesels, with sulfur contents ranging from 50 to 2000 ppm. The catalysts of the study were very efficient compared to those obtained by impregnation on a commercial silica and exhibited almost total conversions for all feedstocks. In model mixtures, sulfur molecules exhibited different reactivity (DBT> 4,6-DMDBT> C1-BT). In diesel, substantial and innovative work on the identification of sulfones allowed to follow the evolution of the different species during reaction. A first life test performed in a fixed bed reactor over a direct synthesis catalyst showed complete oxidation of diesel with 2000 ppm of sulfur for 6 days.
02-05-2018
02-05-2018
Thèse
Thèse

Développement d'un nouveau procédé propre en tannerie pour l'épilage de peaux de veau par traitement protéolytique et oxydatif de surface
Développement d'un nouveau procédé propre en tannerie pour l'épilage de peaux de veau par traitement protéolytique et oxydatif de surface


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Mon travail de thèse a permis de démontrer la faisabilité d’un procédé d’épilage mixte des peaux de veau, moins polluant que le procédé conventionnel. Des essais d’épilage réalisés avec la papaïne ont permis de montrer son implication dans l’hydrolyse de la kératine souple au niveau de l’épiderme et des gaines épithéliales, contribuant ainsi a la chute du poil. De plus, d’après les analyses effectuées en MEB, le collagène n’est pas abrase par ce traitement enzymatique. Cependant, l’épilage a la papaïne est de 97%, un traitement complémentaire est donc nécessaire pour obtenir un épilage total. Le peroxyde d’hydrogène a permis de terminer cet épilage en favorisant la dissolution des fins poils restant sur la peau, tout en conservant le collagène intact. Un procédé mixte « chimique-enzymatique » a été développé à l’échelle semi-industrielle. Un prétraitement enzymatique avec 0,3% de papaïne suivi d’un traitement chimique avec 4% de peroxyde d’hydrogène a permis l’obtention d’un épilage total. Compare au procédé conventionnel, ce procédé mixte permet de diminuer la DCO, la DBO et les MEST de respectivement 29,5%, 26,5% et 95%. Cependant, le procédé d’épilage mixte est beaucoup plus couteux, 3800€ contre 60€ pour traiter 1 tonne de peaux. Ce procédé mixte restant relativement onéreux, une stratégie de recherche de microorganismes possédant des propriétés kératinolytiques a partir de peaux en putréfaction, a permis d’isoler un microorganisme identifie comme étant un Bacillus cereus. La mise en culture de ce microorganisme dans un milieu contenant essentiellement des plumes a permis d’extraire un surnageant avec une activité kératinolytique et capable d’épiler la peau de veau.
My thesis has demonstrated the feasibility of a process of unhairing calf skins, which is less polluting than the conventional process. Unhairing tests carried out with papain have shown its impact in the hydrolysis of soft keratin constituting the epidermis and epithelial root sheaths, thus contributing to hair loss. In addition, according to analyses by SEM, the enzymatic treatment does not have an abrasive effect on collagen. However, unhairing with papain was 97% effective, further treatment is also necessary to obtain a total unhairing. Hydrogen peroxide can complete this unhairing, furthering the dissolving of fine hairs remaining on the skin, while keeping collagen intact. A chemical-enzymatic process (“mixed process”) was developed on a semi-industrial scale. An enzymatic pretreatment with 0.3% papain followed by a chemical treatment with 4% hydrogen peroxide resulted in a total unhairing. Compared to conventional process, the mixed process reduces COD, BOD and MEST respectively by 29.5%, 26.5% and 95%. However, the mixed process of unhairing is much more expensive, 3 800 € compared with 60 € to treat 1 ton of skin. As this mixed process remains relatively expensive, a research strategy for microorganisms possessing keratinolytic properties from rotten skins, enabled the isolation of a microorganism identified as Bacillus cereus. The culture of this microorganism has been established into a medium containing essentially feathers and allowed the extraction of supernatant with a keratinolytic activity and capable of unhairing calf skins.
Mon travail de thèse a permis de démontrer la faisabilité d’un procédé d’épilage mixte des peaux de veau, moins polluant que le procédé conventionnel. Des essais d’épilage réalisés avec la papaïne ont permis de montrer son implication dans l’hydrolyse de la kératine souple au niveau de l’épiderme et des gaines épithéliales, contribuant ainsi a la chute du poil. De plus, d’après les analyses effectuées en MEB, le collagène n’est pas abrase par ce traitement enzymatique. Cependant, l’épilage a la papaïne est de 97%, un traitement complémentaire est donc nécessaire pour obtenir un épilage total. Le peroxyde d’hydrogène a permis de terminer cet épilage en favorisant la dissolution des fins poils restant sur la peau, tout en conservant le collagène intact. Un procédé mixte « chimique-enzymatique » a été développé à l’échelle semi-industrielle. Un prétraitement enzymatique avec 0,3% de papaïne suivi d’un traitement chimique avec 4% de peroxyde d’hydrogène a permis l’obtention d’un épilage total. Compare au procédé conventionnel, ce procédé mixte permet de diminuer la DCO, la DBO et les MEST de respectivement 29,5%, 26,5% et 95%. Cependant, le procédé d’épilage mixte est beaucoup plus couteux, 3800€ contre 60€ pour traiter 1 tonne de peaux. Ce procédé mixte restant relativement onéreux, une stratégie de recherche de microorganismes possédant des propriétés kératinolytiques a partir de peaux en putréfaction, a permis d’isoler un microorganisme identifie comme étant un Bacillus cereus. La mise en culture de ce microorganisme dans un milieu contenant essentiellement des plumes a permis d’extraire un surnageant avec une activité kératinolytique et capable d’épiler la peau de veau.
My thesis has demonstrated the feasibility of a process of unhairing calf skins, which is less polluting than the conventional process. Unhairing tests carried out with papain have shown its impact in the hydrolysis of soft keratin constituting the epidermis and epithelial root sheaths, thus contributing to hair loss. In addition, according to analyses by SEM, the enzymatic treatment does not have an abrasive effect on collagen. However, unhairing with papain was 97% effective, further treatment is also necessary to obtain a total unhairing. Hydrogen peroxide can complete this unhairing, furthering the dissolving of fine hairs remaining on the skin, while keeping collagen intact. A chemical-enzymatic process (“mixed process”) was developed on a semi-industrial scale. An enzymatic pretreatment with 0.3% papain followed by a chemical treatment with 4% hydrogen peroxide resulted in a total unhairing. Compared to conventional process, the mixed process reduces COD, BOD and MEST respectively by 29.5%, 26.5% and 95%. However, the mixed process of unhairing is much more expensive, 3 800 € compared with 60 € to treat 1 ton of skin. As this mixed process remains relatively expensive, a research strategy for microorganisms possessing keratinolytic properties from rotten skins, enabled the isolation of a microorganism identified as Bacillus cereus. The culture of this microorganism has been established into a medium containing essentially feathers and allowed the extraction of supernatant with a keratinolytic activity and capable of unhairing calf skins.
02-05-2018
02-05-2018
Thèse
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Transient receptor potential (TRP) channel role in prostate cancer invasion and angiogenesis regulation
Transient receptor potential (TRP) channel role in prostate cancer invasion and angiogenesis regulation


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Le cancer de la prostate (CaP) représente la deuxième cause de mortalité par cancer dans les pays développés. L'invasion des tissus environnants et l'angiogenèse tumorale promeut la métastase de CaP vers des organes éloignés. L’expression de plusieurs canaux TRP (Transient Receptor Potential) est dérégulée dans les cellules cancéreuses et les cellules endothéliales (CE) dérivées de tumeurs. Ils ont donc été proposés comme marqueurs pour la progression du cancer ainsi que comme cibles potentielles pour une thérapie pharmaceutique. Afin d'étudier les canaux TRP dans la vascularisation du CaP, nous avons isolé et caractérisé trois lignées de CE derivées du CaP (PTEC). Nous avons testé sur les PTEC l'effet de deux molécules anti-angiogénique en combinaison avec des médicaments anti-androgèniques. Les résultats démontrent un comportement résistant des PTEC à des médicaments anti-angiogéniques par rapport à des CE normales. Nous avons criblé l'expression de tous les canaux TRP dans les CE saines et celles dérivées de trois types tumoraux (prostate, sein, rein). Nous avons identifié cinq candidats ‘spécifiques’ du CaP dérégulés seulement dans les PTEC qui ont été caractérisés au niveau fonctionnel et leur rôle potentiel en tant que modulateurs de l'angiogenèse in vitro a été testé. En outre, nous avons étudié le rôle inhibiteur de TRPM8 dans la migration des cellules cancéreuses prostatiques CaP et nous avons également détecté TRPM8 dans les CE dans lesquelles nous avons observé aussi un rôle anti migratoire de TRPM8. Pris dans leur ensemble, nos résultats mettent en lumière de nouveaux acteurs moléculaires pour cibler sélectivement la progression du CaP et son angiogenèse.
Prostate cancer (PCa) is the second most lethal male tumor in developed countries. Metastasis to distant organs is mainly mediated by tissue invasion and angiogenesis, which are indeed two of the main cancer hallmarks. Several Transient Receptor Potential (TRP) proteins are deregulated in cancer cells and angiogenesis and have been suggested as valuable markers in predicting cancer progress and as potential targets for pharmaceutical therapy. In order to screen and study TRP channels in PCa vasculature, we isolated and characterized three lines of human endothelial cells (ECs) from PCa patients (PTEC). We tested the effect of two anti-angiogenic in combination with anti-androgen drugs. The results clearly demonstrate a resistant behavior of endothelial cells isolated from prostate cancer to specific anti-angiogenic drugs compared to normal endothelial cells. We fully profiled the expression of TRP channels in tumor (prostate, breast and renal) and healthy ECs, with particular interest for prostate tumor EC. We identified five ‘prostate specific’ candidates deregulated in PTEC compared to endothelial derived from healthy prostate. ‘Prostate specific’ TRP candidates were functionally characterized and their potential role as in vitro angiogenesis modulators investigated. Our laboratory has already extensively studied the role of TRPM8 in PCa progression and migration. For this reason, we further investigated the molecular mechanism underling this effect in PCa cells as well as in ECs. Taken together, our results bring to light TRP channels as novel molecular players to selectively target prostate tumor progression and angiogenesis.
Le cancer de la prostate (CaP) représente la deuxième cause de mortalité par cancer dans les pays développés. L'invasion des tissus environnants et l'angiogenèse tumorale promeut la métastase de CaP vers des organes éloignés. L’expression de plusieurs canaux TRP (Transient Receptor Potential) est dérégulée dans les cellules cancéreuses et les cellules endothéliales (CE) dérivées de tumeurs. Ils ont donc été proposés comme marqueurs pour la progression du cancer ainsi que comme cibles potentielles pour une thérapie pharmaceutique. Afin d'étudier les canaux TRP dans la vascularisation du CaP, nous avons isolé et caractérisé trois lignées de CE derivées du CaP (PTEC). Nous avons testé sur les PTEC l'effet de deux molécules anti-angiogénique en combinaison avec des médicaments anti-androgèniques. Les résultats démontrent un comportement résistant des PTEC à des médicaments anti-angiogéniques par rapport à des CE normales. Nous avons criblé l'expression de tous les canaux TRP dans les CE saines et celles dérivées de trois types tumoraux (prostate, sein, rein). Nous avons identifié cinq candidats ‘spécifiques’ du CaP dérégulés seulement dans les PTEC qui ont été caractérisés au niveau fonctionnel et leur rôle potentiel en tant que modulateurs de l'angiogenèse in vitro a été testé. En outre, nous avons étudié le rôle inhibiteur de TRPM8 dans la migration des cellules cancéreuses prostatiques CaP et nous avons également détecté TRPM8 dans les CE dans lesquelles nous avons observé aussi un rôle anti migratoire de TRPM8. Pris dans leur ensemble, nos résultats mettent en lumière de nouveaux acteurs moléculaires pour cibler sélectivement la progression du CaP et son angiogenèse.
Prostate cancer (PCa) is the second most lethal male tumor in developed countries. Metastasis to distant organs is mainly mediated by tissue invasion and angiogenesis, which are indeed two of the main cancer hallmarks. Several Transient Receptor Potential (TRP) proteins are deregulated in cancer cells and angiogenesis and have been suggested as valuable markers in predicting cancer progress and as potential targets for pharmaceutical therapy. In order to screen and study TRP channels in PCa vasculature, we isolated and characterized three lines of human endothelial cells (ECs) from PCa patients (PTEC). We tested the effect of two anti-angiogenic in combination with anti-androgen drugs. The results clearly demonstrate a resistant behavior of endothelial cells isolated from prostate cancer to specific anti-angiogenic drugs compared to normal endothelial cells. We fully profiled the expression of TRP channels in tumor (prostate, breast and renal) and healthy ECs, with particular interest for prostate tumor EC. We identified five ‘prostate specific’ candidates deregulated in PTEC compared to endothelial derived from healthy prostate. ‘Prostate specific’ TRP candidates were functionally characterized and their potential role as in vitro angiogenesis modulators investigated. Our laboratory has already extensively studied the role of TRPM8 in PCa progression and migration. For this reason, we further investigated the molecular mechanism underling this effect in PCa cells as well as in ECs. Taken together, our results bring to light TRP channels as novel molecular players to selectively target prostate tumor progression and angiogenesis.
20-04-2018
20-04-2018
Thèse
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Étude du rôle des facteurs de transcription ETV4 et ETV1 de la famille ETS dans le processus tumoral de cancers hormono-dépendants : le cancer du sein, la progression métastatique du cancer de la prostate
Étude du rôle des facteurs de transcription ETV4 et ETV1 de la famille ETS dans le processus tumoral de cancers hormono-dépendants : le cancer du sein, la progression métastatique du cancer de la prostate


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Les facteurs ETV1, 4, 5 sont souvent associée au développement de cancers. Le 1èr projet porte sur ETV4 et MMP13 en tant que gène cible et relais potentiel de l’effet pro-tumorigène d’ETV4 dans la tumorigenèse mammaire. ETV4 est surexprimé dans le cancer du sein et est associé à un mauvais pronostic, mais les événements impliqués sont encore peu connus. ETV4 contrôle l’expression de nombreux gènes comme MMP13. Cette étude a permis de montrer que MMP13 est un gène cible d’ETV4. En effet, la surexpression de MMP13 contribue aux effets pro-tumorigène et l’inhibition de MMP13 dans un contexte de surexpression de ETV4 diminue son impact. Enfin, l’étude effectuée dans la cohorte de patiente associe la surexpression d’ETV4 et de MMP13 à un cancer de mauvais pronostic. Le 2ème projet porte sur l’implication d’ETV1 dans la progression métastatique du cancer de la prostate (CaP). Les fusions de gènes impliquant les facteurs ERG et ETV1 sont présentes dans ≈50% et 10% des cas respectivement, ETV1 est présent à 50% sous sa forme pleine longueur et à 50% sous une forme tronquée. Les études ne présageant pas de différences entre les fusions ERG et ETV1. Dans ce contexte, mon 2ème sujet d’étude porte sur la recherche de l’implication du facteur ETV1 (pleine longueur ou tronquée) dans la formation des métastases du CaP et la recherche de gènes cibles impliqués, le tout en comparaison avec les données sur ERG. Cette étude nous a permis de mettre en évidence une différence en terme d’agressivité entre les 2 formes d’ETV1 in vitro et in vivo. Cependant la fusion étant peut représentée, les résultats récolté dans la cohorte ne peuvent permettre de confirmer cette différence d’agressivité.
ETV1, 4, 5 transcription factor are overexpress in various cancer. The first part is focus in MMP13 like target gene, potentially implicated in the mammary tumorigenesis induced by ETV4. Thus we show, the regulation of MMP13 expression by ETV4. Next we show that ETV4 promotes the mammary tumorigenesis and that MMP13 is a relay. In fact, the overexpression of MMP13 is implicate in pro-tumorigenesis effect and the repression of MMP13 in context of ETV4 overexpression decreases this effect. This approach was completed by the injection of cells in mice and show MMP13 mediate the pro-tomorigene effect of ETV4. We analysed expression of MMP13 and ETV4 in primary breast tumors and show the overexpression concomintant of ETV4 and MMP13 are associated with a poor prognosis. The second part of our study is about the ETV1 factor, in the progression of metastasis of prostate cancer (PCa) and the research of involved target genes. Gene fusion involving ERG and ETV1 and their overexpression are frequent in PCa and occur in 50% and 10% of cases respectively. To understand the role of ETV1, in comparison with available data on ERG, differents PCa cells overexpress or repress ETV1 were used. We have shown that the ETV1 factor enhance tumorigenesis capacities PCa cell lines and her truncated form has opposite effects. ETV1 full-lenght (FL) induces more bones metastasis formation than her truncated form. The expression of ETV1, and his truncated form was study in PCa samples. We confirmed the pro-tumorigenic statute of ETV1 factor in PCa and we defined differences beetwen FL and truncated length and complet the comprehension of the ETV1 function in the formation of bones metastasis of PCa.
Les facteurs ETV1, 4, 5 sont souvent associée au développement de cancers. Le 1èr projet porte sur ETV4 et MMP13 en tant que gène cible et relais potentiel de l’effet pro-tumorigène d’ETV4 dans la tumorigenèse mammaire. ETV4 est surexprimé dans le cancer du sein et est associé à un mauvais pronostic, mais les événements impliqués sont encore peu connus. ETV4 contrôle l’expression de nombreux gènes comme MMP13. Cette étude a permis de montrer que MMP13 est un gène cible d’ETV4. En effet, la surexpression de MMP13 contribue aux effets pro-tumorigène et l’inhibition de MMP13 dans un contexte de surexpression de ETV4 diminue son impact. Enfin, l’étude effectuée dans la cohorte de patiente associe la surexpression d’ETV4 et de MMP13 à un cancer de mauvais pronostic. Le 2ème projet porte sur l’implication d’ETV1 dans la progression métastatique du cancer de la prostate (CaP). Les fusions de gènes impliquant les facteurs ERG et ETV1 sont présentes dans ≈50% et 10% des cas respectivement, ETV1 est présent à 50% sous sa forme pleine longueur et à 50% sous une forme tronquée. Les études ne présageant pas de différences entre les fusions ERG et ETV1. Dans ce contexte, mon 2ème sujet d’étude porte sur la recherche de l’implication du facteur ETV1 (pleine longueur ou tronquée) dans la formation des métastases du CaP et la recherche de gènes cibles impliqués, le tout en comparaison avec les données sur ERG. Cette étude nous a permis de mettre en évidence une différence en terme d’agressivité entre les 2 formes d’ETV1 in vitro et in vivo. Cependant la fusion étant peut représentée, les résultats récolté dans la cohorte ne peuvent permettre de confirmer cette différence d’agressivité.
ETV1, 4, 5 transcription factor are overexpress in various cancer. The first part is focus in MMP13 like target gene, potentially implicated in the mammary tumorigenesis induced by ETV4. Thus we show, the regulation of MMP13 expression by ETV4. Next we show that ETV4 promotes the mammary tumorigenesis and that MMP13 is a relay. In fact, the overexpression of MMP13 is implicate in pro-tumorigenesis effect and the repression of MMP13 in context of ETV4 overexpression decreases this effect. This approach was completed by the injection of cells in mice and show MMP13 mediate the pro-tomorigene effect of ETV4. We analysed expression of MMP13 and ETV4 in primary breast tumors and show the overexpression concomintant of ETV4 and MMP13 are associated with a poor prognosis. The second part of our study is about the ETV1 factor, in the progression of metastasis of prostate cancer (PCa) and the research of involved target genes. Gene fusion involving ERG and ETV1 and their overexpression are frequent in PCa and occur in 50% and 10% of cases respectively. To understand the role of ETV1, in comparison with available data on ERG, differents PCa cells overexpress or repress ETV1 were used. We have shown that the ETV1 factor enhance tumorigenesis capacities PCa cell lines and her truncated form has opposite effects. ETV1 full-lenght (FL) induces more bones metastasis formation than her truncated form. The expression of ETV1, and his truncated form was study in PCa samples. We confirmed the pro-tumorigenic statute of ETV1 factor in PCa and we defined differences beetwen FL and truncated length and complet the comprehension of the ETV1 function in the formation of bones metastasis of PCa.
19-04-2018
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Thèse
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Indentation instrumentée multi-échelles de matériaux homogènes et multi-matériaux
Indentation instrumentée multi-échelles de matériaux homogènes et multi-matériaux


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Les propriétés mécaniques (dureté et module d’élasticité) peuvent s’étudier à différentes échelles en fonction de la composition et de la microstructure des matériaux (nombre de phases, répartition des constituants, diamètre des grains…). Dans ce travail nous étudions ces comportements aux échelles nano, micro et macroscopiques, grâce à une gamme d’appareils expérimentaux en indentation instrumentée qui permettent d’appliquer des forces variant de 1 mN à 2,5 kN et de provoquer des enfoncements mesurables de 10 nm à 3 mm. Une première partie consiste à optimiser les conditions expérimentales, dépouiller et interpréter les données en suivant une démarche métrologique rigoureuse, dans le but d’effectuer le raccordement entre les résultats obtenus aux trois échelles de mesure étudiées. Ces essais sont effectués sur des matériaux métalliques industriels mais suffisamment homogènes (aciers et alliage d’aluminium). Nous proposons par exemple une méthode alternative à celle d’Oliver et Pharr pour estimer le module d’élasticité à partir de la courbe de décharge en indentation. Cette méthodologie est ensuite appliquée à l’étude du comportement sous indentation d’un matériau composite, hautement hétérogène, utilisé pour la fabrication de semelles de freinage dans le domaine ferroviaire. Les données obtenues (répartition spatiale en surface et en volume de la dureté et des modules d’élasticité) sont destinées à être utilisées dans les modèles simulant le bruit de crissement au freinage, afin d’en atténuer les effets.
The mechanical properties (hardness and elastic modulus) can be studied at different scales as a function of the composition and microstructure of materials (number of phases, constituent distribution, grain size…). In this work, we studied this mechanical response at the nano, micro and macroscopic scales, through different instruments that allow to apply loads ranging from 20 mN up to 2 kN generating penetrations depths between 100 nm up to 2.5 mm. The first stage consisted in the improvement of the experimental conditions, developing and interpreting the experimental data, following a rigorous metrological methodology, in order to achieve the connection between the results obtained at the three studied scales. These tests were performed in metallic industrial materials, which are sufficiently homogeneous at the tested penetration depths (steels and aluminum alloy). For example, we had proposed an alternative approach to the Oliver and Pharr method to fit the unloading curve to estimate the elastic modulus. Afterwards, this methodology is applied to the study of the response obtained by indentation in a composite material, which is highly heterogeneous, used in the fabrication of brake pads in the railway industry. The obtained results (spatial distribution on the surface and through the volume of hardness and elastic modulus) are going to be valuables in the applications of models to study the squeal noise during braking, looking to reduce its effects.
Les propriétés mécaniques (dureté et module d’élasticité) peuvent s’étudier à différentes échelles en fonction de la composition et de la microstructure des matériaux (nombre de phases, répartition des constituants, diamètre des grains…). Dans ce travail nous étudions ces comportements aux échelles nano, micro et macroscopiques, grâce à une gamme d’appareils expérimentaux en indentation instrumentée qui permettent d’appliquer des forces variant de 1 mN à 2,5 kN et de provoquer des enfoncements mesurables de 10 nm à 3 mm. Une première partie consiste à optimiser les conditions expérimentales, dépouiller et interpréter les données en suivant une démarche métrologique rigoureuse, dans le but d’effectuer le raccordement entre les résultats obtenus aux trois échelles de mesure étudiées. Ces essais sont effectués sur des matériaux métalliques industriels mais suffisamment homogènes (aciers et alliage d’aluminium). Nous proposons par exemple une méthode alternative à celle d’Oliver et Pharr pour estimer le module d’élasticité à partir de la courbe de décharge en indentation. Cette méthodologie est ensuite appliquée à l’étude du comportement sous indentation d’un matériau composite, hautement hétérogène, utilisé pour la fabrication de semelles de freinage dans le domaine ferroviaire. Les données obtenues (répartition spatiale en surface et en volume de la dureté et des modules d’élasticité) sont destinées à être utilisées dans les modèles simulant le bruit de crissement au freinage, afin d’en atténuer les effets.
The mechanical properties (hardness and elastic modulus) can be studied at different scales as a function of the composition and microstructure of materials (number of phases, constituent distribution, grain size…). In this work, we studied this mechanical response at the nano, micro and macroscopic scales, through different instruments that allow to apply loads ranging from 20 mN up to 2 kN generating penetrations depths between 100 nm up to 2.5 mm. The first stage consisted in the improvement of the experimental conditions, developing and interpreting the experimental data, following a rigorous metrological methodology, in order to achieve the connection between the results obtained at the three studied scales. These tests were performed in metallic industrial materials, which are sufficiently homogeneous at the tested penetration depths (steels and aluminum alloy). For example, we had proposed an alternative approach to the Oliver and Pharr method to fit the unloading curve to estimate the elastic modulus. Afterwards, this methodology is applied to the study of the response obtained by indentation in a composite material, which is highly heterogeneous, used in the fabrication of brake pads in the railway industry. The obtained results (spatial distribution on the surface and through the volume of hardness and elastic modulus) are going to be valuables in the applications of models to study the squeal noise during braking, looking to reduce its effects.
18-04-2018
18-04-2018
Thèse
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Apport de la spectroscopie Raman à l’étude des mécanismes de stabilisation des protéines par les disaccharides et cyclodextrines
Apport de la spectroscopie Raman à l’étude des mécanismes de stabilisation des protéines par les disaccharides et cyclodextrines


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L’utilisation fréquente de biomédicaments, composés principalement de protéines recombinantes, nécessite de développer les outils qui permettent de stabiliser les protéines. La lyophilisation est une technique couramment utilisée, dans domaine pharmaceutique, afin de convertir une formulation de protéine de l’état liquide à l’état sec, assurant ainsi une meilleure stabilité à la protéine. Une première partie de cette thèse a consisté à détailler, à l’échelle moléculaire, les mécanismes de bio-préservation des disaccharides pendant une procédure de lyophilisation, et comment une faible quantité de glycérol pouvait exacerber les propriétés bioprotectrices des disaccharides. L’analyse in-situ par imagerie Raman des trois étapes d’un cycle de lyophilisation a révélé que l’efficacité bioprotectrice résultait de la combinaison de propriétés physiques liées à la capacité du disaccharide de former un verre (valeur de Tg) et à celle de former un réseau de liaisons hydrogène rigide, caractérisé par des temps de vie des liaisons plus longs. Une seconde partie a été consacrée à l’étude d’un certain type de dérivé de β-cyclodextrines, qui sont des molécules permettant à la fois la libération contrôlée de molécules et d’inhiber des phénomènes d’agrégation. Les analyses Raman de la dénaturation chaude du lysozyme en présence de la HPβCD ont révélé des phénomènes originaux, en particulier un effet déstabilisateur ou stabilisateur suivant une vitesse de chauffe plus ou moins rapide de la solution. Cet effet cinétique a été relié à la capacité de la cyclodextrine à complexer les résidus de la protéine plus ou moins favorisée suivant la vitesse de chauffage.
The frequent use of biopharmaceuticals, mainly composed of recombinant proteins, requires the development of tools for stabilizing proteins. Freeze-drying is a commonly used technique in the pharmaceutical field to convert a liquid protein formulation into the dry state, thus providing better protein stability. A first part of this thesis focused in deciphering, on the molecular scale, the mechanisms of bio-preservation of disaccharides during a freeze-drying cycle, and in understanding how a small amount of glycerol could enhance the bio-protective properties of disaccharides. In situ Raman imaging analyzes, performed during the three steps of freeze-drying cycle revealed that the bio-protective efficiency resulted from the combination of physical properties related to the capacity of the disaccharide to be vitrified (Tg value) with that to form a rigid hydrogen-bond network, characterized by longer lifetime of the H-bonds. A second part has been devoted to the study of β-cyclodextrin derivatives, which can be used, both as drug delivery system and as inhibitor of protein aggregation. Raman analyzes performed during lysozyme thermal denaturation in presence of HPβCD, have revealed original results such as a destabilizing or stabilizing effect depending on the heating rate of the solution. This kinetic effect was related to the capability of cyclodextrins to include the protein residues inside their cage, probably favored by a slow heating.
L’utilisation fréquente de biomédicaments, composés principalement de protéines recombinantes, nécessite de développer les outils qui permettent de stabiliser les protéines. La lyophilisation est une technique couramment utilisée, dans domaine pharmaceutique, afin de convertir une formulation de protéine de l’état liquide à l’état sec, assurant ainsi une meilleure stabilité à la protéine. Une première partie de cette thèse a consisté à détailler, à l’échelle moléculaire, les mécanismes de bio-préservation des disaccharides pendant une procédure de lyophilisation, et comment une faible quantité de glycérol pouvait exacerber les propriétés bioprotectrices des disaccharides. L’analyse in-situ par imagerie Raman des trois étapes d’un cycle de lyophilisation a révélé que l’efficacité bioprotectrice résultait de la combinaison de propriétés physiques liées à la capacité du disaccharide de former un verre (valeur de Tg) et à celle de former un réseau de liaisons hydrogène rigide, caractérisé par des temps de vie des liaisons plus longs. Une seconde partie a été consacrée à l’étude d’un certain type de dérivé de β-cyclodextrines, qui sont des molécules permettant à la fois la libération contrôlée de molécules et d’inhiber des phénomènes d’agrégation. Les analyses Raman de la dénaturation chaude du lysozyme en présence de la HPβCD ont révélé des phénomènes originaux, en particulier un effet déstabilisateur ou stabilisateur suivant une vitesse de chauffe plus ou moins rapide de la solution. Cet effet cinétique a été relié à la capacité de la cyclodextrine à complexer les résidus de la protéine plus ou moins favorisée suivant la vitesse de chauffage.
The frequent use of biopharmaceuticals, mainly composed of recombinant proteins, requires the development of tools for stabilizing proteins. Freeze-drying is a commonly used technique in the pharmaceutical field to convert a liquid protein formulation into the dry state, thus providing better protein stability. A first part of this thesis focused in deciphering, on the molecular scale, the mechanisms of bio-preservation of disaccharides during a freeze-drying cycle, and in understanding how a small amount of glycerol could enhance the bio-protective properties of disaccharides. In situ Raman imaging analyzes, performed during the three steps of freeze-drying cycle revealed that the bio-protective efficiency resulted from the combination of physical properties related to the capacity of the disaccharide to be vitrified (Tg value) with that to form a rigid hydrogen-bond network, characterized by longer lifetime of the H-bonds. A second part has been devoted to the study of β-cyclodextrin derivatives, which can be used, both as drug delivery system and as inhibitor of protein aggregation. Raman analyzes performed during lysozyme thermal denaturation in presence of HPβCD, have revealed original results such as a destabilizing or stabilizing effect depending on the heating rate of the solution. This kinetic effect was related to the capability of cyclodextrins to include the protein residues inside their cage, probably favored by a slow heating.
18-04-2018
18-04-2018
Thèse
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