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In depth systemic biology analysis of central nervous system injuries

/ Mallah Khalil / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-12-2018
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Dans un contexte d’étude des altérations biologiques survenant après un impact sur le système nerveux central (SNC), ma thèse porte sur l’étude des modifications protéomiques et lipidiques survenant après une lésion du SNC. Une étude spatio-temporelle a été menée sur un modèle TBI de rat afin d'identifier des marqueurs spécifiques de la lésion. En utilisant le MALDI-MSI, nous avons effectués une reconstruction 3D du cerveau lésé 3 jours post-lésion et nous avons représentés les molécules lipidiques spécifiques à la lésion. Après, cette analyse est réalisé avec d’autres délais après l’impact: 1, 3, 7 et 10 jours. En parallèle, une analyse microprotéomique est réalisée sur des coupes de tissus dans une approche visant à corréler les modifications lipidiques et protéiques. Nos résultats ont permis d'identifier une famille de lipides, les acylcarnitines, exprimés dans le cortex lésé avec une intensité maximale à 3 jours post-impact. Les données de protéomiques ont montrés une régulation positive de l’expression de protéines liées à la maladie de Parkinson. Dans l’ensemble, nos résultats décrivent un lien entre le TBI léger et la maladie de Parkinson dès 3 jours après l’impact, avec un rôle possible de l’acylcarnitine. Cette même famille de molécules est aussi présente dans les lésions médullaires. Dans une approche thérapeutique, les résultats précédents ont montrés que la protéine RhoA est un candidat majeur dans SCI. Après avoir utilisé un inhibiteur de RhoA, une étude protéomique a été réalisée pour évaluer l’impact sur ces lésions. Les résultats montrent que les traitements in-vivo et in-vitro avec l’inhibiteur stimule la croissance neuritique et la régénération axonale.

Novel geometric tools for human behavior understanding

/ Kacem Anis / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 12-12-2018
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Récemment, le développement de systèmes intelligents dédiés pour la compréhension du comportement humain est devenu un axe de recherche très important. En effet, il est très important de comprendre le comportement humain pour rendre les machines capables d'aider et interagir avec les humains. Pour cela, plusieurs approches de l'état de l'art commencent par détecter automatiquement un ensemble de points 2D ou 3D, appelés marqueurs, sur le corps et/ou le visage humain à partir de données visuelles. L’analyse des séquences temporelles de ces marqueurs pose plusieurs défis dus aux erreurs de suivi et aux variabilités temporelles et de pose. Dans cette thèse, nous proposons deux nouvelles représentations spatio-temporelles avec des outils de calcul appropriés pour la compréhension du comportement humain. La première consiste à représenter une séquence temporelle de marqueurs par une trajectoire de matrices de Gram. Les matrices de Gram sont des matrices semi-définies positives de rang fixe et vivent dans un espace non-linéaire dans lequel les outils d’apprentissage automatique conventionnels ne peuvent pas être appliqués directement. Nous évaluons l’efficacité de notre approche dans plusieurs applications, impliquant des marqueurs 2D et 3D de visages et de corps humain, tels que la reconnaissance des émotions à partir des expressions faciales la reconnaissance d’actions et des émotions à partir des données de profondeur 3D. La deuxième représentation proposée dans cette thèse est basée sur les coordonnées barycentriques des marqueurs de visages 2D. Cette représentation permet d’utiliser les outils de calcul et d’apprentissage automatique tels que les techniques d’apprentissage de métrique. Les résultats obtenus en reconnaissance des expressions faciales et en mesure automatique de la sévérité de la dépression à partir du visage montrent tout l’intérêt de la représentation barycentrique combinée à des techniques d’apprentissage automatique. Les résultats obtenus avec les deux méthodes proposées sur des bases de données réelles montrent la compétitivité de nos approches avec les méthodes récentes de l’état de l’art.

Osmo-inelastic response of intervertebral disc : experiments and constitutive modeling

/ Derrouiche Amel / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 12-12-2018
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Le mal de dos est considéré comme la première source de douleurs chroniques dans les pays développés. Bien que l'origine exacte de la douleur reste incertaine, on trouve souvent une corrélation avec le disque intervertébral. Comprendre la réponse de ce tissu mou est nécessaire pour améliorer les traitements et prévenir la douleur. L'objectif de ce travail de thèse est d'apporter une meilleure compréhension des différents couplages entre l'environnement biochimique, la microstructure et le comportement biomécanique. Des observations expérimentales sont reportées à l'échelle de l'unité vertèbre-disque-vertèbre et à l'échelle de l'anneau fibreux. Un nouveau modèle chemo-mécanique est mathématique formulé et incorporé dans un code informatique afin, d'une part, de mieux comprendre les couplages et, d'autre part, de reproduire la mécanique de l'u nité. Une extension au couplage chemo-mécano-biologique permet d'envisager une meilleu re compréhension des mécanismes de dégénérescence.

Bassin de Dieppe-Hampshire (Manche orientale) : Évolution cénozoïque et enregistrement des évènements géodynamiques

/ Jollivet-Castelot Martin / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 10-12-2018
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L’Europe occidentale enregistre d’importants changements paléogéographiques entre la fin du Mésozoïque et le Paléogène, en réponse à des évènements géodynamiques en limites de plaques. Les déformations affectant le NW de la plaque européenne ont déjà bien été identifiées dans plusieurs bassins, mais elles sont en revanche mal contraintes en Manche. L’objectif de cette thèse est ainsi de reconstruire les évolutions sédimentaires et structurales de la Manche orientale au cours du Paléogène et de les replacer dans le contexte géodynamique du domaine Ouest-Européen à travers l’étude du Bassin de Dieppe-Hampshire, dont la stratigraphie et le calendrier des déformations ne sont pas précisément connus. Ces travaux s’appuient sur l’apport de nouvelles données de sismique réflexion très haute résolution et de nouveaux carottages. L’analyse du remplissage sédimentaire a permis d’établir le cadre stratigraphique, de proposer un découpage séquentiel avec l’identification de quatre cycles de 2ème ordre entre le Thanétien et le Bartonien, et de cartographier la partie méridionale du bassin. La corrélation de ces cycles avec les bassins cénozoïques proches a permis de mettre en évidence cinq phases de déformation ayant affecté le Bassin Anglo-Parisien. Grâce à une analyse structurale fine, nous avons également pu détailler le style et la cinématique de la déformation en Manche orientale, proposer un calendrier de cette déformation, et enfin établir le rôle joué par l’héritage structural régional sur l’évolution paléogène du domaine.

Caractérisation physico-chimique de composés organiques volatils biogéniques et de leurs hydrates

/ Chrayteh Mhamad / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 10-12-2018
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Notre étude a porté sur les propriétés physico-chimiques de molécules d’intérêt atmosphérique en phase gazeuse, en particulier le processus de microsolvatation, qui pourrait permettre de mieux comprendre ce qui conduit à la formation d’aérosols organiques secondaires. Nous avons étudié le mécanisme d’hydratation de plusieurs produits d’oxydation des monoterpènes, dont font partie le myrténal et le périllaldéhyde, qui sont deux aldéhydes insaturés de structures proches, avec la verbénone et la fenchone, qui sont deux cétones. Les structures de nombreux édifices (jusqu’à 3 molécules d’eau liées aux molécules) ont été optimisées par calculs de chimie quantique aux niveaux MP2 / 6- 311++G(d,p) et B3LYP-D3BJ / def2-TZVP. La cohésion des hydrates se fait grâce à des liaisons hydrogène et à des interactions de Van der Waals. Nous avons pu mettre en évidence l’existence de beaucoup d’entre eux par spectroscopie mircoonde en jet supersonique dans la gamme de fréquences 2 - 20 GHz et déterminer leur structure expérimentale. Pour le myrténal, nous avons enregistré et analysé le spectre de rotation pure, ainsi que ceux des isotopologues en abondance naturelle (13C et 18O). Avec l’appui des calculs de chimie quantique, nous avons déterminé sa structure moléculaire en phase gazeuse. Concernant les hydrates du myrténal, nous avons analysé le spectre de 2 mono-, 2 di- et un trihydrate, alors que pour le périllaldéhyde 4 mono- et 2 dihydrates sont caractérisés. Avec les cétones, nous avons analysé le spectre de 2 mono-, 2 di- et 1 trihydrate de la verbénone, alors que pour la microhydratation de la fenchone, nous avons caractérisé 2 mono-, 2 di- et 3 trihydrates. Afin de confirmer la structure des complexes, nous avons utilisé de l’eau enrichie en oxygène 18, ce qui nous a permis grâce aux constantes de rotation des isotopomères de calculer la structure des hydrates détectés en déterminant la position des atomes d’oxygène par le calcul de leurs coordonnées de substitution, ainsi qu’une structure effective limitée à l’arrangement des molécules d’eau autour du substrat.

Etude des relations structure-fonction des sialyltransférases humaines : développement de nouveaux outils

/ Noël Maxence / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 07-12-2018
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La sialylation est une modification majeure des glycoprotéines et des glycolipides et est impliquée dans les processus cellulaires et moléculaires. La réaction de sialylation est catalysée par des sialyltransférases, un groupe de glycosyltransférases golgiennes utilisant un donneur de sucre activé sous forme de CMP-acide sialique. Ces enzymes, au nombre de 20 chez l’Homme, présentent des activités enzymatiques redondantes et ont une spécificité très fine vis-à-vis du substrat accepteur. Leur dérégulation conduit à des profils de sialylation altérés dans les situations pathologiques mais peu de choses sont connues quant à leur organisation fonctionnelle dans la cellule. Les techniques d’étude de la réaction de sialylation et des sialoglycoconjugués sont nombreuses mais présentent rarement la possibilité de suivre sélectivement les O- ou les N-glycannes. Dans ce contexte, j’ai produit différentes sialyltransférases recombinantes et solubles et j’ai mis au point de nouvelles stratégies d’étude de ces activités enzymatiques dans des essais in vitro et in cellulo basées sur l’utilisation d’un acide sialique non naturel : le CMP-SiaNAl. Ce dérivé d’acide sialique non naturel porteur d’un groupement N-alcyne sert de rapporteur chimique pour la détection et la visualisation des sialoglycoconjugués. Après avoir montré que ce substrat est utilisé avec la même affinité que le substrat naturel, j’ai développé de nouveaux outils permettant l’étude des sialyltransférases. En outre, j’ai pu apporter des éléments de compréhension quant à l’évolution moléculaire et fonctionnelle de cette ST6GAL1 chez les vertébrés, impliquant une évolution de son activité enzymatique chez les mammifères.

Characterization of cirrus clouds from ground-based remote sensing using the synergy of lidar and multi-spectral infrared radiometry

/ Hemmer Friederike / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 07-12-2018
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Il est maintenant bien établi que les cirrus ont un impact important sur le climat. Cependant, l'estimation de cet effet est difficile car notre connaissance des propriétés microphysiques de ce type de nuage est encore incertaine. L'objectif de cette thèse est donc d’améliorer notre compréhension de la microphysique complexe du cirrus composé principalement de cristaux de glace de forme irrégulière et d'estimer ainsi un contenu en glace (ice water content, IWC) plus précis. Pour cela, nous avons développé un algorithme permettant de restituer le profil vertical d'IWC du cirrus. La méthodologie considère une synergie entre les mesures d'un lidar et celles d'un radiomètre infrarouge thermique (IRT) effectuées depuis le sol, via une méthode d'estimation optimale. Ce travail s’est déroulé en trois étapes: (1) Le contenu en glace intégré verticalement (ice water path, IWP) est estimé à partir des mesures passives IRT. (2) L'information sur la distribution verticale d'IWC à l'intérieur du nuage est obtenue avec les mesures actives du lidar. Cette restitution dépend fortement du rapport entre la rétrodiffusion et l'extinction des cristaux de glace obtenu avec un modèle microphysique. La fonction de phase du modèle utilisée pour définir ce rapport ne prend pas en compte le pic de rétrodiffusion. Nous montrons que cette hypothèse aboutit à des résultats non réalistes par rapport aux mesures IRT. (3) Par conséquent, les deux types d’informations sont combinées en synergie pour estimer, lors de la restitution des profils verticaux d'IWC, un facteur correctif permettant de rendre compte de ce pic de rétrodiffusion. Finalement, les résultats et les hypothèses associées sont discutés.

Réseaux d'énergie embarqués dans les systèmes de transport : communication et diagnostic passif par Courant Porteur en Ligne (CPL)

/ Lallbeeharry Navish / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 05-12-2018
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Les travaux de recherche présentés dans cette thèse portent dans un premier temps sur la fiabilisation de la technologie CPL et dans un second temps sur le diagnostic de réseaux filaires en utilisant le CPL dans le contexte aéronautique. L’objectif de l’étude est de fiabiliser le lien CPL en respectant les contraintes de temps de latence imposées par le domaine aéronautique. Nous avons introduit des erreurs de fréquence d'échantillonnage afin d’estimer les effets d'une désynchronisation sur le taux d'erreurs binaires. Ensuite une optimisation d'un algorithme d'estimation de l’erreur a été étudiée. La seconde partie de la thèse est consacrée à la surveillance des réseaux filaires embarqués, l'objectif étant d'utiliser la communication CPL comme moyen de détection de défaut. Nous avons centré notre étude sur la détection d’un défaut suite à un arc électrique, modélisé par une résistance parallèle, ou d’un défaut dans une connectique, modélisé par une résistance série sur un fil de la bifilaire. Afin de disposer des caractéristiques de canaux avec et sans défaut, un banc de test représentatif d'un harnais multibranches a été conçu avec différents échantillons de défauts résistifs. Nous avons proposé plusieurs coefficients de détection de défauts basés sur la corrélation, et la distance euclidienne ainsi qu’un algorithme aveugle basé sur les symboles reçus. Afin d'éviter des cas de fausse alarme ou d’absence de détection, des seuils de détection ont été discutés. Les différents coefficients de détection et les seuils ont été comparés et éprouvés en présence de bruit blanc en termes de la puissance émise, et du taux de détection.

Oxydation sélective et préférentielle du sulfure d'hydrogène par bouclage chimique

/ Kane Tanushree / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 04-12-2018
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Le gaz naturel et le biogaz contiennent du H2S qui doit être éliminé avant toute utilisation. Cela se fait généralement par adsorption, par la récupération de H2S et par conversion en soufre élémentaire dans des procédés de type Claus. L'oxydation sélective catalytique de H2S par O2 est une alternative, mais les catalyseurs subissent une désactivation en raison de l'accumulation d'espèces soufrées et le mélange H2S/O2 nuit à la sélectivité. De plus, cela ne peut pas être fait en présence de l'hydrocarbure pour des raisons de sécurité. Un procédé innovant d'oxydation sélective de H2S en bouclage chimique est proposé dans lequel la réaction se déroule en deux étapes : la réduction d’un solide porteur d’oxygène par H2S avec formation de S élémentaire et la régénération du porteur par O2.Il est démontré que V2O5 est une phase active prometteuse pour ce procédé. Parmi plusieurs supports testés, le TiO2 et le SiO2 s’avèrent les plus adéquats et il est montré que les matériaux de faible surface doivent être privilégiés. L'effet de la teneur en V2O5 sur le support de TiO2 est étudié et il est montré que la distribution optimale de phase active est atteinte lorsque l'équivalent de 2 monocouches de V2O5 est présent. L’étude de la réactivité de ce porteur montre qu’un équilibre optimal entre V3+, V4+ et V5+ est nécessaire. La présence d'espèces V4+ favorise la réactivité, mais seule la réduction d'espèces V5+ à V4+ est sélective, la réduction en V3+ entraînant la formation de SO2. Ce procédé est insensible à la présence de méthane, ouvrant la voie à la purification du biogaz ou du gaz naturel sans nécessiter de séparation préalable du H2S.

Méthode d’optimisation du volume des bobines de mode commun pour la conception des filtres CEM

/ Zaidi Bilel / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 30-11-2018
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Ce travail de thèse présente une méthode d'optimisation du volume de la bobine de mode commun qui est généralement l'élément le plus volumineux du filtre. Le manuscrit commence par faire l'état de l'art des perturbations électromagnétiques conduites en électronique de puissance et des moyens permettant leur réduction. Ensuite, un calcul analytique de l'inductance de mode commun minimale qui permet de respecter la norme CEM est présenté. Ce calcul prend en considération la perméabilité complexe du matériau magnétique et les impédances des chemins de propagation des perturbations de mode commun dans la chaîne. Une fois l'inductance minimale calculée, une méthode d'optimisation du volume de la bobine de mode commun monocouche qui tient compte de la saturation du matériau magnétique est présentée. L'application de la méthode proposée dans diverses situations a montré l'existence d'une meilleure inductance, pouvant être supérieure à sa valeur minimale, qui permet de réduire au mieux le volume de la bobine. Par ailleurs, des règles de dimensionnement en relation avec la fréquence de commutation du convertisseur et de son rapport cyclique sont définies. La dernière partie de cette étude est dédiée à la prise en compte des effets de la capacité parasite équivalente de la bobine dans la procédure de dimensionnement. D'abord, une méthode pour la détermination des permittivités relatives du noyau magnétique et pour l'estimation de la capacité parasite équivalente est proposée. Cette méthode, accompagnée d'un calcul de la capacité maximale autorisée, permet d'adapter la géométrie de la bobine afin de respecter la contrainte normative en HF tout en optimisant son volume.

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