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Modélisation biophysique de la mort cellulaire en réponse au stress thermique

/ Ladjimi Mohamed Tahar / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 25-09-2019
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La cellule vivante est en permanence exposée à divers types de stress pouvant endommager ses composants. Quand les dommages induits sont détectés, des mécanismes de défense sont activés pour les maîtriser tout en gérant au mieux les ressources énergétiques disponibles et nécessaires au bon fonctionnement cellulaire. Si le stress est trop sévère et que le système ne peut se défendre, la mort sera inévitable. La réponse cellulaire au stress est orchestrée par des réseaux de signalisation intracellulaires qui présentent une complexité extraordinaire. Les espèces moléculaires constituant ces réseaux assurent des tâches diverses à travers des réactions biochimiques, formant des machineries de processus biologiques synchronisées. Notre approche dans cette thèse pour l’étude de ces réseaux consiste à les modéliser mathématiquement pour reproduire un phénomène observé et repérer ses acteurs clés, analyser leurs réactions en réponse à différents signaux, et éventuellement réaliser des prédictions assez précises et expérimentalement vérifiables qui peuvent se montrer d’une extrême utilité pour les applications thérapeutiques. Dans nos travaux, nous nous focalisons sur le stress thermique et sur la réponse cellulaire qui en résulte en termes de dynamique des espèces moléculaires impliquées, mais également de destin cellulaire (mort ou survie) à l’issue de l’exposition, nous abordons cette problématique par des modèles dynamiques décrivant la cinétique biochimique des variables du système en conséquence d’une variation de la température. Dans un premier temps, nous démontrons à travers des simulations, suivies par une validation expérimentale, que la forme temporelle du stress thermique impacte considérablement la survie cellulaire. Ce premier résultat met en évidence un mécanisme de saturation des espèces réparatrices en conséquence d’une exposition à des températures élevées. Dans un second temps, nous étudions la potentielle corrélation entre une variabilité introduite sur les niveaux de deux protéines du réseau de réponse au choc thermique et le phénomène de mort fractionnelle. Selon les prédictions de notre modèle, la variabilité des protéines chaperons (espèces réparatrices) mesurée expérimentalement ne suffit pas à elle seule à expliquer la mort fractionnelle, qui doit impliquer d’autres sources de variabilité. Enfin, une analyse des courbes iso-effet générées à l’aide d’un modèle générique de la réponse cellulaire aux stress transitoires nous montre l’existence de quatre régimes de sensibilité en fonction des paramètres durée-intensité du stress ainsi que des paramètres du réseau et de ses échelles de temps. Nos travaux soulignent le potentiel et l’utilité des modèles de réseaux dynamiques dans la caractérisation des courbes dose-effet.

Communications sans fil aux fréquences terahertz : applications à la vidéo haute définition temps réel

/ Bretin Sara / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 25-09-2019
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Les communications aux fréquences terahertz sont étudiées dans un contexte de transmissions en espace libre. L’objectif de la thèse est de proposer une étude comparative de différentes topologies d’électrodes supérieures appliquées aux photodiodes UTC ainsi qu’un module d’intégration de ces composants. Ces composants permettent de réaliser des liens de communications sans fils aux fréquences terahertz. Une étude bibliographique évalue les domaines d’applications de ces fréquences, dont le nombre est croissant cette dernière décennie. Les sources terahertz existantes sont ensuite étudiées en fonction des performances et de leur domaine spectrale d’émission. Les photoréponses et puissances émises pour différentes structures de photodiodes PIN, UTC et TTR utilisées en photomélangeur sont comparées au-delà de 60 GHz. Les modules d’intégrations développées et les différentes méthodes d’intégrations sont détaillés dans la dernière partie du premier chapitre. Le second chapitre présente une étude théorique, numérique et expérimentale des photodiodes UTC réalisées. L’utilisation d’une électrode supérieure dédiée et l’étude de différents motifs est développée afin de limiter la dépendance à la polarisation optique de la structure, afin d’en augmenter la fiabilité dans un contexte de transmission de données vidéos aux fréquences terahertz. Un module d’intégration dédiée, en guide WR-3, pour ces photodiodes, est étudié numériquement sous le logiciel CST ainsi que les lignes de transmissions au récepteur. Enfin, les liens terahertz réalisés et les performances correspondantes sont résumées dans le dernier chapitre.

On the performance of subsystem approaches to model heavy element species in solution

/ Bouchafra Yassine / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 25-09-2019
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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.

Mécanisme de biosynthèse et production de l’astine, un pentapeptide cyclique non-ribosomique de Cyanodermella asteris

/ Vassaux Antoine / Université Lille1 - Sciences et Technologies, Université de Liège / 24-09-2019
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L’astine C est un peptide cyclique assemblé au cours d’un mécanisme nonribosomique par une synthétase dite NRPS (NonRibosomal Peptide Synthetase). Ce peptide nonribosomique possède des propriétés thérapeutiques intéressantes avec notamment des activités anti-tumorale et anti-inflammatoire. Jusqu’ici ce composé était exclusivement extrait à partir des racines d’Aster tataricus, une plante utilisée traditionnellement en médecine japonaise et chinoise. Récemment, une production d’astine C a été mise en évidence chez Cyanodermella asteris, un champignon endophyte de cette plante. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives en matière de production d’astine C, qui reste néanmoins très limitée en raison du faible taux de croissance du champignon endophyte. Au cours de cette étude, deux approches ont été développées parallèlement afin d’augmenter les taux de production de l’astine C. La première stratégie consistait à augmenter les rendements en optimisant la production homologue à partir de C. asteris. Dans cette optique, un système de culture a été établi afin de cultiver le champignon exclusivement sur un support en acier inoxydable. Ce mode de culture a favorisé à la fois le développement de la biomasse fongique et la production du composé d’intérêt. En vue d’optimiser ce procédé, l’impact de plusieurs paramètres de culture (modalité de préparation du support, type d’inoculum, pH de culture, et composition du milieu de culture) sur la production d’astine C a été évalué. Les paramètres de culture optimisés ont permis d’améliorer de nouveau les rendements en astine C, ce qui constitue une première étape dans le développement d’un procédé de production à l’échelle industrielle. En parallèle, des travaux ont été menés afin de développer un système de production hétérologue d’astine C chez la levure. Cette approche n’a pu être considérée qu’après avoir identifié, par le biais d’analyses bioinformatiques, les gènes impliqués dans la voie de biosynthèse de l’astine. Une fois ces gènes identifiés, une revue de la littérature a permis, entre autres, de dresser un bilan des outils moléculaires disponibles pour le clonage des larges séquences nucléiques codant pour les NRPSs, et de sélectionner des hôtes hétérologues appropriés. Des séquences complète ou partielle du gène codant pour l’astine synthétase ont été clonées respectivement chez Saccharomyces cerevisiae et Yarrowia lipolytica. Pour les deux levures considérées, une expression hétérologue a été constatée. Chez S. cerevisiae, la synthèse de la NRPS d’astine n’a pas pu être démontrée. En revanche, pour la première fois, la production d’une structure de type NRPS chez Y. lipolytica a pu être mise en évidence. Bien qu’aucun peptide nonribosomique n’ait été détecté, cette étude a permis de lever une partie des verrous limitant le développement d’un mode de production hétérologue d’astine chez la levure.

Modèles génératifs pour la classification et la séparation de sources sonores en temps-réel

/ Baelde Maxime / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 20-09-2019
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Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'entreprise A-Volute, éditrice de logiciels d'amélioration d'expérience audio. Elle propose un radar qui transpose l'information sonore multi-canale en information visuelle en temps-réel. Ce radar, bien que pertinent, manque d'intelligence car il analyse uniquement le flux audio en terme d'énergie et non en termes de sources sonores distinctes. Le but de cette thèse est de développer des algorithmes de classification et de séparation de sources sonores en temps-réel. D'une part, la classification de sources sonores a pour but d'attribuer un label (par exemple voix) à un son monophonique (un label) ou polyphonique (plusieurs labels). La méthode développée utilise un attribut spécifique, le spectre de puissance normalisé, utile à la fois dans le cas monophonique et polyphonique de part sa propriété d'additivité des sources sonores. Cette méthode utilise un modèle génératif qui permet de dériver une règle de décision basée sur une estimation non paramétrique. Le passage en temps-réel est réalisé grâce à un pré-traitement des prototypes avec une classification hiérarchique ascendante. Les résultats sont encourageants sur différentes bases de données (propriétaire et de comparaison), que ce soit en terme de précision ou de temps de calcul, notamment dans le cas polyphonique. D'autre part, la séparation de sources consiste à estimer les sources en terme de signal dans un mélange. Deux approches de séparation ont été considérées dans la thèse. La première considère les signaux à retrouver comme des données manquantes et à les estimer via un schéma génératif et une modélisation probabiliste. L'autre approche consiste, à partir d'exemples sonores présent dans une base de données, à calculer des transformations optimales de plusieurs exemples dont la combinaison tends vers le mélange observé. Les deux propositions sont complémentaires, avec chacune des avantages et inconvénients (rapidité de calcul pour la première, interprétabilité du résultat pour la deuxième). Les résultats expérimentaux semblent prometteurs et nous permettent d'envisager des perspectives de recherches intéressantes pour chacune des propositions.

La coordination dans les organisations temporaires à forte intensité de connaissances : variations autour d’un projet de type “complex product systems”

/ Benmerikhi Mohamed / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 17-09-2019
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Si la coordination a été largement abordée dans les organisations et les projets, elle l’a été beaucoup moins dans les projets de type complex product systems (COPS). Dans cette thèse sur travaux, nous mobilisons une approche qualitative longitudinale d'étude de cas unique pour aborder différentes questions de recherche. Théoriquement, nous décrivons le caractère multi-niveaux de la coordination plaidant en faveur d'une combinaison de mécanismes de coordination émergents et planifiés. Nous montrons ensuite, empiriquement, comment, considéré comme un artefact, un référentiel de connaissance dans la gestion de projet (le Guide PMBOK), assure la coordination de ses communautés de pratiques dispersées géographiquement. Ainsi, nous caractérisons la relation entre communautés de pratique et artefact comme étant mutuellement constitutive et co-évolutive. Ensuite, au niveau des acteurs projet, nous explorons le processus de développement des interdépendances en montrant que combler les écarts de connaissances engendre des changements dynamiques dans les interdépendances entre acteurs et celles entre tâches. Ceci nous a permis de mettre en évidence un flux réciproque de causalité entre taches et entre acteurs. Enfin, nous montrons que les barrières de connaissances entravant la coordination sont caractéristiques des projets COPS et nous expliquons comment les acteurs projet les surmontent à l'aide de différents artefacts imbriqués à leurs actions. Cette analyse nous permet de fournir un appui empirique à l’idée que les processus émergents de création de connaissance offrent une explication complémentaire aux problèmes de coordination. Ainsi, notre thèse présente une compréhension novatrice de la coordination dans les projets COPS avec des contributions qui s’inscrivent dans la littérature du management de projet ainsi que dans celle du management stratégique.

Développement de nouveaux matériaux catalytiques à faible teneur en métaux précieux pour le post-traitement des gaz d'échappement automobiles

/ Wu Jianxiong / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-09-2019
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La présente étude vise à développer de nouveaux matériaux catalytiques pour le post-traitement des gaz d'échappement provenant de moteurs à essence. Le catalyseur trois voies (CTV) est généralement considéré comme une technologie mature et fiable capable d’éliminer simultanément les polluants principaux présents dans les gaz d’échappement des voitures: CO, HC et NOx. Le système de CTV existant repose largement sur l'utilisation importante de métaux du groupe du platine (MGP) et d'éléments de terres rares (ETR). Cependant, le coût élevé et la rareté du système de CTV conventionnel à base de MGP constituent un obstacle à la réduction des coûts de la technologie de traitement des gaz d'échappement ainsi qu’un lourd fardeau sur les ressources naturelles. Un autre inconvénient du système de CTV conventionnel est lié au frittage de métaux précieux dans le processus de fonctionnement du catalyseur et à la sélectivité insatisfaisante d’azote lors de la réduction des NOx. Par conséquent, des solutions alternatives sont nécessaires, qui devraient idéalement permettre une réduction substantielle de l'utilisation de MGP sans sacrifier de manière significative les performances catalytiques. Le but de cette étude consiste à évaluer la faisabilité de l’utilisation de matériaux de type perovskite comme alternative au remplacement de systèmes de CTV conventionnels. L’approche principale utilisée est l’optimisation de la composition de matériaux de type perovskite, notamment la création d’une non-stœchiométrie dans la composition chimique, la substitution partielle dans le site A ou site B et l’ajout d’une faible quantité de MGP. L'influence de la substitution partielle dans le site A ou site B ainsi que l'effet synergique des doubles substitutions dans les sites A et B ont été étudiés. Les résultats ont montré que le dopage de Cu dans le site B pouvait augmenter l'oxydation de CO et de C3H6, tandis que le dopage de Mn avait un impact déterminant sur la réduction du NO dans des conditions stœchiométriques. Une faible quantité de charge de platinoïdes combinée avec le dopage de Cu ou de Mn améliore remarquablement les propriétés redox de perovskite de type ferrite de lanthane. Le dopage de Ca dans le site A a entraîné un impact significative sur la dispersion et la diffusion partielle de métaux précieux dans la structure de la perovskite. Les performances obtenues sur ces nouveaux systèmes sont supérieures à celles obtenues sur un catalyseur de référence commercial en termes de conversion de NO et de sélectivité d’azote plus élevée dans des conditions stœchiométriques dans la plage de températures de fonctionnement du système de CTV, mais l'activité de DeNOx au cours du processus de démarrage à froid reste un défi majeur.

Négociation multi-agents pour la réallocation dynamique de tâches et application au patron de conception MapReduce

/ Baert Quentin / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 13-09-2019
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Le problème Rm||Cmax consiste à allouer un ensemble de tâches à m agents de sorte à minimiser le makespan de l’allocation, c’est-à-dire le temps d’exécution de l’ensemble des tâches. Ce problème est connu pour être NP-dur dès que les tâches sont allouées à deux agents ou plus (m ≥ 2). De plus, il est souvent admis que le coût d’une tâche est précisément estimé pour un agent et que ce coût ne varie pas au cours de l’exécution des tâches. Dans cette thèse, je propose une approche décentralisée et dynamique pour l’amélioration d’une allocation de tâches. Ainsi, à partir d’une allocation initiale et pendant qu’ils exécutent les tâches, les agents collaboratifs initient de multiples enchères pour réallouer les tâches qui restent à exécuter. Ces réallocations sont socialement rationnelles, c’est-à-dire qu’un agent accepte de prendre en charge une tâche initialement allouée à un autre agent si la délégation de cette tâche bénéficie à l’ensemble du système en faisant décroître le makespan. De plus, le dynamisme du procédé permet d’améliorer une allocation malgré une fonction de coût peu précise et malgré les variations de performances qui peuvent survenir lors de l’exécution des tâches. Cette thèse offre un cadre formel pour la modélisation et la résolution multi-agents d’un problème de réallocation de tâches situées. Dans un tel problème, la localité des ressources nécessaires à l’exécution d’une tâche influe sur son coût pour chaque agent du système. À partir de ce cadre, je présente le protocole d’interaction des agents et je propose plusieurs stratégies pour que les choix des agents aient le plus d’impact sur le makespan de l’allocation courante. Dans le cadre applicatif de cette thèse, je propose d’utiliser ce processus de réallocation de tâches pour améliorer le patron de conception MapReduce. Très utilisé pour le traitement distribué de données massives, MapReduce possède néanmoins des biais que la réallocation dynamique des tâches peut aider à contrer. J’ai donc implémenté un prototype distribué qui s’inscrit dans le cadre formel et implémente le patron de conception MapReduce. Grâce à ce prototype, je suis en mesure d’évaluer l’apport du processus de réallocation et l’impact des différentes stratégies d’agent.

Assistance à l’apprentissage de l’algorithmique : méthode et outil pour l’évaluation et la rétroaction

/ Ali Houssein Souleiman / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 12-09-2019
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La maîtrise des concepts fondamentaux de la programmation et la capacité à réaliser des programmes simples sont les objectifs essentiels de l’enseignement dans les cours d’introduction à l’informatique. L’enseignement et l’apprentissage de la programmation sont considérés complexes, ce qui explique le taux d’abandon important de ces filières, largement documenté dans la littérature. De nombreux travaux proposent des environnements d’apprentissage de la programmation assistant les apprenants dans la maîtrise de la syntaxe et de la sémantique des langages de programmation. Toutefois, parmi les causes d’échecs, la littérature identifie un manque de capacité à décomposer et formaliser un problème sous forme d’algorithme. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à la phase d’analyse et de mise en solution algorithmique. Cette phase a pour rôle de faire acquérir à l’apprenant une démarche de résolution de problème et de formalisation de la solution. Dans cette phase l’apprenant décrit ou structure sa solution algorithmique à l’aide d’une notation formelle (pseudo-code) indépendant de tout langage de programmation. L’étude de la littérature indique que l’amélioration de la capacité de résolution de problème passe par la pratique. Dans le cadre de la programmation pour les novices, il est nécessaire de faire de nombreux exercices (résolution de problème) avec des niveaux de difficulté croissante. Il est par ailleurs nécessaire de fournir une rétroaction en rapport avec les erreurs commises par les apprenants. Dans cet objectif nous proposons AlgoInit, un environnement Web pour l’apprentissage de l’algorithmique. En nous basant sur l’étude de la littérature, nous avons défini : - Une modélisation basée sur la taxonomie de Bloom pour définir le niveau cognitif des exercices proposés ; - Une approche d’évaluation basée sur la comparaison de la solution apprenant à une solution modèle. Pour comparer les solutions (apprenant et modèles) décrites en pseudo-code, nous passons par une étape de transformation des solutions en des arbres étiquetés construits à partir d’une base de règle ; - Des règles pour fournir rétroaction et exercices progressifs en fonction du résultat de l’évaluation de la solution de l’apprenant. Afin d’évaluer la potentialité de notre prototype, nous avons mené deux expérimentations à l’université de Djibouti. La première expérimentation a été consacrée à l’évaluation de la capacité de notre prototype à reconnaître les différentes solutions algorithmiques. Quant à la deuxième, elle a été consacrée à l’évaluation de l’intérêt pédagogique d’AlgoInit. Ces expérimentations ont montré des résultats probants sur la capacité d’AlgoInit de classer les solutions (correctes et incorrectes) et de fournir des rétroactions utiles. Les résultats indiquent également que notre système à une influence significative sur la capacité de résolution de problèmes des étudiants.

Machine à vecteurs de support hyperbolique et ingénierie du noyau

/ El Dakdouki Aya / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 11-09-2019
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La théorie statistique de l’apprentissage est un domaine de la statistique inférentielle dont les fondements ont été posés par Vapnik à la fin des années 60. Il est considéré comme un sous-domaine de l’intelligence artificielle. Dans l’apprentissage automatique, les machines à vecteurs de support (SVM) sont un ensemble de techniques d’apprentissage supervisé destinées à résoudre des problèmes de discrimination et de régression. Dans cette thèse, notre objectif est de proposer deux nouveaux problèmes d’aprentissage statistique: Un portant sur la conception et l’évaluation d’une extension des SVM multiclasses et un autre sur la conception d’un nouveau noyau pour les machines à vecteurs de support. Dans un premier temps, nous avons introduit une nouvelle machine à noyau pour la reconnaissance de modèle multi-classe: la machine à vecteur de support hyperbolique. Géometriquement, il est caractérisé par le fait que ses surfaces de décision dans l’espace de redescription sont définies par des fonctions hyperboliques. Nous avons ensuite établi ses principales propriétés statistiques. Parmi ces propriétés nous avons montré que les classes de fonctions composantes sont des classes de Glivenko-Cantelli uniforme, ceci en établissant un majorant de la complexité de Rademacher. Enfin, nous établissons un risque garanti pour notre classifieur. Dans un second temps, nous avons créer un nouveau noyau s’appuyant sur la transformation de Fourier d’un modèle de mélange gaussien. Nous procédons de la manière suivante: d’abord, chaque classe est fragmentée en un nombre de sous-classes pertinentes, ensuite on considère les directions données par les vecteurs obtenus en prenant toutes les paires de centres de sous-classes d’une même classe. Parmi celles-ci, sont exclues celles permettant de connecter deux sous-classes de deux classes différentes. On peut aussi voir cela comme la recherche d’invariance par translation dans chaque classe. Nous l’avons appliqué avec succès sur plusieurs jeux de données dans le contexte d’un apprentissage automatique utilisant des machines à vecteurs support multi-classes.

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