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  • Doctoral thesis
  • French National Research Agency (ANR)
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  • Hal-Diderot
  • Hyper Article en Ligne - Sciences de l'Homme et de la Société

10
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  • English
    Authors: 
    Dusson, Geneviève;
    Publisher: HAL CCSD
    Country: France
    Project: EC | COMSTAR (666669), ANR | SUPER (ANR-11-IDEX-0004)

    The objective of this thesis is to provide error bounds for linear and nonlinear eigenvalue problems arising from electronic structure calculation. We focus on ground-state calculations based on Density Functional Theory, including Kohn-Sham models. Our bounds mostly rely on a posteriori error analysis. More precisely, we start by studying a phenomenon of discretization error cancellation for a simple linear eigenvalue problem, for which analytical solutions are available. The mathematical study is based on an a priori analysis for the energy error. Then, we present an a posteriori analysis for the Laplace eigenvalue problem discretized with finite elements. For simple eigenvalues of the Laplace operator and their corresponding eigenvectors , we provide guaranteed, fully computable and efficient error bounds. Thereafter, we focus on nonlinear eigenvalue problems. First, we provide an a posteriori analysis for the Gross-Pitaevskii equation. The error bounds are valid under assumptions that can be numerically checked, and can be separated in two components coming respectively from the discretization and the iterative algorithm used to solve the nonlinear eigenvalue problem. Balancing these error components allows to optimize the computational resources. Second, we present a post-processing method for the Kohn-Sham problem, which improves the accuracy of planewave computations of ground state orbitals at a low computational cost. The post-processed solutions can be used either as a more precise solution of the problem, or used for computing an estimation of the discretization error. This estimation is not guaranteed, but in practice close to the real error.; L'objectif de cette thèse est de fournir des bornes d'erreur pour des problèmes aux valeurs propres linéaires et non linéaires issus du calcul de structure électronique, en particulier celui de l'état fondamental avec la théorie de la fonctionnelle de la densité. Ces bornes d'erreur reposent principalement sur des estimations a posteriori. D'abord, nous étudions un phénomène de compensation d'erreur de discrétisation pour un problème linéaire aux valeurs propres, grâce à une analyse a priori de l'erreur sur l'énergie. Ensuite, nous présentons une analyse a posteriori pour le problème du laplacien aux valeurs propres discrétisé par une large classe d'éléments finis. Les bornes d'erreur proposées pour les valeurs propres simples et leurs vecteurs propres associés sont garanties, calculables et efficaces. Nous nous concentrons alors sur des problèmes aux valeurs propres non linéaires. Nous proposons des bornes d'erreur pour l'équation de Gross-Pitaevskii, valables sous des hypothèses vérifiables numériquement, et pouvant être séparées en deux composantes venant respectivement de la discrétisation et de l'algorithme itératif utilisé pour résoudre le problème non linéaire aux valeurs propres. L'équilibrage de ces composantes d'erreur permet d'optimiser les ressources numériques. Enfin, nous présentons une méthode de post-traitement pour le problème de Kohn-Sham discrétisé en ondes planes, améliorant la précision des résultats à un faible coût de calcul. Les solutions post-traitées peuvent être utilisées soit comme solutions plus précises du problème, soit pour calculer une estimation de l'erreur de discrétisation, qui n'est plus garantie, mais néanmoins proche de l'erreur.

  • English
    Authors: 
    Nguyen, van Khieu;
    Publisher: HAL CCSD
    Country: France
    Project: ANR | ANImE (ANR-13-BSV5-0014)

    Compressed sensing (CS) exploits the compressibility of different types of images to reconstruct undersampled data without loss of information. The technique can be applied to MRI to reduce the acquisition times. The CS is based on three major components: (1) sparsity representation of the signal in some transform domain, (2) incoherent measurements, and (3) sparsity-constrained nonlinear reconstruction method. If the total number of points in the image is larger than four times the number of sparse coefficients, then the reconstruction of under sampled data is feasible. In the first results part of this thesis, we propose a new under sampling model based on the diffusion limited aggregation (DLA) theory and show that it performs better than the random variable under sampling method. The DLA under sampling model was used to implement the CS for T2-weighted and T1-weighted high resolution imaging at the ultra-high magnetic field (17.2T). In both cases, the acquisition time was reduced by 50% while maintaining the quality of the images in terms of spatial resolution, contrast to noise ratio, and signal intensity quantification. Both new CS pulse sequences (csRARE and csFLASH) were implemented in ParaVision 5.1 commercial software. The second results part of the thesis is focused on the study of the time-dependent diffusivity in the abdominal ganglion of Aplysia California. The Aplysia abdominal ganglion was chosen in this imaging study because high resolution MR imaging allows the fine anatomical description of the cellular network (size of individual neurons and orientation of axons). Using the Aplysia ganglia to study the relationship between the cellular structure and the diffusion MRI signal can shed light on this relationship for more complex organisms. We measured the dMRI signal at several diffusion times in the abdominal ganglion and performed simulations of water diffusion in geometries obtained after segmenting high resolution T2-weighted images and incorporating known information about the cellular structure from the literature. To match the dMRI signal in the single cell neurons with numerical simulations signal, the large cell outline was segmented from the anatomical T2 weighted image. Inside this cell shape, an irregularly shaped nucleus was manually generated (around 25-30% volume fraction). The small cells were modeled as small spheres with a smaller concentric spherical nucleus (around 25% volume fraction). The nerve was modeled by combining axons (cylinders) of different diameters consistent with the literature. The numerical dMRI signal can be simulated by solving Bloch-Torrey equation under the geometries domain described above. By fitting the experimental signal to the simulated signal for several types of cells such as: large cell neurons (diameter between 150 µm and 420 µm); cluster of small neuron cells gathered in the shape of a bag (up to 400 cells in adult Aplysia in each bag with cell size between 40 µm to 100 µm in diameter); and nerves (group of axons cylindrical shape diameter from less than 1 µm to 25 µm) at a wide range of diffusion times, we obtained estimates of the intrinsic diffusion coefficient in the nucleus and the cytoplasm (for cell neurons) and the intrinsic diffusion coefficient in the axons (for the nerves). We also evaluated the reliability of using an existing formula for the time-dependent diffusion coefficient to estimate cell size.; La technique d’acquisition comprimée ou compressed sensing (CS) exploite la compressibilité de différents types d’images pour reconstruire des données sous-échantillonnées sans perte d’informations. Cette technique peut être appliquée à l’IRM pour réduire les temps d’acquisition. CS est basée sur trois composantes majeures : (1) la représentation parcimonieuse du signal dans un domaine de transformation, (2) des mesures incohérentes et (3) une méthode de reconstruction non-linéaire avec une contrainte de parcimonie. Dans la première résultats partie de cette thèse, nous proposons un nouveau modèle de sous-échantillonnage basé sur la théorie de l’agrégation limitée par la diffusion (DLA) et montrons qu’il est plus performant que la méthode de sous-échantillonnage aléatoire. Le modèle de sous-échantillonnage DLA a été utilisé pour implémenter la technique de CS pour l’imagerie haute résolution pondérée T2 et T1 sur un champ magnétique très intense (17.2T). Pour chacune des pondérations, le temps d’acquisition a été réduit de 50% tout en conservant la qualité des images en termes de résolution spatiale, rapport contraste sur bruit et quantification de l’intensité du signal. Les deux nouvelles séquences d’impulsions CS (csRARE et csFLASH) ont été implémentées sur le logiciel commercial ParaVision 5.1. La seconde résultats partie de la thèse est centrée sur l’étude de la dépendance en temps de la diffusivité dans le ganglion abdominal de l’Aplysia Californica. Le ganglion abdominal de l’aplysie a été choisi pour cette étude d’imagerie car l’IRM à haute résolution permet la description anatomique fine du réseau cellulaire (taille des neurones individuels et orientation des axones). Utiliser les tissus neuronaux de l’aplysie pour étudier la relation entre la structure cellulaire et le signal d’IRM de diffusion peut permettre de comprendre cette relation pour des organismes plus complexes. Le signal d’IRM de diffusion (IRMd) a été mesuré à différents temps de diffusion dans le ganglion abdominal et des simulations de la diffusion de l’eau dans des géométries obtenues à partir de la segmentation d’images haute résolution pondérées T2 et l’incorporation d’informations sur la structure cellulaire trouvées dans la littérature ont été réalisées. Pour comparer le signal d’IRMd dans des neurones composés d’une seule cellule avec le signal des simulations numériques, des cellules de grande taille ont été segmentées à partir d’images anatomiques pondérées T2. A l’intérieur des cellules, un noyau à forme irrégulière a été généré manuellement (environ 25-30% en fraction volumique). Les petites cellules ont été modélisées comme des petites sphères avec un petit noyau sphérique concentrique (environ 25% en fraction volumique). Le nerf a été modélisé en combinant des axones (cylindres) de différents diamètres en cohérence avec la littérature. Le signal numérique d’IRMd a été simulé en résolvant l’équation de Bloch-Torrey pour les domaines géométriques décris ci-dessus. En fittant le signal expérimental avec le signal simulé pour différents types de cellules comme les grandes cellules neuronales (diamètre entre 150 et 420 µm), des agrégats de petites cellules neuronales ayant la forme d’un sac (jusqu’à 400 cellule chez l’aplysie adulte dans chaque sac avec une taille cellulaire entre 40 et 100 µm de diamètre), des nerfs (groupes d’axones de forme cylindrique avec un diamètre de moins de 1 à 25 µm) pour une grande gamme de temps de diffusions, nous avons obtenu des estimations du coefficient de diffusion intrinsèque dans le noyau et le cytoplasme (pour les neurones) et le coefficient de diffusion intrinsèque dans les axones (pour les nerfs). Nous avons aussi évalué la pertinence d’utiliser une formule préexistante décrivant la dépendance en temps du coefficient de diffusion pour estimer la taille des cellules.

  • Open Access English
    Authors: 
    Rincel, Marion;
    Country: France
    Project: ANR | IBISS: Incorporation Biologique et Inégalités Sociales de Santé (ANR-12-DSSA-0004)

    Early-life adversity is a main risk factor for psychiatric disorders at adulthood; however the mechanisms underlying the programming effect of stress during development are still unknown. In rodents, chronic maternal separation has long lasting effects in adult offspring, including hyper-anxiety and hyper-responsiveness to a novel stress, along with gastrointestinal dysfunctions. Moreover, recent studies report gut barrier hyper-permeability in rat pups submitted to maternal separation, an effect that could potentially lead to dysbiosis and altered gut-brain communication. Therefore, the aim of my PhD was to unravel the role of the gut-brain axis in the neurobehavioral effects of early-life stress. We recently reported that some neural, behavioral and endocrine alterations associated with maternal separation in rats could be prevented by maternal exposure to a high-fat diet. We first addressed the effects of maternal high-fat diet on brain and gut during development in the maternal separation model. We show that maternal high-fat diet prevents the stress-induced decrease in spine density and altered dendritic morphology in the medial prefrontal cortex. Moreover, maternal high-fat diet also attenuates the exacerbated intestinal permeability associated with maternal separation. To explore a potential causal impact of gut leakiness on brain functions, we then examined the impact of pharmacological and genetic manipulations of intestinal permeability on brain and behavior. We report 1) that restoration of gut barrier function attenuates some of the behavioral alterations associated with maternal separation and 2) that chronic gut leakiness in naive adult transgenic mice recapitulates the effects of maternal separation. Finally, we examined the effects of multifactorial early-life adversity on behavior, gut function and microbiota composition in males and females using a combination of prenatal inflammation and maternal separation in mice. At adulthood, offspring exposed to early adversity displayed sex-specific behavioral (social behavior deficits in males and increased anxiety in females) and intestinal phenotypes. In conclusion, our work demonstrates an impact of gut dysfunctions, in particular gut leakiness, on the emergence of emotional alterations. Further studies are needed to unravel the role of the gut dysbiosis in the expression of the behavioral phenotypes associated with early-life adversity.; Les maladies psychiatriques présentent de fortes comorbidités avec des désordres gastrointestinaux, ce qui suggère l’existence de bases physiopathologiques communes. Une littérature abondante démontre que l’adversité précoce (infection, stress) augmente la vulnérabilité aux désordres psychiatriques à l’âge adulte. Chez le rongeur, le modèle de séparation maternelle induit chez la descendance adulte des comportements hyperanxieux associés à une hypersensibilité au stress, ainsi que des dysfonctionnements de la sphère gastrointestinale. De plus, des études récentes rapportent une hyperperméabilité de la barrière intestinale chez les ratons soumis au stress de séparation, un effet conduisant potentiellement à une dysbiose et une perturbation de la communication intestin-cerveau. Le but de ma thèse était donc d’étudier le rôle de l’axe intestin-cerveau dans la mise en place des effets à long terme du stress précoce. Nos travaux récents ont montré que certains effets à long-terme de la séparation maternelle peuvent être atténués par l’exposition des mères à un régime hyperlipidique. Dans un premier temps, nous avons testé les effets du régime hyperlipidique maternel sur le cerveau et l’intestin de ratons soumis à la séparation maternelle. Nos résultats montrent que le régime maternel hyperlipidique protège de l’augmentation de la permeabilité intestinale induite par le stress. Nous avons ensuite testé le rôle causal de la perméabilité intestinale sur les comportements émotionnels à travers une approche pharmacologique et une approche génétique. Nous rapportons 1) que la restauration de la fonction barrière de l’intestin atténue certains effets de la séparation maternelle et 2) qu’une hyperperméabilité intestinale chez des souris transgéniques non soumises à un stress produit des effets similaires à ceux de la séparation maternelle. Enfin, nous avons examiné les effets d’une adversité précoce multifactorielle sur le cerveau et l’intestin (perméabilité et microbiote) chez la descendance adulte mâle et femelle dans un modèle combinant infection prénatale et séparation maternelle. Nos résultats mettent en évidence un effet sexe très marqué sur les phénotypes comportements et intestinaux. D’autres études sont nécessaires pour identifier les mécanismes sous-tendant les effets de la perméabilité et la dysbiose intestinale sur la vulnérabilité émotionnelle associée au stress précoce.

  • English
    Authors: 
    Boroomandi barati, Solmaz;
    Publisher: HAL CCSD
    Project: ANR | MANUTECH-SISE (ANR-10-LABX-0075)

    The aim of this thesis is to develop a numerical simulation model to study the process of dropwise condensation on flat and textured substrates. The experimental part was carried out on the poly carbonate surfaces that were duplicated from a metallic mold textured using laser technology. The samples are monted on a home-made condensation set-up. The results of these experiments are gray scale images that had to be binarized in order to get the information related to droplets growth rate, density and spatial distribution. Then, three different models were developed during this thesis to describe droplets behavior:1. a classical method that considers droplets as spherical-caps growing on a flat substrate2. a method that considers elliptical droplets (contact angle = 90°) growing on the textured substrates,3. and a modified method that considers ellipsoidal-cap droplets (contact angle ≠90°) growing on the textured substrates.The results of these three methods are validated by comparison with experimental data on a flat surface, 6 different configurations of pillared surfaces, and 6 configurations of sinusoidal patterns. The spatial distribution of droplets on both flat and textured substrates are studied using Fry plot and Ripley’s K directional methods as well. Moreover, a method for studying the size distribution function of small droplets is proposed by modifying the method of Abu-Orabi for the unit surface. The results show acceptable accordance between the models proposed and respective experimental data. Also regarding spatial distribution, the initial small droplets are distributed completely randomly, while the coalescing drops forms in the direction of texturing patterns on the substrate.; Le but de cette thèse est de développer un modèle de simulation numérique pour étudier le processus de condensation par gouttelette sur des substrats plats et texturés. La partie expérimentale a été réalisée sur des surfaces de polycarbonate qui ont été dupliquées à partir d'un moule métallique texturé en utilisant la technologie laser. Les échantillons sont montés sur une installation de condensation conçue dans le laboratoire. Les résultats de ces expériences sont des images en échelle de gris qui ont dû être binarisées afin d'obtenir les informations liées au taux de croissance des gouttelettes, à la densité et à la distribution spatiale. Ensuite, trois modèles différents ont été développés au cours de cette thèse pour décrire le comportement des gouttelettes:1. une méthode classique qui considère les gouttelettes comme des calottes sphériques se développant sur un substrat plat,2. une méthode qui considère les gouttelettes elliptiques (angle de contact = 90°) en croissance sur les substrats texturés,3. et une méthode modifiée qui considère les gouttelettes à coiffe ellipsoïdale (angle de contact ≠ 90°) en croissance sur les substrats texturés.Les résultats de ces trois méthodes sont validés par comparaison avec des données expérimentales sur une surface plane, 6 configurations différentes de surfaces à piliers et 6 configurations de motifs sinusoïdaux. La distribution spatiale des gouttelettes sur les substrats plats et texturés est étudiée à l'aide des méthodes Fry plot et K directionnel de Ripley. De plus, une méthode pour étudier la fonction de distribution de taille de petites gouttelettes est proposée en modifiant la méthode d'Abu-Orabi pour la surface unitaire.Les résultats montrent une concordance acceptable entre les modèles proposés et les données expérimentales respectives. Toujours en ce qui concerne la distribution spatiale, les petites gouttelettes initiales sont distribuées de manière complétement aléatoire, tandis que les gouttes coalescentes se forment dans le sens des motifs de texturation sur le substrat.

  • English
    Authors: 
    Sanchez Reyes, Hugo Samuel;
    Publisher: HAL CCSD
    Country: France
    Project: ANR | AtypicSSE (ANR-17-CE31-0002), EC | GEO-4D (758210)

    The earthquake characterization is a fundamental research field in seismology, which final goal is to provide accurate estimations of earthquake attributes. In this study field, various questions may rise such as the following ones: when and where did an earthquake happen? How large was it? What is its evolution in space and time? In addition, more challenging questions can be addressed such as the following ones: why did it occur? What is the next one in a given area? In order to progress in the first list of questions, a physical description, or model, of the event is necessary. The investigation of such model (or image) is the scientific topic I investigate during my PhD in the framework of kinematic source models. Understanding the seismic source as a propagating dislocation that occurs across a given geometry of an active fault, the kinematic source models are the physical representations of the time and space history of such rupture propagation. Such physical representation is said to be a kinematic approach because the inferred rupture histories are obtained without taking into account the forces that might cause the origin of the dislocation.In this PhD dissertation, I present a new hierarchical time kinematic source inversion method able to assimilate data traces through evolutive time windows. A linear time-domain formulation relates the slip-rate function and seismograms, preserving the positivity of this function and the causality when spanning the model space: taking benefit of the time-space sparsity of the rupture model evolution is as essential as considering the causality between rupture and each record delayed by the known propagator operator different for each station. This progressive approach, both on the data space and on the model space, does require mild assumptions on prior slip-rate functions or preconditioning strategies on the slip-rate local gradient estimations. These assumptions are based on simple physical expected rupture models. Successful applications of this method to a well-known benchmark (Source Inversion Validation Exercise 1) and to the recorded data of the 2016 Kumamoto mainshock (Mw=7.0) illustrate the advantages of this alternative approach of a linear kinematic source inversion.The underlying target of this new formulation will be the future uncertainty quantification of such model reconstruction. In order to achieve this goal, as well as to highlight key properties considered in this linear time-domain approach, I explore the Hamiltonian Monte Carlo (HMC) stochastic Bayesian framework, which appears to be one of the possible and very promising strategies that can be applied to this stabilized over-parametrized optimization of a linear forward problem to assess the uncertainties on kinematic source inversions. The HMC technique shows to be compatible with the linear time-domain strategy here presented. This technique, thanks to an efficient estimation of the local gradient of the misfit function, appears to be able to rapidly explore the high-dimensional space of probable solutions, while the linearity between unknowns and observables is preserved. In this work, I investigate the performance of the HMC strategy dealing with simple synthetic cases with almost perfect illumination, in order to provide a better understanding of all the concepts and required tunning to achieve a correct exploration of the model space. The results from this preliminary investigation are promising and open a new way of tackling the kinematic source reconstruction problem and the assessment of the associated uncertainties.; La caractérisation des tremblements de terre est un domaine de recherche primordial en sismologie, où l'objectif final est de fournir des estimations précises d'attributs de la source sismique. Dans ce domaine, certaines questions émergent, par exemple : quand un tremblement de terre s’est-il produit? quelle était sa taille? ou quelle était son évolution dans le temps et l'espace? On pourrait se poser d'autres questions plus complexes comme: pourquoi le tremblement s'est produit? quand sera le prochain dans une certaine région? Afin de répondre aux premières questions, une représentation physique du phénomène est nécessaire. La construction de ce modèle est l'objectif scientifique de ce travail doctoral qui est réalisé dans le cadre de la modélisation cinématique. Pour effectuer cette caractérisation, les modèles cinématiques de la source sismique sont un des outils utilisés par les sismologues. Il s’agit de comprendre la source sismique comme une dislocation en propagation sur la géométrie d’une faille active. Les modèles de sources cinématiques sont une représentation physique de l’histoire temporelle et spatiale d’une telle rupture en propagation. Cette modélisation est dite approche cinématique car les histoires de la rupture inférées par ce type de technique sont obtenues sans tenir compte des forces qui causent l'origine du séisme.Dans cette thèse, je présente une nouvelle méthode d'inversion cinématique capable d'assimiler, hiérarchiquement en temps, les traces de données à travers des fenêtres de temps évolutives. Cette formulation relie la fonction de taux de glissement et les sismogrammes observés, en préservant la positivité de cette fonction et la causalité quand on parcourt l'espace de modèles. Cette approche, profite de la structure creuse de l’histoire spatio-temporelle de la rupture sismique ainsi que de la causalité entre la rupture et chaque enregistrement différé par l'opérateur. Cet opérateur de propagation des ondes connu, est différent pour chaque station. Cette formulation progressive, à la fois sur l’espace de données et sur l’espace de modèle, requiert des hypothèses modérées sur les fonctions de taux de glissement attendues, ainsi que des stratégies de préconditionnement sur le gradient local estimé pour chaque paramètre du taux de glissement. Ces hypothèses sont basées sur de simples modèles physiques de rupture attendus. Les applications réussies de cette méthode aux cas synthétiques (Source Inversion Validation Exercise project) et aux données réelles du séisme de Kumamoto 2016 (Mw=7.0), ont permis d’illustrer les avantages de cette approche alternative d’une inversion cinématique linéaire de la source sismique.L’objectif sous-jacent de cette nouvelle formulation sera la quantification des incertitudes d’un tel modèle. Afin de mettre en évidence les propriétés clés prises en compte dans cette approche linéaire, dans ce travail, j'explore l'application de la stratégie bayésienne connue comme Hamiltonian Monte Carlo (HMC). Cette méthode semble être l’une des possibles stratégies qui peut être appliquée à ce problème linéaire sur-paramétré. Les résultats montrent qu’elle est compatible avec la stratégie linéaire dans le domaine temporel présentée ici. Grâce à une estimation efficace du gradient local de la fonction coût, on peut explorer rapidement l'espace de grande dimension des solutions possibles, tandis que la linéarité est préservée. Dans ce travail, j'explore la performance de la stratégie HMC traitant des cas synthétiques simples, afin de permettre une meilleure compréhension de tous les concepts et ajustements nécessaires pour une exploration correcte de l'espace de modèles probables. Les résultats de cette investigation préliminaire sont encourageants et ouvrent une nouvelle façon d'aborder le problème de la modélisation de la reconstruction cinématique de la source sismique, ainsi, que de l’évaluation des incertitudes associées.

  • English
    Authors: 
    Pham, Hong-Duc;
    Publisher: HAL CCSD
    Project: ANR | FEM (ANR-10-IEED-0006)

    In this work a methodology for service life monitoring of mooring lines of floating wind turbines is proposed. First, an empirical expression of dynamic stiffness of a nylon rope is obtained from the testing data in the literature. A practical modeling procedure is proposed which allows accounting for the non-linear dynamic axial stiffness of nylon mooring ropes. The second part is devoted to the prediction of fatigue life of mooring lines. Cutting-edge methods for fatigue analysis in frequency domain and for simulation of nonlinear mooring response are investigated in order to perform a quick fatigue estimate and strength check in a reliability framework. The present methodology aims to support making decisions regarding maintenance or replacement of lines based on the level of reliability estimated during the expected service life.; On propose dans ce travail une méthodologie pour le suivi en service des lignes d'ancrage des éoliennes flottantes. Tout d’abord, une expression empirique de la raideur dynamique d'un câble en nylon est obtenue à partir des données d'essais dans la littérature. Une procédure pratique de modélisation est proposée en tenant compte de la raideur axiale dynamique non-linéaire des câbles en nylon. La deuxième partie est consacrée à la prédiction de la durée de vie des lignes d’ancrages. Des méthodes avancées pour l’analyse de fatigue dans le domaine fréquentiel et la simulation des réponses non-linéaires sont donc également étudiées afin de réaliser une estimation rapide de la fatigue et de la résistance dans un cadre fiabiliste. La présente méthodologie vise à faciliter la prise de décisions concernant la maintenance ou le remplacement des lignes en fonction du niveau de fiabilité estimé à différents instants.

  • English
    Authors: 
    Sözen, Cécile;
    Publisher: HAL CCSD
    Country: France
    Project: ANR | SPS (ANR-10-LABX-0040), ANR | IPS (ANR-11-IDEX-0003)

    Plants are sessile organisms. They have to cope continuously with environmental stresses. Injury, one of the most frequent stress conditions that plants must face may cause harsh damages to the plant tissues and facilitate the entry of pathogens. Therefore, plants have evolved mechanisms to respond efficiently to wounding by healing damaged tissues and preventing further pathogen infection. Wounding is a complex stress which is perceived by specific receptors which activate signaling pathways leading to those responses. Mitogen-Activated Protein Kinases modules are composed of 3 kinases (MAP3K, MAP2K and MAPK) activated in cascade and represent important signaling pathways involved in response to various biotic and abiotic stresses as well as in developmental processes. During my Ph.D I identified a MAPK module activated 30 minutes after wounding and involving the MAP2K MKK3 acting upstream of C-group MAPKs MPK1-2-7-14. In the past, the laboratory has shown that this module is dependent on the transcriptional regulation of sub-clade III MAP3Ks (MAP3K13 to 20). Some were found induced by wounding and among them MAP3K14 seems to have an important role upstream MKK3/C-group MAPKs. Finally I was able to show that Jasmonic Acid (JA), a major phytohormone produced upon wounding and involved in the mediation of defense responses, was shown to have an important role upstream the MKK3/C-group MAPKs module. The module is also activated by the herbivore Spodoptera littoralis and the necrotrophic fungus Botrytis cinerea. Upon insect feeding, MKK3 negatively regulates JA and SA levels. My work helped to better understand stress signaling events occurring upon wounding.; Les plantes ne pouvant pas se déplacer sont continuellement soumises aux stress environnementaux. La blessure, l’un des stress les plus fréquents auxquels la plante est soumise, peut causer d’important dégâts et faciliter l’entrée de pathogène dans les tissus de la plante. Pour répondre efficacement à la blessure, la plante a développé des mécanismes lui permettant de guérir ses tissus endommagés et d’empêcher l’infection pathogène. Les stress environnementaux sont perçus grâce à la présence de récepteurs spécifiques activant des voies de signalisation qui, à terme, conduisent à la mise en place de réponses de défense. Les modules de MAPK, composés de 3 kinases (MAP3K, MAP2K et MAPK) activées en cascades, représentent d’importantes voies de signalisation impliquées en réponse à divers stress biotiques et abiotiques. Grâce aux approches de tests de phosphorylation in vitro très maîtrisées dans le groupe « Stress signaling », j’ai pu identifier un module MAPK impliquant la MAP2K MKK3 et les MAPKs du groupe C (MPK1, 2, 7 et 14) activé par la blessure. Les MAP3Ks du sous-clade III (MAP3K13 à 20) sont transcriptionnellement induites par divers stress ce qui semble être un mécanisme assez conservé. Certains membres du sous-clade III sont induits par la blessure et parmi eux la MAP3K14 semble avoir un rôle majeur en amont du module MKK3/MPK1-2-7-14. Enfin, j’ai pu montrer que l’acide jasmonique (JA), une phytohormone importante produite en réponse à la blessure, tient un rôle important en amont du module. Ce-dernier est également activé en réponse à l’insecte herbivore Spodoptera littoralis et au champignon nécrotrophe Botrytis cinerea. Dans le contexte de blessure par l’insecte herbivore, MKK3 semble réguler la production de deux phytohormones, le JA et l’Acide Salicylique (SA).

  • English
    Authors: 
    Amiot, Caroline;
    Publisher: HAL CCSD
    Project: EC | SUPUVIR (722380), AKA | Smart autonomous broadban... (318082), AKA | Light Control in Dynamic ... (298463), ANR | BFC (ANR-15-IDEX-0003)

    The ability to detect substances or molecules with high sensitivity and to image objects with high resolution plays an important role in our everyday life as well as in advances in understanding fundamental phenomena. Optical techniques are generally highly beneficial for this purpose as they are intrinsically remote, non-invasive and exhibit superior sensitivity and resolution. In this context, it is thus not surprising that a wide range of sensing and imaging techniques have been developed in the past decades and are continuously the subject intense research. The performance of these methods depends dramatically on the type of light source that is used and it is therefore essential to tailor the light source properties to the intended method of application.A spectral region which has recently attracted a wide interest is the mid-infrared corresponding to the molecular fingerprint region and the atmospheric transparency window. This in turn has triggered renewed research effort into adapting existing technique to this particular region of the electromagnetic spectrum including the light sources and detection schemes. This thesis reports novel, proof-of-concept, broadband optical sensing and imaging techniques in the infrared using supercontinuum light, a class of light sources with unique properties. The techniques are experimentally demonstrated and their performances discussed.Specifically, the thesis demonstrate incoherent broadband cavity enhanced absorp- tion spectroscopy in the mid-infrared wavelength range from 3000 to 3450 nm. Multi-component gas detection with sub-ppm accuracy is achieved in this range, which constitutes the widest continuous detection range for this technique in the mid-infrared.Cantilever-enhanced photoacoustic spectroscopy in the mid-infrared is also demonstrated for the first time in this thesis. The approach is broadband and allows for higher photoacoustic signal intensity and enhanced signal-to-noise ratio as compared to conventional systems that use back-body radiation sources. These results offer novel perspective for photoacoustic detection opening the door to sensitive broadband and compact analysers in the mid-infrared spectral region.Exploiting the shot-to-shot fluctuations of an incoherent supercontinuum and the recent progress in ultrafast real-time spectral measurement techniques, the thesis finally reports on a novel proof-of-concept correlation sensing and imaging method in the form of spectral-domain ghost imaging. The method is fast, scan-free, and offer new opportunities for remote sensing in scattering and absorbing media, or in spectral regions where sensitive detectors are lacking. Application of this technique to broadband spectroscopic measurements gases as well as for interferometric imaging of physical objects is demonstrated. One can legitimately expect that the work presented in this thesis will foster new ideas and developments for optical sensing and imaging.; Les méthodes de mesure optiques sont très performantes avec une sensibilité et une résolution généralement supérieure aux autres techniques, et elles possèdent aussi l’avantage d’être sans contact et non invasives. Cette thèse introduit plusieurs nouvelles techniques de détection optique et d'imagerie basées sur l’utilisation de sources super continuum dans l’infrarouge.Les propriétés uniques de ce type de source lumineuse, en particulier leur large bande spectrale combinée à une cohérence spatiale parfaite,permettent d’obtenir des performances supérieures en terme de résolution ou de sensibilité.Les techniques proposées sont expérimentalement démontrées et leurs performances caractérisées.La thèse démontre une technique de spectroscopie par absorption en cavité résonnante ainsi qu’une technique de spectroscopie par effet photo-acoustique, pour la première fois dans l’infrarouge moyen. La thèse introduit un nouveau concept de détection et d'imagerie par corrélations,équivalent à l’imagerie fantôme mais dans le domaine spectral, et son application à la spectroscopie par absorption ainsi qu'à la tomographie par cohérence optique d'objets physiques sont démontrées. Les techniques proposées et étudiées dans cette thèse ouvrent de nouvelles perspectives pour la détection sensible et l’imagerie dans l’infrarouge. De manière plus générale,les concepts introduits étant génériques, ils peuvent être étendus à d’autres régions du spectre électromagnétique et les travaux présentés sont amenés à stimuler de nouvelles idées et de nouveaux développements pour les techniques de détection et d'imagerie optiques.

  • English
    Authors: 
    Tripathi, Monika;
    Publisher: HAL CCSD
    Project: ANR | HALIGO (ANR-14-CE06-0013), ANR | NO-KEKULE-RULES (ANR-17-ERC2-0015)

    The stabilization of transient and non-observable oxyallyl intermediates can be achieved through the introduction of electron-donating amino substituents. The resulting 1,3-di(amino)oxyallyls are redox-active and can have up to three persistent redox forms. In particular, their radical cations are even air-persistent, as the result of “enhanced” capto-dative effect. This manuscript reports our efforts for the development of redox-active metal complexes featuring oxyallyl frameworks, with a particular focus on β-diketiminate (NacNac) ligands. Indeed, metal-complexes of the latter generally decompose upon ligand-centered oxidation/reduction and the design of redox-active NacNac remains a challenge. The first chapter summarizes recent bibliography related to stabilized oxyallyl molecules and the study of redox-active ligands.The second chapter describes the direct oxidation of vinamidines with m-CPBA to afford bis-imine ketone ligands. This methodology is far simpler and easier as compared to the previously described method from the literature. The coordination chemistry of these ligands and their redox behavior were also studied.The third chapter explores an original substitution pattern on bis-imine ketones, with the introduction of electron-donating amino groups in 1,3-positions. A detailed study of the reaction of 1,3-dichloro vinamidinium salts with aniline derivatives is reported, as well as preliminary study of the metal coordination of the novel electron-rich ligand.The last chapter presents alternatives strategies and concepts, including the use of O-protected and/or bidentates ligands.; Les oxyallyles sont considérés généralement comme des espèces transitoires non observables, mais peuvent être stabilisés par l’introduction de groupements aminés donneurs d’électrons. De tels 1,3-di(amino)oxyallyls sont rédox-actifs et peuvent exister sous jusqu’à trois formes redox. En particulier, leurs cations radicaux sont persistants à l’air, en raison d’un effet capto-datif «extrême». Ce manuscrit décrit nos efforts pour développer des complexes métalliques redox-actifs comportant des motifs oxyallyles, avec une attention particulière pour les ligands de type β-diketiminate (Nacnac). En effet, en général, les complexes de ces derniers se décomposent lors de d’une oxydation/réduction centrée sur le ligand et la conception de version redox-actives représente encore un défi. Le premier chapitre résume la littérature récente concernant les oxyallyles stabilisés et l’étude des ligands redox actifs.Le second chapitre décrit l’oxydation directe de vinamidines par m-CPBA pour former des ligands bis(imino)cétones. Cette approche synthétique représente une amélioration importante par rapport aux méthodologies précédemment décrites. La chimie de coordination et l’électrochimie de ces composés ont également été étudiées.Le troisième chapitre explore l’introduction d’un nouveau motif di(methyl)amino en positions 1 et 3 des bis(imino)cétones. Nous décrivons notamment une étude détaillée de la réaction des sels de 1,3-dichlorovinamidinium avec des dérivés de l’aniline, ainsi qu’une étude préliminaire de la chimie de coordination du nouveau ligand enrichi électroniquement.Le dernier chapitre expose des stratégies et des concepts alternatifs, notamment l’utilisation de ligands O-protégés et/ou bidentés.

  • English
    Authors: 
    Stefan, Diana;
    Publisher: HAL CCSD
    Country: France
    Project: ANR | RESET (ANR-11-BINF-0005)

    High-throughput technologies yield large amounts of data about the steady-state levels and the dynamical changes of gene expression in bacteria. An important challenge for the biological interpretation of these data consists in deducing the topology of the underlying regulatory network as well as quantitative gene regulation functions from such data. A large number of inference methods have been proposed in the literature and have been successful in a variety of applications, although several problems remain. We focus here on improving two aspects of the inference methods. First, transcriptome data reflect the abundance of mRNA, whereas the components that regulate are most often the proteins coded by the mRNAs. Although the concentrations of mRNA and protein correlate reasonably during steady-state growth, this correlation becomes much more tenuous in time-series data acquired during growth transitions in bacteria because of the very different half-lives of proteins and mRNA. Second, the dynamics of gene expression is not only controlled by transcription factors and other specific regulators, but also by global physiological effects that modify the activity of all genes. For example, the concentrations of (free) RNA polymerase and the concentration of ribosomes vary strongly with growth rate. We therefore have to take into account such effects when trying to reconstruct a regulatory network from gene expression data. We propose here a combined experimental and computational approach to address these two fundamental problems in the inference of quantitative models of the activity of bacterial promoters from time-series gene expression data. We focus on the case where the dynamics of gene expression is measured in vivo and in real time by means of fluorescent reporter genes. Our network reconstruction approach accounts for the differences between mRNA and protein half-lives and takes into account global physiological effects. When the half-lives of the proteins are available, the measurement models used for deriving the activities of genes from fluorescence data are integrated to yield estimates of protein concentrations. The global physiological state of the cell is estimated from the activity of a phage promoter, whose expression is not controlled by any transcription factor and depends only on the activity of the transcriptional and translational machinery. We apply the approach to a central module in the regulatory network controlling motility and the chemotaxis system in Escherichia coli. This module comprises the FliA, FlgM and tar genes. FliA is a sigma factor that directs RNA polymerase to operons coding for components of the flagellar assembly. The effect of FliA is counteracted by the antisigma factor FlgM, itself transcribed by FliA. The third component of the network, tar, codes for the aspartate chemoreceptor protein Tar and is directly transcribed by the FliA-containing RNA polymerase holoenzyme. The FliA-FlgM module is particularly well-suited for studying the inference problems considered here, since the network has been well-studied and protein half-lives play an important role in its functioning. We stimulated the FliA-FlgM module in a variety of wild-type and mutant strains and different growth media. The measured transcriptional response of the genes was used to systematically test the information required for the reliable inference of the regulatory interactions and quantitative predictive models of gene regulation. Our results show that for the reliable reconstruction of transcriptional regulatory networks in bacteria it is necessary to include global effects into the network model and explicitly deduce protein concentrations from the observed expression profiles. Our approach should be generally applicable to a large variety of network inference problems and we discuss limitations and possible extensions of the method.; Les technologies expérimentales à haut débit produisent de grandes quantités de données sur les niveaux d'expression des gènes dans les bactéries à l'état d'équilibre ou lors des transitions de croissance.Un défi important dans l'interprétation biologique de ces données consiste à en déduire la topologie du réseau de régulation ainsi que les fonctions de régulation quantitatives des gènes.Un grand nombre de méthodes d'inférence a été proposé dans la littérature. Ces méthodes ont été utilisées avec succès dans une variété d'applications, bien que plusieurs problèmes persistent.Nous nous intéressons ici à l'amélioration de deux aspects des méthodes d'inférence.Premièrement, les données transcriptomiques reflètent l'abondance de l'ARNm, tandis que, le plus souvent, les composants régulateurs sont les protéines codées par les ARNm.Bien que les concentrations de l'ARNm et de protéines soient raisonnablement corrélées à l'état stationnaire, cette corrélation devient beaucoup moins évidente dans les données temporelles acquises lors des transitions de croissance à cause des demi-vies très différentes des protéines et des ARNm.Deuxièmement, la dynamique de l'expression génique n'est pas uniquement contrôlée par des facteurs de transcription et d'autres régulateurs spécifiques, mais aussi par des effets physiologiques globaux qui modifient l'activité de tous les gènes. Par exemple, les concentrations de l'ARN polymérase (libre) et les concentrations des ribosomes (libres) varient fortement avec le taux de croissance. Nous devons donc tenir compte de ces effets lors de la reconstruction d'un réseau de régulation à partir de données d'expression génique.Nous proposons ici une approche expérimentale et computationnelle combinée pour répondre à ces deux problèmes fondamentaux dans l'inférence de modèles quantitatifs de promoteurs bactériens à partir des données temporelles d'expression génique.Nous nous intéressons au cas où la dynamique de l'expression génique est mesurée in vivo et en temps réel par l'intermédiaire de gènes rapporteurs fluorescents. Notre approche d'inférence de réseaux de régulation tient compte des différences de demi-vie entre l'ARNm et les protéines et prend en compte les effets physiologiques globaux.Lorsque les demi-vies des protéines sont connues, les modèles expérimentaux utilisés pour dériver les activités des gènes à partir de données de fluorescence sont intégrés pour estimer les concentrations des protéines.L'état physiologique global de la cellule est estimé à partir de l'activité d'un promoteur de phage, dont l'expression n'est contrôlée par aucun des facteurs de transcription et ne dépend que de l'activité de la machinerie d'expression génique.Nous appliquons l'approche à un module central dans le réseau de régulation contrôlant la motilité et le système de chimiotactisme chez Escherichia coli.Ce module est composé des gènes FliA, FlgM et tar.FliA est un facteur sigma qui dirige l'ARN polymérase vers les opérons codant pour des composants de l'assemblage des flagelles.Le troisième composant du réseau, tar, code pour la protéine récepteur chimiotactique de l'aspartate, Tar, et est directement transcrit par FliA associé à l' holoenzyme ARN polymérase. Le module FliA-FlgM est particulièrement bien adapté pour l'étude des problèmes d'inférence considérés ici, puisque le réseau a été bien étudié et les démivies des protéines jouent un rôle important dans son fonctionnement.Nos résultats montrent que, pour la reconstruction fiable de réseaux de régulation transcriptionelle chez les bactéries, il est nécessaire d'inclure les effets globaux dans le modèle de réseau et d'en déduire de manière explicite les concentrations des protéines à partir des profils d'expression observés, car la demi-vie de l'ARNm et des protéines sont très différentes. Notre approche reste généralement applicable à une grande variété de problèmes d'inférence de réseaux et nous discutons les limites et les extensions possibles de la méthode.

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