Analysis of mobile network data for the study of mobility, respectful of privacy : Application to the road freight transport sector

Les opérateurs de réseau mobile disposent d'une importante source de données issue des communications de l'ensemble des objets connectés (smartphones mais pas uniquement) avec le réseau. Ces données de signalisation constituent une source massive de données de localisation et sont régulièrement utilisées pour l'étude de la mobilité (humaine ou non). Cependant, les usages potentiels se heurtent à deux écueils majeurs: leur faible précision spatiotemporelle et leur caractère éminemment sensible au regard de la protection de la vie privée.Dans un premier temps, les travaux de cette thèse améliorent la connaissance de l'état de mobilité (immobile ou en mouvement), de la vitesse, de la direction de déplacement des objets connectés et de la route qu'ils empruntent sur une infrastructure de transport (routier ou ferré par exemple).Dans un second temps, nous montrons comment garantir la confidentialité de statistiques de mobilité produites en flux continu. L'utilisation de données de signalisation, qu'elle soient relatives à des utilisateurs ou à des objets connectés divers, est encadrée légalement. Pour l'étude de la mobilité, les opérateurs ont donc tendance à publier des statistiques anonymisées (données agrégées). Plus précisément, on cherche à calculer des statistiques de mobilité complexes et anonymisées ``à la volée'' à l'aide de méthodes de confidentialité différentielle et de structures de données probabilistes (telles que des filtres de Bloom).Enfin, dans un troisième temps, nous illustrons le potentiel des données de signalisation et des approches proposées dans ce manuscrit pour le calcul en temps quasi-réel de statistiques anonymes sur le transport routier de marchandises. Cependant, il ne s'agit ici que d'un exemple de ce qui pourrait s'appliquer à d'autres sujets d'analyses de comportements de populations et d'activités avec des enjeux de politiques publiques et économiques importants.Mobile network operators have a significant data source derived from communications of all connected objects (not just smartphones) with the network. These signaling data is a massive source of location data and are regularly used for the mobility analysis. However, potential uses face two major challenges: their low spatiotemporal precision and their highly sensitive nature concerning privacy.In the first phase, the thesis work enhances the understanding of the mobility state (stationary or in motion), speed, direction of movement of connected objects, and the route they take on a transportation infrastructure (e.g., road or rail).In the second phase, we demonstrate how to ensure the confidentiality of continuously produced mobility statistics. The use of signaling data, whether related to users or various connected objects, is legally regulated. For the study of mobility, operators tend to publish anonymized statistics (aggregated data). Specifically, the aim is to calculate complex and anonymized mobility statistics "on the fly" using differential privacy methods and probabilistic data structures (such as Bloom filters).Finally, in the third phase, we illustrate the potential of signaling data and the proposed approaches in this manuscript for quasi-real-time calculation of anonymous statistics on road freight transport. However, this is just an example of what could apply to other subjects analyzing population behaviors and activities with significant public and economic policy implications

Les fibroblastes associés au cancer stimulent la résistance des cellules cancéreuses face aux traitements

Les patients atteints d'un cancer du rectum localement avancé reçoivent généralement une chimioradiothérapie à base de 5-FU et de radiation. Cependant, seulement 10 à 30 % d'entre eux obtiennent une réponse complète au traitement avec une excellente survie à long terme. En plus de la résistance inhérente des cellules cancéreuses au traitement, le microenvironnement de la tumeur semble jouer un rôle crucial dans a réponse tumorale. Les fibroblastes associés au cancer (CAFs), les cellules non cancéreuses prédominantes dans le cadre de la tumeur, sont organisés autour des cellules cancéruses et, avec la matrice extracellulaire (MEC) qu'ils produisent, forment une "capsule" autour de la tumeur. Nos études récentes indiquent que ces CAFs exercent des forces de compression sur les cellules cancéreuses, ce qui nous amène à émettre l'hypothèse que cette pression pourrait moduler la réponse des cellules cancéreuses au traitement.Pour étudier cela, nous avons développé un modèle de culture cellulaire en 3D mimant l'architecture tumorale, constitué de sphères tumorales englobées par dans du collagène I, peuplées de CAFs. De manière intéressante, nous avons découvert que la présence physique des CAFs augmentait la résistance des cellules tumorales au 5-FU, tandis que les molécules sécrétées par les CAFs avaient un impact limité. En utilisant des billes de polyacrylamide (billes PAA) comme substitut de forces de compression dans la même matrice de collagène 3D, nous avons constaté que les billes se réduisaient, suggérant une compression induite par les CAFs.En creusant davantage l'interaction entre les CAFs et les sphères tumorales, nous avons constaté que les CAFs se disposaient de manière similaire à ce qui est observé dans les échantillons de tumeurs réels, créant une structure de type capsule à la périphérie de la tumeur. En incorporant des billes PAA dans notre modèle et en inhibant la contractilité des CAFs, nous avons noté une réduction de la compression, laissant entendre un rôle actif des CAFs dans l'exercice de la pression. Nous avons étendu nos découvertes en traitant les sphères tumorales en présence de CAFs dont la capacité contractile de la myosine-IIA avait été réduite. De manière remarquable, la réduction de la capacité contractile des CAFs a restauré la sensibilité des cellules tumorales au 5-FU, mettant en évidence le rôle de la compression active induite par les CAFs dans la résistance au traitement.Pour tester si la pression est une cause directe de la résistance aux médicaments, nous avons comprimé des sphères cancéreuses en utilisant du dextran de poids moléculaire élevé en l'absence de CAFs. De manière intéressante, cette compression passive n'a pas modifié les niveaux de résistance des cellules tumorales. Ainsi, un puzzle est apparu : la compression statique via le dextran n'a pas conféré de résistance, tandis que la compression active par les CAFs est impliquée. Nous avons émis alors l'hypothèse que la différence réside dans la nature dynamique et cyclique de la compression induite par les CAFs. Pour confirmer cela, nous avons observé que les CAFs contractaient de manière dynamique le collagène-I, comme en témoigne leurs effets sur des piliers en PDMS. Nous avons conclu que la compression cyclique et oscillatoire exercée par les CAF pourrait être le facteur clé favorisant la résistance au traitement.Patients with locally advanced rectal cancer typically receive chemoradiotherapy involving 5-FU and radiation. However, only 10-30% achieve a complete response with excellent long-term survival. Aside from the cancer cells' inherent resistance to treatment, the tumor microenvironment seems to play a crucial role in treatment outcomes. Cancer-associated fibroblasts (CAFs), the predominant non-cancer cells in the tumor setting, align themselves along the edges of the tumor, and together with the extracellular matrix (ECM) they produce, they form a 'capsule' around the tumor. Our recent studies indicate that these CAFs exert compression forces on cancer cells, leading us to hypothesize that this pressure could modulate how cancer cells respond to therapy.To investigate this, we developed a 3D cell culture model mimicking tumor architecture, consisting of tumor spheres embedded in collagen I, populated with CAFs. Interestingly, we discovered that the physical presence of CAFs increased the tumor cells' resistance to 5-FU, while molecules secreted by CAFs had a minimal impact. Using polyacrylamide beads (PAA-beads) as a proxy for compressive forces in the same 3D collagen matrix, we found that the beads shrunk, suggesting CAF-induced compression.Further probing into the interaction between CAFs and tumor spheres revealed that CAFs align similarly to what is seen in actual tumor samples, creating a capsule-like structure around the tumor periphery. By incorporating PAA beads in our model and inhibiting CAF contractility, we noted reduced compression, hinting at an active role of CAFs in exerting pressure. We extended our findings by treating tumor spheres in the presence of Myosin-IIA-depleted CAFs. Remarkably, reducing CAF contractile ability restored the tumor cells' sensitivity to 5-FU, underscoring the role of active CAF-induced compression in therapy resistance. To test if pressure is a direct cause of drug resistance, we compressed cancer spheres using high molecular weight dextran in the absence of CAFs. Interestingly, this passive compression didn't alter the tumor cells' resistance levels. Thus, a puzzle emerged: static compression via dextran didn't confer resistance, whereas active compression by CAFs did. We hypothesized that the difference lies in the dynamic, cyclic nature of CAF-induced compression. Confirming this, we observed that CAFs contract collagen-I dynamically, as evidenced by their effect on PDMS pillars. We concluded that the cyclic, oscillatory compression exerted by CAFs may be the key factor in promoting treatment resistance

Development of an imaging platform for mass transfer characterization in microsystems : application to microfluidic fuel cells

Les piles à combustible sont des dispositifs qui transforment l'énergie stockée dans un oxydant et un réducteur en électricité grâce à des réactions électrochimiques. La technologie la plus mature pour réaliser cette conversion est la pile à hydrogène à membrane échangeuse de protons (PEMFC), mais d'autres systèmes alternatifs émergent. En particulier, les piles à combustible microfluidiques (PCM) ont permis de s’affranchir des problématiques liées à l’utilisation d’une membrane et du stockage gazeux grâce à l’utilisation de réactifs liquides à température et pression ambiante. Les dimensions du canal (1-5 mm de large et 20-100 µm de haut) permettent un écoulement co-laminaire des deux réactifs et de l’électrolyte liquides dans un micro-canal contenant les électrodes. Les PCMs n'ont donc pas de membrane et leurs performances sont dirigées par le transport de charges et de masse.À ce jour, il est difficile de caractériser expérimentalement tous les phénomènes physiques qui ont lieu dans la PCM car les méthodes existantes sont plutôt basées sur la caractérisation électrochimique. Ces méthodes permettent d'avoir une caractérisation globale du système mais ne fournissent pas d'informations précises sur les phénomènes de transport de masse dans le canal. Pour étudier le transport de masse, la modélisation numérique est généralement utilisée et permet de simuler le champ de concentration et les performances de la PCM pour différentes architectures et conditions opératoires. Toutefois, l'utilisation de ces modèles repose sur la connaissance de paramètres in-situ tels que le coefficient de diffusion D et le coefficient de réaction k0. Dans les travaux numériques, ces paramètres sont généralement approximés, ce qui permet une appréhension plutôt qualitative des phénomènes de transport. De plus, ces études numériques n'ont à ce jour pas été vérifiées avec des études expérimentales.Ainsi, le principal verrou scientifique de cette thèse repose sur le développement de méthodes d'imagerie quantitatives pour la caractérisation du champ de concentration dans une PCM en fonctionnement.Pour répondre à ce besoin, une plateforme d'imagerie basée sur la spectroscopie ainsi que trois méthodes de caractérisation ont été développées dans cette thèse. Dans un premier temps, les travaux se sont concentrés sur le développement d'un banc de spectroscopie pour étudier le phénomène d'interdiffusion. Cette étude a permis d'estimer le coefficient de diffusion du permanganate de potassium dans l'acide formique. Ces solutions ont été spécifiquement choisies car ceux sont celle utilisées dans la PCM développées pour la suite de l’étude.Le banc de spectroscopie a ensuite été adapté pour étudier le champ de concentration 2D en régime permanent d'une PCM en fonctionnement. Un modèle analytique du transfert de masse (advection/réaction/diffusion) couplé au champ de concentration 2D a ainsi permis de déterminer le taux de réaction. Les variations de concentration mises en jeu étant parfois très faibles (quelques micro-moles), une autre technique de caractérisation a été mis en place pour diminuer le bruit de mesure.Afin d'améliorer le rapport signal sur bruit, une méthode basée sur la modulation du champ de concentration a été développée. La démodulation du signal a permis de réduire significativement le bruit et des concentrations de 20 µM ont ainsi été estimées. Un modèle analytique décrivant le champ modulé a été établi afin d'implémenter une méthode inverse. La méthode proposée a permis de retrouver le taux de réaction associé à la variation de concentration.En conclusion, les méthodes de caractérisation proposées dans cette thèse permettent d'estimer quantitativement le transfert de masse et la cinétique de réaction à partir du champ de concentration 2D d'une PCM en fonctionnement. Cette technique a été appliquée au PCM, mais elle peut être transférée à un système micrométrique dans lequel les phénomènes de diffusion-advection-réaction ont lieu.Fuel cells are devices that convert the energy stored in an oxidant and a reductant into electricity through electrochemical reactions. The most mature technology for this conversion is the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), but other alternative systems are emerging. In particular, microfluidic fuel cells (MFCs) have overcome the problems associated with the use of a membrane and gas storage by using liquid reagents at ambient temperature and pressure. The dimensions of the channel (1-5 mm wide and 20-100 µm high) allow co-laminar flow of the two liquid reagents and the electrolyte in a microchannel containing the electrodes. Therefore, PCMs do not need membrane to separate reactants and performances are driven by charge and mass transport.Experimental characterization of all the physical phenomena involved in PCMs is difficult because actuals methods are more based on electrochemical characterisation. These methods provide an overall characterisation of the system but they do not give precise information on the mass transport phenomena occurring in the channel. To investigate concentration field, numerical modelling is generally used. Numerical methods evaluate the impact of the geometry or the operating conditions on MFC performances. However, the use of these models relies on the knowledge of in-situ parameters such as the diffusion coefficient D and the reaction rate k0. In numerical studies, these parameters are generally approximated leading to a qualitative understanding of the transport phenomena. Furthermore, these numerical studies have not yet been verified by experimental studies.Thus, the main scientific challenge of this thesis is to develop quantitative imaging methods for characterising the concentration field in an operating PCM.To meet this need, an imaging platform based on spectroscopy and three characterisation methods were developed in this thesis. First of all, the work focused on developing an experimental setup based on spectroscopy to study the interdiffusion phenomenon. This study reports the estimation of the diffusion coefficient of potassium permanganate in formic acid. These solutions were specifically chosen because they are used in the PCM developed for the rest of the study.The imaging plateform was then adapted to study the in operando MFC 2D concentration field in steady-state. An analytical mass transfer model (advection/reaction/diffusion) coupled to the 2D concentration field was used to determine the reaction rate. As the concentration variations involved can be very small (few micro-moles), another characterisation technique was implemented to reduce the measurement noise.To improve the signal-to-noise ratio, a method based on modulation of the concentration field was developed. Demodulation of the signal significantly reduced the noise and concentrations of 20 µM were estimated. An analytical model describing the modulated field was established in order to implement an inverse method. The proposed method made it possible to recover the reaction rate associated with the concentration variation.To conclude, the proposed characterisation methods enable the estimation of the mass transfer and the reaction kinetics using the 2D concentration field from an in operando MFC. This technique has been applied to the MFC, but it can be transferred to a micrometric system in which diffusion-advection-reaction phenomena take place

Taking up the challenge of the glass transition by optical manipulations of molecules

Pourquoi la viscosité des liquides surfondus augmente-t-elle si brusquement à l'approche de la température Tg de transition vitreuse ? Cette transition dynamique peut s'expliquer, ou non, par une transition thermodynamique sous-jacente. L'une des prédictions fortes et spécifiques de RFOT (principale théorie thermodynamique) est le clouage aléatoire : il serait possible d'atteindre la phase de verre idéal en piégeant une fraction critique de molécules choisies au hasard dans la matrice vitreuse. On devrait alors observer une forte augmentation du temps de relaxation du système, même pour une fraction de molécules clouées très inférieure au seuil de percolation. Cette thèse a pour but de mesurer expérimentalement l'effet du clouage aléatoire sur un verre structural. Dans une matrice vitreuse organique, on mélange une petite quantité (environ 1%) de dérivés d'azobenzène, qui s'isomérisent et s'orientent sous l'effet de la lumière. L'orientation est créée et mesurée en temps réel par un montage optique pompe-sonde. La dynamique vitreuse est suivie, aussi en temps réel, par spectroscopie diélectrique. On observe une diminution significative du temps de relaxation structurale autour de Tg sous l'effet de la lumière. Grâce à de récentes prédictions faites par RFOT, nous interprétons cette diminution comme la photofluidisation produite par les isomérisations photo-induites des azobenzènes, qui diminuent les barrières d'énergie à franchir pour relaxer. Une étude numérique et expérimentale de la relaxation à l'échelle d'une hétérogénéité dynamique prouve que la dynamique est beaucoup influencée par le forçage par les isomérisations et la photofluidisation que par l'effet du clouage aléatoire. De plus, on montre qu'il serait possible de discriminer entre plusieurs lois de relaxation locale (Debye ou Havriliak-Negami, par exemple), mais que les limites de notre dispositif expérimental nous empêchent de conclure à ce propos. Enfin, on propose une manière de prendre en compte le forçage par les isomérisations et la photofluidisation en combinant nos mesures optiques et diélectriques pour en extraire l'effet du clouage aléatoire. On conclut que la relaxation vitreuse semble bien ralentie quand la fraction clouée augmente, et que l'expérience semble bien compatible avec les prédictions de RFOT sur le clouage aléatoire. Cela apporte un argument fort en faveur des théories thermodynamiques de la transition vitreuse.Why do supercooled liquids dynamics slow down so abruptly upon cooling towards the glass transition temperature Tg? This dynamic transition may (or not) be explained by an underlying thermodynamic transition. One of the strong and specific predictions of RFOT (the main thermodynamic theory) is random pinning: it should be possible to reach the ideal glass phase by pinning a critical fraction of molecules chosen at random in the glass matrix. A sharp increase in the relaxation time of the system should then be observed, even for a pinned fraction well below the percolation threshold. The aim of this thesis is to experimentally measure the effect of random pinning on a structural glass. In an organic glass matrix, we mix a small amount (around 1%) of azobenzene-grafted molecules, which isomerize and orient themselves under illumination. The orientation is created and measured in real time by a pump-probe optical setup. Glass dynamics is monitored, also in real time, by dielectric spectroscopy. We observe a significant decrease in structural relaxation time around Tg under illumination. Thanks to recent predictions made by RFOT, we interpret this decrease as photofluidization caused by photo-induced isomerizations of azobenzenes, which lower the free energy barriers. A numerical and experimental study of relaxation at the scale of a dynamic heterogeneity proves that the dynamics is much more influenced by the forcing by isomerizations and photofluidization than by the effect of random pinning. In addition, we show that it would be possible to discriminate between several local relaxation laws (Debye or Havriliak-Negami, for example), but that the limitations of our experimental set-up prevent us from reaching any conclusions in this respect. Finally, we propose a way of taking into account the forcing by isomerizations and the photofluidization by combining our optical and dielectric measurements to extract the effect of random pinning. We conclude that glassy relaxation does indeed appear to slow down as the pinned fraction increases, and that the experiment seems well compatible with RFOT's predictions of random pinning. This provides a strong argument in favor of thermodynamic theories of the glass transition

Hunting, fishing, animal husbandry and food in medieval and early modern times. Zooarchaeology of the western margins of the Holy Roman Empire, and the eastern margins of the Kingdom of France from the 13th to the 16th century

Mon travail explore les relations entre l'homme et l'animal, de la période médiévale à la période moderne, par l'analyse des restes osseux dans l'Est de la France, en contexte castral et urbain. Ce travail repose sur l'analyse de plus de 90.000 restes osseux d'animaux retrouvés sur les sites archéologiques. Ces vestiges proviennent de mammifères, d'oiseaux et de poissons.Le but de mes recherches est avant tout de dresser un tableau de l'alimentation carnée des franges aisées de la population - noblesse castrale ou riches bourgeois. Les grandes thématiques concernent l'histoire de la boucherie, les techniques de traitement des viandes, des poissons, les choix et interdits culinaires, l'approvisionnement des villes et la caractérisation sociale par les pratiques alimentaires. Interviennent aussi les possessions d'animaux en tant que bien luxueux tels les chiens constituant une meute de chasse, ou l'importation d'animaux exotiques.Ces analyses permettent également de mieux comprendre la spécialisation de chaque site, et de comparer ces sites entre eux pour une réflexion à l'échelle régionale. Les résultats archéozoologiques sont confrontés au contexte archéologique dans lequel ils ont été découverts. L'analyse des spectres fauniques obtenus permet d'observer les distinctions sociales au travers de l'alimentation, ainsi que leur évolution. Se poser des questions sur ces écarts au cours du temps, c'est aussi vérifier la pérennité de ces classes sociales privilégiées.My work explores the relationships between man and animal, from the medieval period to the modern period, through the analysis of skeletal remains in Eastern France, in a castral and urban context. This work is based on the analysis of more than 90,000 animal bone remains found on archaeological sites. These remains come from mammals, birds and fish.The aim of my research is above all to draw up a picture of the meat diet of the wealthy sections of the population - the castral nobility or the rich bourgeoisie. The main themes concern the history of butchery, the techniques for processing meat and fish, culinary choices and prohibitions, supplying cities and social characterization through food practices. Possessions of animals as luxury goods, such as dogs constituting a hunting pack, or the importation of exotic animals, also come into play.These analyzes also make it possible to better understand the specialization of each site, and to compare these sites with each other for reflection on a regional scale. The zooarchaeological results are compared with the archaeological context in which they were discovered. The analysis of the faunal spectra obtained makes it possible to observe social distinctions through diet, as well as their evolution. Asking questions about these gaps over time also means checking the sustainability of these privileged social classes

Nouvelles perspectives dans la compréhension de l'interaction entre la recristallisation et la transformation de phase pendant le recuit intercritique dans les aciers DP

La formation des microstructures est cruciale pour la sidérurgie. Pour les aciers Dual Phase (DP), utilisés dans l'automobile, celle-ci a lieu lors du recuit intercritique après le laminage à froid. Après la chauffe, la microstructure est composée de ferrite et d'austénite recristallisées. Lors du refroidissement, l'austénite se transforme partiellement en ferrite puis en martensite pour atteindre la microstructure ferrite/martensite finale. L'austénitisation est cruciale pour contrôler les fractions et tailles de phase finales et donc leurs propriétés mécaniques. De nombreuses études montrent que la vitesse de chauffe contrôle la cinétique de transformation et la morphologie de l'austénite ("collier" ou "bande"). Ces effets sont souvent attribués au chevauchement entre la recristallisation de la ferrite et la formation de l'austénite, mais les mécanismes sous-jacents restent controversés. En utilisant les progrès récents dans les expériences in situ sur les lignes de faisceaux synchrotron, ce travail de doctorat vise à proposer une nouvelle compréhension des interactions entre la recristallisation de la ferrite et la formation de l'austénite et à développer un modèle prédictif pour la cinétique de formation de l'austénite. Le développement expérimental principal de cette thèse est une nouvelle technique d'analyse basée sur la diffraction des rayons X de haute énergie pour suivre in situ la recristallisation et les transformations de phase pendant la phase de recuit, y compris à des vitesses de chauffe élevées. Notre nouvelle méthode, appelée Isolated Diffraction Spot Tracking (IDST), est d'abord validée pour étudier la recristallisation sur des aciers ferritiques modèles. Ces mesures in situ sont complétées par des observations des microstructures après traitements interrompus en microscopie (optique, microscopie électronique à balayage et à transmission), et par des mesures de chimie locale (spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie et de dispersion en longueur d'onde). Nous reproduisons d'abord des expériences pour étudier l'influence de la vitesse de chauffe sur l'acier étudié pendant le recuit intercritique. Dans celles-ci, le chevauchement entre la recristallisation de la ferrite et la formation de l'austénite est régi par la vitesse de chauffe. Ensuite, nous avons conçu des expériences pour décorréler l'effet de la vitesse de chauffe et ce chevauchement. La vitesse de chauffe est fixée pour maintenir les mêmes conditions pour les mécanismes thermo-activés, mais le micro-alliage au niobium et le taux de laminage à froid plus faible retardent la recristallisation de la ferrite. Ces expériences montrent que la cinétique de transformation de l'austénite n'est pas contrôlée par la recristallisation, mais par la seule condition thermodynamique de l'interface de transformation et peut-être par la distance de diffusion dans les microstructures. Enfin, une analyse thermocinétique détaillée des mécanismes de formation de l'austénite au cours du recuit intercritique est proposée sur la base de simulations DICTRA/Thermo-Calc et de notre travail expérimental. L'effet des éléments d'alliage mineurs sur la cinétique de croissance de l'austénite est étudié et un modèle prédictif pour la formation de l'austénite pendant le recuit intercritique est développé. Finalement, ce travail montre l'absence d'effet significatif de la concomitance des mécanismes étudiés sur la cinétique de formation de l'austénite au cours de la chauffe. Nous montrons que la cinétique de formation de l'austénite est contrôlée par la diffusion. La différence de cinétique de formation de l'austénite au cours de la phase de maintien est expliquée par des considérations microstructurales, affectant les distances de diffusion.The formation of microstructures is a crucial step for steelmakers. In the case of DP steels, used for automotive construction, this formation takes place during intercritical annealing after cold-rolling. During this thermal treatment, after the heating step, the microstructure is made of recrystallized ferrite and austenite. During cooling, the austenite partially transforms into ferrite and then into martensite to reach the expected final ferrite/martensite microstructure. The austenitization step is therefore crucial for the manufacturers of these steels, to control the final phase fractions and sizes and, consequently, their mechanical properties. Numerous studies show that the heating rate controls the transformation kinetics and the morphology of the austenite ("necklace" or "banded"), but the underlying mechanisms remains a bone of contention. The overlap between ferrite recrystallization and austenite formation is often made responsible for these effects, through different mechanisms. Using recent advances in in situ experiments on synchrotron beamlines, this PhD proposes a new insight in the understanding of the interactions between ferrite recrystallization and austenite formation and develops a predictive model for the austenite formation kinetics. The main experimental development of this thesis is a new coupled time-resolved analysis technique, based on in situ High-Energy X-Ray Diffraction to track recrystallization and phase transformations during the annealing phase, including at high heating speeds. Our new method, called Isolated Diffraction Spot Tracking (IDST), is first validated to study recrystallization on model ferritic steels. These in situ measurements are supplemented by observations of microstructures after interrupted treatments in microscopy (optical, Scanning Electron Microscopy and Transmission Electron Microscopy), and from local chemistry measurements (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy and Wavelength Dispersion Spectroscopy)We first reproduce experiments to study the influence of the heating rate on the studied steel during the intercritical annealing. In such experiments, the overlap between ferrite recrystallization and austenite formation is governed by the heating rate. To go further, we designed experiments to decorrelate the effect of the heating rate and this overlap. During these, the heating rate is fixed to maintain the same conditions for thermo-activated mechanisms, but the niobium micro-alloying and lower cold-rolling ratio are used to delay ferrite recrystallization. These experiments show unambiguously that austenite transformation kinetics is not controlled by the recrystallization, but by the sole thermodynamic condition of interfaces and maybe by the diffusion distance in the microstructures. Finally, we propose a detailed thermo-kinetics analysis of the mechanisms of austenite formation during the intercritical annealing based on DICTRA/Thermo-Calc simulations and on our experimental work. The effect of minor alloying elements on the austenite growth kinetics is investigated. This work finally proposes new predictive models for austenite formation during the intercritical annealing. This PhD work finally shows no significant effect of the concomitance of the two studied mechanisms on the austenite formation kinetics along the heating stage. We demonstrate that the austenite formation kinetics is diffusion-controlled. The difference in austenite formation kinetics along the holding stage is explained by microstructural considerations, affecting the diffusion distances

Optimization of the Ni-YSZ Fuel Electrode for a Better Stability of Solid Oxide Cell

La durabilité des Cellules à Oxyde Solide reste l'un des principaux problèmes limitant le déploiement à grande échelle de cette technologie. La température de fonctionnement élevée (700°C-850°C) ainsi que la polarisation peuvent induire une réactivité entre les composants de la cellule ainsi qu’une évolution de la microstructure des électrodes, en particulier en mode électrolyse (SOEC). Plus précisément, le cermet de Ni-YSZ, classiquement utilisé comme électrode à hydrogène est soumis à un grossissement local du Ni et à une redistribution sur une grande distance. En effet, une migration substantielle du Ni loin de l'interface électrolyte/cermet est généralement observée en mode électrolyse. Inversement, seul un léger enrichissement en Ni de l'interface électrolyte/électrode est détecté après un temps long de fonctionnement en mode pile à combustible. Cependant, le mécanisme sous-jacent à l’origine de la migration du Ni, est peu ou mal compris et fait l’objet de nombreuses études internationales. Cette thèse a donc été consacrée à la compréhension du mécanisme de migration du Ni, en utilisant une approche couplée expérimentale et de modélisation. Premièrement, un mécanisme a été proposé pour la migration du Ni qui prend en compte l'évolution de la double couche électrochimique et la mouillabilité du Ni sur la YSZ avec la polarisation de l'électrode. De plus, une série de tests de longues durées a été menée afin d'étudier l'effet des différentes conditions de fonctionnement sur l'évolution de la microstructure du Ni, y compris la caractérisation de la microstructure post-test. Ensuite, un modèle basé sur le mécanisme proposé a été développé dans un code d’éléments finis (COMSOL®), utilisant la théorie des champs de phase pour la prédiction de l'évolution de la migration du Ni. Le modèle de champ de phase a initialement été validé sur une microstructure simplifiée avant d'être appliqué à une microstructure réelle. Il convient de noter que le gradient de mouillabilité Ni/YSZ imposé comme conditions limites dans le modèle de champ de phase a été calculé à l'aide d'un modèle électrochimique calibré pour reproduire le comportement des cellules utilisées dans le cadre de cette thèse. Des simulations en modes SOEC et SOFC dans les conditions des tests de durabilité (-/+1 A.cm-², 750°C), pour 2000h, ont été lancées puis les résultats ont été discutés à la lumière de la bibliographie et confrontés aux reconstructions expérimentales des électrodes. Finalement, la pertinence du mécanisme proposé a été confirmée par le bon accord entre les simulations et les données expérimentales.The Solid Oxide Cells durability remains one of the main issue limiting the large-scale deployment of this technology. The high operating temperature (700°C-850°C) and polarization can induce reactivity between the cell components or microstructure evolution in the electrodes especially in electrolysis mode (SOEC). Specifically, the classical Ni-YSZ cermet used as hydrogen electrode is subjected to Ni local coarsening and redistribution over large distance. Indeed, a substantial Ni migration away from the electrolyte/cermet interface is generally observed in electrolysis mode. Conversely, only a slight Ni enrichment of the electrolyte/electrode interface is detected for long-term operation in fuel cell mode. However, the underlying mechanism for the Ni migration remains unclear. Therefore, this thesis has been dedicated to the understanding of the Ni-migration using a coupled experimental and modelling approach. For this purpose, a mechanism has been proposed for Ni migration that takes into account the evolution of the electrochemical double layer and the Ni wettability on YSZ, with the electrode polarization. Besides, a series of long-term tests have been conducting in order to investigate the effect of the different operating conditions on the evolution of the Ni microstructure including post-test microstructural characterization. Then, a model based on the proposed mechanism has been developed in a finite element code (COMSOL®) using the phase-field theory to predict the evolution of the Ni migration on real microstructures. The phase-field model has been first validated on a simplified microstructure before been applied to a real one. It is worth noting that the gradient in Ni/YSZ wettability imposed as boundary conditions in the phase-field model have been computed with an electrochemical model calibrated to reproduce the behaviour of the cells used in this work. Phase-field simulations in SOEC and SOFC modes in the conditions of the experiments for 2000h (-/+1 A/cm², 750°C) have been launched and the results discussed in the light of the bibliography and confronted to the experimental electrode reconstructions. The good agreement between the simulations and the experimental data tends to prove the relevance of the proposed mechanism

Toxoplasma gondii : identification by inverse docking on the molecular targets of active compounds derived from natural products

Les écorces d’arbres, co-produit de la sylviculture, constituent une source abondante et durable de substances naturelles. Toxoplasma gondii est le parasite responsable de la toxoplasmose, présentant une menace chez les fœtus, les nouveau-nés et les personnes immunodéprimées. Les thérapies actuelles, limitées et mal tolérées, font désormais face à des phénomènes de chimiorésistance. Ce travail de thèse a pour but d’explorer l’espace chimique associé aux écorces d’essences champardennaises, et les cibles protéiques essentielles à T. gondii. Une première évaluation in silico par docking inverse (AMIDEv2.0) a été réalisée afin d’identifier la cible biologique de triterpènes dérivés de la bétulone, isolés de l’Aulne glutineux ayant montré une activité anti-toxoplasmose in vitro. La CDPK3 a été identifiée comme étant la cible la plus probable parmi 87 protéines de T. gondii. Puis, une protéothèque de 25 structures protéiques 3D essentielles à la survie du parasite, 19 ayant été modélisées par homologie, a été constituée. Les composés de la Chimiothèque Nationale Essentielle ont été évalués ensuite sur cette protéothèque en utilisant AMIDEv2.0. Deux protéines ont été identifiées comme de potentielles cibles, dont ATG3, une structure reconstruite à partir d'homologues avec un pourcentage d'identité inférieur à 50%. Deuxièmement, les écorces du Mélèze d'Europe, dont l’extrait n-heptane avait démontré une activité significative (58 % d’inhibition de croissance parasitaire à 100 µg/ml), ont été soumises à un profilage chimique impliquant un fractionnement par Chromatographie de Partage Centrifuge et de déréplication combinant les données issues de la résonance magnétique nucléaire et de la spectrométrie de masse. Les outils VersaDB et CATHEDRAL ont été développés pour faciliter la création de bases de données modulables et l’évaluation du niveau de confiance des annotations. 52 molécules ont ainsi pu être annotées et associées à un score de confiance. En parallèle, des tests in vitro ont démontré que 2 des 12 fractions CPC, majoritairement composées de terpènes, inhibaient à plus de 40% la survie du parasite à 25 µg/ml. Les composés annotés chez L. decidua ont été soumis à AMIDEv2.0. Le croisement des résultats in vitro et in silico, reposant sur le calcul d'un score d'activité biologique, a mis en évidence l'acide 7-oxo-déhydroabiétique et l'acide daniellique, fortement corrélés à l'activité inhibitrice in vitro des écorces. La CDPK1 et la protéine SET containing Protein ont été identifiées comme leurs cibles protéiques probables, fournissant ainsi de premières informations sur leurs mécanismes d'action. Ces deux hits font actuellement l’objet d’une évaluation in vitro afin d’attester l’efficacité de la démarche développée au cours de ces travaux de thèse.Tree barks, by-product of forestry industry, constitute an abundant and sustainable source of natural compounds. Toxoplasma gondii is the parasite responsible for toxoplasmosis, posing a threat to fetuses, newborns, and immunocompromised individuals. The current therapeutics, limited and poorly tolerated, are now confronted to chemoresistant phenomena. This doctoral project aims to explore the chemical space associated with tree barks from the Champagne-Ardenne region, as relevant protein targets to fight T. gondii. An initial in silico evaluation using reverse docking (AMIDEv2.0) was carried out to identify biological target for triterpenes derived from betulone, isolated from the European alder, which had exhibited in vitro anti-toxoplasmosis activity. Among 87 proteins of T. gondii, CDPK3 was identified as the most probable target. Subsequently, a bank of 25 essential 3D protein structures for parasite survival, including 19 homology-modeled structures, was compiled. Thereafter, compounds from the Essential National Chemical Library were screened against this protein bank, using AMIDEv2.0. Two proteins were identified as potential targets; one of them was ATG3, a protein structure modeled from homologs with less than 50% identity. Subsequently, the barks of European Larch, whose n-heptane extract had shown significant activity (58% inhibition of parasitic growth at 100 µg/ml), were subjected to a chemical profiling. First, through a fractionation process using Centrifugal Partition Chromatography, and then a dereplication approach combining data from nuclear magnetic resonance and mass spectrometry. Tools like VersaDB and CATHEDRAL were developed to facilitate the creation of custom-databases and assess the confidence level of annotations. 52 molecules were annotated and associated with a confidence score. Simultaneously, in vitro tests demonstrated that 2 out of the 12 CPC fractions, primarily composed of terpenic derivatives, inhibited the parasite's survival by more than 40% at 25 µg/ml. Ultimately, the annotated compounds from L. decidua were subjected to AMIDEv2.0. The overlap between in vitro and in silico results highlighted 7-oxo-dehydroabietic acid and daniellic acid, strongly correlated with the in vitro inhibitory activity of the barks. CDPK1 and the SET-containing Protein are likely protein targets for these two ligands, thereby providing initial insights into their mechanism of action. These two hits are currently undergoing in vitro evaluation to verify the efficiency of developed approach during this doctoral project

Fatty acids synthesized in specialized cells remotely influence oocyte activation in Drosophila

Une étude statistique de l'organisation mondiale de la santé a révélé qu'un adulte sur six est concerné par des problèmes d'infertilité. Ce sujet majeur de nos sociétés est complexe, multifactoriel avec une évolution à l'échelle mondiale qui est difficile à évaluer. Il est donc essentiel de mener davantage de recherche pour mieux comprendre l'évolution de l'infertilité, mais aussi les mécanismes cellulaires et moléculaires conduisant à une bonne fertilité.Fortuitement, un crible génétique des enzymes responsables de la synthèse des acides gras dans des cellules spécialisées de la drosophile a déclenché un phénotype de stérilité. Ces cellules spécialisées que l'on nomme oenocytes sont essentielles aux métabolismes des acides gras et impliquées dans de nombreux processus tels que l'homéostasie lipidique, la protection contre la dessication et la communication phéromonale.Mes travaux montrent que la synthèse d'un ou plusieurs acides gras à très longue chaîne dans les oenocytes est indispensable à la fertilité des femelles et que le défaut de cette synthèse provoque une rétention des spermatozoïdes dans les organes de stockage, spermathèques et réceptacle séminal. J'ai montré que le phénotype de stérilité n'est pas lié à un défaut d'activité des spermatozoïdes et qu'ils fertilisent efficacement les ovocytes matures. En revanche mes résultats indiquent que les oeufs présentent un défaut d'activation empêchant leur développement.Chez les insectes l'activation de l'ovocyte mature qui permet le développement embryonnaire ne dépend pas de l'entrée du spermatozoïde comme chez les mammifères. Cette activation est déclenchée par un signal calcique lors du passage dans les voies génitales femelles. L'ensemble de mes résultats montrent pour la première fois qu'un signal lipidique extra-génital provoque l'activation des ovocytes matures permettant ainsi l'induction du développement embryonnaire.A statistical study by the World Health Organization revealed that one adult over six is affected by infertility problems. This major social issue is complex and multifactorial, with worldwide trends that are difficult to assess. It is therefore essential to carry out more research to better understand not only the evolution of infertility, but also the cellular and molecular mechanisms leading to efficient fertility.Serendipitously, we discovered that a genetic screen to enzymes responsible for fatty acid synthesis in specialized Drosophila cells provoked a sterile phenotype. These specialized cells, called as oenocytes, are essential for fatty acid metabolism, and are involved in numerous processes, including lipid homeostasis, protection against desiccation and pheromonal communication.My work shows that the synthesis of one or more very long-chain fatty acids in oenocytes is essential for female fertility, and that a defect in this synthesis causes spermatozoa to be retaintion in the storage organs, spermathecae and seminal receptacle. I have shown that the sterility phenotype is not linked to a defect in sperm activity, and that sperm fertilize mature oocytes efficiently. On the other hand, my results indicate that the eggs show an activation defect preventing their development.In insects, activation of the mature oocyte, which leads to embryonic development, is not dependent on sperm entry as in mammals. This activation is triggered by a calcium signal while the oocyte moves through the female genital tract. Taken together, my results show for the first time that an extra-genital lipid-signal triggers the activation of mature oocytes, thus enabling the induction of embryonic development

Exploitation de la dynamique non-linéaire dans des chaînes « mass-in-mass » pour la conception de métamatériaux

Les phénomènes de bruits et de vibrations peuvent être avantageusement exploités, par exemple, pour récupérer leur énergie afin d'alimenter des capteurs déportés, pour surveiller l'intégrité des structures, pour augmenter la précision de mesure d'accélération ou de masse infime de dispositifs médicaux. Exploiter ces phénomènes nécessite avant tout de maîtriser leurs effets afin d'induire des réponses spécifiques. Des stratégies telles que le couplage d'absorbeurs au système principal ou la conception de matériaux aux comportements sur mesure peuvent être utilisées pour atténuer les oscillations et réguler les comportements vibratoires. Cette recherche se concentre sur les interactions entre les cellules "mass-in-mass" non linéaires et la modélisation de leurs comportements, et se veut ainsi une étape préliminaire vers la création de nouveaux types de métamatériaux non linéaires à comportement prédéfini. Cela englobe des développements analytiques et numériques, ainsi que des études d'optimisation visant à ajuster de manière précise les paramètres de conception de la non linéarité explorée dans cette étude.This thesis focuses on the interactions of nonlinear mass-in-mass cells and on modeling their behaviors, serving as a preliminary step towards the creation of new types of nonlinear metamaterials with designed behaviors. During this investigation, a specific piecewise nonlinearity is explored, initially in a single mass-in-mass cell and, subsequently, in a chain of coupled cells. For the latter, certain approximations are applied to transition from the discrete to the continuous domain and to study the behavior of the chain in the vicinity of one of its arbitrary modes. Both fast and slow dynamics are unveiled for the single cell and the chain, providing design tools to tune parameters of the piecewise nonlinearity. Moreover, a stochastic optimization study is conducted to design a mass-in-mass meta-cell. Given the mechanical complexity of implementing the explored nonlinearity in this thesis, an experimental study is performed on a programmable electroacoustic loudspeaker