An analytical model for azimuthal thermoacoustic modes in an annular chamber fed by an annular plenum

This study describes an analytical method for computing azimuthal modes due to flame/acoustics coupling in annular combustors. It is based on a quasi-one-dimensional zero-Mach-number formulation where N burners are connected to an upstream annular plenum and a downstream chamber. Flames are assumed to be compact and are modeled using identical flame transfer function for all burners, characterized by an amplitude and a phase shift. Manipulation of the corresponding acoustic equations leads to a simple methodology called ANR (annular network reduction). It makes it possible to retain only the useful information related to the azimuthal modes of the annular cavities. It yields a simple dispersion relation that can be solved numerically and makes it possible to construct coupling factors between the different cavities of the combustor. A fully analytical resolution can be performed in specific situations where coupling factors are small (weak coupling). A bifurcation appears at high coupling factors, leading to a frequency lock-in of the two annular cavities (strong coupling). This tool is applied to an academic case where four burners connect an annular plenum to a chamber. For this configuration, analytical results are compared with a full three-dimensional Helmholtz solver to validate the analytical model in both weak and strong coupling regimes. Results show that this simple analytical tool can predict modes in annular combustors and investigate strategies for controlling them

Fluorescent Tobacco mosaic virus-Derived Bio-Nanoparticles for Intravital Two-Photon Imaging

Multi-photon intravital imaging has become a powerful tool to investigate the healthy and diseased brain vasculature in living animals. Although agents for multi-photon fluorescence microscopy of the microvasculature are available, issues related to stability, bioavailability, toxicity, cost or chemical adaptability remain to be solved. In particular, there is a need for highly fluorescent dyes linked to particles that do not cross the blood brain barrier (BBB) in brain diseases like tumor or stroke to estimate the functional blood supply. Plant virus particles possess a number of distinct advantages over other particles, the most important being the multi-valency of chemically addressable sites on the particle surface. This multi-valency, together with biological compatibility and inert nature, makes plant viruses ideal carriers for in vivo imaging agents. Here, we show that the well-known Tobacco mosaic virus is a suitable nanocarrier for two-photon dyes and for intravital imaging of the mouse brain vasculature

A simple analytical model to study and control azimuthal instabilities in annular combustion chambers

International audienceThis study describes a simple analytical method to compute the azimuthal modes appearing in annular combustion chambers and help analyzing experimental, acoustic and large eddy simulation (LES) data obtained in these combustion chambers. It is based on a one-dimensional zero Mach number formulation where N burners are connected to a single annular chamber. A manipulation of the corresponding acoustic equations in this configuration leads to a simple dispersion relation which can be solved by hand when the interaction indices of the flame transfer function are small and numerically when they are not. This simple tool is applied to multiple cases: (1) a single burner connected to an annular chamber (N = 1), (2) two burners connected to the chamber (N = 2), and (3) four burners (N = 4). In this case, the tool also allows to study passive control methods where two different types of burners are mixed to control the azimuthal mode. Finally, a complete helicopter chamber (N = 15) is studied. For all cases, the analytical results are compared to the predictions of a full three-dimensional Helmholtz solver and a very good agreement is found. These results show that building very simple analytical tools to study azimuthal modes in annular chambers is an interesting path to control them

Synthèse de dérivés C60-Oligophénylènevinylènes pour des applications dans le domaine des matériaux organiques

Ce travail s'articule autour de l'élaboration et la synthèse de briques élémentaires conjuguées solubles, constituées par le motif Oligophénylènevinylène (OPV). La modification chimique de ces synthons a permis leur organisation en phase condensée sous forme de cristaux liquides. Le mésomorphisme obtenu résulte de l'utilisation d'interactions non-covalentes telles que la liaison hydrogène, la coordination autour d'un centre métallique ou les interactions faibles de type Van der Waals. Ce dernier se traduit par une organisation de type colonnaire des espèces supramoléculaires. Ces oligomères ont été également connectés à des molécules photo-actives telles que la phénanthroline ou le fullerène C60. Des propriétés électroniques originales ont été observées sur ces dyades moléculaires. Un nouveau concept pour la conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique, fondé sur des systèmes Accepteur-Donneur C60-OPV, est présenté. La préparation de cellules photovoltaïques plastiques incorporant de tels systèmes révèle que sous illumination, le matériau est à la fois capable de générer des charges et des trous, et de les transporter au sein du dispositif, créant ainsi un photocourant. Les dérivés OPVs se sont aussi révélés être propices à la synthèse de molécules dendritiques à effet d'antenne. La fonctionnalisation des branches dendrimères sur un cœur central C60 permet de canaliser et concentrer l'énergie lumineuse captée en périphérie par les dendrons vers la sphère de carbone. Ce processus est exploité pour l'élaboration de matériaux présentant des propriétés en limitation optique.This work deals with the elaboration and the synthesis of building blocks based on the Oligophenylenevinylene (OPV) framework. Chemical modifications of these synthons lead to their organisation in the condensed phase in the form of liquid crystals. The obtained mesomorphism arises from the use of non-covalent interactions such as hydrogen bonding, coordination around a metal centre, or weak Van der Waals interactions. A columnar organisation of the supramolecular species is observed. These oligomers have been attached to photo-active molecules such as phenanthroline or fullerene C60. Original electronic properties have been observed for these molecular dyads. A new concept for the conversion of the light energy into electrical energy, based on Acceptor-Donnor systems, is presented. The preparation of photovoltaic plastic cells which incorporate these systems shows that under light irradiation the material is able to generate electrons and holes, and also to transport them in the device, thus a photocurrent is obtained. The OPV derivatives were used for the synthesis of light harvesting dendritic macromolecules. Their functionalization with C60 channels the absorbed energy by peripheral dendrons to the central core. This process is used to elaborate materials for optical limiting applications.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Ingénierie moléculaire de fluorophores absorbants biphotonique pour des applications biologiques

La fluorescence excitée à deux photons est actuellement largement utilisée pour l imagerie de tissus biologiques, mais la faible sensibilité des fluorophores utilisés en microscopie confocale (excitation à un photon) à une excitation à deux photons (ADP) rend nécessaire la conception et la synthèse de nouveaux fluorophores spécifiques pour la microscopie de fluorescence par excitation bi-photonique (MFEB). Mon travail de thèse a ainsi porté sur l ingénierie moléculaire (conception, synthèse et caractérisations) de nouveaux fluorophores pour la MFEB. Nous nous sommes particulièrement intéressés à des systèmes unidimensionnels (1D) de petite taille comportant des systèmes p étendus autour d un cœur rigide (dicétopyrrolopyrrole ou DPP) et entourés de différents systèmes électro-actifs. Nous avons modifié par la suite les fluorophores précédents de manière à pouvoir les conjuguer à des molécules d intérêt biologique, comme des protéines. Ces fluorophores bio-conjugables ont été greffés sur un peptide du virus HIV étudié au laboratoire : TAT (Trans-Activator of Transcription). L imagerie par microscopie biphotonique a été effectuée avec succès sur des cellules HeLa. Nous nous sommes ensuite tourné vers la mise au point de nouvelles sondes multimodales pour associer la MEBP à une autre modalité d imagerie : la résonance magnétique nucléaire et la microscopie électronique (imagerie corrélative). Pour ce faire nous avons développé des colorants fluorescents par excitation bi-photonique comportant une entité paramagnétique ou dense aux électrons (nanoparticules de magnétite, ion gadolinium III ou atomes lourds comme le platine et l or).Two-photon induced fluorescence is nowadays widely used for the imaging of biological tissues. The classical fluorophores used in confocal microscopy exhibit low sensitivity to two-photon excitation for the two-photon excitation microscopy (TPEM), led the researchers towards the development of new fluorophores, specifically engineered for TPEM. This manuscript describes our work on conception, synthesis and characterizations of new one-dimensional fluorophores based on dicétopyrrolopyrrole (DPP) central core, surrounded by various electro-active systems through p conjugated systems. We also modified such fluorophores to be able to conjugate them to molecules of biological interest, such as proteins. These bio-conjugable fluorophores were grafted on a peptide of HIV virus studied in our laboratory: TAT (Trans-Activator of transcription). The imaging by TPEM was successfully performed on HeLa cells. In addition we developed new multimodal probes for the correlative light electronic microscopy and for the correlative imaging fluorescence microscopy/ Magnetic resonance imaging (MRI). Theses multimodal probes associate a fluorescent moiety based on the DPP core associated to a paramagnetic or electron dense entity (magnetite nanoparticles, gadolinium III or heavy atoms such as platinum or gold).STRASBOURG-Bib.electronique 063 (674829902) / SudocSudocFranceF

Ingénierie, synthèse et caractérisation de nouveaux chromophores absorbants multiphotoniques (Applications en imagerie biologique)

L imagerie biologique par microscopie à deux photons (MDP)est de plus en plus utilisée actuellement pour explorer les structures des cellules, ainsi que leur mode de fonctionnement. Récemment cette technique a trouvé de nombreuses applications dans le domaine biomédical (imagerie cellulaire et du petit animal. La MDP tire avantage du phénomène d absorption à deux photons (ADP), caractérisé par la dépendance quadratique de la probabilité d absorption simultanée de deux photons en fonction de l intensité lumineuse du laser, ce qui fait que l émission ne se produit qu au point focal du système optique. Pour l amélioration de cette technique, la contribution du chimiste consiste en l élaboration de nouveaux colorants ayant une section efficace d ADP ( 2) élevée. La compatibilité biologique et la non-toxicité de ces colorants sont deux caractéristiques importantes. L objectif de ce travail est donc l élaboration et la caractérisation de nouveaux chromophores absorbants multiphotoniques, solubles dans l eau pour l imagerie biologique. La MDP peut être combinée à un autre type d imagerie comme l Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) ou avec un thérapie particulière comme par exemple la Thérapie par Capture de Neutron par le Bore (BNCT). Pour ce faire, des chromophores contenant des hétéroatomes spécifiques des propriétés s ajoutant à l ADP (gadolinium et bore) ont été conçus, synthétisés et caractérisés.Cellular imaging is more and more used for the investigation of cells structures, functions and communications. For that purpose, fluorescence confocal microscopy has become a routine technique since it permits to investigate the details of a variety of physiological behaviors in the cell. More recently two-photon excited microscopy (TPEM) has emerged in biomedical research, for example in cellular and small animal imaging. This method takes advantages of the nonlinear optical (NLO) properties of chromophores: the emission occurs only at the focal point of the laser (quadratic dependence upon intensity) and the laser used induces a low bleaching out of focus (use of IR light instead of the more energetic UV light). Wide efforts are therefore being undertaken in order to develop chromophores with high two-photon absorption cross-section ( 2), good fluorescence efficiency, and low bleaching. The aim of our research is the elaboration and characterization of new water-soluble chromophores, optimized for two-photon induced fluorescence in biological systems for bio-imaging. This technique (TPEM) can be combined to other type of imaging like the Magnetic Resonance Imaging (MRI) or some kind of therapy like Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). For these aims, chromophores containing paramagnetic atom (gadolinium in our case) and boron atoms were designed, synthesized an characterized.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Fullerènes et complexes de cuivre ( I ) de la 1,10-Phénanthroline pour l'élaboration de dendrimères à propriétés électroniques originales

Ce travail traite de la synthèse de nouveaux dendrimères et de leurs propriétés originales. Plusieurs séries de dendrimères ont été préparées. Un C60 a tout d'abord été placé au cœur de branches dendritiques hydrosolubles dont nous avons mis au point la synthèse : l'isolement progressif du cœur par les branches a alors été observé en étudiant l'évolution du temps de vie du premier état excité triplet du C60, propriété fortement dépendante du milieu extérieur. Ces branches ont également été utilisées pour accroître l'affinité d'un récepteur macrocyclique, le cyclotriveratrylène, avec le C60 permettant ainsi la solubilisation du fullerène en milieu aqueux dans la perspective d'applications biologiques. Enfin ces branches hydrosolubles ont été associées à un fullerodendrimère hydrophobe : le dendrimère obtenu dispose d'un parfait équililibre hydrophile/hydrophobe indispensable à la stabilité de films de Langmuir-Blodgett. Une dernière série de dendrimère dont le cœur est un complexe de cuivre (I) de la 1,10-phénanthroline a été préparé et les difficultés d'accès au cœur cuivreux grandissantes avec la génération dendritique ont été mesurées par deux techniques : l'électrochimie et la cinétique de démétallation du complexe par le cyanure. Enfin, les deux systèmes photoactifs et électroactifs étudiés ont été réunis au sein d'une même molécule : la nouvelle dyade C60/complexe de cuivre (I) de la 1,10-phénanthroline préparée donne lieu à un transfert d'électron photo-induit original.This work deals with the preparation of new dendrimers with unusual properties. Several series of dendrimers have been prepared. Firstly, C60 has been functionalized with new hydrophilic dendritic branches: the progressive isolation of the C60 core by these branches has been observed by studying the evolution of the first excited triplet lifetime of the fullerene chromophore. This is known to be very environment-dependant. The hydrophilic dendritic wedges have also been attached to a macrocyclic receptor (cyclotriveratrylene) of C60 allowing its solubilisation in aqueous medium, which is necessary for biological applications. In addition, these hydrophilic branches have been connected to hydrophobic fullerodendrons : the resulting diblock dendrimer provides a perfect hydrophobic/hydrophilic balance capable of stabilizing Langmuir films at the air-water interface. Another series of dendrimers in which the core is a copper complex of 1,10-phenanthroline has been prepared. The increased difficulty of accessing the core with the dendritic generation was examined by two techniques : electrochemistry and the kinetics of demetallation of the complex by cyanides. Finally, we have combined the two chomophores in one molecule : a new dyad C60/Cu(I)-bis-phenanthroline complex has been synthesised and its ability for photo-induced electron transfer investigated.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Synthèse et caractérisation de groupements protecteurs photolabiles à deux photons (Applications biologiques)

L objet de cette thèse a été la synthèse et la caractérisation de nouveaux groupements protecteurs photolabiles par excitation bi-photonique. De nombreuses molécules (cages) ont été mise au point par d ingénierie moléculaire de leurs propriétés photophysique et photochimique. Les différents groupements protecteurs ont par la suite été couplés au glutamate puis testés sur des cultures de neurone. L efficacité du photoclivage par excitation biphotonique est de un à deux ordres de grandeur supérieure à celle des composés commerciaux.The synthesis and the characterization of new two-photon photolabile protecting group is described in this work. Twelve molecules (cages) have been developed, following an innovative molecular engineering method. The photophysical and photochemical properties were fully characterized. These different photolabile protecting group coupled to glutamate has then been tested on neuronal culture and showed a very high efficiency.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

L'édification des cônes de déjection en zone de montagne : intérêts paléoenvironnemental et hydrogéologique, contribution typologique

Les cônes de déjection constituent un élément fondamental du paysage des vallées de montagne. Une étude détaillée de deux cônes de déjection des Alpes d'Isère et de Savoie, basée sur des entrées géomorphologiques, géologiques et hydrogéologiques, a permis d'apporter des précisions sur les modalités de formation des cônes de déjection et sur leur comportement hydrogéologique. Ceci a conduit à mener une réflexion rapide sur l'introduction de nouveaux critères pour la typologie des cônes de déjection en régions de montagne. En associant les sédiments d'un cône de déjection issus d'une vallée latérale à ceux de la vallée principale, on peut appréhender l'agencement spatial des formations, en déduire leur constitution interne et établir la chronologie relative de la mise en place des corps sédimentaires. Il est ensuite possible de construire des modèles simples de sédimentation, propres à chaque famille typique de cônes, qui respectent la chronologie des dépôts et montrent l'organisation spatiale des ensembles sédimentaires. Ces modèles schématiques permettent d'isoler les réservoirs potentiels. En y ajoutant les éléments de la recharge des aquifères, on peut cerner les modalités de leur fonctionnement hydrogéologique