Dans le but d'établir un modèle prédictif pour la croissance tumorale in-vivo et la thérapie, le modèle multi-échelle doit être élaboré et calibré par étape et de façon individuelle pour chaque type de cellule ciblé et pour di érents environnements (in-vitro et in-vivo). Nous présenterons, en tant que preuve de concept et à partir de di érentes sources de données, les étapes de la construction et de la paramétrisation du modèle de la croissance avasculaire des lignées de cellules EMT6/Ro et SK-MES-1. Dans une première étape, un modèle multi-échelle à base d'agents a été construit et validé avec des données provenant de la littérature sur les sphéroïdes multicellulaires de carcinomes mammaires de souris EMT6/Ro. Pour cette lignée de cellules, il a pu prédire que la cinétique de croissance est contrôlée par une combinaison de contraintes spatiales et de limitation des nutriments. Il a été trouvé que l'ATP est la ressource critique que les cellules essayent de garder constante en permutant d'un métabolisme aérobique à anaérobique et ce pour de larges plages de concentrations d'oxygène et de glucose. La saturation de la croissance a été observé uniquement dans le cas de faibles concentrations d'oxygène et de glucose ce que le modèle a pu expliqué par une migration guidée par l'adhésion de cellule à cellule. Dans une seconde étape, le modèle a été adapté à la lignée cellulaire SK-MES-1. Nous avons calibré la cinétique de croissance qualitativement en analysant des images de cryosections de sphéroïdes marquées pour l'apoptose et la prolifération et quantitativement en la comparant des courbes de croissance. Au delà de l'ATP, le lactate a été identi é comme contrôlant la taille du noyau nécrotique. Pour rendre compte de la situation in-vivo, nous proposons une extension du modèle qui prend en compte un réseau de vaisseaux sanguins et le phénomène de l'angiogenèse associé. A n de paramétrer les propriétés des vaisseaux fonctionnels et dans le but de valider les lois de l'angiogenèse, nous menons à partir d'images de perfusion d'agents de contraste une étude de sensibilité aux paramètres. Dans un premier temps, nous résolvons le problème direct de la perfusion des agents de contraste dans un réseau de vaisseaux perméables ou non. Ensuite, nous résolvons le problème inverse rigoureusement et, grâce à des comparaisons directes entre les paramètres originaux et ceux récupérés, nous étudions la capacité de prédiction du modèle dans di érents cas.

Les crises épileptiques sont des épisodes paroxysmiques d'activité cérébrale hypersynchrone. Ce travail de thèse s'attache à examiner les mécanismes de propagation des crises d'épilepsie sur une échelle temporelle lente et une grande échelle spatiale dans le cerveau humain et à les appliquer au contexte clinique. Chez les patients souffrant d'épilepsie partielle réfractaire, les crises débutent dans certaines régions localisées du cerveau, dénommées zone épileptogène, avant de recruter des régions distantes. Le succès de l'ablation chirurgicale de la zone epileptogène dépend principalement de sa délimitation adéquate, un problème souvent épineux en pratique clinique. À cela s'ajoute notre compréhension parcellaire des mécanismes à l'origine des crises et de leur propagation. Nous utilisons un modèle mathématique de masse neuronale reproduisant le décours temporel de l'activité moyenne critique et intercritique d'une région cérébrale, guidé de manière autonome par une variable permittive lente. Nous introduisons tout d'abord un couplage permittif lent entre ces masses neuronales, afin de révéler l'importance de la variété lente dans le recrutement des régions cérébrales dans la crise. Nous présentons ensuite un pipeline de traitement des données structurelles et de diffusion IRM pour reconstruire automatiquement le cerveau virtuel d'un patient. Nous utilisons ensuite une analyse de stabilité linéaire et la connectivité large-échelle pour prédire la zone de propagation. Nous appliquons notre méthode à un jeu de données de 15 patients épileptiques et démontrons l'importance du connectome pour prédire la direction de propagation des crises. / Epileptic seizures are paroxysmal hypersynchronizations of brain activity, spanning several temporal and spatial scales. In the present thesis, we investigate the mechanisms of epileptic seizure propagation on a slow temporal and large spatial scale in the human brain and apply them to a clinical context. For patients with partial refractory epilepsy, seizures arise from a localized region of the brain, the so-called epileptogenic zone, before recruiting distant regions. Success of the resective surgery of the epileptogenic zone depends on its correct delineation, which is often difficult in clinical practice. Furthermore, the mechanisms of seizure onset and recruitment are still largely unknown. We use a mathematical neural mass model to reproduce the time course of interictal and ictal mean activity of a brain region, in which the switching between these states is guided by an autonomous slow permittivity variable. We first introduce a slow permittivity coupling function between these neural masses, hypothesizing the importance of the slow manifold in the recruitment of brain regions into the seizure. Before exploring large-scale networks of such coupled systems, we present a processing pipeline for automatic reconstruction of a patient's virtual brain, including surface and connectivity (i.e., connectome), using structural and diffusion MRI, and tractography methods. Using linear stability analysis and large-scale connectivity, we predict the propagation zone. We apply our method to a dataset of 15 epileptic patients and establish the importance of the connectome in determining large-scale propagation of epileptic seizures.

Submitted by Marcel Ribeiro Padinha (marcelpadinha@yahoo.com.br) on 2018-05-30T15:45:53Z No. of bitstreams: 1 TESE MARCEL RIBEIRO PADINHA.docx: 87826399 bytes, checksum: faec3465eae91622cbf9b36f2b6c9bca (MD5) / Rejected by ALESSANDRA KUBA OSHIRO ASSUNÇÃO (alessandra@fct.unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: - Foram feitas duas submissões, deixar apenas uma; - O arquivo com a tese final deve ser em pdf; - A ficha catalográfica deve ser revisada por um bibliotecário. Entrar no site da biblioteca para saber como proceder (http://www.fct.unesp.br/#!/biblioteca2340/servicos/elaboracao-de-ficha-catalografica/). Agradecemos a compreensão. on 2018-05-30T17:37:53Z (GMT) / Submitted by Marcel Ribeiro Padinha (marcelpadinha@yahoo.com.br) on 2018-06-04T15:44:14Z No. of bitstreams: 1 TESE MARCEL RIBEIRO PADINHA.output.pdf: 9718780 bytes, checksum: cfd5823c871c9ad1bbc2c7a1abb76b9f (MD5) / Approved for entry into archive by ALESSANDRA KUBA OSHIRO ASSUNÇÃO (alessandra@fct.unesp.br) on 2018-06-04T20:32:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 padinha_mr_dr_prud.pdf: 9718780 bytes, checksum: cfd5823c871c9ad1bbc2c7a1abb76b9f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-04T20:32:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 padinha_mr_dr_prud.pdf: 9718780 bytes, checksum: cfd5823c871c9ad1bbc2c7a1abb76b9f (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Cette thèse a analysé les impacts socio-spatiaux sur les échelles de vie des personnes affectées par un «grand projet», le HPP de Belo Monte, construit sur la rivière Xingu, en Amazonie brésilienne. Ces « grands objets » favorisent re (dé) structuration des territoires où ils sont déployés, provoquant des conséquences graves en bordure existants et historiquement constitué spatialité, paysans, indigènes, ainsi que les habitants de la périphérie de la ville d'Altamira - Pará - Amazon. puis analysé la force « prédateurs » de ces grands projets sur les populations « sous-officier » d'une base théorique échelle proposition, qui consiste à considérer l'espace comme « polymorphes ». Espace-spatialité, technique et échelle ont été utilisés comme outils méthodologiques pour la réalisation de la lecture de notre réalité empirique. Les impacts sur l'échelle de la vie des gens « dépossédés » est la mobilité dans l'immobilité se fait sentir, en vue de la condition spatiale d'appartenance, la propriété et l'identification des différents sujets exercent sur leurs territoires et lieux. Néanmoins, en réponse à ce processus de débordement, une série de stratégies de lutte et de résistance sont vérifiées par rapport à des projets «développementalistes». Malgré la main de fer du gouvernement brésilien, c'était une forte opposition au projet de Belo Monte HPP. Les mouvements sociaux de différentes gammes de performance, de différents endroits de la planète, ont rejoint l'impact et de la région d'Altamira, constituant ainsi un cours de confrontation majeure contre conception « biopolitique » appliquées par le gouvernement brésilien et la capitale nationale et internationale. Cette confrontation fait des pauvres à la campagne et la ville et les populations traditionnelles, sous la direction des mouvements sociaux ( « Xingu Vivo Mouvement pour toujours », « Mouvement des femmes ») d'Altamira et de la région, a ajouté le rôle important du ministère public Bureau du défenseur public fédéral de l'État du Pará et les activités des ONG (telles que l'Institut socio-environnemental), se sont battus et se battent pour faire en sorte que la territorialité et lugaridade ceux soumis socioespacialmente touchés, le nombre d'œuvres et les actions qui ont conduit à UHE Belo Monte peut en en quelque sorte, être compensé. Une lutte sociale intense et durable s'est installée dans la région de Xingu afin que les effets (re) structurants de ce «grand projet» puissent être (en quelque sorte) compensés. Cette lutte des sujets hegemonizados / subordonné qui a été appelé « insurgés centralité » établi entre les sujets de (forte) politique et économique puissance asymétrique et inégale, avec l'Etat brésilien et la capitale d'un côté et, de l'autre la spatialement affecté et son réseau de protection, a généré des conflits profonds de nature spatiale. En dépit des réalisations importantes des mouvements sociaux et atteint la force du « état d'exception » utilisé pour déployer UHE Belo Monte par le gouvernement brésilien, dans la période démocratique, l'impact a promu l'échelle de la vie des gens qui sont incommensurables et irréparables. Ce qui implique la nécessité de proposer et d'investissements dans d'autres et de nouvelles formes (sources) de production d'électricité au Brésil et l'Amazonie comme un moyen de surmonter ce cadre de butin, qui est le produit du capitalisme « solution spatiale ». / Esta tese analisou os impactos socioespaciais às escalas da vida das pessoas atingidas, por um “grandes projeto”, a UHE Belo Monte, construída no rio Xingu, Amazônia brasileira. Estes “grandes objetos” promovem a re(des)estruturação dos territórios onde são implantados, causando fortes impactos as espacialidades existentes e historicamente constituídas de ribeirinhos, camponeses, indígenas, bem como de moradores da periferia da cidade de Altamira – Pará – Amazônia. Analisamos então a força “espoliadora” destes grandes empreendimentos sobre as populações “subalternizadas”, a partir de uma proposição teórica de base escalar, que envolve considerar o espaço como “polimorfo”. Espaço-espacialidade, a técnica e a escala foram usados como instrumentais metodológicos para a realização da leitura de nossa realidade empírica. Os impactos à escala da vida das pessoas “desterritorializadas” seja na mobilidade seja na imobilidade se fazem sentir, tendo em vista à condição espacial de pertencimento, apropriação e identificação que diferentes sujeitos exercem junto a seus territórios e lugares. Não obstante, como respostas a esse processo espoliador, são verificados uma série de estratégias de luta e resistência em relação a projetos de cunho “desenvolvimentistas”. Apesar da condução da obra com mãos de ferro, por parte do Estado brasileiro, constituiu-se forte oposição ao projeto UHE Belo Monte. Movimentos Sociais de distintas escalas de atuação, de diferentes locais no planeta, juntaram-se aos impactados de Altamira e região, constituindo, assim, um grande campo de enfrentamento contra a concepção “biopolítica” aplicada pelo governo brasileiro e pelo capital nacional e internacional. Esse enfrentamento feito a partir dos pobres do campo e da cidade e pelas populações tradicionais, sob a liderança dos movimentos sociais (“Movimento Xingu Vivo Para Sempre”, “Movimento de Mulheres”) de Altamira e região, somados a importante atuação do Ministério Público Federal, Defensoria Pública do Estado do Pará e a atuação de ONGs (como Instituto Socioambiental), lutou e luta para garantir que a territorialidade e lugaridade dos sujeitos socioespacialmente atingidos, pelo conjunto de obras e ações que deram origem a UHE Belo Monte possa, de alguma forma, ser compensada. Uma intensa e duradoura luta social se travou/trava na região do Xingu para que os efeitos des(re)estruturadores deste “grande projeto” possam ser (de alguma maneira) compensados. Essa luta dos sujeitos hegemonizados/subalternizados a qual chamou-se “centralidades insurgentes”, que se estabeleceu entre sujeitos de poder político e econômico (acentuadamente) assimétrico e desigual, estando o Estado brasileiro e o Capital de um lado e, estando do outro os socioespacialmente atingidos e sua rede de proteção, gerou profundos conflitos de natureza espacial. Em que pese as importantes conquistas dos movimentos sociais e dos atingidos, a força do “estado de exceção” usado para implantar UHE Belo Monte pelo Governo Brasileiro, em pleno período democrático, promoveu impactos à escala da vida das pessoas que são imensurável e irreparável. Implicando a necessidade de proposição e de investimentos em outras e novas formas (fontes) de geração de energia no Brasil e na Amazônia como caminho para superação deste quadro de espoliações, que é produto do “ajuste espacial” do capitalismo. / This thesis analyzed socio-spatial impacts on the life scales of people affected by a "big project", the Belo Monte HPP, built on the Xingu River, Brazilian Amazon. These "great objects" promote the re - de - structuring of the territories where they are implanted, causing a strong impact on the existing and historically constituted spatiality of river dwellers, peasants, natives, as well as residents of the outskirts of the city of Altamira - Pará - Amazônia. We then analyze the "spoiling" force of these large enterprises on "subalternized" populations, based on a scalar-based theoretical proposition, which involves considering space as a "polymorph". Space-spatiality, technique and scale were used as methodological tools for the realization of the reading of our empirical reality. The life-scale impacts of "deterritorialized" people on both mobility and immobility are felt in view of the spatial condition of belonging, appropriation and identification that different subjects carry out in their territories and places. Nonetheless, as a response to this spillover process, a series of strategies of struggle and resistance are verified in relation to "developmentalist" projects. Despite the Brazilian government's hand in hand with iron hands, it was a strong opposition to the Belo Monte HPP project. Social Movements of different scales of action, from different places on the planet, joined the impacted ones of Altamira and region, constituting, therefore, a great field of confrontation against the "biopolitical" conception applied by the Brazilian government and the national and international capital. This confrontation was carried out by the rural and urban poor and by the traditional populations, under the leadership of the social movements ("Xingu Movement Vivo Para Semper", "Women's Movement") of Altamira and region, together with the important work of the Public Ministry Federal, Public Defender of the State of Pará and the work of NGOs (as a Socio-Environmental Institute), fought and struggled to ensure that the territoriality and place of the socio-residents affected by the set of works and actions that gave rise to Belo Monte HPP somehow, be compensated. An intense and enduring social struggle has caught on in the Xingu region so that the (re) structuring effects of this "big project" can be (somehow) offset. This struggle of the hegemonized / subalternized subjects, which was called "insurgent centralities", was established between subjects of politically and economically (asymmetric) and unequal economic power, the Brazilian State and Capital being on one side and, on the other spatially affected and its protection network, has generated deep conflicts of a spatial nature. Despite the important achievements of social movements and those affected, the strength of the "state of exception" used to implant Belo Monte Power Plant by the Brazilian Government, in the midst of a democratic period, has promoted impacts on the scale of people's lives that are immeasurable and irreparable. Implicating the need to propose and invest in other and new forms (sources) of energy generation in Brazil and the Amazon as a way to overcome this scenario of spoliation, which is a product of the "spatial adjustment" of capitalism. / Esta tesis analizó los impactos socioespaciales a las escalas de la vida de las personas afectadas, por un "gran proyecto", la UHE Belo Monte, construida en el río Xingu, Amazonia brasileña. Los "grandes objetos" promueven la reestructura de los territorios donde se implantan, causando fuertes impactos las espacialidades existentes e históricamente constituidas de ribereños, campesinos, indígenas, así como de moradores de la periferia de la ciudad de Altamira - Pará - Amazonia. Analizamos entonces la fuerza "espoliadora" de estos grandes emprendimientos sobre las poblaciones "subalternizadas", a partir de una proposición teórica de base escalar, que implica considerar el espacio como "polimorfo". La espacialidad, la técnica y la escala se utilizaron como instrumentos metodológicos para la realización de la lectura de nuestra realidad empírica. Los impactos a la escala de la vida de las personas "desterritorializadas" ya sea en la movilidad o en la inmovilidad se hacen sentir, teniendo en vista la condición espacial de pertenencia, apropiación e identificación que diferentes sujetos ejercen junto a sus territorios y lugares. No obstante, como respuestas a ese proceso espoliador, se verifican una serie de estrategias de lucha y resistencia en relación a proyectos de cuño "desarrollistas". A pesar de la conducción de la obra con manos de hierro, por parte del Estado brasileño, se constituyó una fuerte oposición al proyecto UHE Belo Monte. Los movimientos sociales de distintas escalas de actuación, de diferentes lugares en el planeta, se unieron a los impactados de Altamira y región, constituyendo así un gran campo de enfrentamiento contra la concepción "biopolítica" aplicada por el gobierno brasileño y por el capital nacional e internacional. Este enfrentamiento hecho a partir de los pobres del campo y de la ciudad y por las poblaciones tradicionales, bajo el liderazgo de los movimientos sociales (Movimiento de Mujeres) de Altamira y región, sumados a la importante actuación del Ministerio Público (Por ejemplo, el Instituto Socioambiental), luchó y lucha para garantizar que la territorialidad y lugar de los sujetos socioespacialmente afectados, por el conjunto de obras y acciones que dieron origen a la UHE Belo Monte, alguna forma, ser compensada. Una intensa y duradera lucha social se trabó / traba en la región del Xingu para que los efectos des (re) estructuradores de este "gran proyecto" puedan ser (de alguna manera) compensados. Esta lucha de los sujetos hegemonizados / subalternizados a la que se llamó "centralidades insurgentes", que se estableció entre sujetos de poder político y económico (acentuadamente) asimétrico y desigual, estando el Estado brasileño y el Capital de un lado y, estando del otro, socioespacialmente afectados y su red de protección, generó profundos conflictos de naturaleza espacial. En cuanto a las importantes conquistas de los movimientos sociales y de los afectados, la fuerza del "estado de excepción" usado para implantar a Belo Monte por el Gobierno brasileño, en pleno período democrático, promovió impactos a la escala de la vida de las personas que son inmensurables e irreparables. En el caso de Brasil, en la Amazonia, el proceso de superación de este cuadro de espolones, que es producto del "ajuste espacial" del capitalismo, implica la necesidad de proposición y de inversiones en otras y nuevas formas (fuentes) de generación de energía en Brasil y en la Amazonia.

Lors des mesures acoustiques dans les souffleries à veine ouverte, les ondes acoustiques émises par une maquette ou une source située dans la veine se propagent dans la couche de cisaillement turbulente qui se forme aux abords du jet avant d’être reçues par les microphones localisés en dehors. L’onde acoustique interagit avec le champ de vitesse turbulent de la couche de mélange ce qui a pour effet de modifier son contenu spectral, de redistribuer spatialement son énergie et de moduler sa phase et son amplitude, on parle alors de diffusion acoustique. Cette thèse a consisté à l’étude de la diffusion d’une onde acoustique par une couche de cisaillement turbulente à l’aide d’une simulation numérique aux grandes échelles. Pour cela, il a d’abord été nécessaire de réaliser la simulation numérique aux grandes échelles d’une couche de cisaillement turbulente plane dans son régime auto-similaire. Dans un second temps, nous avons simulé l’interaction entre une onde acoustique et l’écoulement turbulent afin d’étudier les caractéristiques du champ de pression diffusé qui en résulte. Nous avons notamment vérifié que la simulation était capable de prédire précisément les fréquences sur lesquelles est répartie la plupart de l’énergie acoustique ainsi que la forme du spectre de pression diffusé. Finalement, le champ de vitesse du milieu turbulent qui est corrélé avec l’enveloppe du champ de pression diffusé a été reconstruit à l’aide de la méthode de l’estimation stochastique linéaire. Cette méthode nous a notamment permis de visualiser les larges structures turbulentes qui interviennent principalement dans le mécanisme de diffusion acoustique. / During open jet wind tunnel measurements, the acoustic waves emitted by a device or an acoustic source located inside the flow propagate inside the turbulent shear layer that develops at the periphery of the jet before being received by microphones located outside the flow. The acoustic wave interacts with the turbulent velocity field leading to a change of directivity, a phase and amplitude modulation as well as a spectral re-distribution of the acoustic energy over a band of frequencies. This phenomenon is known as acoustic scattering. This work has consisted in the study of the scattering of an acoustic wave by a turbulent shear layer using large-eddy simulation. The first step of the study has consisted in the large-eddy simulation of a turbulent shear layer in its self-similar state. In a second second step, the direct computation of the interaction between the acoustic wave and the turbulent flow has been performed in order to study the characteristics of the resulting scattered pressure field. It has been shown that the numerical simulation is able to accurately predict the frequencies on which the main part of the scattered energy is redistributed, as well as the shape of the scattered pressure spectrum. Finally, the turbulent velocity field which is correlated with the envelope of the scattered pressure field is reconstructed using the linear stochastic estimation method. This method has enabled the visualization of the large turbulent structures that mainly take part in the acoustic scattering mechanism.

Dans un contexte global de réduction des émissions de gaz à effet de serre, des solutions doivent être trouvées pour limiter les pollutions liées aux transports. Dans le domaine aéronautique, l’efficacité énergétique des avions peut être améliorée entre autres par l’utilisation de sources alternatives, comme les piles à combustible. Cette technologie est un dispositif électrochimique permettant de convertir le dihydrogène et le dioxygène en électricité, eau et chaleur. Néanmoins, le coût et la durée de vie de la pile sont des points faibles de cette technologie et doivent être améliorés.Dans le cadre d’une utilisation à bord d’un avion de ligne, l'analyse de la durabilité d'un système pile à combustible PEMFC est menée, en lien avec l'industriel Zodiac Aerospace. La prise en compte du vieillissement de la pile à combustible dans la gestion du système pile est essentielle pour limiter l’impact de conditions locales inappropriées du cœur de pile qui diminuent sa durée de vie. Dans ce travail, une étude complète est proposée pour corréler les mécanismes de vieillissement du cœur de pile (dégradation de la membrane, dissolution du catalyseur) aux conditions locales de la pile définies en partie par les performances des auxiliaires du système pile, le profil de puissance et les conditions environnementales du système. L'objectif est de prédire les performances de la pile et sa durée de vie afin de suggérer des stratégies d’optimisation pour l'application visée. L’approche proposée est basée sur la simulation numérique et validée par des essais de durabilité.Un modèle multi-physique existant au CEA est développé dans cette thèse pour corréler les usages aux mécanismes de dégradation. Une description physique de la pile à combustible est réalisée dans ce modèle, avec la prise en compte des réactions électrochimiques, des mécanismes de diffusion de l’eau et des gaz à l’échelle microscopique dans la pile, ainsi que de la thermique. Des améliorations y sont apportées, afin de mieux représenter la géométrie des plaques distributrices de gaz utilisées pour les essais. Un travail sur le circuit de refroidissement permet en outre d’affiner la distribution de température à la surface de la cellule. Enfin, l’ajout de mécanismes de dégradation est effectué pour modéliser le vieillissement de la pile. Pour cela, deux approches différentes sont couplées, l’une basée sur des équations physiques de l’électrochimie («Bottom-Up») et l’autre sur des lois semi-empiriques («Top-Down»).Les résultats de la modélisation sont confrontés à des essais expérimentaux dédiés. En particulier, deux tests de 2000 heures en conditions aéronautiques ont été effectués, avec deux régimes de fonctionnement différents (stabilisé et dynamique). Les méthodes usuelles de caractérisations électrochimiques (spectroscopie d’impédance, voltampérométries), des analyses post-mortem ainsi que des mesures locales de densité de courant et de température réalisées durant les essais aident à la validation des modèles.En particulier, les différentes mesures montrent que le modèle développé est capable de simuler la répartition hétérogène des conditions locales dans le cœur de pile en fonction des conditions opératoires (conditions asséchantes, humides, etc.). Il permet alors de calculer le comportement de paramètres internes de la pile non accessibles par l’expérience (humidités relatives, fractions molaires, etc.). De plus, le modèle permet de retrouver l’impact de différents modes opératoires sur le vieillissement, apportant également des informations sur les mécanismes de dégradation qui agissent sur les matériaux. Enfin, des stratégies d’optimisation sont proposées pour améliorer la durée de vie de la pile, basées sur le cycle réel envisagé par Zodiac Aerospace pour l’application de la pile à combustible à bord d’un avion de ligne (hors propulsion). / In a global context of greenhouse gases emissions reduction, solutions need to be found to limit the pollution from transportation. In the aeronautics, the energy efficiency of planes can be improved by using alternative energy sources, such as fuel cells. This technology is an electrochemical device that converts hydrogen into electricity, water and heat. Nevertheless, cost and lifetime of fuel cells are weaknesses of this technology and need to be improved.As part of the use onboard commercial airplanes, analysis of a PEM fuel cell system durability is conducted, in collaboration with Zodiac Aerospace. Taking the fuel cell aging into account in the fuel cell system management is essential to limit the impact of inappropriate fuel cell core local conditions, which decrease the fuel cell lifetime. In this work, a complete study is proposed to correlate the fuel cell internal aging mechanisms (membrane degradation, catalyst dissolution) to the fuel cell local conditions which are defined partly by the system ancillaries’ performances, the power profile and the system environmental conditions. The objective is to be able to predict the fuel cell operation and its durability in order to suggest optimization strategies for the targeted application. The proposed approach is based on modeling and validated by experimental durability tests.A multi-physical model existing at the CEA is developed in this PhD to correlate the uses to the degradation mechanisms. The physical description of the fuel cell is done in this model, where electrochemical reactions, fuel cell water and gas diffusion mechanisms at micro scale and heat transfers are taken into account. Improvements are added, in order to better model the geometry of the gases distributing plates used in the tests. Besides, a work on the cooling circuit enables to refine the temperature distribution at the cell surface. Finally, degradation mechanisms are added to model the fuel cell aging. Two different approaches are used, one based on physical electrochemical equations (“Bottom-Up”) and the other one based on semi-empirical laws (“Top-Down”).Results from the modeling part are compared with dedicated tests. In particular, two tests of 2,000 hours each in aeronautical conditions are performed, with two different operating modes (stabilized and dynamic). Usual methods of electrochemical characterization (impedance spectroscopy, voltammetries), post-mortem analyses along with in-situ measurements of the current density and temperature performed during the tests help validating the model.In particular, the measures show that the developed model is able to simulate the heterogeneous distribution of the local conditions inside the fuel cell in function of the operating conditions (dry, wet, etc.). It gives the possibility to monitor the behavior of fuel cell internal parameters which are not reachable by the tests (relative humidity, molar fractions, etc.). Moreover, the model enables to find back the impact of several operating regimes on the aging, giving as well information about the degradation mechanisms acting on the materials. Last but not least, strategies are proposed to improve the fuel cell durability, based on the real cycle considered by Zodiac Aerospace for the use of the fuel cell system onboard a commercial airplane (apart from the propulsion).

Les travaux de thèse visent à améliorer les connaissances sur le comportement parasismique des bâtiments à ossature en bois. Le comportement de ces bâtiments sous sollicitations sismiques est lié à celui de ses assemblages par connecteurs métalliques (pointes, vis, équerres, etc.). La modélisation numérique d'une telle structure s'appuie sur une démarche multi-échelles, afin de représenter les comportements locaux à l'échelle de l'ouvrage. Trois échelles sont définies. Échelle 1 : assemblages, échelle 2 : éléments de structure (mur, plancher, toiture), échelle 3 : bâtiment. A chaque échelle, une loi de comportement dédiée (hystérétique avec endommagement) permet la modélisation. Les calages ou validations s'appuient sur des campagnes d'essais expérimentaux. Diverses configurations de spécimen et divers chargements sont testés afin de construire une vaste base de données de résultats. Les essais sur les assemblages par connecteurs métalliques ont permis le calage du modèle numérique à l'échelle 1. Un modèle éléments finis (EF) détaillé de mur est validé expérimentalement en quasi-statique et en dynamique. Un modèle EF simplifié de mur (macro) permet de passer à l'échelle du bâti. Cet élément macro, calibré sur le modèle détaillé, permet de reproduire avec une précision satisfaisante le comportement dynamique d'un mur. L'assemblage d'éléments de murs (pleins ou avec ouverture) permet de tendre vers la modélisation tridimensionnelle d'une structure. Ce modèle numérique de structure permettra d'étudier, localement et globalement, le comportement parasismique des constructions à ossature bois afin de proposer des dispositifs constructifs et un dimensionnement adaptés à ces ouvrages en zone sismique. / This research aims at a better understanding of the vulnerability of timber-frame buildings against earthquakes. The behavior of these structures under seismic loading relies on their joints with metal fasteners (nails, screws, 3 dimensionnal connections, etc.). The numerical modeling of such a structure is based on a multi-scale approach, which allows to take into account the local behaviors at the structural scale. Three scales are defined: Scale 1: joints, scale 2: structural elements (shear walls, floors, roofs), scale 3: buildings. At each scale, a behavior law (hysteretic with damage) is used. The calibrations or validations are based on experimental tests. Tests on joints with metal fasteners are used to calibrate the numerical model at scale 1. A detailed finite elements (FE) model of shear wall is developped and its predictions are confronted to quasi-static and dynamic experimental results for validation. A simplified FE model of shear wall (macro element) is used to generate a numerical model at the building scale. This macro element, calibrated on the detailed FE model, accurately reproduces the dynamic behavior of a shear wall despite its simplicity. The numerical model of timber-frame buildings will be used to study, locally and globally, their behavior against earthquake in order to propose construction details and design adapted to these structures in seismic areas.

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La structuration nanométrique par l'auto-assemblage des copolymères à blocs est l'une des stratégies « bottom-up » prometteuses pour contrôler la morphologie de la couche active de cellules photovoltaïques organiques. Dans cette thèse, une nouvelle classe de copolymère constitué d’un bloc semi-conducteur π-conjugué poly(3-hexylthiophène) (P3HT) regioregulier et d’un bloc oligosaccharidique a été synthétisée et a montré une auto-organisation en nanostructures périodiques de domaine inférieure à 10 nm. Deux systèmes de copolymères à blocs ont été synthétisés, le P3HT-bloc-maltoheptaose peracétylé (P3HT-b-AcMal7) et le P3HT-bloc-maltoheptaose (P3HT-b-Mal7), via une réaction de chimie "clic" entre les segments oligosaccharidiques et P3HT fonctionnalisés en extrémité. Une étude exhaustive sur leur comportement d'auto-assemblage par des analyses AFM, TEM et de diffusion des rayons X a révélé que le copolymère à bloc P3HT-b-AcMal7 montre une propension à s'auto-assembler par recuit thermique en structures lamellaires avec une résolution inférieure à 10 nm, c’est-à-dire la morphologie et la taille idéale pour la couche active d’une cellule photovoltaïque organique. De plus, ce système présente l’une des plus petites tailles de domaines réalisées par l'auto-assemblage de copolymères à blocs à base de P3HT. Un réseau lamellaire composé uniquement du P3HT a été obtenu par gravure chimique sélective du bloc sacrificiel AcMal7 à partir d'un film nano-organisé de P3HT-b-AcMal7 et ceci sans affecter la structure lamellaire initiale. Les domaines vides du AcMal7 gravé pourront être remplis par un composé accepteur d'électrons tel que le [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyle (PCBM) pour l’application photovoltaïque comme perspective de cette thèse. Les résultats et les connaissances acquises dans cette étude devraient permettre d'augmenter les performances des prochaines générations de cellules photovoltaïques organiques. / Nanoscale patterning through self-assembly of block copolymers is one of the promising bottom-up strategies for controlling active layer morphology in organic photovoltaics. In this thesis, a new class of carbohydrate-based semiconducting block copolymers consisting of π-conjugated regioregular poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and oligosaccharides were synthesized and self-organized into sub-10 nm scale periodic nanostructures. Two different diblock copolymers, i.e. P3HT-block-peracetylated maltoheptaose (P3HT-b-AcMal7) and P3HT-block-maltoheptaose (P3HT-b-Mal7) were synthesized via "click" reaction between end-functionalized oligosaccharide and P3HT moieties. A comprehensive investigation of their self-assembly behavior by AFM, TEM, and X-ray scattering analyses revealed that the P3HT-b-AcMal7 diblock copolymer has the ability to self-assemble into sub-10 nm scale lamellar structure, which is the ideal morphology of the active layer in organic photovoltaics and one of the smallest domain sizes achieved by self-assembly of P3HT-based block copolymers, via thermal annealing. Nano-patterned film made of P3HT was attained by selective chemical etching of AcMal7 block from microphase-separated P3HT-b-AcMal7 template without affecting the original lamellar structure. The resultant void where the etched-out AcMal7 block existed will be filled with electron acceptor compounds such as [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM) for photovoltaic application as a perspective of this thesis. The results and knowledge obtained in this study are expected to provide further advances and innovation in organic photovoltaics.

Les structures maçonnées sont largement connues en génie civil comme constituant d’une partie des bâtiments, mais également en tant que garnissages réfractaires dans des structures utilisées à hautes températures, par exemple en sidérurgie. Malheureusement, les outils actuels ne sont pas suffisamment puissants pour prédire le comportement de ces structures avec l’apparition de fissures et pour tenir compte du comportement non linéaire d’un des deux constituants (le mortier par exemple). Ce travail de thèse contribue à la modélisation multi-échelles des maçonneries classiques et des garnissages réfractaires avec un faible coût numérique grâce à la technique d’homogénéisation périodique. Les techniques de modélisation et de simulation du comportement des maçonneries sont présentées et développées. L’influence des lois d’interface entre briques et mortier, des paramètres géométriques et matériels, ainsi que de la densité des fissures sur le comportement effectif des maçonneries est étudié. Trois approches (une extension analytique de Cecchi et Tralli, une approche numérique et un modèle micromécanique) sont proposées pour la détermination du comportement effectif d’une cellule périodique dans le cas de maçonneries avec mortier viscoélastique microfissuré et briques saines élastiques ou rigides. Les résultats des calculs sur deux exemples de maçonneries (1D et 2D) ont confirmé que l’approche multi-échelle est une solution appropriée avec une grande capacité à exprimer le comportement des maçonneries viscoélastiques microfissurées. Ce travail, limité au cas sans propagation de fissures, peut être étendu aux mortiers à comportement viscoplastique. / Masonry structures are widely used in civil engineering as part of buildings or in refractory linings of structures working at high temperatures, like in steel industry. Unfortunately, the present tools are not powerful enough to predict the behavior of these structures at their micro-cracked state and/or if one of their constituents behaves nonlinearly (e.g. the mortar). This research contributes to the multi-level modeling of classical masonries and refractory linings with a low numerical cost using basically the periodic homogenization technique. Modeling and simulation techniques of masonry behavior are presented and developped. The influence of interface law between bricks and mortar, of geometrical and material parameters, and of crack density on the effective masonry behavior is studied. Three approaches (analytical extension of Cecchi and Tralli, numerical approach and micromechanical modeling) were proposed to determine the effective behavior of a periodic masonry cell with micro-cracked viscoelastic mortar and safe elastic or rigid bricks. The results obtained on two examples of masonry (1D and 2D) confirmed that the multi-scale approach is a suitable solution with a great ability to model the effective behavior of microcracked viscoelastic masonry. This work, actually limited to the case without crack propagation, could be extended to mortars with viscoplastic behavior.

De nos jours, la combustion représente encore un 90% de la production totale d'énergie au monde. La plupart des brûleurs de type industriel utilisent comme carburant des hydrocarbures en forme liquide. Cependant, un grand nombre d'études ont été dédiés aux flammes gazeuses et l'impact du spray liquide est encore loin d'être totalement compris. Le but de cet étude est l'amélioration de la modélisation des deux phénomènes principaux qui ont lieu entre l'atomisation du spray et la combustion, i.e. la dispersion des gouttes par la turbulence gazeuse et le procès d'évaporation dans le contexte de la Simulation Aux Grandes Echelles (SGE) des configurations complexes. Premièrement, l'approche Euler-Euler mésoscopique (Février et al. (2005)), basée sur une moyenne d'ensemble conditionnée et implémentée dans AVBP est amélioré. Le modèle de fermeture (Simonin et al. (2001); Kaufmann (2004)) pour les moments de deuxième ordre qui apparait dans les équations de transport résolues échoue quand appliqué à des configurations cisaillées (Riber (2007)). Plusieurs modèles proposés récemment par Masi (2010) et qui ont été valides a priori dans une configuration de nappe chargée de particules sont validés a posteriori dans la même configuration. Un analyse quantitative sur plusieurs cas avec diffèrent nombres de Stokes, nombres de Reynolds de la phase gazeuse et résolutions du maillage ont permit de retenir un modèle non-linéaire nommé 2EASM3, qui utilise le tenseur de déformations de la phase dispersée comme échelle de temps caractéristique. La deuxième partie a pour but l'amélioration du modèle d'évaporation implémenté dans AVBP. Ce modèle suppose une conduction infinie dans la phase liquide et symétrie sphérique dans la phase gazeuse ainsi que des lois simplifiées pour les propriétés thermodynamiques et de transport. Un nouveau modèle prenant en compte la dépendance de la viscosité du mélange gazeux avec la composition locale, et des nombres de Prandtl et Schmidt fixés par les valeurs à l'équilibre obtenus par moyen d'une simulation prenant en compte des lois complèxes pour les propriétés thermodynamiques et de transport est proposé. Cette nouvelle méthode produit des résultats en bon accord avec les mesures expérimentales pour l'évaporation d'une goutte isolé en une atmosphère d'azote au calme sans pourtant augmenter le cout du calcul. Finalement, l'impacte des nouveaux modèles est analysé dans une SGE de la configuration semi-industrielle MERCATO (García-Rosa (2008)). Bien que les données expérimentales ne soient pas suffisantes pour confirmer les résultats, les distributions de gouttes et de carburant gazeux sont significativement affectés par les modèles, ce qui pourrait avoir un impact directe sur le procès d'allumage. / Combustion still represents about 90% of the energy production in the world. Most industrial burners are fuelled with liquid hydrocarbons. However, most studies have been dedicated to gaseous ßames and the impact of liquid spray is still misunderstood. The purpose of this study is to improve the modelisation of two main phenomena occurring between atomization and combustion, i.e. the droplet dispersion in the turbulent gaseous flow and the evaporation process, in the context of Large Eddy Simulation (LES) of complex configurations. First, the mesoscopic Euler-Euler approach (Février et al. (2005)) based on a conditioned ensemble averaging and implemented in AVBP is improved. The closure model (Simonin et al. (2001), Kaufmann (2004)) for the second-order moments appearing in the transport equations solved fails in mean-sheared configurations (Riber (2007)). Several new models proposed by Masi (2010) and a priori tested in a particle-laden slab are tested a posteriori in the same configuration. A quantitative analysis based on several calculations varying the Stokes number, the gaseous Reynolds number and the grid resolution allows to retain a non-linear model using the particle rate-of-strain tensor as timescale and called 2EASM3. The second part consists in improving the evaporation model implemented in AVBP which assumes infinite conduction in the liquid and spherical symmetry in the gas phase along with simplified thermodynamics and transport properties calculation. A new model is proposed, where the dependence of gaseous mixture viscosity on local composition is accounted for, and the Prandtl and Schmidt numbers are fixed by a reference equilibrium calculation using complex thermodynamics and transport properties. This method shows good agreement with experimental measurements in the configuration of an isolated droplet evaporating in quiescent N2 without further increasing the computational cost. Finally, the impact of the new models is analysed in the LES of the MERCATO semi-industrial configuration (García-Rosa (2008)). Although the experimental data are not sufficient to confirm the results, both the droplet distribution and the fuel mass fraction are significantly affected, which would eventually affect the ignition process.