L'objectif de ce travail est la prédiction numérique d'écoulements turbulents tridimensionnels de fluide newtonien et incompressible à l'aide des modèles non-linéaires de turbulence. Les modèles de turbulence explicites à contraintes algébriques non -linéaires, qui peuvent prendre en compte l'anisotropie de la turbulence avec moins de temps de calculs et moins de place mémoire de stockage que les modèles RSM ou les approches DNS et LES, sont adoptés. Parmi ces modèles, ceux proposés par Shih et al. (1995) et Craft et al. (1996) ont été choisis. Ces deux modèles EASM sont étudiés en utilisant des procédures a priori et a posteriori. L'étude est menée dans une conduite à section carrée, configuration qui présente d'une part, une anisotropie importante entre les composantes du tenseur de Reynolds et d'autre part, un écoulement secondaire. Pour prédire les effets visqueux importants dus à la présence des parois, des fonctions correctrices sont façonnées. La production des cartes des second et troisième invariant dans le plan de Lumley montre les différents états possible de la turbulence et une bonne prédiction de l' anisotropie. La comparaison des grandeurs moyennes et statistiques de l'écoulement prédites avec les données numériques et expérimentales présentes dans la littérature montre une bonne performance de ces modèles. En particulier, les vecteurs du flux secondaire et la vorticité longitudinale sont bien prédits. / The aim of this work is to predict numerically the three - dimensional turbulent flows of a Newtonian and incompressible fluid using nonlinear stress - strain models. The Explicit Algebraic Stress Models (EASM), which can take into account the anisotropy of turbulence with less CPU time and computer memory than RSM or approach DNS and LES, are adopted as a turbulence model. Among these models, we choosed Shih et al. (1995) and Craft et a1.(1996) models. These models are studied using a priori and a posteriori investigations. The study is carried out in square duct. This configuration presents a secondary flow and a significant anisotropy between the Reynolds stress components. To predict the significant viscous effects due to the wall and the corner, the damping functions are implemented. The maps of the second and third invariants in the plan of Lumley exhibited show the various states of turbulence and a good anisotropy level obtained. The mean flow field and the turbulent statistics are compared with existing numerical and experimental data for square and rectangular duct flow. The model performance is shown to be satisfactory. ln particular, the mean secondary velocity vectors and stream wise vorticity are well predicted.

Le remplacement des artères de faible diamètre par des prothèses synthétiques est souvent marqué par un échec, notamment à cause de leur thrombogénicité. Pour améliorer leur longévité, leur endothélialisation a été proposée. Notre projet vise à concevoir une prothèse vasculaire originale, issue de l’ingénierie tissulaire, composée d’une matrice synthétique (polytétrafluoroéthylène expansé (PTFEe) modifié par un film multicouche de polyélectrolytes (FMP)), de cellules autologues (cellules endothéliales (CE) ou cellules souches mésenchymateuses (CSM) humaines), soumises à l’action de facteurs biochimiques (VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) ou mécaniques (contraintes de cisaillement)). Dans un premier temps, nous avons montré que le FMP permettait de rendre biocompatible un matériau initialement peu favorable à l’adhésion cellulaire. Etant donné que la récupération des CE autologues est empreinte de difficultés majeures, nous avons élaboré un protocole d’endothélialisation de substituts fonctionnalisés à partir de CSM. Nous avons mis en évidence que le FMP favorisait l’adhérence des CSM au substitut et l’apparition de cellules ayant des caractéristiques phénotypiques et fonctionnelles de CE en présence de VEGF, et une organisation du cytosquelette propice à leur rétention sous contraintes mécaniques. Toutefois, les contraintes mécaniques seules, bien qu’elles favorisent la prolifération cellulaire, n’ont pas permis d’observer l’expression phénotypique spécifique des CE. Ces résultats encourageants soulignent la faisabilité d’une construction, grâce au FMP, d’un substitut synthétique cellularisé avec des CSM humaines autologues différenciées en CE matures. / The replacement of arteries with small-diameter synthetic grafts often leads to the failure of such grafts mainly due to the thrombogenicity of their luminal surface. In order to improve long-term patency of these grafts, the concept of endothelial cell seeding has been suggested. Our project aims at designing an original tissue-engineered construct containing a synthetic scaffold (expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) modified by a polyelectrolyte multilayer film (PMF)), autologous cells (endothelial (EC) or human mesenchymal stem cells (MSC)), under mechanical (shear stress) or biochemical (VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor)) stimulation. Initially, we studied the effect of the PMF on the scaffold biocompatibility. Our results showed that the PMF allows cell attachment (ePTFE is a non-adhesive substrate otherwise). The EC availability being the greatest obstacle to their use in clinical practice, we worked out a protocol of endothelialization with MSC. We highlighted that PMF promoted MSC graft biocompatibility and the development of cells having on the one hand, in the presence of VEGF, EC phenotype and function and on the other hand, in the presence of mechanical stress, a cytoskeleton organization which supports their shear stability. Unfortunately, this mechanical stress did not permit to obtain expression of EC specific markers but increased cell proliferation. These encouraging results confirm the interest to endothelialize synthetic vascular grafts with EC derived from MSC.

De nombreuses études sur la genèse de l’athérosclérose suggèrent l’existence de nombreuses étapes, telles que l’accumulation de lipides le long de la paroi artérielle, qui entraîne l’entrée des LDL-Cholestérol dans les cellules, suivi par une oxydation de ces lipoprotéines. Dans notre étude, nous avons développé une approche méthodologique couplant la microscopie confocale et des méthodes spectroscopiques (techniques de transfert d’énergie (FRET) et de corrélation de fluorescence (FCS)) pour étudier l’effet des contraintes de cisaillement sur la cinétique d’internalisation de LDL natives dans des cellules endothéliales vasculaires humaines. Les LDL natives ont été marquées avec deux sondes fluorescentes : le perchlorate de 1,1'-dioctadécyl-3,3,3’,3’-tétraméthylindocarbocyanine (DiO) comme donneur et le perchlorate de 3,3’-dioctadécyloxa-carbocyanine (DiI) comme récepteur. La FCS nous a permis d’évaluer le rendement du marquage des LDL par les deux fluorophores ainsi que de la dégradation des LDL, la durée de vie moyenne des molécules a été déterminée par la technique de FLIM, alors que les mesures de FRET nous ont permis de mesurer les cinétiques de dégradation des LDL internalisées dans les cellules. Nos études ont montré : 1) – que le rendement du double marquage des LDL est de l’ordre de 30% après 24 h d’incubation des LDL avec DiI et DiO, et 82,84 % des molécules de DiI portées par les LDL sont sujets au processus de FRET avec le DiO .; 2) – la durée de vie moyenne mesurée expérimentalement par la technique de FLIM, pour le DiO couplé aux LDL dans les HUVECs suite à une excitation en mode multiphoton (??ex = 800 nm) des molécules est de l’ordre de 2 100 ps ??800 par ajustement d’ordre 1, tandis celle du DiO couplé aux DiI-LDL mesurée dans les mêmes conditions est de l’ordre de 320 ps ??400. Cette diminution de la durée de vie du donneur DiO (de 2 100 ps à 320 ps) en présence de DiI reflète un transfert d’énergie dépendante de la proximité moléculaire des deux partenaires sur la molécule de LDL. 3) – la possibilité d’évaluer la cinétique d’internalisation et de dégradation des LDL dans les cellules vasculaires endothéliales, ainsi que la dépendance de la dégradation des lipoprotéines aux contraintes de cisaillement. Au regard des données de la littérature et de nos résultats, nous pouvons conclure que le couplage des études de microscopie confocale, de FRET, FCS et de FLIM permettent l’étude in situ de l’internalisation et de la dégradation des LDL et d’appliquer ces résultats aux études cliniques sur l’athérosclérose. Cependant, d’autres études seront nécessaires pour élucider les mécanismes moléculaires de la modulation de l’expression des récepteurs aux LDL par les contraintes de cisaillement. / Numerous studies on the pathogenesis of atherosclerosis suggest that several steps are involved, such as lipid accumulation in the artery wall resulting from transendothelial uptake of LDL-Cholesterol, followed by LDL oxidation. In this work, we developed spectroscopic and microscopic methods to study the effect of shear stress on the kinetics of internalization and degradation of native LDL in human vascular endothelial cells. FRET and FCS techniques were performed by using confocal microscopy. Native LDL were labeled with two carbocyanine dyes, 1,1'-dioctadecyl-3,3,3’,3’-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (DiO) as donor and 3,3’- dioctadecyloxa-carbocyanine perchlorate (DiI) as receptor. FCS techniques allowed us to evaluate the yield of the double labeling of the LDL with DiI and DiO, where as the average lifetime of the both fluorophore was determined by FLIM techniques, and the FRET measurements enable us to follow the degradation of the LDL in the living single cells. Our studies show: 1) – that the yield of the LDL double-labeling with DiI and DiO was about 30%, and 82,84% of DiI carried by LDL are subject in FRET process with DiO. 2) – the average lifetime of DiO coupled with LDL in HUVEC was about 2 100 ps ??800 by adjustment of order 1 following the excitation of molecules in multiphoton mode (??ex = 800 nm), whereas the average lifetime of DiO coupled with DiI-LDL measured under the same conditions was about 320 ps ??400, this decreasing of the lifetime of the donor DiO (from 2 100 ps to 320 ps) in the presence of DiI reflects the energy transfer dependent on the molecular proximity of the two partners (DiO, DiI) on LDL molecules ; 3) – the possibility to evaluate the kinetics of LDL endocytosis in living single cells and the degradation of LDL was depending on the shear conditions (shear stress induced changes in the kinetics of uptake and degradation). In accordance with increasing knowledge and understanding, and regarding all available data, we conclude that confocal microscopic study, FRET, FCS and FLIM could be useful methods to establish the basic and clinical studies of LDL uptake in atherosclerosis. However, further studies need to be performed to elucidate the molecular mechanism by which shear stress modulates the expression of LDL receptors.

Le partitionnement consiste à rechercher une partition d'éléments, de sorte que les éléments d'un même cluster soient plus similaires que les éléments de différents clusters. Les données proviennent de différentes sources et prennent des formes différentes. L'un des défis consiste à concevoir un système capable de tirer parti des différentes sources de données. Certaines contraintes peuvent être connues sur les données. On peut savoir qu'un objet est d'un certain type ou que deux objets partagent le même type ou sont de types différents. On peut également savoir qu'à l'échelle globale, les différents types d'objets apparaissent avec une fréquence connue. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur le partitionnement avec trois types de contraintes: les contraintes d'étiquettes, les contraintes de paires et les contraintes de lois de puissance. Une contrainte d'étiquette spécifie dans quel cluster appartient un objet. Les contraintes par paire spécifient que les paires d'objets doivent ou ne doivent pas partager le même cluster. Enfin, la contrainte de loi de puissance est une contrainte globale qui spécifie que la distribution des tailles de cluster est soumise à une loi de puissance. Nous voulons montrer que l'introduction de la semi-supervision aux algorithmes de clustering peut modifier et améliorer les solutions retournées par des algorithmes de clustering non supervisés. Nous contribuons à cette question en proposant des algorithmes pour chaque type de contraintes. Nos expériences sur les ensembles de données UCI et les jeux de données en langage naturel montrent la bonne performance de nos algorithmes et donnent des indications pour des travaux futurs prometteurs. / Clustering is the task of finding a partition of items, such that items in the same cluster are more similar than items in different clusters. One challenge consists in designing a system capable of taking benefit of the different sources of data. Among the different forms a piece of data can take, the description of an object can take the form of a feature vector: a list of attributes that takes a value. Objects can also be described by a graph which captures the relationships objects have with each others. In addition to this, some constraints can be known about the data. It can be known that an object is of a certain type or that two objects share the same type or are of different types. It can also be known that on a global scale, the different types of objects appear with a known frequency. In this thesis, we focus on clustering with three different types of constraints: label constraints, pairwise constraints and power-law constraint. A label constraint specifies in which cluster an object belong. Pairwise constraints specify that pairs of object should or should not share the same cluster. Finally, the power-law constraint is a cluster-level constraint that specifies that the distribution of cluster sizes are subject to a power-law. We want to show that introducing semi-supervision to clustering algorithms can alter and improve the solutions returned by unsupervised clustering algorithms. We contribute to this question by proposing algorithms for each type of constraints. Our experiments on UCI data sets and natural language processing data sets show the good performance of our algorithms and give hints towards promising future works.

Les réseaux métaboliques permettent à l’utilisateur la construction de modèles détaillés en utilisant des jeux de données dites “omiques” de haute résolution. En particulier, les modèles par contraintes (CBM, en anglais) sont utilisés pour obtenir des prédictions quantitatives à partir de modèles métaboliques. Pendent les 20 dernières années, CBMs ont été appliqués avec succès à un large éventail de problèmes dans plusieurs aspects de la physiologie microbienne. L’objectif principal de la présente thèse est d’utiliser les CBM comme une technique de modélisation dans le contexte de l’écologie microbienne. En particulier, les effets du réseau métabolique sur l’environnement et les effets des variables environnementales sur la physiologie sont explorés à l’aide de mesures de confiance. La première section est dédiée à l’application des CBM à des réseaux métaboliques isolées. D’abord, une nouvelle application de CBM est utilisée pour étudier l’insertion de gènes tels qu’ils sont optimales pour maximiser le taux de croissance. Ensuite, les effets des conditions environnementales dans une chemostat chez le réseau métabolique, sont évalués par des approches CBM classiques et contrastés avec des observations expérimentales. Enfin, un nouveau CBM est développé pour déterminer les conditions environnementales telles qu’elles favorisent le la perte des gènes. La deuxième section comporte sur les interactions entre plusieurs réseaux métaboliques différents. L’utilisation de compartiments pour représenter différents microorganismes est d’abord justifiée. Ensuite, une révision des approches existantes dans la littérature est réalisée. Après cette révision, un nouveau CBM basé dans l’optimisation MultiObjective pour l’écosystème microbien est développé. On s’attend à que l’ensemble des travaux développés dans la thèse pourrait servir à rapprocher les champs de l’écologie microbienne et la modélisation par contraintes. / Metabolic networks allows to the user the construction of detailed models using high resolution ‘omics datasets. In particular, Constrained Based Models (CBMs) are used to obtain quantitative predictions from metabolic models. CBMs have been successfully applied to a wide range of problems for the last 20 years to several aspects of microbial physiology. Main objective of present thesis is to use CBMs as a modeling technique in Microbial Ecology context. In particular, both metabolic network effects over the environment and effects of environmental variables over physiology are explored using CBMs. In the first section, applications of CBMs to single metabolic networks are explored. First a novel application of CBMs is used to study gene insertion such they are optimal to maximize the growth rate. Next, effects of environmental conditions in a chemostat culture in metabolic network are assed by classical CBMs approaches and contrasted with experimental observations. Finally, a new CBMs is developed to determinate environmental conditions such as they favor gene loose. Second section deals with interactions between multiple metabolic networks. The use of compartments to represent different microorganisms is first justified. Next, a revision of existent approaches in the literature is carried. After this revision, a new CBM based in MultiObjective Optimization for microbial ecosystem is developed. Set of works developed in present thesis is expected to help filling the gap between Microbial Ecology and Constraint Based Modeling.

Thèse doctorat : Sciences del'ingénieur. Mécanique : Metz : 2000. / Bibliogr. p. 207-211.

Thèse de doctorat : Electronique : Metz : 2001. / Thèse : 2001METZ037S. Bibliogr. p. 173-176.

Thèse de doctorat : Génie électrique : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Thèse de doctorat : Mécanique et énergétique : INPL : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Thèse de doctorat : Systèmes industriels : Toulouse, INPT : 2006.