Cette thèse présente une étude théorique de protéines de la famille de la Green Fluorescent Protein, GFP. Ces protéines permettent grâce à leur propriétés de fluorescence d'explorer un nombre croissant de processus biologiques in vivo. Les approches numériques, complémentaires aux études expérimentales, peuvent apporter une compréhension microscopique des processus mis en jeu et contribuer à l'interprétation des propriétés photophysiques de ces protéines. La première partie de ce manuscrit présente l'étude par simulation moléculaire de l'effet du changement de pH sur la structure de la Cerulean et sur son spectre d'absorption. Ces calculs nous ont permis d'établir que le décalage du spectre d'absorption, observé expérimentalement en fonction du pH, est dû à une isomérisation du chromophore liée au changement de l'orientation de la chaîne latérale d'un acide aminé proche. proteine La deuxième partie de ce manuscrit aborde l'étude d'un mécanisme de désactivation de la fluorescence dans la GFP. Nous avons proposé une approche, combinant des simulations de dynamique moléculaire biaisée et de dynamique brownienne, afin de déterminer la cinétique d'un mécanisme de désactivation de la fluorescence lié à une torsion du chromophore. Nous avons pu obtenir des distributions de temps de nème passage aux géométries critiques et en déduire des informations quantitatives sur le déclin de fluorescence. Les outils développés et leurs futurs développements permettront de progresser dans la compréhension de la relation entre l'isomérisation du chromophore, le pH et le déclin de la fluorescence qui sont étroitement liés dans les protéines fluorescentes.

Pour les groupes turbo-alternateurs du parc nucléaire français, la situation accidentelle de référence lors du dimensionnement est définie par le départ d'une ailette terminale des corps basse pression. Après avoir détecté la perte de l'ailette, la turbine est déconnectée du réseau électrique, et la turbomachine ralentit progressivement sous l'effet de frottements d'origine fluide. Le dimensionnement consiste alors à vérifier que les structures palières sont capables de supporter l'effort résultant du balourd généré par cette perte d'ailette pendant la phase de ralentissement, notamment lors du passage des vitesses pour lequel des contacts rotor-stator peuvent se produire. A cet effet, un modèle éléments finis de turbine a été développé pour simuler des transitoires de vitesse d'un rotor en considérant la vitesse de rotation de l'arbre comme une inconnue, permettant ainsi d'estimer la décélération angulaire due au contact frottant. Trois modèles de stator ont été proposés appréhender le comportement dynamique du carter, et le couplage des structures est réalisé au moyen des forces de contact calculées par la méthode des multiplicateurs de Lagrange. La résolution des équations non-linéaires du mouvement a nécessité le développement d'un algorithme de contact, adapté à la géométrie de chacun des carters. Des simulations réalisées sur un modèle simple de turbine montrent que la vitesse de rotation et les chargements aux paliers sont bien estimés lors de l'interaction rotor-stator. Ainsi l'outil numérique permet d'étudier la réponse couplée rotor-stator et de prédire l'influence de paramètres tels que le coefficient de friction et les propriétés matérielles du stator.

Ce travail est une étude algorithmique et mathématique préparant une axiomatisation ou une spécification de la géométrie dynamique. Le comportement dynamique des intersections de courbes, dans le cas où elles sont multiples, et la gestion algorithmique d'objets géométriques sous-déterminés posent problème. Il est connu depuis peu que la continuité des déplacements et le déterminisme des comportements dynamiques ne sont pas entièrement compatibles ; ce travail précise ce point essentiel : par des procédés globaux qui sortent du cadre de la géométrie discrète, il est montré que le comportement dynamique des intersections de cercles présente des singularités inévitables, qui sont énumérées. Une tentative est faite pour étendre ce résultat aux intersections de coniques. Des propositions pour unifier le traitement algorithmique d'objets sous-déterminés, comme les points sur objet, sont présentées, depuis le cadre mathématique jusqu'à l'implémentation effective. Ce travail montre aussi qu'il existe des concepts mathématiques de base, comme la notion d'aire non signée, dont la justification ultime ne supporte pas le mouvement, au contraire de la notion d'aire signée. En permettant la spécification des algorithmes traitant du comportement dynamique des intersections de cercles, ce travail établit un premier niveau de qualité pour les logiciels de géométrie dynamique, permettant de juger leur cohérence mathématique. Plusieurs des implémentations réalisées sont présentes dans Cabri2 Plus, logiciel largement diffusé par l'entreprise Cabrilog. Au niveau théorique, ce travail repose différemment la question de la nature des figures dynamiques, en particulier de la nature mathématique précise des lieux géométriques en géométrie dynamique.

Cette thèse est consacrée aux systèmes dynamiques holomorphes en dimension complexe 2, et à la théorie des courants laminaires, qui en est issue. Nous étudions la dynamique d'une classe d'applications holomorphes, introduites par Hubbard et Oberste-Vorth, non nécessairement rationnelles, définies au voisinage du bidisque unité, qui sont aux applications de Hénon complexes ce que les applications d'allure polynomiale sont aux polynômes d' une variable. Nous montrons pour ces applications un certain nombre de propriétés dynamiques analogues à celles des difféomorphismes polynomiaux, établies notamment par Bedford, Lyubich, Smillie, Fornæ ss et Sibony: existence de courants positifs fermés invariants ``attractifs'', ainsi que d'une unique mesure d'entropie maximale, décrivant la répartition des points périodiques de type selle. Les courants laminaires, généralisation des ``cycles feuilletés'' de Sullivan, ont été introduits par Bedford, Lyubich et Smillie dans le cadre de l'étude des difféomorphismes polynomiaux de deux variables. Nous développons une théorie générale de ces courants. Premièrement nous donnons un critère géométrique portant sur une suite de courbes planes algébriques de degré tendant vers l'infini pour que ses valeurs d'adhérence au sens des courants soient laminaires, et en déduisons la laminarité du courant dynamique ``de Green'' pour une classe d'applications rationnelles du plan projectif, incluant celle des applications birationnelles. Pour les courants obtenus par ce procédé, nous montrons que l'on peut donner, sous une hypothèse de nature potentialiste, une interprétation géométrique au produit extérieur; nous montrons également que ces courants satisfont une propriété de ``prolongement analytique''. Ceci nous permet de réaliser ces courants comme cycles feuilletés sur une lamination abstraite.

Cette thèse traite d'expériences et de simulations de nanoindentation dans des monocristaux de cuivre. Les expériences d'indentation sont exécutées avec différentes orientations de l'axe d'indentation. La courbe de déplacement de charge et l'empreinte superficielle observée par la microscopie à force atomique sont analysées et comparées. L'effet de taille est observé pour de faible pénétration de l'indenter. Les simulations sont alors exécutées par modélisation de type éléments finis de la plasticité. Des sous-programmes utilisateurs d'ABAQUS sont développés pour représenter la physique de l'activité des dislocations dans les douze systèmes de glissement des cristaux de cuivre. Des simulations 3D sont alors exécutées et les comparaisons avec les expériences permettent de déterminer les paramètres clés des équations constitutives. L'effet de taille est reproduit en utilisant une théorie d'effet de taille simplifiée implantée dans le modèle en éléments finis. Finalement, une approche multiéchelle basée sur la dynamique discrète des dislocations est utilisée pour reproduire les indentations (111) des monocristaux de cuivre. Les simulations de dynamique moléculaire permettent de détailler la nucléation des dislocations sous l'indenteur. Les simulations de dynamique moléculaire sont alors effectuées et les effets de tailles de l'indenteur sont analysés.

La qualité des mesures permettant de suivre l'évolution de procédés chimiques ou pétrochimiques peut affecter de manière significative leur conduite. Malheureusement, toute mesure est entachée d'erreur. Les erreurs présentes dans les données mesurées peuvent mener à des dérives significatives dans la conduite du procédé, ce qui peut avoir des effets néfastes sur la sécurité du procédé ou son rendement. La validation de données est une tâche très importante car elle transforme l'ensemble des données disponibles en un jeu cohérent de valeurs définissant l'état du procédé. La validation de données permet de corriger les mesures, d'estimer les valeurs des variables non mesurées et de calculer les incertitudes a posteriori de toutes les variables. À l'échelle industrielle, elle est régulièrement appliquée à des procédés fonctionnant en continu, représentés par des modèles stationnaires. Cependant, pour le suivi de phénomènes transitoires, les algorithmes de validation stationnaires ne sont plus efficaces. L'étude abordée dans le cadre de cette thèse est l'application de la validation de données dynamiques au suivi des performances des procédés chimiques. L'algorithme de validation de données dynamiques développé dans le cadre de cette thèse, est basé sur une résolution simultanée du problème d'optimisation et des équations du modèle. Les équations différentielles sont discrétisées par une méthode des résidus pondérés : les collocations orthogonales. L'utilisation de la méthode des fenêtres de temps mobiles permet de conserver un problème de dimension raisonnable. L'algorithme d'optimisation utilisé est un algorithme "Successive Quadratic Programming" à point intérieur. L'algorithme de validation de données dynamiques développé a permis la réduction de l'incertitude des estimées. Les exemples étudiés sont présentés du plus simple au plus complexe. Les premiers modèles étudiés sont des cuves de stockages interconnectées. Ce type de modèle est composé uniquement de bilans de matière. Les modèles des exemples suivants, des réacteurs chimiques, sont composés des bilans de matière et de chaleur. Le dernier modèle étudié est un ballon de séparation liquide vapeur. Ce dernier est composé de bilans de matière et de chaleur couplés à des phénomènes d'équilibre liquide-vapeur. L'évaluation de la matrice de sensibilité et du calcul des variances a posteriori a été étendue aux procédés représentés par des modèles dynamiques. Son application a été illustrée par plusieurs exemples. La modification des paramètres de fenêtre de validation influence la redondance dans celle-ci et donc le facteur de réduction de variances a posteriori. Les développements proposés dans ce travail offrent donc un critère rationnel de choix de la taille de fenêtre pour les applications de validation de données dynamiques. L'intégration d'estimateurs alternatifs dans l'algorithme permet d'en augmenter la robustesse. En effet, ces derniers permettent l'obtention d'estimées non-biaisées en présence d'erreurs grossières dans les mesures. Organisation de la thèse : La thèse débute par un chapitre introductif présentant le problème, les objectifs de la recherche ainsi que le plan du travail. La première partie de la thèse est consacrée à l'état de l'art et au développement théorique d'une méthode de validation de données dynamiques. Elle est organisée de la manière suivante : -Le premier chapitre est consacré à la validation de données stationnaires. Il débute en montrant le rôle joué par la validation de données dans le contrôle des procédés. Les différents types d'erreurs de mesure et de redondances sont ensuite présentés. Différentes méthodes de résolution de problèmes stationnaires linéaires et non linéaires sont également explicitées. Ce premier chapitre se termine par la description d'une méthode de calcul des variances a posteriori. -Dans le deuxième chapitre, deux catégories des méthodes de validation de données dynamiques sont présentées : les méthodes de filtrage et les méthodes de programmation non-linéaire. Pour chaque type de méthode, les principales formulations trouvées dans la littérature sont exposées avec leurs principaux avantages et inconvénients. -Le troisième chapitre est consacré au développement théorique de l'algorithme de validation de données dynamiques mis au point dans le cadre de cette thèse. Les différents choix stratégiques effectués y sont également présentés. L'algorithme choisi se base sur une formulation du problème d'optimisation comprenant un système d'équations algébro-différentielles. Les équations différentielles sont discrétisées au moyen d'une méthode de collocations orthogonales utilisant les polynômes d'interpolation de Lagrange. Différentes méthodes de représentation des variables d'entrée sont discutées. Afin de réduire les coûts de calcul et de garder un problème d'optimisation résoluble, la méthode des fenêtres de temps mobiles est utilisée. Un algorithme "Interior Point Sucessive Quadratic Programming" est utilisé afin de résoudre de manière simultanée les équations différentielles discrétisées et les équations du modèle. Les dérivées analytiques du gradient de la fonction objectif et du Jacobien des contraintes sont également présentées dans ce chapitre. Pour terminer, un critère de qualité permettant de comparer les différentes variantes de l'algorithme est proposé. -Cette première partie se termine par le développement d'un algorithme original de calcul des variances a posteriori. La méthode développée dans ce chapitre est similaire à la méthode décrite dans le premier chapitre pour les procédés fonctionnant de manière stationnaire. Le développement est réalisé pour les deux représentations des variables d'entrée discutées au chapitre 3. Pour terminer le chapitre, cette méthode de calcul des variances a posteriori est appliquée de manière théorique sur un petit exemple constitué d'une seule équation différentielle et d'une seule équation de liaison. La seconde partie de la thèse est consacrée à l'application de l'algorithme de validation de données dynamiques développé dans la première partie à l'étude de plusieurs cas. Pour chacun des exemples traités, l'influence des paramètres de l'algorithme sur la robustesse, la facilité de convergence et la réduction de l'incertitude des estimées est examinée. La capacité de l'algorithme à réduire l'incertitude des estimées est évaluée au moyen du taux de réduction d'erreur et du facteur de réduction des variances. -Le premier chapitre de cette deuxième partie est consacré à l'étude d'une ou plusieurs cuves de stockage à niveau variable, avec ou sans recyclage de fluide. Ce premier cas comporte uniquement des bilans de matière. - Le chapitre 6 examine le cas d'un réacteur à cuve agitée avec échange de chaleur. L'exemple traité dans ce chapitre est donc constitué de bilans de matière et d'énergie. -L'étude d'un ballon flash au chapitre 7 permet de prendre en compte les équilibres liquide-vapeur. - Le chapitre 8 est consacré aux estimateurs robustes dont la performance est comparée pour les exemples étudiés aux chapitres 5 et 6. La thèse se termine par un chapitre consacré à la présentation des conclusions et de quelques perspectives futures.

Ce travail de thèse est consacré à l'exploration de la dynamique d'espèces moléculaires confinées dans des réseaux nano-méso poreux. Pour caractériser le mouvement de diffusion, on a utilisé la diffusion quasi-élastique des neutrons. La dynamique rotationelle des espèces confinées a été suivie par RNM du deutérium à l'état solide. Plusieurs systèmes ont été étudiés : (i) la dynamique de l'eau dans des adsorbants sélectifs basés sur du chlorure de calcium déposé dans de la silice., (ii) la dynamique d'alcanes linéaires confinés dans les pores de la zéolithe 5A, (iii), la dynamique du butane dans la zéolithe ZSM-5, (iv) la dynamique des cycles benzéniques dans les réseaux de la MIL-53 et de la MIL-47, (v) la dynamique de l'hydrogène dans les MOFs MIL-53 et MIL-47. Dans tous les cas, la nature et la dynamique en milieu confiné dévie fortement de la dynamique à l'état condensé.

La protéine CyaA est un facteur de virulence majeur de Bordetella pertussis, impliqué dans la maladie de la coqueluche. Le domaine catalytique AC de CyaA est directement transféré dans la cellule hôte eucaryote, où il est activé comme adénylcyclase par la calmoduline, une protéine ubiquitaire et sensible aux ions calcium. Ainsi, AC transforme l'ATP en AMPc de manière incontrôlée, ce qui conduit à des dérèglements cellulaires. Seule la structure de AC complexé à la calmoduline chargée d'ions calcium avait été résolue par cristallographie aux rayons X. À partir de cette structure, des simulations de dynamique moléculaire de AC libre, et en complexe avec la calmoduline nous ont permis de caractériser l'effet de la calmoduline et des ions calcium sur la plasticité conformationnelle du complexe. Les tendances conformationelles de AC libre ont aussi été étudiées. L'analyse conjointe des influences énergétiques et des liaisons hydrogène a révélé un réseau d'interactions entre AC et la calmoduline, dans lequel trois résidus clés, susceptibles de jouer un rôle allostérique sur l'activité de l'adénylcyclase ont été modifiés par mutagenèse dirigée. Ces tests expérimentaux ont conduits à la mise en évidence d'une région allostérique qui assure la communication de l'information de transition conformationnelle entre le site de fixation de la calmoduline et le site catalytique. Une exploration conformationnelle plus approfondie de AC à l'état non-lié a été entreprise par une méthode innovante de dynamique accélérée par la température (TAMD). Elle nous a conduit à la prédiction de conformations échantillonnées de AC dans son état libre. Ces prédictions pourraient être utilisées à l'avenir pour stabiliser l'état libre et faciliter l'étude expérimentale de sa structure

Cette thèse est consacrée à l'étude de la stabilité robuste de lois de commande de systèmes non linéaires. La première partie s'intéresse aux systèmes non linéaires entrée-sortie linéarisés et découplés par bouclage statique. Nous rappelons la définition de l'immersion d'un système entrée-sortie et nous distinguons deux cas: l'immersion est localement bijective, les résultats de stabilité et de robustesse se ramènent au cas linéaire là où la loi de bouclage ne présente pas de singularité ; l'immersion n'est pas bijective. Dans ce cas, la loi de bouclage a rendu une partie de la dynamique inobservable, la dynamique des zéros. Nous donnons une définition de la stabilité moins restrictive que la stabilité asymptotique, la K-stabilité, et nous donnons deux conditions nécessaires de K-stabilité, l'une étant de nature topologique et utilisant la caractéristique d'Euler-Poincaré de la sous-variété asymptotique inobservable. La seconde partie est consacrée à l'étude de la linéarisation totale des systèmes non linéaires entrée-état par bouclage dynamique. Nous montrons d'abord que pour les systèmes mono-entrée, la linéarisation par bouclage dynamique est équivalente à la linéarisation par bouclage statique. Nous donnons ensuite une condition nécessaire triviale de linéarisation par bouclage dynamique. Nous montrons que cette condition est suffisante pour les systèmes ayant une dimension de plus que de com- mande. Puis nous donnons des conditions suffisantes de linéarisation totale par bouclage dynamique pour les systèmes non linéaires multi-entrée. Des exemples, dont un tiré de l'aéronautique, nous montrent comment mettre en œuvre ces conditions.

Dans cette thèse nous étudions la dynamique des réactions des molécules photo-excitées de Br2, HgI2 et HgBr2 en solution.<br />La technique de la Diffraction Rayon-X résolue dans le temps nous permet d'identifier et suivre en temps, avec une résolution de 100ps, les structures moléculaires qui se forment après l'excitation ultrarapide du soluté par un laser de pompe. <br />Nous pouvons identifier les parcours de recombinaison et relaxation du soluté, déterminés, en phase liquide, par la présence du solvant: les informations contenues dans les signaux de diffraction nous permettons aussi d'étudier le réponse du solvant à l'échauffement provoqué par la réorganisation du soluté. Avec l'aide des simulations de la Dynamique Moléculaire, des expériences de diffraction statique, et la mesure de la réponse du solvant au réchauffement impulsif provoqué par radiation infrarouge, nous pouvons reconstruire la dynamique des réactions en solution dans une fenêtre temporelle à partir des ps jusqu'aux mus.