La Radio/Hadron-thérapie consiste à déposer une dose létale de rayonnement dans la tumeur tout en réduisant l'impact de cette dose sur les tissus sains. Les mouvements internes, en particulier ceux engendrés par la respiration modifient la forme, la position et la densité des organes, source d'erreur et d'incertitude sur la position du dépôt de dose. Lorsque la tumeur se trouve sur un organe en mouvement, la dificulté majeure est de cibler la tumeur pendant le traitement. Cette incertitude sur la position rend indispensable la mise en place d'une stratégie permettant la prédiction du mouvement tumoral. Ceci permet en eet de guider le faisceau de rayons ionisants de sorte qu'il suive les mouvements tumoraux. De plus, le traitement par hadronthérapie nécessite également l'accès à une description précise de la densité de l'ensemble des organes traversés par le faisceau, car la position du dépôt maximal de l'énergie véhiculée par les ions (le pic de Bragg) en dépend. Malheureusement, le mouvement respiratoire est complexe et sa prédiction n'est pas une tâche simple – en particulier, la respiration est commandée par l'action indépendante des muscles de la cage thoracique et du diaphragme. Les techniques actuelles basées sur l'imagerie, telles que le Cone-Beam ou le recalage dé- formable d'images, tentent de prédire la position des tumeurs pulmonaires. Ces méthodes font l'hypothèse d'un mouvement reproductible de l'appareil respiratoire dans le temps. D'autres techniques basées sur l'emploi de deux caméras à rayons X (cyberknife, tracking mis au point par l'équipe du Centre carbone d'Heildelberg [HIT]) peuvent permettre la pré- diction de la position des tumeurs, quand leur segmentation et leur contourage automatique en temps réel est possible. Cependant, ces méthodes sont, si ce n'est risquées, invasives, et elles ne permettent pas de calculer l'évolution des organes environnants, une information indispensable pour déterminer la position du pic de Bragg. Ainsi déduire le mouvement de la tumeur à partir de seules séries d'images médicales apparaît comme insuffisant. Une solution peut alors résider dans le développement d'un modèle biomécanique patient-spécifique du système respiratoire intégrant la variabilité du mouvement respiratoire. Pour que ce modèle soit précis, il doit comprendre la modélisation de la cage thoracique, du diaphragme et des poumons. Il est tout aussi important que ce modèle puisse être piloté par des paramètres mesurés en externe (capteurs 3D, spiromètre, etc.) an de préserver un caractère non-invasif et de corréler le mouvement externe du thorax et de l'abdomen, ainsi que le ux d'air échangé avec les mouvements internes. Les changements de propriétés mécaniques des milieux traversés par le faisceau doivent également être modélisés an de satisfaire les besoins de l'hadronthérapie. / The 4D computational patient specic of the respiratory system could be potentially used in various medical contexts; for diagnosis, treatment planning, laparoscopic, dose computation or the registration between online imaging systems such as positron emission tomography (PET), computed-tomography (CT) as well as high delity and precise computer-based training simulators. The main novelty of this PhD project lies in the context of radiation therapy; we have developed a patient-specic biomechanical model of the respiratory system enabling the correlation of the internal organs motion with respiratory surrogate signal(s) during the treatment. This permits to take into account the respiratory motion variabilities. The deformation of the dierent structures is controlled and driven by simulated rib cage (mimic the external intercostal muscles) and diaphragm actions. For the diaphragm, we have applied the radial direction of muscle forces, and simple homogeneous dirichlet boundary condition is applied to the lower part of the diaphragm, which is attached to the rib cage. For each rib a rigid transformation is calculated automatically by nite helical axis method (rigid translation and rotation) and used to dene displacement boundary conditions. The resulting widening of the thoracic cavity forces the lungs to expand due to an applied negative pressure in the pleural cavity. Other novelty of the PhD project, that the amplitude of the lung pressure and diaphragm force are patient-specic, and determined at dierent respiratory states by an optimization framework based on inverse FE analysis methodology, by minimizing the volume lungs errors, between the respiratory volume (calculated from CT scan images at each state) and the simulated volume (calculated by biomechanical simulation). All other structures are linked to each other, but feature dierent deformation behavior due to the assigned material properties. Our results are quite realistic compared to the 4D CT scan images and the proposed physically-based FE model is able to predict correctly the respiratory motion

La première partie de ce mémoire est consacrée à la résolution numérique du problème de Poisson avec conditions aux limites de Dirichlet dans un domaine prismatique ou axisymétrique, possédant une arête rentrante sur sa frontière. Nous présentons la Méthode de Fourier et du Complément Singulier consistant à combiner un développement en série (de Fourier) dans la direction parallèle à l'arête et la Méthode du Complément Singulier pour les problèmes bidimensionnels associés aux modes (de Fourier). L'analyse de la MFCS conduit à une vitesse de convergence optimale en O(h) lorsqu'on utilise les éléments finis de Lagrange P1 pour la discrétisation. La méthode ne requiert aucun raffinement de maillage au voisinage de la singularité. Nous nous intéressons ensuite au calcul de la densité de charge à la pointe d'une électrode lorsque celle-ci présente un faible rayon de courbureque nous abordons par la résolution du problème électrostatique. La relation entre le rayon de courbure et le champ électrique à la surface de la pointe est décrit par la loi empirique de Peek. Toutefois, celle-ci n'est valable que pour des électrodes minces à géométrie cylindriques ou sphériques. On justifie mathématiquement cette loi et on l'étend à d'autres géométries. A l'aide des développements asymptotiques multi-échelles, on établit explicitement le comportement de la densité de charge pour des géométries coincidant avec un cône à l'infini. Enfin, nous illustrons ce comportement asymptotique par des expériences numériques réalisées en dimension deux, et en dimension trois, pour des domaines axisymétriques. Les résultats sont comparés à ceux obtenue par une méthode intégrale.

La présence d'objets métalliques en Imagerie par Résonance Magnétique provoque des dysfonctionnements qui peuvent se manifester par des artefacts, des échauffements, ... Dans le présent travail, on construit et étudie des modèles mettant en évidence le phénomène d'échauffement.<br /><br />Dans la première partie, on étudie l'antenne cage d'oiseau. On montre que les pulsations de résonance sont les valeurs propres d'un problème aux valeurs propres généralisé et on développe une méthode de calcul efficace de celles-ci. On étudie ensuite les propriétés du champ radiofréquence à l'aide de simulations numériques : mouvement de rotation en tout point et homogénéité au centre de l'antenne.<br /><br />Dans la deuxième partie, on modélise le problème magnétique associé à l'IRM par les équations de Maxwell avec le champ radiofréquence comme condition aux limites. On montre que ce problème est bien posé en dimension 3 et qu'il est équivalent à une série de problèmes axisymétriques bidimensionnels découplés. Des calculs numériques sont effectués sur les problèmes axisymétriques, qui confirment les résultats théoriques obtenus.

Les axes de recherche et les analyses faites dans cette thèse portent sur les méthodes d'ordre élevé en éléments finis appliquées dans le cadre de la résolution des équations de Navier-Stokes et de modèles de turbulence. Elle se décompose en deux thématiques principales: -La mise en oeuvre de méthodes d'ordre élevé dans un code de calcul industriel -L'élaboration d'une méthodologie de création de maillages courbes sur des géométries 3D Une série de cas tests de difficulté croissante a été menée afin de valider ces méthodes. On présente, notamment, un cas complet d'avion où la démarche complète d'obtention du maillage ainsi que le calcul Navier-Stokes et modèle de turbulence sont détaillés et commentés. La motivation, l'apport et les obstacles techniques sont enfin discutés. / The areas of research and analysis covered ​​in this thesis focus on methods using high order finite elements applied for solving Navier-Stokes equations and turbulence models. It consists of two main parts:-The implementation of high-order methods in an industrial computer code -The development of a methodology for creating curved meshes on 3D geometries A series of test cases of increasing difficulty were conducted to validate these methods. We present, moreover, a case of a full aircraft where the process used to obtain the full mesh and the Navier-Stokes/turbulence model calculation are fully described and discussed. Motivation, contribution and technical barriers are finally discussed.

Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les alliages base titane sont des matériaux largement utilisés dans l'industrie aéronautique. Parmi ces alliages le Ti6Al4V est le plus répandu. Mais de nombreuses études ont montré que le titane et ses alliages ont une mauvaise usinabilité. Cet état de fait leur a été attribué en raison de leur faible conductivité thermique, qui concentre la chaleur dans la zone de coupe, de leur grande affinité chimique avec les matériaux des outils. Ce travail de thèse est séparé en deux parties, une expérimentale et une numérique qui ont comme finalité la mesure et l'estimation de la température pendant le perçage. Pour l'évaluation de la température 3 techniques de mesure sont utilisées : une première utilisant un thermocouple, placé au plus proche du bec de l'outil, une seconde mesurant la température à l'interface outil/copeau en utilisant l'effet Seebeck : un sandwich Ti/matériau isolant/constantan/matériau isolant/Ti est réalisé et la mesure est faite entre le constantan et l'arrête de l'outil et une dernière présentant des thermocouples montées dans la pièce, devant la pointe du foret, de manière à ce que le foret s'arrête à une distance de 0.1 mm des thermocouples. Pour toutes ces mesures, trois forets différents ont été utilisés. Pour la réalisation de la partie simulation, deux approches, analytique et numérique, ont été utilisées. L’approche analytique permet l'approximation des efforts de coupe pendant le perçage. L'approche par éléments finis, utilisant le logiciel "Advantedge", permet l'évaluation des efforts de coupe et la température en usinage. Le but étant de retrouver le même comportement que dans le cas des essais réalisés / The titanium-based alloys are materials widely used in the aviation industry. Among these alloys Ti6Al4V is the most common. But many studies have shown that titanium and its alloys have poor machinability. This is due to their low thermal conductivity, which concentrates heat from the cutting area, their high chemical affinity with the tool material. This thesis is separated into two parts, an experimental and numerical that are intended for measuring and estimating the temperature during drilling. For the evaluation of the 3 temperature measurement techniques are used: one using a thermocouple placed as close a possible to the corner the tool, a second measuring the temperature at the interface between tool/cutting edge using the Seebeck effect: sandwich Ti / insulation / constantan / insulation / Ti is achieved and the measurement is made between the constantan and the tool edges and a final technique with thermocouples mounted in the workpiece, ahead of the drill point, so that the drill stops at a distance of 0.1 mm from them. For all these measures, three different drills were used. To achieve the simulation part, two approaches, analytical and numerical, have been used. The analytical approach allows the approximation of cutting forces during drilling. The finite element approach, using the software "Advantedge", allows the evaluation of cutting forces and temperature in machining. The goal is to find the same behavior as in the case of measures

L'objectif principal de cette étude consiste à réduire les temps de calcul des simulations de procédés de mise en forme continus sous le logiciel Forge3®. Ces procédés, tel que le laminage et le tréfilage, sont caractérisés par des pièces dont la longueur est très importante en comparaison des dimensions de la section ainsi que de la zone de contact. Une approche incrémentale générale implique des temps de calcul conséquents allant de quelques heures à plusieurs jours. En se concentrant sur le régime quasi permanant de ces procédés, une formulation stationnaire est développée pour accélérer leur simulation. Le domaine de calcul correspond initialement à une estimation de la forme de l'écoulement solution au voisinage des outils. Une étape de correction du domaine est ajoutée en plus du calcul stationnaire de l'écoulement. Comme les conditions aux limites sont modifiées, ces deux étapes sont répétées jusqu'à convergence.L'étude s'est concentrée principalement sur l'étape de correction du domaine correspondant à la résolution d'un problème de surface libre par la méthode des éléments finis. Le caractère purement convectif du problème ainsi que la prise en compte du contact nécessite l'utilisation de formulations faibles faisant apparaître un décalage amont (SUPG). Deux nouvelles formulations basées sur la méthode des moindres carrés sont développées avec succès (MC_supg et MC_lc). Pour appliquer la méthode à des géométries complexes, différentes méthodes de généralisations sont développées où un 2ème degré de liberté est ajouté aux nœuds de surface. La méthode la plus performante (CSL_dif) consiste à utiliser ce 2ème degré de liberté pour le calcul de surface libre uniquement sur les nœuds appartenant à une arête géométrique, pour les autres une régularisation du maillage dans la direction tangente y est effectuée. Des résultats excellents ont été observés sur un grand nombre de cas tests analytiques. Le contact est appliqué par une méthode de pénalisation aux nœuds. Afin de renforcer le couplage entre cette étape et celle du calcul de l'écoulement, un contact bilatéral glissant est attribué aux nœuds en compression alors que pour les autres nœuds un contact unilatéral est employé. Un algorithme spécifique est développé pour déterminer avec précision la zone de contact.Cette formulation itérative pour la recherche de l'état stationnaire a été appliquée avec succès sur un grand nombre de cas tests de mise en forme. Des accélérations comprises entre 10 et 60 ont été obtenues par rapport à Forge3®. / The aim of this study is to reduce the computational time for the simulation of continuous material forming processes with Forge3® software. These processes, like rolling and wire drawing, are characterized by an important length of the pieces in comparison to their sectional's dimensions and to the local contact area. A general and incremental approach requires important computational times ranging from a few hours to several days. By focusing on the quasi permanent regime of these processes, a stationary approach is developed to speed up their simulation. The computational domain consists of an initial guess of the steady flow near the tools. A domain correction stage is added after the computation of the steady flow. As boundary conditions are changed, these two stages are repeated until the convergence is reached.Most of the works is concentrated on the domain correction which is a free surface problem solved by the finite elements method. As it is a case of a pure convection problem where the treatment of contact is necessary, weak formulations have to show up an upwind shift (SUPG). Two new formulations based on the least squares method have been successfully developed (MC_supg, MC_lc). To take into account complex geometries, severals new methods have been developed by adding a second degree of freedom for surface nodes. The most efficient method (CSL_dif) uses this second degree of freedom for free surface computation only for nodes belonging to geometric edges, whereas the other nodes have a mesh regularization in tangent direction of the surface. Excellent results are obtained for many analytical test cases. A penalization method is used to apply contact equations on nodes. In order to enforce the coupling between this stage and the one for the computation of the flow, a bilateral sliding contact is assigned to the nodes in compression, whereas for the others a unilateral contact is used. A specific algorithm has been developed to efficiently compute the contact area.This iterative formulation for the search of the steady state is successfully used on a large number of material forming test cases. Important accelerations are gained compared to Forge3®, ranging from 10 to 60.

Nous avons étudié le rôle des éléments génétiques mobiles (EGM) dans l’évolution et la virulence de Streptococcus agalactiae, bactérie pathogène opportuniste responsable d'infections chez l’homme. La structure génétique de la population a été analysée par multilocus sequence typing à partir d’un souchier représentatif de la diversité de l’espèce. La distribution de 11 EGM (sept séquences d’insertion, trois transposases, un intron) a été confrontée à la structure de la population. Cette confrontation a permis i) de démontrer que l’acquisition des EGM corrélait avec l’évolution de l’espèce, ii) de proposer une hypothèse de la chronologie d’acquisition des EGM, iii) d’identifier certains EGM comme marqueurs de l’écosystème d’origine des souches, et iv) de conforter l’hypothèse de l’émergence du clone humain invasif CC17 à partir d’un ancêtre bovin. Nous avons également cartographié les copies des EGM présentes sur le génome de S. agalactiae, puis nous avons identifié huit nouveaux sites d’insertion, dont deux sont significativement associés à l’origine écologique de la souche. / We studied the role of mobile genetic elements (MGE) on the evolution and the virulence of Streptococcus agalactiae, an opportunistic bacterium responsible for human infections. The genetic population structure was analyzed by multilocus sequence typing using a collection representative of the species diversity. The distribution of 11 MGE (seven insertion sequences, three transposases, one intron) was compared to the population structure. We demonstrated that the MGE prevalence strongly correlates with the genetic lineages. We proposed an evolutionary scheme for the acquisition of the MGE. Several MGE appeared to be markers of the origin of the strains. MGE analysis brought evidence for a bovine origin of the human virulent clone CC17. We also identified the position of the MGE copies on the S. agalactiae genome and we identified eight new MGE insertion sites, from which two were significantly associated with the ecological origin of the isolates.

La maturation des ARN implique un grand nombre d’évènements post-transcriptionnels, parmi lesquels la polyadénylation qui constitue une étape clé. Chez Arabidopsis, la présence de l’hétérochromatine au niveau des introns de certains gènes peut influencer considérablement la polyadénylation de leur transcrits. INCREASED IN BONSAI METHYLATION2 (IBM2) est une protéinequi contrôle cette catégorie de gènes en reconnaissant l’hétérochromatine au niveau des introns via son domaine BOMO-ADJACENT HOMOLOGY (BAH). IBM2 se lie à l’ARNm par son motif RNA RECOGNOTION (RRM), afin d’assurer la transcription complète de ces gènes cibles en favorisant l’utilisation d’un site distal de polyadénylation. Par conséquent, en mutant IBM2, des plus transcrits courts sont synthétisés suite à une polyadénylation précoce au niveau de la régionhétérochromatique. Durant ma thèse, j’ai cherché à comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents de cette régulation tout en étudiant le rôle du complexe protéique IBM2. Nous avons identifié des protéines partenaires d’IBM2 déjà étudiées telle que ENHANCED DOWNY MILDEW2 (EDM2) et ASI-IMMUNOPRECIPITATED PROTEIN1 (AIPP1), ainsi qu’une nouvelle protéine interagissant physiquement avec IBM2 et d’autres protéines. La mutation du gène correspondant à cette protéine conduit à une réduction de l’expression globale des cibles d’IBM2testées, accompagnée d’un niveau réduit de transcrits longs fonctionnels. Moyennant un crible génétique des suppresseurs de la mutation ibm2, nous avons identifié plusieurs facteurs agissant en amont de la voie IBM2, notamment la protéine FLOWERING TIME CONTROL (FPA). FPA est une protéine capable de s’associer à l’ARN pour favoriser l’utilisation de sites proximaux de polyadénylation de plusieurs gènes cibles, avec parmi eux des gènes contrôlés par IBM2, ce qui suggère que la transcription complète de ces gènes dépend étroitement des actions antagonistes entre IBM2 et FPA. Nos résultats ont montré que le choix du site de polyadénylation de gènes contenant de l’hétérochromatine dépend de plusieurs protéines agissant en différents complexes ainsi que l’interconnexion avec d’autres voies. / RNA maturation implies numerous post-transcriptional modifications in whichpolyadenylation is a key step. In Arabidopsis, the heterochromatin found within introns(intronic-HC) can impact transcripts polyadenylation of host genes. INCREASED IN BONSAI METHYLATION2 (IBM2), an RNA-binding protein containing a bromo-adjacent homology (BAH) domain, interacts with intronic-HC to produce functional full-length transcripts by promoting distal polyadenylation. Loss of IBM2 function triggers short transcripts production due to premature polyadenylation from the heterochromatic region. During my thesis, I investigated the role of proteins that may belong to different sub-complexes in the regulation of intronic-HC containing genes. We identified IBM2 partners, including ENHANCED DOWNY MILDEW 2 (EDM2) and ASI-IMMUNOPRECIPITATED PROTEIN1 (AIPP1), and a novel partner that interacts directly with IBM2 and other proteins. Mutating the corresponding gene of the novel partner results in decreased expression of tested IBM2-targets such as IBM1 encoding an H3K9demethylase and the disease resistance gene RECOGNITION OF PERONOSPORA PARASITICA 7 (RPP7), accompanied with compromised use of their distal polyadenylation sites. By conducting a genetic screen of ibm2 mutation suppressors, we identified factors belonging to different pathways that act upstream of IBM2, among them the FLOWERING TIME CONTROL PROTEIN (FPA). FPA is an RNA-binding protein that promotes the use of proximal polyadenylation sitesof several genes such as IBM1. Our data bring evidence that antagonistic actions of FPA and IBM2 regulates polyadenylation sites choice at intronic-HC containing genes. These results provide new insights to understand the interplay between heterochromatin and RNA processing.

Dans ce travail, nous proposons différentes méthodes de Volumes Finis (centrée cellule, Éléments-Volumes Finis conforme et Éléments-Volumes Finis non conforme) pour des problèmes où surviennent des singularités. Nous nous intéressons tout d'abord au cas des singularités de coin intervenant en dimension deux pour diverses problèmes elliptiques (problème de Laplace, systèmes de Stokes et de Navier-Stokes). En effet, lorsque nous considérons un problème elliptique sur un domaine non convexe de R², la présence de singularités de coin détériore l'ordre de convergence des méthodes numériques (Différences Finies, Éléments Finis ou Volumes Finis). Nous montrons alors comment, pour les diverses méthodes de Volumes Finis étudiées, un raffinement de maillage local permet de restaurer un ordre de convergence optimal. Nous abordons ensuite les problèmes de couche limite en dimension deux intervenant dans les problèmes singulièrement perturbés. La solution de tels problèmes est caractérisée par un fort gradient local que n'arrive pas à capturer les méthodes de Volumes Finis sur des maillages standards. Nous étudions donc, pour un problème modèle de réaction-diffusion perturbé, la convergence des méthodes de Volumes Finis centrée cellule, d'Éléments- volumes Finis conforme et d'Éléments- volumes Finis non conformes sur des maillages anisotropes. Nous évoquons en dernier lieu le cas des singularités intervenant en dimension trois. Pour le cas du problème de Laplace considéré sur un domaine non convexe tridimensionnel et discrétisé par les méthodes de Volumes précédemment vues, nous illustrons numériquement, d'une part, le fait que les maillages uniformes apportent un ordre de convergence non optimal, et d'autre part, comment un raffinement de maillage local permet d'améliorer la situation.