Ce travail de thèse a permis d'établir la carte d'identité de nanoparticules développées au laboratoire, les nanocapsules lipidiques. En effet, nous avons caractérisé les nanocapsules lipidiques par diffusion dynamique de la lumière mais aussi par diffusion des neutrons aux petits angles : ces expériences nous ont permis de démontrer que ces particules possèdent une structure coeur-couronne ; le coeur étant composé de triglycérides et la couronne d'un mélange de tensio-actifs. Nous avons aussi démontré que la couronne est une monocouche mixte de tensio-actifs à l'interface huile/eau. A partir de cette structure, nous avons développé deux méthodes de modification post-formulation des nanoparticules initiales afin d'obtenir des nanocapsules lipidiques multifonctionnelles. La première méthode est la post-insertion, initialement développée sur les liposomes ; la deuxième méthode est basée sur une réaction de transacylation entre les tensio-actifs des nanocapsules lipidiques et des substrats d'intérêt pharmaceutique et technologique. Ensuite, nous avons démontré que ces nanocapsules lipidiques multifonctionnelles possédaient de nouvelles propriétés, comme la capacité à délivrer des principes actifs hydrophiles comme des petits ARN d'interférence (siRNA).

La composition d'un matériau cimentaire influe sur la formation de sa microstructure et par conséquent sur ses propriétés de transfert déterminant sa durabilité. Celle-ci peut être caractérisée à l'aide d'indicateurs de durabilité. Dans la littérature, il existe très peu de modèles permettant l'estimation de ces indicateurs à partir de la composition d'un matériau cimentaire. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à un indicateur de durabilité particulier : la perméabilité au gaz. Notre objectif consiste à étudier le lien entre la composition d'un matériau cimentaire et sa perméabilité. Dans un premier temps, cette relation est étudiée et analysée à travers une campagne expérimentale sur des pâtes de ciment, mortiers et bétons. Le but est de déterminer l'influence des paramètres de formulation sur la microstructure et sur la perméabilité d'un matériau cimentaire. Ensuite, une étude de modèles donnant la perméabilité d'un matériau cimentaire à partir des caractéristiques de sa microstructure est faite. Pour finir, un modèle permettant de prédire la perméabilité d'une pâte de ciment à partir de ses paramètres de formulation (E/C, surface spécifique Blaine et densité du ciment) est proposé et comparé aux modèles précédents et aux perméabilités expérimentales.

Cette étude s'inscrit dans le domaine de la conception et du dimensionnement de structures industrielles. Elle consiste à proposer une méthodologie permettant de simuler l'endommagement ductile de structures métalliques, suivi de l'amorçage et de la propagation de fissures. La démarche s'organise en trois temps. La première étape consiste à pouvoir décrire correctement l'évolution de l'endommagement jusqu'à l'amorçage de la fissure, par un modèle continu. Or, l'utilisation de modèles de comportement ductiles endommageables classiques avec la méthode des éléments finis conduit à de nombreux problèmes, tels que la dépendance pathologique à la finesse et à l'orientation du maillage ou le verrouillage volumique. Une nouvelle formulation mixte non locale à quatre champs est proposée dans le cadre des petites perturbations afin de surmonter ces problèmes. L'étape suivante vise à améliorer la qualité du calcul. Pour cela, une procédure d'adaptivité de maillage reposant sur un indicateur d'erreur est mise en place afin de permettre d'atteindre le niveau de qualité désiré par l'utilisateur, tout en minimisant les coûts de calculs. Associée au lissage des champs aux anciens points de Gauss avant projection directe aux nouveaux points de Gauss et à l'ajout de viscosité dans le modèle, elle permet de reprendre les calculs sur le nouveau maillage plus adapté après quelques divisions du pas de temps. Enfin, une fois toute la phase d'endommagement décrite avec précision, la dernière partie est consacrée au développement d'une stratégie d'amorçage et de propagation de fissure utilisant l'adaptation de maillage. Pour cela, le chemin de fissure est représenté par un maillage auxiliaire dont le front est le plus régulier possible. Pour déterminer l'orientation de cette discrétisation, un critère reposant sur le gradient de l'endommagement lissé est formulé. Cette stratégie est mise en oeuvre sur un cas test académique en dimensions deux et trois. Par la suite, il serait intéressant de pouvoir appliquer cette méthodologie avec des modèles plus réalistes faisant intervenir le taux de triaxialité, et ce en grandes déformations.

La modélisation électrotechnique des appareils de coupure se présente sous deux principaux axes d'investigations: . Le calcul des efforts électrodynamiques de répulsion dont une estimation correcte est nécessaire pour pouvoir maintenir le contact entre les électrodes en vis-à-vis. . La description de l'évolution de I'arc électrique dans la chambre de coupure afin de prévoir son comportement et réussir I'opération de la coupure du courant électrique. La modélisadon tridimensionnelle réalisée est basée sur la Méthode des Eléments Finis et utllise une formulation en termes de potentiel vecteur électrique en association avec un inducteur. L'application de la méthode sur des électrodes en contact en régime harmonique permet de calculer correctement la force de répulsion. Lors de la modélisation de l'évolution de l'arc électrique, le modèle simple du lanceur électrique est adopté et décrit à I'aide d'une description eulerienne permettant de mettre en évidence les effets des courants induits par la vitesse Enfin, la description lagrangienne à pas à pas dans le temps sans remaillage, est appliquée à l'étude en régime transitoire d'un arc électrique avec couplage cinétique.

En dépit des progrès réalisés en vision par ordinateur et en photogrammétrie, la reconstruction tridimensionnelle de scènes à partir de photographies reste un problème extraordinairement complexe et loin d'être résolu. Dans cette thèse, nous nous intéressons au domaine plus restreint de la reconstruction automatique de bâtiments à partir d'images aériennes en multi-recouvrement. En décalage par rapport aux méthodes à base de modèles prédéfinis, notre approche utilise une modélisation très générique des bâtiments comme polyèdres sans surplomb. Pour pallier le manque de robustesse inhérent à la plupart des approches génériques, des contraintes a priori sont introduites dans la sélection de la meilleure représentation favorisant ainsi, sans les imposer, des choix correspondant à des situations récurrentes dans un environnement urbain: parallélisme, horizontalité, orthogonalité, symétrie verticale de certaines facettes. Par ce raisonnement, le système concilie à la fois les problématiques de généricité et de généralisation. La stratégie générale se compose de quatre étapes majeures. La première consiste à extraire des images trois types de primitives tridimensionnelles qui serviront à construire les modèles de bâtiments puis à sélectionner la meilleure représentation: segments 3D, facettes planes, discontinuités altimétriques. Dans un deuxième temps, l'algorithme extrait, à partir de l'arrangement de plans déduit des primitives planes, toutes les hypothèses de bâtiments modélisés comme surfaces polyédriques continues et sans surplomb. Il est prouvé, à cet effet, que cette procédure se ramène à la recherche exhaustive des cliques maximales d'un graphe adéquat. Dans l'ensemble de toutes ces hypothèses, la sélection du modèle final se fait, dans un troisième temps, par le biais d'une formulation bayésienne qui prend en compte différents types d'observation. La complexité du modèle de bâtiment et les contraintes a priori sur les primitives telles qu'orthogonalité, parallélisme, symétrie, horizontalité sont naturellement introduites dans cette formulation pour concilier adéquation aux données et simplicité de formes. Enfin, les contraintes détectées sur les primitives sont effectivement introduites dans la reconstruction. L'algorithme utilise alors une paramétrisation implicite du bâtiment qui assure l'application des contraintes sur le modèle final. La méthodologie de recherche de l'ensemble des formes admissibles par cliques maximales constitue, avec l'intégration de contraintes dans le processus de choix de la représentation et de recalage du modèle, les contributions majeures du système présenté. Des résultats et une évaluation sur images aériennes prouvent la validité de cette approche qui permet de traiter des bâtiments aux formes arbitrairement complexes et de pallier, le cas échéant, les défauts de focalisation. Malgré cette généricité, le système se révèle tolérant aux erreurs des détecteurs de primitives et présente des caractéristiques intéressantes pour la modélisation de scènes péri-urbaines.

In order to assess and optimize layout strategies for minimizing substrate noise, it is necessary to have fast and accurate techniques for computing contact coupling resistances associated with the substrate. In this talk, we describe an extraction method capable of full-chip analysis which combines modest geometric approximations, a novel integral formulation, and an FFT-accelerated preconditioned iterative method. / Singapore-MIT Alliance (SMA)

Gene therapy holds the promise of revolutionizing the way we treat diseases. By using recombinant DNA and oligonucleotides (ONs), gene functions can be restored, altered or silenced according to the therapeutic need. However, gene therapy approaches require the delivery of large and charged nucleic acid-based molecules to their intracellular targets across the plasma membrane, which is inherently impermeable to such molecules. In this thesis, two chemically modified cell-penetrating peptides (CPPs) that have superior delivery properties for several nucleic acid-based therapeutics are developed. These CPPs can spontaneously form nanoparticles upon non-covalent complexation with the nucleic acid cargo, and the formed nanoparticles mediate efficient cellular transfection. In paper I, we show that an N-terminally stearic acid-modified version of transportan-10 (PF3) can efficiently transfect different cell types with plasmid DNA and mediates efficient gene delivery in-vivo when administrated intra muscularly (i.m.) or intradermaly (i.d.). In paper II, a new peptide with ornithine modification, PF14, is shown to efficiently deliver splice-switching oligonucleotides (SSOs) in different cell models including mdx mouse myotubes; a cell culture model of Duchenne’s muscular dystrophy (DMD). Additionally, we describe a method for incorporating the PF14-SSO nanoparticles into a solid formulation that is active and stable even when stored at elevated temperatures for several weeks. In paper III, we demonstrate the involvement of class-A scavenger receptor subtypes (SCARA3 & SCARA5) in the uptake of PF14-SSO nanoparticles, which possess negative surface charge, and suggest for the first time that some CPP-based systems function through scavenger receptors. In paper IV, the ability of PF14 to deliver siRNA to different cell lines is shown and their stability in simulated gastric acidic conditions is highlighted. Taken together, these results demonstrate that certain chemical modifications can drastically enhance the activity and stability of CPPs for delivering nucleic acids after spontaneous nanoparticle formation upon non-covalent complexation. Moreover, we show that CPP-based nanoparticles can be formulated into convenient and stable solid formulations that can be suitable for several therapeutic applications. Importantly, the involvement of scavenger receptors in the uptake of such nanoparticles is presented, which could yield novel possibilities to understand and improve the transfection by CPPs and other gene therapy nanoparticles. / At the time of doctoral defence the following paper was unpublished and had a status as follows: Paper nr 4: Submitted

The mechanics of paper is a difficult subject because paper is a unique material. It is very thin, flexible at bending, unstable in compression and stiff at tension. Dealing with paper we have to account for orthotropy and heterogeneities created during the manufacturing process. This thesis addresses two topics in mechanics of paper webs in printing press applications. First is the dynamic behaviour of the travelling webs. Second is so-called “fluting” after heat-set web-fed offset printing. There are a number of challenges in simulating the dynamics of the paper web. It is necessary to include the influence of the paper web transport velocity. Due to initial sag or vibrations, gyroscopic forces affect the dynamics of the webs. Furthermore, the transport velocity reduces the stress stiffening of the web. A good theoretical model should account for large displacements and should be capable of simulating wrinkles, which is essentially a post-buckling phenomenon. Finally, the paper web is surrounded with air which reduces the natural frequencies substantially by “adding" mass to the paper. A non-linear finite element formulation has been developed in this study for simulation of travelling webs. The results of the studies shows that for the tension magnitudes used in the printing industry the critical web speed lies far above those used today. Speed limitations are rather caused by ink setting and tension control problems. If the web tension profile is skew, however, edge vibrations are inevitable even at small external excitations. Fluting is a permanent wavy distortion of the paper web after heat-set web offset printing. It is often seen in high quality printing products, especially in areas covered with ink. It is generally accepted that tension and heat are required to create fluting. However, there have been certain disputes as to the mechanism of fluting formation, retention and key factors affecting this phenomenon. Most of the existing studies related to fluting are based on linear buckling theories. A finite element model, capable of simulating a post-buckling behaviour has been developed and experimentally verified. Studies show that none of the existing theories can consistently explain fluting. A new basic mechanism of fluting formation has been proposed and numerically demonstrated. Fluting was explained as a post-buckling phenomenon due to small scale moisture variations developing during through-air drying. It was concluded that air permeability variation is the key factor affecting fluting tendency. Fluting is retained due to inelastic deformations promoted by high drying temperatures. / QC 20100906

In this work the methodology is developed to study spreading and penetration of a custom ink-jet ink formulation, containing hydrophobic cationic crystal violet dye, ethoxylated surfactant, and ink solvent marked by lithium salt. With a new technique utilizing Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry imaging, the ink component distribution and its effect on print quality of uncoated and coated papers are evaluated. High spatially resolved images obtained by ToF-SIMS illustrate differentiation of individual ink components, with ink solvent spreading more than the dye in all paper samples. Uncoated papers show greater and more irregular spreading leading to poor edge definition and poor print quality. Large separation of the dye from the solvent in the vertical direction of multipurpose and photo glossy ink-jet paper suggests a step-wise progression of ink penetration: ink flows through a more porous structure in the x-direction before advancing to the next sublayer in the z-direction of paper.

In this work the methodology is developed to study spreading and penetration of a custom ink-jet ink formulation, containing hydrophobic cationic crystal violet dye, ethoxylated surfactant, and ink solvent marked by lithium salt. With a new technique utilizing Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry imaging, the ink component distribution and its effect on print quality of uncoated and coated papers are evaluated. High spatially resolved images obtained by ToF-SIMS illustrate differentiation of individual ink components, with ink solvent spreading more than the dye in all paper samples. Uncoated papers show greater and more irregular spreading leading to poor edge definition and poor print quality. Large separation of the dye from the solvent in the vertical direction of multipurpose and photo glossy ink-jet paper suggests a step-wise progression of ink penetration: ink flows through a more porous structure in the x-direction before advancing to the next sublayer in the z-direction of paper.