Mes activités de recherches sont regroupées en trois parties principales allant de la couche sensible jusqu'au système. La première partie porte sur les plasmas froids. Le plasma, en tant que milieu physiquement et chimiquement très réactif, a essentiellement été utilisé pour le dépôt de couches minces, mais a aussi servi d'outil de caractérisation de surface ou encore de traitement de gaz. La deuxième partie traite du développement d'un capteur de gaz à partir du dépôt de la couche sensible jusqu'au dispositif. Il est présenté à partir des hypothèses de départ jusqu'aux caractéristiques du capteur. La troisième partie concerne les systèmes multicapteur. L'étude se situe cette fois au niveau du système, constitué de plusieurs capteurs, de l'acquisition des signaux et du traitement des données. Pour terminer, mes activités dans des sujets récents sont rapidement exposées dans la quatrième partie de ce mémoire.

Les fluides frigoporteurs diphasiques sont des suspensions de cristaux solides. Exploitant l'énergie de changement de phase solide/liquide, ils sont intéressants d'un point de vue énergétique pour le transport du froid. De plus, leur utilisation est un moyen de réduire les quantités de réfrigérants classiques utilisés. Des coulis de glace sont actuellement mis en place dans le domaine de la réfrigération. Cette technologie peut être étendue vers d'autres domaines d'application, à d'autres domaines de températures : la congélation et la climatisation. <br />Pour une application en climatisation, nous étudions une solution de TBAB (Bromure de Tetra-ButylAmmonium). A pression atmosphérique et pour des températures positives, cette solution cristallise pour former des composés similaires à la glace : des hydrates. Les propriétés physiques de la solution initiale et sa capacité à cristalliser ont tout d'abord été étudiées. Nous avons mis en évidence la possibilité de former deux types de cristaux de natures différentes.<br />Un dispositif expérimental permettant la caractérisation rhéologique des fluides frigoporteurs diphasiques a été élaboré. Les suspensions sont formées dans un échangeur à surface brossée et caractérisées par des mesures de débit et pertes de charge en conduites cylindriques. <br />Les coulis d'hydrates de TBAB peuvent être décrits par un modèle de type « fluide de Bingham ». Nous montrons que les paramètres rhéologiques (viscosité apparente et contrainte seuil) dépendent non seulement de la teneur en particules mais aussi du type d'hydrate en suspension et de la concentration initiale de la solution. La contrainte seuil est interprétée par les forces d'interactions entre particules de type Van der Waals. <br />Enfin, d'éventuels effets de stratification sont modélisés par une méthode de différences finies. Le principe est de calculer les profils de vitesse et de concentration en particules au cours de l'écoulement d'une suspension de cristaux en conduite. Les calculs sont validés par les profils de vitesse obtenus expérimentalement par P. Reghem (2002). Ce modèle permet d'évaluer l'influence du profil de concentration en particules sur les pertes de charge.

Dans cette étude, la technologie de la projection à froid a été utilisée pour réaliser des projections de bronze et ses composites de manière à obtenir un revêtement qui possède bonnes performances en frottement. Les recherches suivantes ont été exécutées dans ce travail à savoir : -la fabrication, la sélection et le post-traitement des poudres de bronzes et de quasicrystaux : -la réalisation de revêtements de bronze et ses composites ; -l'analyses des performances en frottement des revêtements fabriqués ; -la comparaison des caractéristiques et des comportements en frottement entre les revêtements fabriqués par la projection à froid et par la projection thermique conventionnelle. Les résultats montrent que la projection à froid peut être une technologie fiable pour réaliser des revêtements composites à base de bronze, la transformation de phase et l'oxydation qui sont associées aux revêtements fabriqués par les autres techniques de projection thermique conventionnelle peuvent être évitées ou atténuées efficacement par utilisation du procédé de projection à froid, le revêtement composite présente une meilleure propriété tribologique par rapport aux revêtements de bronzes seuls. Les performances en frottement des revêtements fabriqués par projection à froid sont comparables à celles des revêtements fabriqués par projection thermique.

Ce travail de thèse concerne l'étude expérimentale d'un jet perpendiculaire à un écoulement principal (``jet in crossflow'') dans une soufflerie en circuit fermé. Suivant la valeur du rapport de vitesse entre les deux écoulements r, ce jet rectangulaire confiné se trouve en situation d'interaction voire d'impact avec la paroi opposée à celle dont il est issu. Le jet est faiblement marqué en température (environ 10°C), afin de rester dans le cas du scalaire passif. Une amélioration du dispositif expérimental a été mise en oeuvre afin d'obtenir des conditions aux limites thermiques compatibles avec la mesure de faibles écarts de température imposés par le scalaire passif. Du point de vue métrologique, on utilise l'anémométrie et la thermométrie à fil chaud / fil froid, l'ensemble de la chaîne anémométrique étant réalisé au laboratoire. Des sondes à fil de Wollaston (Pt-Rh) de 0,35µm de diamètre sont associées à un thermomètre et un anémomètre à tension constante optimisés pour maximiser le rapport signal sur bruit. Les différents résultats sont obtenus à la fois grâce à des visualisations par caméra rapide pour différents rapports de vitesse (r compris entre 3 et 12), et grâce aux mesures locales par fil chaud / fil froid, dans le cas particulier de deux rapports de vitesses (r=3.3 et 9.4). Les propriétés de mélange du scalaire sont étudiées par le tracé de cartographies des grandeurs statistiques de vitesse et température dans des plans de coupe perpendiculaires aux trois axes. L'analyse du contenu spectral des signaux en différents points caractéristiques met en évidence des caractéristiques du comportement dynamique instationnaire du jet.

Les bosons chargés identiques confinés dans une grande boite dont les parois portent une charge de signe contraire mais de même densité assurant la neutralité du système, constituent un plasma neutre à une composante. On obtient un plasma neutre à deux composantes lorsque les bosons identiques de charge positive et ceux de charge négative de même densité sont contenus dans la même boite. Le plasma non-neutre des bosons s'obtient en confinant l'assemblée des bosons identiques chargés dans un piège des particules chargées de Penning ou de Paul. Nous avons fait l'étude théorique de la dégénérescence quantique du plasma non-neutre des bosons de spin zéro confinés dans un piège de Paul à haute densité et à très basse température. Cette étude a porté d'abord sur un système sans transition de phase dans le piège, et ensuite sur le régime gazeux (de Mathieu) et sur le régime intermédiaire (liquide). Nous avons utilisé la théorie microscopique en considérant le champ scalaire complexe ou champ des mésons chargés pour construire les opérateurs bosons chargés de spin zéro, définir l'espace des états quantiques du système, construire les opérateurs champs de création et d'annihilation des bosons d'impulsion p au point r . Ces derniers nous ont permis de construire l'opérateur Hamiltonien de la seconde quantification du plasma et la matrice densité à une particule. La matrice densité du plasma non neutre de bosons de spin zéro et la prescription de Bogoliubov révèlent l'occupation macroscopique d'un état quantique dans le piège harmonique radiofréquence de Paul. Nous avons déterminé pour ce plasma l'énergie de l'état fondamental, le spectre des excitations élémentaires, l'équation de Hartree-Fock etc. Nos résultats sont comparés dans un tableau aux résultats de l'application de la théorie microscopique aux assemblées des bosons neutres confinés dans un piège magnétique et au gaz électronique.

De par leur importante diversité phénotypique (10000 espèces), les oiseaux ont colonisé la plupart des niches écologiques, aussi " extrêmes " soient-elles. Les zones polaires (Arctique et Antarctiques) et le climat extrêmement froid qui les aractérise, suscitent l'intérêt de nombreuses études. Ce travail de thèse avait pour but d'explorer les différents mécanismes intervenant dans la mise en place de la thermorégulation chez l'oiseau. Nous nous sommes principalement intéressés, par une approche intégrative, de l'animal entier (méthodes de calorimétrie indirecte) à l'expression génique (techniques de RT-PCR), à caractériser les modifications métaboliques et l'implication d'une protéine découplante (avUCP) dans les mécanismes de thermorégulation, et principalement la thermogenèse sans frisson (NST) en réponse à une exposition chronique au froid.Au cours de deux études menées chez le caneton de Barbarie, nous avons démontré l'aspect " adaptatif " de la NST ainsi que l'implication potentielle de l'UCP aviaire dans ce mécanisme en faisant varier tout d'abord la température d'acclimatation puis la durée d'exposition pour caractériser la mise en place de la NST au cours de la croissance. Lors d'une troisième étude, nous nous sommes intéressés à une étape clé de la vie des manchots royaux (passage en mer) caractérisée par un stress thermique important et une activité physique accrue dus aux longs séjours en eau froide. Ce contexte environnemental et physiologique entraine nécessairement des adaptations métaboliques, comme la mise en place d'un métabolisme lipidique efficace soutenant ainsi les dépenses énergétiques accrues lors des voyages en mer.

L'objectif principal de ce projet est de déterminer quels sont les processus physiques (forçages) responsable de la dynamique des fronts froids, ce qui n'a jamais été fait quantitativement. En premier lieu, une étude diagnostique est effectuée sur un échantillon de dix fronts froids continentaux nord-américains pour vérifier s'il existe une dynamique propre à ces fronts. Une étude semblable est faite sur dix fronts froids maritimes ouest-européens et les résultats pour chacun des groupes sont comparés. Les diagnostics portent sur le déplacement des fronts (tendances de tourbillon) et sur le mouvement vertical qui leur est associé. Nous utilisons l'outil DIONYSOS pour effectuer ces diagnostics. Les résultats obtenus ont révélé des différences fondamentales entre les dynamiques des fronts continentaux nord-américains et maritimes ouest-européens. Le Laplacien de l'advection de température est le forçage dominant sur la dynamique nord-américaines alors que c'est l'advection de tourbillon qui régie une grande partie de la dynamique des fronts ouest-européens. Cette différence importante s'explique par des gradients de température en bas niveau beaucoup plus prononcés sur le continent nord-américain que sur les régions côtières de l'ouest de l'Europe. La très faible variabilité observée dans la dynamique de chaque groupe laisse supposer une dynamique propre à chacune des deux populations frontales. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Fronts froids, Déplacement, Mouvement vertical, Diagnostique, DIONYSOS, Forçage, Météorologie.

Les plantes sont des organismes sessiles, ce qui implique qu'elles doivent passer à travers tous les stades de leur développement au même endroit peu importe les conditions environnementales. La transition de la phase végétative (production de tiges et feuilles) à la phase reproductive (production de fleurs) est une étape cruciale de ce développement. Les facteurs environnementaux tels que la durée de l'ensoleillement, la température, les nutriments et la disponibilité en eau sont des déterminants importants de cette transition, et donc de la floraison. En zones tempérées, la majorité des espèces végétales ont développé des mécanismes d'adaptation leur permettant d'optimiser leur développement en fonction des conditions de température et d'ensoleillement. Des pertes agricoles importantes peuvent être encourues si ces conditions ne sont pas optimales. Le blé est une des espèces céréalières essentielles à cause de son utilisation quotidienne directe et indirecte dans la nourriture de la population humaine mondiale et des animaux. Cette céréale est composée essentiellement de cultivars d'hiver et de cultivars de printemps. Les cultivars d'hiver sont semés en automne et récoltés en début d'été, donc traversant tout l'automne et l'hiver avec le risque de pertes dues au gel. Les cultivars de printemps sont semés au printemps et récoltés en fin d'été avec le risque de pertes dues au gel d'automne et aux attaques d'insectes ravageurs plus abondants à ce moment. La floraison du blé d'hiver requiert une exposition prolongée aux températures basses, un processus appelé vernalisation. Chez le blé hexaploïde (Triticum aestivum L.), le processus de vernalisation est régi par une des voies génétiques qui impliquent trois gènes principaux qui codent pour des facteurs de transcription, Triticum aestivum VERNALIZATION1 (TaVRN1), Triticum aestivum VERNALIZATION2 (TaVRN2) et Triticum aestivum FLOWERING LOCUS T like 1 (TaFT1), également appelé TaVRN3. TaVRN1 et TaVRN3 sont des activateurs de la floraison tandis que TaVRN2 est un répresseur de la floraison. Afin de comprendre la fonction et la régulation de chacun de ces trois gènes dans la floraison du blé hexaploïde, j'ai utilisé une approche génomique (biopuce) combinée à des outils bioinformatiques (analyse de données et de séquences) et une approche de génétique moléculaire (régulation de l'expression génique, épigénétique, et mutagène). Dans une première étude, j'ai testé si VRN2 peut agir comme un répresseur de la floraison chez une espèce de plante différente des céréales tempérées. Pour atteindre cet objectif, nous avons exprimé de façon constitutive chez Arabidopsis thaliana le gène du blé TaVRN2. Les plantes transgéniques obtenues n'ont montré aucune altération de leur morphologie, mais leur date de floraison a été considérablement retardée par rapport aux plantes contrôles. Ces résultats indiquent que TaVRN2, bien que n'ayant pas d'orthologue connu chez les Brassicaceae, agit comme un répresseur de la floraison chez ces espèces. Des études sur la tolérance au gel ont révélé que les plantes transgéniques ont une tolérance au gel plus élevée que les plantes contrôles. Dans l'ensemble, ces données suggèrent que le gène TaVRN2 pourrait moduler des voies de régulation qui régissent le temps de floraison et l'induction de la tolérance au gel. Des études d'expression de la transcription indiquent que l'expression de TaVRN-A1 et TaFT-A1 chez le blé d'hiver est induite par la vernalisation. En utilisant la méthode d'immunoprécipitation sur la chromatine (IPCh ou ChIP) nous avons démontré que cette régulation à la hausse est associée à une augmentation du niveau de méthylation de l'histone-3-lysine-4-triméthylation (H3K4Me3) impliquée dans la régulation épigénétique alors qu'on ne note pas de changement du niveau de l'histone-3-lysine-27-triméthylation (H3K27Me3) à la région promotrice de TaVRN-A1 et TaFT1-A1. Cependant pour les deux marqueurs, leur niveau d'expression est maintenu comparable à la région promotrice TaVRN-B2. H3K4me3 est un marqueur d'activation de la transcription alors que H3K27Me3 est un marqueur de répression de la transcription. Des résultats d'analyses de séquences de promoteur de chaque gène obtenus avec l'utilisation d'outils bioinformatiques révèlent la présence d'éléments cis ciblés par des facteurs de transcription communs chez les espèces de plante qui exigent la vernalisation pour fleurir. Ces données suggèrent l'implication de ces éléments cis ciblés durant la vernalisation. Ces promoteurs possèdent également des éléments de réponse au Polycomb et au Trithorax qui lient les groupes de protéines Polycomb et Trithorax, pour maintenir les états de transcription réprimé ou actif des gènes de développement importants. L'ensemble de ces données indique que la transition de la floraison induite par la vernalisation chez le blé est régulée de façon épigénétique et est médiée par la méthylation des histones au niveau des promoteurs de TaVRN1, TaFT1 et TaVRN2. Ceci peut représenter une partie de la mémoire cellulaire de vernalisation chez le blé. Afin d'étudier l'impact de l'absence du gène VRN1 sur des gènes associés à la floraison, nous avons utilisé une approche génomique basée sur une analyse du transcriptome des plantes d'un mutant mvp-1 (maintained vegetative phase) contenant une délétion de gènes incluant VRN1. Les résultats de cette analyse indiquent que cette délétion conduit à la régulation de 368 gènes. Parmi les gènes hautement régulés, on compte ceux associés à la réponse aux pathogènes (PR) et aux jasmonates. Ces résultats suggèrent que cette délétion dans les plantes du mutant mvp-1 causant l'absence de floraison est associée à l'activation de la réponse moléculaire du mécanisme de défense modulée par la biosynthèse de l'hormone méthyl jasmonate (MeJA). Pour confirmer l'implication du MeJA dans la floraison, nous avons mesuré la teneur en MeJA dans les plantes homozygotes du mutant mvp-1 et des plantes de type sauvage. Le contenu en MeJA était six fois plus élevé dans les plantes du mutant mvp-1 en comparaison du contenu du MeJA dans les plantes de type sauvage. Un traitement avec 150 µM de MeJA sur du blé de printemps hexaploïde (cv Manitou) montre un retard de floraison de deux semaines et une croissance réduite des plantes traitées. Ce retard dans la floraison était associé à la répression significative du gène Triticum aestivum FLOWERING LOCUS T like 1 (TaFT1) supportant ainsi le rôle possible du MeJA dans le contrôle de la floraison. Les résultats obtenus dans le cadre de ces travaux de doctorat montrent l'importance du rôle des gènes VRN1, VRN2 et VRN3 ainsi que de l'hormone MeJA dans la mise en place des mécanismes d'adaptation pour mieux synchroniser la floraison et le développement du blé face aux changements environnementaux. En perspective, cette étude offre des avenues prometteuses afin d'améliorer des stratégies agricoles et la productivité céréalière. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Acclimatation au froid, Biopuce, Blé, Épigénétique, Facteurs de transcription, Floraison, Immunoprécipitation de chromatine, Mutant, Photopériode, Transgénique, Tolérance au gel, Vernalisation.

Les prédictions du réseau intergouvernemental sur les changements climatiques indiquent que la concentration ambiante de dioxyde de carbone (CO2) d'environ 350 µm.mol-1 va doubler d'ici la fin du siècle. Cette hausse de CO2 combinée au réchauffement de la température va avoir un effet drastique sur l'agriculture et les écosystèmes. Grâce à leur grande variabilité génétique, le blé (Triticum aestivum) et le seigle (Secale cereale) sont très adaptés aux stress abiotiques et biotiques. Les variétés d'hiver capables de s'acclimater au froid sont plus résistantes aux basses températures. Cette meilleure capacité de tolérance pourrait-elle conférer un avantage durant la croissance et le développement des céréales soumis aux concentrations élevées de CO2 de 700 µm.mol-1? La comparaison des processus physiologiques, biochimiques et moléculaires associés à la réponse du blé et du seigle non acclimatés et acclimatés au froid durant leur croissance et développement en concentrations ambiantes et élevées de CO2 ont été l'objet de notre étude. Dans le premier article de ce travail, nous avons comparé la contribution des effets de la plasticité phénotypique observée au niveau des feuilles et de la plante entière avec les effets biochimiques et moléculaires sur la performance photosynthétique et l'utilisation de l'eau des cultivars hivernaux et printaniers de blé (cv Norstar et cv Katepwa) et de seigle (cv Musketer et cv SR4A) non-acclimatés (20°C) et acclimatés au froid (5°C). Le blé et le seigle d'hiver acclimatés au froid présentent des hausses de 22 et 44% de leur activité photosynthétique maximale (Asat) et du double de leur efficacité d'utilisation de l'eau. Les sucres produits par la photosynthèse sont exportés au niveau des organes de réserve et de la paroi cellulaire. Les analyses biochimiques et moléculaires montrent que les céréales d'hiver acclimatées au froid augmentent leur efficacité et taux de transfert d'électrons photosynthétiques, diminuent la pression d'excitation au niveau de leur photosystème II et augmentent la dissipation de l'énergie sous forme de chaleur, démontrant ainsi une meilleure performance face à l'inhibition photosynthétique associée au froid. Par ailleurs les résultats obtenus avec la surexpression de BNCBF17 chez Brassica napus indiquent que les gènes CBFs/DREBs semblent réguler la tolérance au gel et gouvernent l'architecture des plantes, l'anatomie des feuilles, la performance photosynthétique et l'efficacité de l'utilisation de l'eau. Nous discutons dans cet article des coûts et des bénéfices de la plasticité phénotypique en termes de survie hivernale et de la capacité de reproduction. Dans le deuxième article nous avons déterminé si l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2 de 700 µm.mol-1 pouvait compenser l'inhibition photosynthétique induite par le froid chez les variétés printanières de céréales. Les taux d'assimilation de la photosynthèse (Asat) ont été mesurés chez deux variétés (hivernale et printanière) de blé Triticum aestivum (cv Norstar et Katepwa) et de seigle Secale cereale (cv Musketeer et cv SR4A) non acclimatées (température 20/16°C jour/nuit) et acclimatées au froid (température 5/5°C jour/nuit). Suite à une exposition courte de aux concentrations élevées de CO2 de 700 µmol C mol-1, les variétés printanières de blé et seigle acclimatées au froid présentent une diminution de 45 à 60% de leur taux de photosynthèse comparée à leurs homologues non acclimatées. Les plants de blé et de seigle d'hiver acclimatés au froid présentent une augmentation de 15 à 35% de leur photosynthèse comparativement aux plants non acclimatés. L'assimilation de CO2 durant l'acclimatation au froid est 60% moins élevée chez les variétés printanières comparativement aux variétés hivernales. Ces résultats démontrent que l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2 ne peut compenser l'inhibition photosynthétique induite par le froid chez les variétés printanières. La limitation du CO2 pour la Ribulose 1, 5-biphosphate carboxylase/oxygénase que l'on observe généralement à concentration ambiante de CO2 est accentuée par l'acclimatation au froid chez les cultivars de printemps. De plus, l'exposition à court terme aux concentrations élevées de CO2, ne permet pas aux cultivars de printemps d'ajuster la sensibilité thermale associée à la photosynthèse durant l'acclimatation au froid comparativement aux cultivars d'hiver. Dans le troisième article, l'analyse du transcriptome chez le blé (Triticum aestivum. L,) d'hiver Norstar cultivé à long terme en conditions de CO2 ambiant (380 µmol C mol-1) et élevé (700 µmol C mol-1) a été initiée afin de déterminer les facteurs physiologiques et génétiques impliqués dans la réponse des plantes non-acclimatés (NA, 20°C) et acclimaté au froid (CA, 5°C) aux concentrations élevées de CO2. Les plantes acclimatées au froid en conditions de CO2 ambiant présentent, un phénotype court et robuste, une réduction de 33% de leur croissance, une hausse double du poids spécifique de leur feuille de même que de leur quantité de protéine et une hausse de 30% de leur quantité de chlorophylle par unité de surface foliaire comparativement aux plantes non acclimaté. Les concentrations élevées de CO2 ont peu d'effets sur ces paramètres morphologiques. Néanmoins les concentrations élevées de CO2 ont entraîné une hausse de 30% de la biomasse des parties aériennes du blé non acclimaté et acclimaté au froid. Le blé Norstar acclimaté au froid maintient des taux de photosynthèses en conditions de lumière et de CO2 saturantes comparables au blé non-acclimaté, mais requiert moins de quantum pour la fermeture du photosystème et pour la dissipation de l'énergie sous forme de chaleur. Les plantes non acclimaté et acclimaté au froid ne sont pas sensibles à l'inhibition photosynthétique induite par les concentrations élevées de CO2. L'effet le plus marqué des concentrations élevées de CO2 chez le blé non acclimaté est la diminution de l'expression des gènes impliqués dans la défense des plantes face aux pathogènes. Par contre, ces effets sont moins accentués chez les plantes acclimatées au froid grâce à l'induction des gènes impliqués dans la résistance aux pathogènes, dans la tolérance au gel, dans la protection et à la stabilisation du chloroplaste. Ces résultats démontrent que l'acclimatation au froid et les concentrations élevées de CO2 ont des effets opposés sur la régulation du système de défense des plantes. Ces résultats démontrent que es concentrations élevées de CO2 auront moins d'impact sur la performance et la productivité des plantes qui vivent dans les pays nordiques contrairement à celles qui vivent dans les environnements plus chauds. Avec les conditions de CO2 élevé prévu, la sélection de plantes ayant des caractères de résistance aux pathogènes est fortement suggérée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Assimilation de CO2, concentrations élevées de CO2, acclimatation au froid, transcriptome, stress abiotiques et biotiques, gènes de résistance aux pathogènes

Ce travail de recherche concerne un nouveau procédé de vitrification à l'étude au CEA de Marcoule depuis ces vingt dernières années. Ce procédé, basé sur l'induction directe en creuset froid, est utilisé pour le traitement des déchets nucléaires de haute activité. Il se caractérise par le refroidissement des structures métalliques par circulation d'eau et l'induction directe de courants électriques dans la charge de verre en fusion. Un dispositif d'agitation mécanique permet une homogénéisation du bain de verre fondu. Lors de cette étude, les phénomènes thermiques, hydrodynamiques et électromagnétiques ont été considérés. Une attention particulière est portée sur la modélisation de l'agitation mécanique et la mise en place d'une stratégie de couplage entre les trois phénomènes. La validation de la modélisation a pu être réalisée à partir des résultats expérimentaux acquis sur les pilotes de vitrification.