Les contraintes des marchés et les attentes de la société vis-à-vis des systèmes industriels en termes économique, sécuritaire, environnementaux requièrent de considérer les performances de ces derniers de façon globale sur l'ensemble de leur cycle de vie. Cela nécessite de mettre en synergie, par exemple avec des ingénieries couplées dès la conception, le système principal et ses systèmes contributeurs, et notamment celui de soutien avec son processus pivot de maintenance. Cette focalisation intégrative sur la maintenance a conduit à évoluer d'anciennes pratiques de maintenance vers de nouvelles plus proactives faisant émerger des stratégies prévisionnelles dont le processus clé est le pronostic. Cependant ce processus fait l'objet d'un réel manque de formalisation et les travaux existants restent principalement centrés sur les composants, sans prendre en compte les performances des systèmes. Ainsi notre contribution porte sur la proposition d'architectures génériques de pronostic système permettant d'obtenir les évolutions futures des dégradations/défaillances des composants et des performances de niveaux système/sous-systèmes/composants : soit directement par un pronostic adapté, soit par modélisation de la causalité dysfonctionnelle sous forme de relations logiques supportées par un réseau de neurones flou ANFIS. Une méthodologie est associée pour définir les indicateurs de dégradation et de performance, aboutissant à la réalisation des architectures. Enfin la faisabilité de cette approche est démontrée sur un système de déroulage/pressage de la plateforme TELMA / Today requirements and constraints on industrial systems about economic, safety, ecological points of view lead to consider their performances with a global view taking into account all the system lifecycle. Thus the design of the system-of-interest has to be connected as soon as possible with the enabling systems designs, and more particularly the logistic support based on the key process of maintenance. This new consideration about maintenance allowed to change practices from reactive to predictive ones with the emergence of the proactive maintenance built on the prognostic process. However this process still lacks of generic formalization and existing works focus mainly on component level without tackling system performances. Therefore our contribution is related to the modelling of generic architectures for the systems prognostic which assesses future evolution of degradation/failure components and system/subsystem/component level performances: either by prognosticating with an adapted model, or by modelling the dysfunctional causality with logical relations supported by a neuro-fuzzy tool ANFIS. A methodology is given to define indicators for degradations and performances and to build architecture. Finally, the feasibility of this approach is shown on the manufacturing TELMA platform

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le contexte de l'Ingénierie d'un Système Interactif d'Aide à la Conduite (SIAC) d'un procédé industriel. Nous défendons l'intérêt d'améliorer l'interactivité numérique entre un procédé et un agent (opérateur de conduite, rondier) qui applique des procédures de conduite. L'originalité du SIAC consiste à encapsuler le système physique par un canal d'objets logiques afin de mieux équilibrer la distribution des rôles entre l'humain et le système technique qu'il conduit. Ce SIAC fournit aux opérateurs et aux rondiers des services d'aide à la conduite tels que la localisation des équipements, l'autorisation des actions à exécuter et la validation des actions exécutées, de même que la gestion des contraintes d'exclusion et de dépendances entre actions, imposées par la physique du procédé. La spécification de ce système sociotechnique interprète les travaux des « Problem Frames » en génie informatique pour proposer un procédé de modélisation itératif dans le cadre d'une Ingénierie Système Basée sur des Modèles (ISBM). Cette ISBM s'appuie sur le langage SysML, dont la syntaxe et la sémantique sont spécialisées pour supporter le procédé de modélisation proposé. Cette spécialisation met en correspondance les artéfacts clés extraits à la fois des bonnes pratiques de l'Ingénierie Système et des bonnes pratiques de SysML. / Within the context of the Engineering of an Interactive Aiding System for industrial process Control (SIAC), these works aims to improve the digital interaction between a process and a human operator (control room operator, field operator) which applies control procedures. The proposed SIAC enhances the digital capabilities of the field operator in order to better balance the role distribution between the technical system and the human system. It provides active control services to field operators such as equipment localisation, action authorization and action validation, as well as man-agement services for the verification of exclusions between procedures constraints and verification of de-pendencies between actions constraints.The specification of such socio-technical system interprets the ?Problem Frames? from software engineer-ing in order to propose an iterative Model Based System Engineering (MBSE) process. This MBSE is based on SysML modelling language, whose syntax and semantics are specialized to support the proposed meth-odology. This specialization maps the key artefacts that are extracted from the System Engineering and SysML good practices.

Notre recherche porte sur le rapport que les acteurs des organismes de formation pour adulte entretiennent au e-learning, en tant que dispensateurs. Alors que le marché et les attentes semblent propices, que les salariés (dans une moindre mesure les demandeurs d’emploi) se heurtent souvent à des contraintes de disponibilité, de mobilité, d’homogénéité, que les impératifs d’effectifs minimum à atteindre pour permettre (économiquement) la formation sont parfois difficiles à atteindre, que les acquis et objectifs de chacun – comme le sens personnel donné à l’effort – sont hétérogènes, que la réactivité de la réponse formation face à l’urgence du besoin est une exigence de plus en plus attendue en Formation Professionnelle Continue, secteur fortement concurrencé, ses acteurs n’embrassent que trop timidement ce type de modalité.Ce phénomène de récusation apparait pourtant en contradiction avec l’histoire, la mission et l’habitude d’innovation de ces mêmes organismes. Pour qui ce hiatus est préjudiciable, il nous revient d’en chercher les raisons : l’objectif de cette recherche est donc d’examiner les facteurs qui interviennent dans l’adoption ou le rejet du e-learning. L’approche théorique utilisée s’inscrit dans le cadre d’une équation du changement. Cinq hypothèses, comme autant d’exigences à satisfaire, sont investies, afin de comprendre, pour les opérateurs et pour les décideurs, quels obstacles expliquent cette situation. L’adhésion des apprenants n’est pas ici interrogée, même si bien entendu, cette donnée – exogène à notre recherche – est capitale pour le succès de cette modalité.Afin de ne pas être soumis à des organisations trop différentes, et pour se concentrer sur nos seules variables du changement, nous avons circonscrit notre recherche à une seule organisation, représentée nationalement, le réseau des GRETA (éducation nationale)., Après une revue de littérature détaillée, une analyse qualitative de données est proposée pour tester les hypothèses sous-tendant l’engagement dans le e-learning. Notre recherche porte l’espoir de contribuer au développement de la connaissance scientifique quant aux pratiques et processus d’engagement dans la conception et l’animation d’une nouvelle modalité, en formation pour adulte. / Our research deals with the relationship that training organizations’ actors, as providers, maintain with e-learning. When the market and expectations seem favorable, that employees (to a lesser extend job-seekers) often face availability, mobility and homogeneity constraints, that the needs for a minimum number of participants in order to (economically) allow the training are sometimes hard to reach, that the knowledge and objectives of each - just like the meaning given to effort - are diverse, that a fast reactivity in front of the emergency of the training needs is a more and more expected requirement in Continuing Professional Education (a very competitive field), its actors do not fully concur with this form of training.But this tendency to rejection seems in contradiction with those organizations’ background, their mission and usual innovative practices. Because experiencing this hiatus as harmful, it comes back to us to look for its causes: therefore the objective of this research is to study the factors taking part in the adoption or reject of e learning. The theoretical approach used here is part of an equation of the change. Five hypotheses, as so many requirements to meet, are investigated in order to understand what hurdles can explain this situation, both for actors and decision-makers. The commitment of learners won’t be examined here, even though this data – exogenous to our research – is of course crucial to the success of this training method.In order not to involve too different organizations, and to focus only on our variables of the change, we reduced our field of research to one single organization which is nationally represented, the network of GRETA (French National Education branch for Adult Education). After a detailed literature review, a qualitative data analysis will be offered to test the assumptions underlying the involvement into e-learning. Our research hopes to contribute to the development of the scientific knowledge about the practices and involvement processes in the design and implementation of a new form of training for adult education.

La rétro-ingénierie consiste à reconstruire un modèle paramétrique à partir d'un nuage de points ou d'un maillage 3D représentant un objet, afin d'en déterminer le processus de conception ou de fabrication. Ce modèle correspond à une combinaison de primitives géométriques (cylindres, plans, sphères...) dont on cherche à estimer les paramètres à partir des données 3D. La rétro-ingénierie est très utilisée dans l'industrie de pièces manufacturées pour l'analyse métrologique, le contrôle non destructif ou la compréhension d'un procédé de fabrication.Cette thèse, menée en collaboration avec la société C4W, s'intéresse à l'extraction de primitives géométriques à partir d'un maillage 3D issu de la numérisation d'un objet manufacturé. La particularité de ces maillages est qu'ils contiennent de nombreuses imprécisions par rapport au plan CAO initial, engendrées à la fois par la fabrication de l'objet et par sa numérisation.Nous nous sommes d'abord intéressés à l'amélioration des techniques existantes afin d'extraire des primitives robustes aux imprécisions des données. Nous avons en particulier exploré plusieurs approches telles que la segmentation préalable du maillage, la caractérisation de la forme à l'aide des courbures et l'approximation d'une primitive par régression ou optimisation sur les points du maillage.Le second axe de cette thèse consiste à embellir le modèle paramétrique reconstruit, c'est-à-dire à régulariser les paramètres des primitives afin qu'elles respectent des relations géométriques telles que le parallélisme ou la concentricité. Nous nous sommes donc intéressés à différents aspects de la conception CAO induisant ces relations. Ainsi, nous cherchons à détecter automatiquement des éléments de références (repère, plans ou droites d'appuis) ayant permis de modéliser la pièce originale. Ces derniers servent alors de références absolues pour un embellissement global des primitives.Le troisième axe de recherche concerne la reconnaissance de motifs particuliers à partir de l'ensemble des primitives. Nous nous sommes ainsi intéressés aux entités d'usinage et aux répétitions de géométrie, fréquemment construites lors de la conception d'une pièce manufacturée. Cette seconde analyse de l'objet, plus fonctionnelle, permet de déduire de nouvelles informations liées à la fabrication d'une pièce. / A reverse engineering process allows to reconstruct a parametric model from a 3D point cloud or a 3D mesh of an object. The main objective is to retrieve information about the original modeling or fabrication process. The reconstructed model corresponds to a combination of geometric primitives (cylinders, planes, spheres...). These primitives are defined by parameters which are estimated from the 3D input data. Reverse engineering is mainly used in industry, for example in metrology analysis, non-destructive inspection or functional analysis.This thesis, in collaboration with the C4W company, concerns the extraction of geometric primitives from a digitized 3D mesh which represents a manufactured part. This type of mesh often contains many inaccuracies unlike the original CAD model. These inaccuracies can come from both fabrication and digitization processes.First, we try to improve existing techniques to extract robust primitives. Thus, we explore some approaches such as mesh segmentation, shape caracterization based on discrete curvatures and primitive fitting using regression and optimization techniques.The second research axis of this thesis concerns a process called "beautification", which tries to regularize the primitive parameters with respect to geometric relations such as parallelism or concentricity. To do that, we propose an analysis of the primitives, related to standard CAD modeling rules. So, we automatically detect reference elements (coordinate system, planes or lines). In order to guide the model reconstruction, we use these references to regularize the primitives globally.The third research axis concerns the pattern recognition from a set of primitives. So, we search for mechanical features (counterbore, pocket...) and repetitions (linear, circular...), which are often used in CAD modeling of manufactured part. This second analysis, more functionnal, allows to deduce more information related to the modeling and fabrication processes.

Les cellules de la crête neurale (CN) sont une population de cellules multipotentes que pendant le développement embryonnaire vont migrer et se différencier vers divers lignages comme mélanocytes, muscle lisse, neurones périphériques et entériques, glie ainsi que tissus mésenchymateux cranio-faciaux y compris ceux de la dent. Dans le contexte de l’étude de modèles pour l’ingénierie tissulaire de la dent, nous avons établi une nouvelle lignée de cellules souches embryonnaires (ES) à partir de blastocystes issus de croisements entre un souris Wnt1-Cre et souris rapportrices fluorescentes, les Rosa26 mT/mT. Dans ce system, les cellules qui acquièrent l’identité CN et expriment le gène Wnt1 vont devenir fluorescentes grâce à l’activation de la protéine Tomato, ce qui permet de suivre 1) leur différenciation in vitro 2) isolement et 3) devenir lorsqu’elles sont utilisées dans de modèles in vivo. En parallèle, nous avons mis au point un nouveau protocole simplifié de différenciation (monocouche et milieu défini), vers un phénotype CN. Finalement nous avons tenté de développer un protocole d’induction d’une compétence odontogénique. Notre étude montre que la lignée Wnt1 Cre/Tomato 1) présentent toutes les caractéristiques d’une lignée ES classique i.e. expression de marqueurs de pluripotence, caryotype normal, capacité à se différencier in vitro et in vivo en tissus dérivés des 3 feuillets embryonnaires 2) acquièrent une identité CN, après induction in vitro avec notre protocole de différenciation. 3) Par l’intermédiaire de réassociations tissulaires in vitro, nous avons montré que ces cellules sont capables d’interagir avec un épithélium oral pour former des tissus squelettiques oro-faciaux. Ce nouvel outil cellulaire devrait aider à la compréhension des signaux impliqués dans le dialogue ectomésenchymateux qui sous-tend la formation des tissus durs de la face mais aussi plus généralement permettre suivir le devenir de cellules CN dans des modèles d’ingénierie tissulaire. / Neural crest cells are multipotent progenitor cells that, during embryogenic development, migrate and differentiate into diverse lineages such as melanocytes, smooth muscle, peripheral and enteric neurons, glial cells as well as craniofacial mesenchymatic components, including teeth. In the context of the development of an odontogenic model for tissue engineering, we have generated a new cell line of embryonic stem cells (ES) obtained from blastocysts from crossing Wnt1-CRE mice with fluorescent reporter Rosa26 mT/mT mice. In this Cre/Lox system the cells that have acquired a CN identity and thus expressing Wnt1, will become and remain fluorescent due to the activation of Tomato expression. We have generated a simplified protocol in a monolayer cell culture in defined serum-free medium in order to differentiate the cells into CN cells, named ES-CN cells. Second, we investigated the signals necessary for the odontogenic specification of these ES-CN cells. Our study provides evidence that the Wnt1-CRE/Tomato cell line 1) is a competent ES cell line with the expression of pluripotent markers, a stable karyotype and the ability to differentiate in vitro and in vivo into all the three embryonic germ layers, 2) acquires in vitro a CN identity after induction with our protocol, 3) expresses odontogenic markers in hypoxic culture conditions and 4) is able to interact with an oral epithelium in order to form orofacial skeletal tissues via the tissue reassociation in vitro. This novel cell model should facilitate the understanding of the mechanisms implicated in the ectomesenchymatic interaction, at the base for formation of orofacial skeletal tissues, and will provide the possibility to follow the fate of ES-CN cells tissue engineering models of wounded orofacial structures in general.

La pulpe dentaire est un tissu connectif innervé et vascularisé, contenu dans une structure minéralisée inextensible formée par l’émail, la dentine et le cément. Ce tissu assure l’homéostasie et la sensibilité de la dent. Il est sujet à des lésions sévères faisant suite à une carie ou à un traumatisme. La thérapeutique conventionnelle préconisée alors est le traitement endodontique, qui consiste en l’exérèse de la totalité du tissu pulpaire et le comblement de l’espace évidé par un matériau synthétique bioinerte. Malgré les résultats cliniques satisfaisants, cette thérapeutique induit une fragilisation de la dent et une plus grande susceptibilité aux infections, qui peuvent conduire à terme à la perte de la dent. En se basant sur la présence de cellules souches mésenchymateuses dans la pulpe dentaire, des stratégies de régénération alternatives au traitement endodontique traditionnel sont à l’étude, afin de permettre le maintien des fonctions de nutrition et de sensibilité de la pulpe, garantes de la pérennité de la dent sur l’arcade. Elles s’inscrivent dans deux approches: la régénération de novo, en cas de nécrose du tissu pulpaire et la régénération partielle, lorsque seul le tissu pulpaire endommagé est éliminé et régénéré. Nos travaux portent sur la faisabilité de cette dernière approche dans un modèle préclinique. En effet, dans la perspective d’un transfert vers la clinique humaine, des modèles chez le gros animal doivent être développés afin de tester la faisabilité et le succès de cette thérapie, dans des conditions proches de la clinique. Du fait de ses similitudes avec l’homme en termes d’anatomie et de physiologie, le miniporc représente un modèle de choix pour les études précliniques d’ingénierie pulpaire. L’objectif principal de cette étude est de tester la faisabilité de la régénération pulpaire partielle, en implantant des cellules pulpaires porcines (pDPCs) contenues des hydrogels injectables dans des défauts pulpaires artificiellement créés chez le miniporc. Au cours ce travail, différentes techniques d’imagerie d’évaluation du processus de régénération ont été développées. En particulier, un protocole d’angiographie tridimensionnelle in- pour la visualisation du réseau vasculaire pulpaire a été mise au point. Par ailleurs, en utilisant des paramètres morphométriques spécifiques, initialement développés pour caractériser l’os, une analyse tridimentionnelle par micro-CT des tissus minéralisés de réparation a été élaborée. En appliquant un “split mouth model”, les hydrogels injectables ensemencés ou non par des pDPCs ont été implantés dans des molaires et des prémolaires, après amputation de la pulpe camérale. À 21 jours après la chirurgie, les analyses d’imagerie, d’histologie et d’immunologie ont mis en évidence, qu’indépendamment de la présence des pDPCs, l’implantation des hydrogels a induit la formation d’un pont d’ostéodentine. La caractérisation morphométrique tridimensionnelle a montré que la microarchitecture de ce pont différait largement de la dentine native. De plus, en présence des pDPCs, le processus de réparation était modifié, avec une moins bonne étanchéité du pont. Au cours de ce travail, une technique de suivi non invasive de la régénération a tenté d’être mise au point. Une angiographie tridimensionnelle par soustraction a été réalisée avant et après la procédure de régénération pulpaire partielle. Si les angiographies ont révélé l’entière vascularisation des mâchoires et des dents à croissance continue, l’apport vasculaire des dents matures traitées, du fait de son faible flux, n’a pas pu être mis en évidence. L’absence de régénération partielle de la pulpe dans les conditions testées souligne l’importance des modèles précliniques pour identifier les facteurs promouvant un environnement favorable à la régénération, dans la perspective d’un transfert vers la clinique humaine. / The dental pulp is a connective tissue, which is highly innervated and vascularized, encapsulated in a mineralized inextensible structure formed by enamel, dentin and cementum, ensuring the homeostasis and sensibility of the tooth. The pulp is often damaged by caries and trauma, resulting in infection or necrosis. In such situations, the routine clinical treatment is a root canal therapy, which consists in the elimination of the affected tissue and filling of the endodontic canal system with bioinert synthetic materials. In spite of satisfactory clinical outcomes, none of the original functions is restored and the lack of sensitivity as well as natural defence may lead to tooth fracture and reinfection. Cell-based pulp regeneration could provide a valid alternative to traditional endodontic treatment of damaged teeth. This strategy focuses, in fact, on the preservation of the healthy pulp tissue and the regeneration of the damaged one, by combining stem cells, scaffolds and growth factors. In case of trauma or carious lesion, as the pulp inflammatory reaction is compartmentalized in first instance, such conservative approach could be indicated. Regarding non-rodent animal model, to our knowledge, only Iohara et al. (2009) reported the achievement of partial pulp regeneration in canine tooth by implantation of subfractions of autologous pulp cells; however, in the perspective of a transfer to the human clinic, larger animal models should be developed to test the feasibility and the success of the therapy mimicking the clinical conditions of pulpotomy. Due to dental anatomical and physiological similarities with human, the minipig constitutes a model of choice for preclinical pulp engineering studies. The aim of this study was to develop a preclinical model of partial dental pulp regeneration in minipig, by implanting a pulp construct, made by self-assembling nano-peptide injectable hydrogel and porcine minipig dental pulp cells (pDPCs), in artificially created pulp defects. Secondarily, in the context of this preclinical model, two different techniques of analysis of the regeneration process have been developed. In particular, an in vivo 3D subtraction angiography has been set for the visualization of dental pulp vascular network. Indeed, further developments of this modality open promising perspectives of its application for the morphometric characterization of angiogenesis process in newly formed dental tissues and bone defects. Moreover, using specific morphometric parameters, initially developed to characterize bone, a micro-CT morphometric analysis of the mineralized reparative tissues, obtained by the partial pulp regeneration protocol, has been elaborated. By split mouth model, pulp constructs made with self-assembling injectable nano-peptide hydrogel with and without porcine dental pulp cells (pDPCs) were implanted, after pulp chamber amputation in premolars and molars. At day 21 after surgery, three-dimensional morphometric characterization, Masson’s trichrome and immunolabeled for DSP and BSP were performed on treated teeth. 3D subtraction angiographies have been performed before and after partial pulp regeneration procedure. Regardless of the presence of pDPCs, the implantation of pulp construct induces the formation of an osteodentin bridge, whose microarchitecture sensibly differs from the native dentin. Furthermore, the presence of pDPCs in the construct slightly impairs this reparative process. The latter was led the remaining pulp cells, instead of the pDPCs in the scaffold. Angiographies could show entire vascularization of jaws and continuously growing teeth but blood supply of treated mature permanent teeth could not be displayed. The failure of partial pulp regeneration cell based strategy, in these near-real clinical conditions, highlights the importance of preclinical models, to identify the factors promoting a favourable regenerative environment, in the perspective of a transfer to the human clinics.

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A l’heure actuelle, les alliages à bases de titane sont les matériaux les plus utilisés en implantologie osseuse. Les procédés émergents de fabrication additive, tel que la fusion par faisceau d’électrons (EBM), permettent de fabriquer des structures architecturées sur-mesure en titane. Dans les cas cliniques difficiles, il est nécessaire de stimuler activement les cellules souches osseuses pour qu’elles produisent de l’os. Les protéines osseuses morphogénétiques (BMP-2, BMP-7) ont cette capacité d’ostéo-induction et sont utilisées en clinique. Cependant, leur délivrance par matrice de collagène est très mal contrôlée. Des revêtements de surface à base de polymères naturels, tels que la poly(L-lysine) et l’acide hyaluronique (PLL/HA), peuvent former des films biomimétiques servant de nanoréservoir pour ces protéines. L’objectif de cette thèse était de développer un implant innovant constitué de structures 3D en titane à la fois architecturées et ostéo-inductrices. Pour cela, des structures 3D poreuses en alliage de titane (Ti-6Al-4V) constituées de cellules cubiques ont été construites par EBM. La porosité a été bien contrôlée avec une différence par rapport aux modèles CAO de moins de 1%. La BMP-7 a été chargée et quantifiée dans les films biomimétiques. La capacité d’ostéo-induction des films a été évaluée avec des cellules souches mésenchymateuses de souris par leur expression de la phosphatase alcaline. L’expression de cette enzyme a augmenté de façon dose-dépendante avec la dose de BMP-7 initialement chargée. Le dépôt du film ostéo-inducteur sur les structures 3D architecturées a été caractérisé par microscopies optique et électronique. Les cellules souches cultivées au sein des structures 3D bioactives se différencient en cellules osseuses démontrant ainsi leur capacité ostéo-inductrice sur le court terme in vitro. Des tests préliminaires in vivo sont actuellement réalisés pour tester ces structures 3D bioactives dans un modèle fémoral de défaut osseux chez le rat. / To date, titanium-based alloys (Ti) remain the most used implantable materials for load-bearing applications. Emerging additive manufacturing techniques such as electron beam melting (EBM) enable to custom-build architectured scaffolds of controlled macroporosity. In very difficult clinical situations, potent bioactive signals are needed to boost stem cells: osteoinductive molecules such as bone morphogenetic proteins (BMP-2) are currently used for this purpose. However, one of their limitations is their inappropriate delivery with collagen sponges. Biomimetic surface coatings made of the biopolymers poly(L-lysine) and hyaluronic acid, (PLL/HA) polyelectrolyte films, have recently been engineered as nanoreservoirs for BMP proteins. The aim of this PhD thesis was to develop architectured and osteoinductive 3D titanium-based scaffolds as innovative synthetic bone grafts. To this end, we used the EBM additive manufacturing technique to engineer porous scaffolds with cubit unit-cells. Their surface was coated with biomimetic films containing the bone morphogenetic protein 7 (BMP-7). The porosity was well controlled with a difference from CAD models of less than 1%. The osteoinductive capacity of BMP-7 loaded films was assessed using murine mesenchymal stem cells (MSCs) by quantifying their alkaline phosphatase (ALP) expression, which increased in a dose-dependent manner. The coating of the 3D architectured scaffolds by the bioactive film was characterized using optical and electron microscopy techniques. Finally, the 3D architectured scaffolds coated with BMP-7-loaded films were proved to be osteoinductive at the early stage in vitro. Preliminary experiments are currently done to assess their performance in an in vivo model of a critical size femoral bone defect in rat.

Ces dernières années ont vu un grand développement des biotechnologies blanches et de l'ingénierie métabolique avec l'objectif de remplacer les procédés de synthèse de molécules d’intérêt de l’industrie chimique classique par des voies de synthèse biologique. Dans ce contexte, les réactions anaplérotiques, qui produisent les acides dicarboxyliques, sont particulièrement intéressantes puisqu'au delà de la production de ces molécules d’intérêt elles permettent une fixation nette de carbone, réduisant ainsi l’impact environnemental des procédés. Ce travail de thèse a donc porté sur l'élaboration d'une stratégie d'ingénierie métabolique faisant appel à des réactions de fixation de carbone inorganique chez la levure pour la production d'acide malique, une molécule plateforme ayant de nombreuses applications industrielles. La levure Saccharomyces cerevisiae a été choisie comme hôte pour sa commodité d’utilisation dans les procédés industriels et ses nombreux outils génétiques. L'approche développée repose sur la mise en place d'une voie de production d'acide malique par surexpression de la phosphonéolpyruvate carboxylase d'Escherichia coli (PEPC), de la malate déshydrogénase peroxysomale de S. cerevisiae relocalisée dans le cytosol (MDH) et du transporteur d'acides dicarboxyliques de Schizosaccharomyces pombe. La souche de levure recombinante obtenue a été caractérisée lors d'essais en fioles, en présence notamment de carbonate de calcium pour assurer un apport de carbone inorganique. Ces essais ont permis de mettre en évidence un effet stimulant de l'apport de carbone inorganique sur la production de malate et d'obtenir des concentrations de malate de l'ordre de 2,5 g/L à partir de 50 g/L de glucose, pour un rendement maximal de 0,046 gramme de malate par gramme de glucose. Des essais en bioréacteur de 5 L en présence d'air ou d'air enrichi à 5% de CO2 ont montré un effet positif de l'apport de carbone inorganique sous forme de dioxyde de carbone sur la production de malate. La concentration maximale de malate obtenue est de 1,46 g/L à partir de 50 g/L de glucose, soit un rendement de 0,029 gramme de malate par gramme de glucose. Des souches intermédiaires exprimant la PEPC et la MDH obtenues pour la production de malate ont également été caractérisées pour la production d'éthanol, car elles semblaient présenter une augmentation du rendement de production d'éthanol par effet transhydrogénase par rapport à la souche sauvage. Les essais n'ont cependant pas permis de confirmer cette augmentation de rendement. / White biotechnologies have been developing quickly during the last decades, aiming at replacing chemical syntheses by biological processes for the industrial production of target compounds. In this context, the implementation of anaplerotic reactions in the metabolism is of great interest, since those reactions allow both production of dicarboxylic acids and direct fixation of inorganic carbon. This work is about the development of a metabolic engineering strategy using inorganic carbon fixation reactions to produce malic acid, a compound with various industrial applications. The yeast Saccharomyces cerevisiae was chosen as a host for its convenient use in industrial processes and the availability of genetic tools. The approach developed to produce malic acid is based on the overexpression of Escherichia coli phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC), S. cerevisiae peroxysomale malate dehydrogenase relocated in the cytosol (MDH) and Schizosaccharomyces pombe dicarboxylic acid carrier. A recombinant yeast strain expressing those three genes was obtained and characterised in shake-flasks experiments, involving more specifically calcium carbonate as an inorganic carbon source. Those experiments showed an enhancement of the malate production in the presence of calcium carbonate and allowed to obtain a concentration of 2.5 g/L from 50 g/L glucose, for a maximal yield of 0.046 gram malate per gram glucose. Fermentation experiments were performed in a 5 L bioreactor in the presence of air or 5% CO2 enriched air; they confirmed the positive effect of inorganic carbon addition as CO2 on malate production. A malate concentration of 1.46 g/L from 50 g/L glucose was obtained, giving a yield of 0.029 gram malate per gram glucose. Intermediate recombinant strains expressing PEPC and MDH were also characterised, for ethanol production, as they seemed to give increased ethanol yields, probably due to a transhydrogenase effect. Shake flasks and bioreactors experiments did unfortunately not confirm the yield improvement.

Dans cette thèse nous proposons un outil d’aide à la décision multicritère qui permet aux décideurs de sélectionner un scénario optimal dans un graphe de projet qui contient toutes les alternatives de choix de conception et de réalisation d’un nouveau système, tout en tenant compte des risques inhérents aux choix réalisés. Le modèle du graphe est construit en considérant toutes les décisions collaboratives des différents acteurs impliqués dans le projet. Cet outil d’aide à la décision est basé principalement sur les techniques de l’optimisation combinatoire. En effet, nous avons choisi de travailler avec la métaheuristique ACO (algorithme d’optimisation par colonies de fourmis) vu sa capacité à fournir des solutions optimales dans un temps raisonnable. Les objectifs à minimiser sont le coût global du projet, sa durée totale de réalisation et l’incertitude sur ces critères (coût, durée). La modélisation des incertitudes a été abordée suivant deux approches différentes. La première approche consiste à modéliser l’incertitude en utilisant des intervalles simples et en la considérant comme un objectif à part entière à optimiser avec le coût et la durée. Quant à la deuxième approche, elle permet de modéliser l’incertitude sur les objectifs du projet (coût, durée) sous formes de distributions de probabilités. L’outil d’optimisation proposé dans la thèse fait partie d’un processus intégré et plus global qui se base sur les standards industriels (processus d’ingénierie système et de management de projet) qui sont largement connus et utilisés dans les entreprises. Ainsi, le travail développé dans cette thèse constitue un vrai guide pour les industriels dans leurs processus de conception et de réalisation des systèmes complexes innovants dans le domaine d’ingénierie système.