Du fait d'une stratégie inadaptée, l'épandage d'engrais minéraux par procédé centrifuge engendre des défauts de fertilisation. Pour déterminer les séquences de consigne à appliquer à l'entrée des distributeurs qui permettent de limiter les erreurs de répartition, nous proposons plusieurs méthodes basées sur l'optimisation avec contraintes. Tout d'abord, nous modélisons la distribution spatiale d'engrais dans les parcelles et, formalisons un problème d'optimisation sous contraintes en plein champ. Pour le résoudre, nous développons une approche de fenêtres glissantes et implémentons un algorithme de Lagrangien augmenté associé à la méthode LBFGS. En appliquant deux différentes techniques reposant sur ces principes, nous parvenons à réduire les défauts en bordure et avoir plus de 80% des surfaces correctement fertilisées. Une autre stratégie utilisant la résolution d'un problème de contrôle optimal est également développée et apporte des premiers résultats encourageants

Les travaux présentés traitent des cinétiques de décrochement des biofilms bactériens formés au sein des équipements communément utilisé dans les agro-industries. Deux espèces bactériennes Pseudomonas et Bacillus ayant une forte capacité à former des biofilms dont la présence quasi permanente est reportés dans les industries alimentaires (viande, lait, légumes frais...) ont servi de modèles pertinent pour ces travaux. Par ailleurs Bacillus, bactéries potentiellement pathogènes capable de former des spores dont les capacités à adhérer et résister aux environnements chimiques et thermiques défavorables (détergents, traitement de pasteurisation, stérilisation) sont reconnues pour présenter un risque sanitaire majeur pour l'agro-industrie du fait de la contamination des produits alimentaires par l'outil de fabrication lui-même. Deux type d'études ont été effectués sur le nettoyage d'équipements utilisés en industrie agroalimentaire.Une première approche cinétique a été mise en œuvre pour étudier l'élimination de ces biofilms des surfaces au cours du nettoyage. Nous avons cherchés à identifier les rôles respectifs de l'action mécanique via la contrainte pariétale générée par l'écoulement ou chimique via différentes concentrations en NaOH puis la combinaison des deux actions chimiques et mécaniques. Un modèle biphasique a été proposé pour décrire ces cinétiques de nettoyage en pertinence avec deux phases très distinctes que nous interprétons comme l'élimination de deux fractions différentes du biofilm. Un détachement plus ou moins rapide (1 à 5 min) correspondrait à l'élimination de structure tridimensionnelles composées ou non d'exopolymères suivi par un détachement lent des cellules directement en contact avec les surfaces.Dans le cas des biofilms à Bacillus, il existe une fraction du biofilm composée par des spores pouvant représenter près de 90% du biofilm. Cette fraction particulière semble s'éliminer plus rapidement dans la première phase et pas du dans la seconde phase. Les données préliminaires sur biofilms mixtes montrent une résistance accrue de l'ensemble qui se traduit par une plus grande résistance de la partie de biofilm constituée par des cellules à Pseudomonas.La seconde thématique développée traite de la possible récontamination par les sopres de Bacillus décrochées lors du processus de nettoyage.La réadhésion des bactéries à pu être prouvée par le positionnement des tubes dans le circuit de nettoyage, ainsi que par l'utilisation d'un matériel complexe (vanne bidirectionnelle) communément utilisé dans les agro-industries. Ces travaux ont permis d'identifier les conditions présidant à cette récontamination. La conception hygiénique des outils de transformation prend tout son sens ici.

L'IRM joue un rôle extrêmement important dans l'évaluation de nouvelles thérapies anti-tumorale vis-à-vis des gliomes tant en préclinique, qu'en clinique. L'objectif de cette thèse est de déterminer si un ou plusieurs paramètres IRM peuvent être utilisés comme indicateur d'effet thérapeutique sur des modèles de gliomes chez le rat. Nous avons évalué différents paramètres IRM (ADC : coefficient de diffusion apparent de l'eau, BVf : volume sanguin et VSI : index de taille des vaisseaux) sur 6 modèles de gliomes étudiés pour le même volume tumorale, puis au cours d'un suivi longitudinal de 2. Ces 2 études ont permis de valider ces paramètres IRM (robustesse des techniques, validation biologique). Dans une 3ème étude, nous avons suivi l'évolution de ces paramètres en y ajoutant la mesure de la perméabilité des vaisseaux à un agent de contraste, et ce lors du suivi de 2 thérapies (chimiothérapie et anti-angiogénique). Dans une dernière étude nous avons complété ce protocole par la perméabilité quantitative à deux agents de contraste de taille différente ainsi que la mesure de la saturation sanguine en oxygène (lSO2) lors du suivi de l'effet de 2 thérapies (anti-angiogénique et radiothérapie par rayonnement synchrotron) appliquées seules ou en combinaison sur un modèle de gliome. L'IRM multiparamétrique telle que présentée dans les différentes études, apparaît comme une modalité d'imagerie ayant un fort potentiel pour l'évaluation en préclinique de nouveaux médicaments sur les tumeurs cérébrales. Le transfert clinique des nouvelles techniques IRM utilisées durant cette thèse (VSI, perméabilité à 2 agents de contraste, lSO2) peut maintenant être envisagé dans un futur proche.

Les processus de conception collaborative actuels comprennent un nombre important de situations coopératives dans lesquelles des participants géographiquement distribués, issus de différents domaines d'expertises, ont besoin de construire une compréhension mutuelle afin d'évaluer collectivement les solutions de conception. Les représentations tridimensionnelles de produit sont souvent utilisées dans ces situations comme l'artefact partagé entre les participants. Malgré l'avancement de technologies de Travail Collaboratif Assisté par Ordinnateur, la communication asynchrone reste difficile. Ceci est lié au manque d'une part de fonctionnalités permettant aux participants d'éliciter des informations tacites sur les représentations 3D et, d'autre part, à l'absence des mécanismes pour soutenir la communication argumentative. La question adressée dans cette thèse est de savoir comment les annotations peuvent être utilisées sur des représentations 3D pour soutenir la communication asynchrone, afin de permettre un partage plus efficace de l'information. Les contributions de ce travail incluent (1) un modèle d'annotation qui permet d'exprimer l'intention de conception, (2) une structure d'annotation qui facilite la compréhension de l'information en unifiant les dimensions communicatives et informationnelles du contenu de l'annotation, (3) un répertoire d'annotation afin de faciliter la recherche et la réutilisation des annotations, (4) l'environnement Annot'Action, une implémentation informatique des concepts proposés.

Si l'Ingénieur s'efforce de coordonner sur les territoires les deux facettes de son activité : d'un côté la gestion des fonctions urbaines, de l'autre celle des risques, il hésite à se démarquer de celles-ci comme il le devrait, pour affronter la complexité spatiale. Or notre pratique des espaces urbanisés comme notre engagement dans la prévention des risques montrent que la complexité se manifeste à lui, tant dans la réalisation des projets que dans la survenue des catastrophes. En proposant un outil d'analyse spatiale : le territoire-étagé, en le dotant d'une fonction - le monitorage - nous proposons une voie qui permette à l'ingénierie d'anticiper du plus possible le développement de processus dommageables. En permettant une plus grande compréhension des mécanismes à l'œuvre au sein des espaces métapolitains [Ascher, 1995], l'ingénierie du territoire-étagé offre la possibilité d'agir en retour sur les pratiques de gestion pour espérer réduire, par la résilience, les perturbations ou leurs effets de différentes natures et intensités.

Les enseignants du primaire éprouvent généralement de l'inconfort par rapport à l'enseignement des sciences, particulièrement en physique, notamment en électricité (Martin, Mullis, Gonzalez et Chrostowski, 2004). Ils emploient souvent des approches de type transmissif, lesquelles n'incitent guère l'élève à vivre un changement conceptuel (CC). Les enseignants gagneraient conséquemment à se familiariser avec les pratiques qui favorisent le CC (Duit, Treagust et Widodo, 2008). Pour ce faire, il apparaissait nécessaire de développer un dispositif de formation portant sur le CC en électricité destiné aux enseignants du primaire. Un amalgame de la recherche développement (Harvey et Loiselle, 2009) et de l'ingénierie didactique (Artigue, 1988) a permis la conception du dispositif. En cohérence avec ces méthodes de recherche, des hypothèses a priori d'apprentissage pour les enseignants ont été formulées et des boucles de mise à l'essai et de mise au point du dispositif de formation ont été prévues. Chaque itération visait l'amélioration de la formation. Ce dispositif a comme fondements les paramètres d'une formation efficace (Blank et de las Alas, 2010; Joyce et Showers, 2002), les pratiques d'enseignement qui favorisent le CC (Bêty, 2009) ainsi que sur les recherches qui ont porté sur les conceptions fréquentes en électricité et sur l'enseignement qui en tient compte (Cepni et Keles, 2006; Engelhardt et Beichner, 2004; Summers, Kruger et Mant, 1998). Les résultats de l'étude sont présentés en cinq volets. Tout d'abord, un portrait des enseignants qui ont participé aux mises à l'essai de la formation a été dressé. Les enseignants participant à l'étude présentent d'ailleurs plusieurs des caractéristiques qui sont généralement observées et rapportées dans les écrits scientifiques. Ensuite, le processus de développement détaillé montre qu'il a été conforme à ce qui était prévu dans la méthodologie, mis à part le fait que les deux cohortes participantes se sont légèrement chevauchées dans le temps. Le volet suivant concerne les hypothèses a priori formulées quant aux apprentissages en électricité, aux pratiques favorisant le CC en général et quant à celles favorisant l'apprentissage de l'électricité. Les enseignants ont progressé dans leurs connaissances de l'électricité, surtout ceux du groupe 2, qui ont vécu une version améliorée de la formation par rapport aux enseignants du groupe 1. Pour ce qui est des pratiques d'enseignement, tous les enseignants ont utilisé et déclaré utiliser des pratiques favorisant le CC en général. Certaines des pratiques particulières à l'apprentissage de l'électricité ont toutefois été moins observées et moins déclarées. En comparant la réussite des deux groupes qui se sont succédés lors des mises à l'essai, il appert que les enseignants du 2e groupe, qui ont été les plus à l'aise avec le contenu en électricité à la fin de la formation, sont également ceux qui ont le mieux intégré les notions plus difficiles à leur planification et à leur enseignement (courant, tension, résistance). Ils ont également le plus fréquemment effectué de retours sur les concepts avec leurs élèves. De plus, les données témoignent selon nous d'une opérationnalisation appropriée des paramètres d'une formation efficace, cette dernière ayant en effet gagné en efficacité à chaque itération selon les données des apprentissages des enseignants. Enfin, l'ensemble de ces résultats a permis de formuler et de justifier les modifications à apporter à la formation et de proposer un dispositif de formation validé. Cette recherche entraîne des retombées pour les chercheurs quant à l'opérationnalisation du cadre théorique pour développer le dispositif, à l'amalgame novateur de l'ingénierie didactique et de la recherche développement et quant aux apprentissages que les enseignants ont réalisés. Cette recherche entraîne également des retombées pratiques pour les enseignants et les conseillers pédagogiques, qui disposent d'un dispositif de formation validé et efficace ainsi que de maints outils didactiques pour enseigner l'électricité selon le CC aux élèves. Cette recherche ouvre également diverses possibilités de recherche dont une exploration du transfert des pratiques d'enseignement du CC par les enseignants d'un champ conceptuel à un autre ou une recherche sur les différentes façons d'amener les élèves à s'approprier les concepts. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : changement conceptuel, formation des enseignants, enseignement de l'électricité, ingénierie didactique, recherche développement, enseignement des sciences au primaire

Ce mémoire de thèse d'habilitation présente une synthèse des travaux de recherche et le projet de Camille Salinesi dans le domaine de l'Ingénierie des Exigences.

Les principales thématiques que j’ai abordées depuis ma nomination en tant que maitre de conférences en 1995, sont très diversifiées. Ce mémoire s’articule autour de 3 chapitres. Le premier " Mécanique-Matériaux " expose dans une première partie, les travaux que nous avons menés sur un mode de dégradation des bétons, l’alcali-réaction et notre proposition de réparation par matériaux composites des ouvrages atteints. La seconde partie expose nos travaux sur des lois d’interfaces substitutives à des couches minces souples et rigides par une modélisation asymptotique. Le deuxième chapitre " Matériaux souples – Structures pressurisées " développe une méthode d’identification des termes en cisaillement de la matrice d’élasticité de matériaux composites souples. D’un point de vue structural, nous avons étudié le comportement mécanique d’éléments pressurisés cylindriques en considérant l’orthotropie du matériau. Nous avons orienté nos travaux vers des poutres de Timoshenko dans l’espace en tenant compte de l’aspect orthotrope du matériau, des non-linéarités géométriques et des forces suiveuses induites par la pression interne. Le dernier chapitre " Mécanique appliquée à la biomécanique " expose 3 projets transversaux liés à la biomécanique. Le premier projet porte sur le développement d’attelles orthopédiques de maintien d’enfants atteints d’Invalidité Motrice et Cérébrale. Le deuxième projet traite d’un dispositif interne destiné à corriger la scoliose chez l’enfant tout en s’auto-adaptant à sa croissance. Le dernier projet concerne la conception et la réalisation d’un mannequin de jambe destiné à des crashtests pour l’amélioration de la sécurité des piétons. L’ensemble de ces travaux couvrent des approches très variées où les aspects théoriques, expérimentaux et numériques sont abordés.

Alors que l’Imagerie par résonance magnétique (IRM) permet d’obtenir un large éventail de données anatomiques et fonctionnelles, les scanneurs cliniques sont généralement restreints à l’utilisation du proton pour leurs images et leurs applications spectroscopiques. Le phosphore jouant un rôle prépondérant dans le métabolisme énergétique, l’utilisation de cet atome en spectroscopie RM présente un énorme avantage dans l’observation du corps humain. Cela représente un certain nombre de déEis techniques à relever dus à la faible concentration de phosphore et sa fréquence de résonance différente. L’objectif de ce projet a été de développer la capacité à réaliser des expériences de spectroscopie phosphore sur un scanneur IRM clinique de 3 Tesla. Nous présentons ici les différentes étapes nécessaires à la conception et la validation d’une antenne IRM syntonisée à la fréquence du phosphore. Nous présentons aussi l’information relative à réalisation de fantômes utilisés dans les tests de validation et la calibration. Finalement, nous présentons les résultats préliminaires d’acquisitions spectroscopiques sur un muscle humain permettant d’identiEier les différents métabolites phosphorylés à haute énergie. Ces résultats s’inscrivent dans un projet de plus grande envergure où les impacts des changements du métabolisme énergétique sont étudiés en relation avec l’âge et les pathologies. / Although magnetic resonance imaging (MRI) provides a wide array of anatomical and functional contrasts, clinical MRI systems are typically limited to imaging of tissue water and spectroscopy based on hydrogen atoms in more complex molecules. Given the important role of phosphate metabolism in virtually all biological processes, there has been considerable interest in the development of technology allowing detection and spectroscopy of magnetic resonance signals associated with phosphorus in the human body. This poses a number of technical challenges, due to the lower natural abundance and resonant frequency of phosphorus. The objective of this project was to develop and implement a basic in vivo phosphorus capability on a clinical 3 Tesla MRI scanner. We present here the various steps toward building and testing a working prototype of MR coil tuned to phosphorus frequency. We also provide information on building a set of test phantoms required for this project that can be used for signal calibration. Finally we show preliminary phosphorus spectra from muscle, in human subjects, demonstrating the main constituents in high-energy phosphate metabolism. These results pave the way for future applications in which the metabolic physiology of the human brain will be studied during aging and in disease.

En chirurgie reconstructive osseuse les biomatériaux remplacent le tissu osseux manquant et dans le cas de pathologies ils peuvent également délivrer des molécules actives. L’élément semi-métallique, gallium (Ga), est utilisé dans le traitement de différentes pathologies liées à la résorption accélérée de l’os dû à son effet inhibiteur sur les ostéoclastes (cellules résorbantes de l’os). Le Ga peut être incorporé dans la structure des biomatériaux osseux et nous nous sommes intéressés aux propriétés biologiques de ces derniers. In vitro, en présence de Ga nous avons mis en évidence une diminution de la différentiation des ostéoclastes, ainsi qu’une sur-expression de plusieurs marqueurs des ostéoblastes (cellules formatrices d’os). In vivo, le modèle murin de comblement du défaut osseux a montré une augmentation de la quantité de tissu osseux néoformé avec un biomatériau chargé en Ga vs. contrôle. Ces données démontrent que les biomatériaux chargés en Ga sont compatibles avec la survie et la prolifération des cellules osseuses et que le Ga peut améliorer la reconstruction osseuse. D’autre part, étant donné que des effets anti-tumoraux du Ga sont largement décrits, nous avons étudié ces effets sur une lignée cellulaire cancéreuse, choisie pour son affinité pour le tissu osseux. Nous avons montré que le Ga réduit la prolifération et probablement le potentiel tumoral de cette lignée, mais aussi la différentiation ostéoclastique induite par les cellules cancéreuses. Ces effets inhibiteurs observés dans un contexte tumoral indiquent que le Ga est un candidat intéressant pour le couplage avec des biomatériaux destinés au comblement osseux après une résection tumorale. / In bone reconstructive surgery biomaterials commonly replace the missing tissue and in case of pathologies can also serve as vectors for drug delivery. The semi-metallic element gallium (Ga) is used for the treatment of several disorders associated with accelerated bone resorption, due to its inhibitory action on bone-resorbing cells (osteoclasts). Since Ga can be incorporated into the structure of bone biomaterials, we embarked on characterising the biological properties of novel Ga-loaded materials. In vitro, we observed a decrease in osteoclast differentiation and the upregulated expression of several osteoblastic markers (bone-forming cells) in the presence of Ga-loaded biomaterial. In vivo, using a rat bone defect model, we showed an increase in newly formed bone tissue in implants filled with Ga-loaded biomaterial vs. control. Taken together, our data indicate that Ga-loaded biomaterials provide biocompatible substrates allowing bone cells survival and improved bone reconstruction in vivo. Taking into account antitumoral effects of Ga, largely described in literature, we also investigated its impact on a bone metastatic model. Using an aggressive human cancer cell line selected for its ability to invade bone tissue, we showed that Ga could reduce cancer cell proliferation and viability and reverse excessive osteoclastogenesis in bone metastatic environment. Moreover, we demonstrated that Ga modulated the expression of several marker genes hindering the tumour-propagating potential of cancer cells. Thus, due to its inhibitory action on cancer cells, Ga could represent an attractive additive to biomaterials used for tissue reconstruction after tumour resection.