Nous avons généré des souris déficientes pour les gènes codant pour les échangeurs Na/Ca de type I (NCX1) et de type III (NCX3) afin d'étudier, in vivo, le rôle de ces deux protéines.<p>L‘analyse phénotypique des souris adultes totalement déficientes pour le gène Ncx1 (Ncx1-/-) n'a pu être menée étant donné que ces souris décèdent au cours du développement embryonnaire.<p>Les souris déficientes pour le gène Ncx3 (Ncx3-/-) sont viables et fertiles. Nous avons analysé l'effet de l'inactivation du gène Ncx3 dans le muscle squelettique et plus particulièrement au niveau de la jonction neuromusculaire.<p>L'analyse histologique des muscles squelettiques de souris Ncx3-/- a révélé des altérations des fibres musculaires caractérisées par la présence de foyers de fibres nécrotiques et d'infiltrats de cellules mononuclées.<p>L'analyse électromyographique classique a montré un électromyogramme anormal du muscle gastrocnémien de souris Ncx3-/-, révélant une affection neuromusculaire pré- et post-synaptique caractérisée par (i) la petitesse de l'amplitude de la réponse M au repos, (ii) le décrément après stimulation répétitive à basse fréquence, (iii) l'incrément après stimulation répétitive à haute fréquence et (iv) la facilitation post-exercice. L'électromyographie à fibre unique a révélé une MCD élevée et des blocages anormaux de la transmission neuromusculaire, reflétant une atteinte post-synaptique de la jonction neuromusculaire chez les souris Ncx3-/-. L'ensemble de ces anomalies électromyographiques sont les caractéristiques du syndrome myasthénique de Lambert-Eaton.<p>Finalement, pour déterminer les conséquences de l'inactivation du gène Ncx3 sur l'activité physique des souris Ncx3-/-, nous avons réalisé des tests comportementaux sur ces souris. Ces tests ont permis de détecter un épuisement et une faiblesse musculaire accrus à l'effort chez ces souris.<p>En conclusion, nos observations montrent que les souris Ncx3-/- présentent des anomalies électromyographiques similaires à celles du syndrome myasthénique de Lambert-Eaton. Ces résultats suggèrent que l'échangeur NCX3 est peut-être impliqué dans la pathogenèse de certaines formes de cette maladie.<p>Des études supplémentaires afin de confirmer notre hypothèse devront donc être réalisées.<p>/<p>We produced and analyzed mice deficient for Na/Ca exchanger 3 (NCX3), a protein which mediates cellular Ca2+ efflux (forward mode) or Ca2+ influx (reverse mode) and thus controls intracellular Ca2+ concentration. NCX3-deficient mice (Ncx3-/-) present a skeletal muscle fiber necrosis and a defective neuromuscular transmission, reflecting the absence of NCX3 in the sarcolemma of the muscle fibers and at the neuromuscular junction. The defective neuromuscular transmission is characterized by the presence of electromyographic abnormalities including low compound muscle action potential amplitude, a decremental response at low frequency nerve stimulation, an incremental response and a prominent post-exercise facilitation at high frequency nerve stimulation as well as neuromuscular blocks. The analysis of quantal transmitter release in Ncx3-/- neuromuscular junctions revealed an important facilitation superimposed on the depression of synaptic responses and an elevated delayed release during high frequency nerve stimulation. It is suggested that Ca2+ entering nerve terminals is cleared relatively slowly in the absence of NCX3, thereby enhancing residual Ca2+ and evoked and delayed quantal transmitter release during repetitive nerve stimulation. Our findings indicate that NCX3 plays an important role in vivo in the control of Ca2+ concentrations in the skeletal muscle fibers and at the neuromuscular junction.<p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les cellules folliculo-stéllaires (FS) de l'hypophyse antérieure possèdent une forme étoilée et étendent de longues projections cytoplasmiques qui forment des pseudo-follicules entourant les cellules endocrines. Les cellules FS sont connectées entre elles par des jonctions lacunaires (des fois aussi connu sous le nom de jonction communicante) formant ainsi un réseau tridimensionnel continu. Un des rôles principaux des cellules FS est le maintien du microenvironnement de l'hypophyse antérieure, une activité qui est en partie réalisée par la sécrétion de divers facteurs de croissance et de cytokines. Ces messagers chimiques, y compris le bFGF, le VEGF, l’IL-6 et l’IL-1 contrôlent de nombreux processus cellulaires tels que l’expression des gènes d’hormones. Notre intérêt est de déterminer si la communication entre les cellules FS contribue à leur activité régulatrice. Dans notre étude, nous avons utilisé la lignée cellulaire TtT/GF qui partage de nombreuses caractéristiques morphologiques, physiologiques et biochimiques avec les cellules FS. Les jonctions lacunaires/communicantes sont formées par l’association de deux connexons de cellules adjacentes qui unissent le cytoplasme des cellules connectées et permet la diffusion de petites molécules. Chaque connexon est formé par l’oligomérisation de six protéines connexine (Cx) de la famille α, β ou γ. Les connexons, intégrés dans la membrane d’une vésicule du cytoplasme, se migrent vers la membrane cellulaire où ils s’incorporent dans la couche bilipidique. L’expression de la Cx43 (α) par les cellules FS est régulée en réponse à des facteurs de croissance et des cytokines. Des changements dans le microenvironnement de l'hypophyse antérieure causés par des molécules de signalisation sont susceptibles de modifier la Cx43, en particulier l’état de phosphorylation de la protéine. Ces modifications de la Cx43 peuvent ensuite déclencher des changements du comportement de jonctions lacunaires/communicantes formées par la Cx43, comme leur perméabilité et le renouvellement de la protéine Cx43. Les tissus expriment généralement plus d’un type de connexine. Jusqu’aujourd’hui, la Cx43 est la seule connexine à avoir été identifiée dans les cellules FS. Le cristallin exprime les connexines α: Cx43, Cx46 et Cx50. Leur expression est modulée par des facteurs de croissance. Notre hypothèse de travail a été de vérifier si la Cx46 et la Cx50 étaient exprimées par les cellules FS et si celles-ci contribuaient au rôle modulateur des cellules FS hypophysaires. Dans cette étude, nous avons identifié et caractérisé la Cx46 et la Cx50 dans la lignée cellulaire TtT/GF. Nous avons identifié les produits de transcription de Cx46 et de Cx50 par la technique d’analyse northern blot (PCR). Par la suite, les protéines Cx46 et Cx50 ont été identifiées en utilisant des anticorps dans des analyses western blot. Par microscopie confocale, nous avons déterminé la co-localisation de la Cx46 avec certaines marqueurs d’organites : réseau trans-Golgien, endosomes précoces et lysosomes. La Cx50 co-localise avec des marqueurs du réticulum endoplasmique, du réseau cis-Golgien et des endosomes précoces. Un protocole d’isolation des membranes résistantes aux détergents non-ionique a révélé que la Cx46 et la Cx50 n’étaient pas associées à des radeaux lipidiques ni aux cavéoles. Cependant, la microscopie confocale a montré une co-localisation cytoplasmique de la Cx50 et de la flotilline-1. Nous avons poursuivi l’étude sur la localisation de la Cx46 dans le noyau en utilisant une technique d’isolation des fractions enrichies en noyau. Nous avons établi que plusieurs isoformes de la Cx46 sont exclusivement associées au noyau. De plus, avec la microscopie confocale nous avons démontrée une co-localisation de la Cx46 avec un marqueur du nucléole/corps de Cajal. Nous avons démontré un effet du bFGF sur l'expression temporelle de la Cx46 et de la Cx50. L’expression de la Cx46 diminue au cours de longues expositions au bFGF tandis que les niveaux de Cx50 augmentent de façon transitoire au cours du traitement. Dans une autre étude nous avons démontré des changements importants dans les niveaux de la Cx46 et de la Cx50 dans l’hypophyse antérieure des visons durant le cycle de reproduction annuel. Notre étude démontre que les cellules FS expriment la Cx46 et la Cx50. Nous avons aussi établi que la Cx46 et la Cx50 sont localisées dans différentes structures sous-cellulaires, ce qui suggère des rôles différents dans les cellules FS pour ces protéines de jonction lacunaire/communicante. Il est possible que la Cx46 et la Cx50 ne jouent pas un rôle majeur dans la communication intercellulaire dans les cellules FS quiescentes. Nos résultats suggèrent que la Cx46 et la Cx50 peuvent avoir d'autres fonctions : des isoformes de la Cx46 peuvent contribuer à la biogenèse des ribosomes tandis que la Cx50 pourrait avoir un rôle dans la communication dans les cellules stimulées au bFGF. Nos études établissent une base pour des recherches futures. / The folliculo-stellate (FS) cells of the anterior pituitary are star-shaped and extend long cytoplasmic processes forming pseudo-follicles encircling hormone-secreting cells. Dispersed throughout the anterior pituitary gland, FS cells are joined to form a continuous three dimensional network through communicating gap junctions. One of the primary roles of FS cells is the maintenance of the anterior pituitary microenvironment, accomplished through the expression and secretion of various growth factors and cytokines. These chemical messengers, including bFGF, VEGF, IL-6 and IL-1 mediate a range of cellular processes such as hormone gene expression. Our aim is to study whether intercellular communication among FS cells contributes to the modulatory activity of the FS cells within the anterior pituitary gland. To pursue this, we use the TtT/GF cell line that shares many morphological, physiological and biochemical characteristics with FS cells. Gap junctions are formed by the joining of two connexons/hemichanels from adjacent cells that link their cytoplasms allowing for the passive diffusion of small molecules. Connexons/hemichannels are themselves formed by the oligomerization of six connexin (Cx) proteins from the family α, β or γ, which then migrate into the lipid bilayer of the cell membrane. FS cells express Cx43 (α-connexin), which is regulated in response to growth factors and cytokines. Changes in the anterior pituitary microenvironment due to signaling molecules results in modifications to Cx43, particularly in the phosphorylation status of the protein. Such alterations yield alterations in the physiological behaviour of Cx43 gap junctions such as permeability and turnover. Tissues generally express more than one connexin type and to date, Cx43 has been the sole connexin to be identified in FS cells. The ocular lens expresses the α-connexins: Cx43, Cx46 and Cx50, which are modulated by growth factors that are also present in the anterior pituitary. Based on these facts, we hypothesize that Cx46 and Cx50 are also expressed by the FS cells and contribute to the FS modulatory role in the anterior pituitary gland. In the present study, we have identified and characterized Cx46 and Cx50 in the TtT/GF cell line. We identified Cx46 and Cx50 transcripts through northern blots and identified the corresponding protein products using antibodies and western blot analyses. Through confocal microscopy, we determined that Cx46 co-localized with the organelle markers: trans-Golgi, early endosomes and lysosomes. Cx50 co-localized with markers for the ER, cis-Golgi and early endosomes. An isolation procedure using a non-ionic detergent we showed that neither Cx46 nor Cx50 were associated to lipid rafts or caveolae. However, confocal microscopy showed a cytoplasmic co-localization between Cx50 and flotillin-1. We pursued a finding that localized Cx46 to the nucleus and using a nuclear isolation technique, demonstrated that several isoforms of Cx46 are exclusively located in the nuclear compartment. Furthermore, with confocal microscopy we found a co-localization of Cx46 with a nucleolus/coiled body marker. We demonstrated an effect of bFGF on the temporal expression patterns of Cx46 and Cx50 and showed that Cx46 levels decreased over longer exposures to the growth factor while Cx50 levels transiently increased. Lastly, drastic changes were noted in an in situ study of Cx46 and Cx50 in the male and female mink anterior pituitary during the annual reproductive cycle. Our study indicates that addition to Cx43, FS cells also express Cx46 and Cx50. We also demonstrated that Cx46 and Cx50 localize to different sub-cellular structures, suggesting different roles in the FS cells. While they may not play a major role in intercellular communication in quiescent FS cells, our results suggest that Cx46 and Cx50 may serve other functions: Cx46 isoforms may contribute to ribosome biogenesis and Cx50 may have communication-related responsibilities in stimulated cells. Importantly, our identification and characterization studies provide a foundation on which future studies can be built.

Dans les synapses chimiques, des canaux calciques voltage-dépendants (VDCC) provoquent la fusion des vésicules synaptiques (SV) au niveau de la zone active. L’efficacité et la rapidité de la transmission synaptique dépendent de la distribution relative entre les VDCCs et les SVs prêtes à fusion. Cependant, les modalités d’interaction entre les VDCCs et les SVs ne sont pas connues. Afin de localiser les VDCCs à l’échelle nanométrique j’ai developpé une nouvelle approche chez Caenorhabditis elegans combinant le marquage in vivo des VDCCs, grâce à l’expression d’un épitope extracellulaire, et la microscopie électronique (EM). J’ai généré un transgene GFP::unc-36 qui code la seule sous-unité α2-δ qui s’associe à fois avec les sous-unités formant le pore α1 neuronal (UNC-2) et musculaire (EGL-19) chez C.elegans. J'ai ensuite utilisé des quantum dots conjugués avec l’anticorps anti-GFP, fluorescents et denses au électrons, pour localiser des VDCCs à haute résolution au niveau de la jonction neuromusculaire (NMJ) par EM. En parallèle, j'ai utilisé la technique de CALM (complementation activated light microscopy) pour étudier la dynamique des VDCC dans des vers vivants. Nos résultats montrent que les VDCCs diffusent à l’échelle de nanodomaines sur la membrane musculaire. De plus leur diffusion est modulée en réponse à la tension musculaire. La dystrophine participe au couplage électro-mécanique au niveau du sarcolemme en modulant la taille du domaine de confinement des VDCCs. Enfin, nous avons mis en evidence le rôle de RIM/UNC-10 dans la régulation de la mobilité latérale des VDCCs dans les neurones, probablement via son interaction avec les VDCCs et les SVs. / At chemical synapse voltage-dependent calcium channels (VDCC) trigger synaptic vesicles (SV) fusion at the active zone in response to depolarization stimuli. Intracellular Ca2+ influx forms a nanodomain around individual VDCC. Fast and efficient synaptic transmissions appear to be tightly coupled with the relative distribution between the VDCCs and SVs fusion sites. However, the connection between VDCCs and docked SVs at a few nanometer scales remain enigmatic. To localize VDCCs in nanometer resolution I developed a novel approach combining in vivo labeling of VDCCs via genetically-encoded extracellular epitope tags and electron microscopy (EM). I engineered a GFP/split-GFP tag fused at the extracellular N-terminal of UNC-36, the only C. elegans VDCC α2δ subunit associating with both neuronal (UNC-2) and muscular (EGL-19) VDCC pore-forming α1 subunit. I then used quantum dot (QD) conjugated antibodies as both fluorescent and electron dense probes to localize VDCCs at C. elegans neuromuscular junction (NMJ) by in vivo QD-antibodies labeling and EM. In parallel, I applied in vivo complementation activated light microscopy to study VDCC dynamics in live worms. I discovered that VDCCs diffuse within nanodomains at sarcomeric membrane and their nanoscale diffusion behavior is modulated in response to muscle tension. In addition, we found that dystrophin participates in electro-mechanical coupling at the sarcolemma by modulating the confinement size of VDCCs. Meanwhile, we discovered lateral mobility of N-type VDCC at NMJs, and that RIM/UNC-10 seems involved in regulation of VDCC dynamics via its interaction with VDCC and SVs.

Au cours de ma thèse, je me suis intéressé à deux aspects de l'interaction charge-rayonnement dans des jonctions tunnel. Premièrement j'ai étudié la dynamique des transferts de charge à travers une jonction tunnel normale lorsque celle-ci est couplée à un environnement dont l'impédance est comparable au quantum d'impédance (RK= h/e^2). Nous avons montré que les uctuations de courant portent des signatures de processus à un, deux et trois photons. Deuxièmement j'ai caractérisé le rayonnement émis par une jonction Josephson lorsque celle-ci est couplée à deux résonateurs de fréquences différentes, nu_1 et nu_2, et soumise à une tension 2eV = h nu_1+h nu_2. Nous avons montré que les photons sont émis pas paires, ce qui constitue un rayonnement non-classique violant l'inégalité de Cauchy-Schwarz.Nos résultats montrent que le blocage de Coulomb dynamique constitue une ressource pour la production de micro-ondes quantiques. / In this thesis work, I have focused on two aspects of the charge-light interaction for tunnel junctions. On one hand, I have investigated the influence of the coupling to electromagnetic radiation on the dynamics of charge transfer through a normal tunnel junction when the impedance of its environment gets comparable to the resistance quantum (RK=h/e^2). We showed that the current fluctuations bear signature of the processes where one, two or three photons are emitted.On the other hand, we used a Josephson junction, embedded in a circuit made of two resonators at different frequencies, nu_1 and nu_2, and biased at the voltage 2eV=h nu_1+h nu_2. We showed that the Josephson junction emits photon pairs corresponding to a non classical state of radiation which violates the Cauchy-Schwarz inequality.Our results extend the toolbox for performing quantum optics experiments in the microwave domain.

La polarisation du courant de spin dans un dispositif spintronique est à l'origine des effets magnéto-résistifs qui définissent ses propriétés fonctionnelles. En général, pour polariser un courant d'électrons, celui-ci traverse soit une couche ferromagnétique métallique, soit une barrière d'oxyde magnétique. Dans le cadre de cette thèse, nous avons abordé les deux alternatives. Dans une première étape, des couches d'oxyde magnétique dilué de type TiO2 :Co ont été élaborées par pulvérisation cathodique. Leurs propriétés structurales, morphologiques et magnétiques ont été étudiées afin d'optimiser leur potentiel d'intégration dans une structure complexe de type filtre à spin. Dans une deuxième étape, nous avons réalisé et étudié des jonctions tunnel magnétiques monocristalline à base d'alliage full-Heusler Co2FeAl (qui ont une polarisation théorique de 100%) et de barrière tunnel de MgO(001). Par une étude parallèle cristallographique et magnétique, nous avons démontré la corrélation directe entre l'anisotropie structurale et les anisotropies magnétiques des couches minces d'alliage Co2FeAl. En utilisant ces couches comme des électrodes magnétiques, nous avons élaboré, micro-structuré et étudié des jonctions tunnel magnétiques cristallines. Notre analyse a démontré que le transport tunnel polarisé en spin et la qualité de la demi-métallicité de l'alliage présentent une forte dépendance du grade de cristallinité du système. Au-delà des aspects purement expérimentaux, cette thèse comporte des études de modélisation analytique, numérique et ab-initio pour les propriétés magnétiques, électroniques et de transport polarisé en spin des systèmes et dispositifs étudiés / The polarization of the spin current in a spintronic device is at the origin of magneto-resistive effects that define its functional properties. Typically, in order to spin-polarize a current of electrons two alternatives are used: the electron current crosses either a ferromagnetic metal or a magnetic oxide barrier. Within this thesis, we addressed both alternatives. In a first step, layers of TiO2 diluted magnetic oxide type doped with cobalt were prepared by sputtering. Their structural, morphological and magnetic properties were studied to optimize their potential for integration into a complex spin filter type structure.In a second step, we focused our efforts on the elaboration and the study of single-crystal magnetic tunnel junction based on the full-Heusler alloy Co2FeAl and the MgO (001) tunnel barrier. From a theoretical point of view, the Heusler alloys are expected to be half-metallic. This leads to a spin polarization of 100%. Following a parallel crystallographic and magnetic study of thin Co2FeAl alloy films, we demonstrated a direct correlation between structural and magnetic anisotropies. Using these layers as magnetic electrodes, we elaborated and studied UV micro-structured crystalline magnetic tunnel junctions. Our analysis demonstrates that the spin polarized tunneling and the quality of the half-metallicity of the alloy has a clear dependence on the degree of crystallinity of the system. Beyond the purely experimental aspects, this thesis includes studies of analytical, numerical and ab-initio modeling of the magnetic and electronic properties as well as for the spin polarized transport in the studied systems and devices

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative caractérisée par la mort des neurones moteurs. La perte de ces neurones entraîne une faiblesse musculaire qui évolue progressivement vers la paralysie et mène invariablement au décès des personnes atteintes en quelques années seulement. L’hétérogénéité et la complexité des mécanismes qui sous-tendent les déficits moteurs chez ces patients ralentissent considérablement la découverte de nouveaux médicaments. Toutefois, certains de ces mécanismes semblent jouer un rôle particulièrement important dans le déclenchement et la progression de la maladie, et constituent ainsi des cibles thérapeutiques de choix. C’est le cas notamment de l’agrégation protéique, omniprésente chez les patients, qui trahit un dérèglement global de l’homéostasie des protéines dans la SLA. Nous avons donc émis l’hypothèse qu’un traitement visant à réguler la gestion des protéines permettrait, en réduisant l’agrégation protéique, de diminuer la mort des motoneurones et de prévenir ainsi l’apparition des symptômes moteurs caractéristiques de la maladie chez des souris porteuses de la mutation SOD1G93A. Nous avons analysé l’impact de ce traitement sur la fonction motrice, la contraction musculaire et l’intégrité de la jonction neuromusculaire (JNM), la synapse entre les neurones moteurs et les muscles. Son administration au stade présymptomatique de la maladie s’est avérée moins efficace que prévu : on ne note pas d’améliorations significatives des déficits moteurs ou de l’intégrité de la JNM. Cependant, les résultats obtenus sont encourageants et laissent croire que ce traitement pourrait être encore plus efficace à l’apparition des symptômes, ce qui lui confère un grand potentiel thérapeutique. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by the death of motor neurons. The loss of these neurons causes muscle weakness, which evolves to paralysis and invariably leads to the death of those affected in just a few years. The heterogeneity and complexity of the mechanisms underlying motor deficits in these patients significantly slow the discovery of new efficient drugs. However, some of these mechanisms seem to play a particularly important role in the onset and progression of the disease, and thus constitute a preferred therapeutic target. This is the case with protein aggregation, which is omnipresent in patients and betrays a global disruption of protein homeostasis in ALS. We therefore hypothesized that a treatment aimed at regulating protein management would, by reducing protein aggregation, prevent the death of motor neurons and the appearance of the motor symptoms characteristic of ALS in mutant SOD1G93A mice. We analyzed the impact of this treatment on motor function, muscle contraction and on the structural integrity of the neuromuscular junction (NMJ), the synapse between motor neurons and muscles. Overall, administration of our treatment at the presymptomatic stage of the disease was less effective than expected: neither motor deficits nor NMJ integrity were significantly improved. However, these results remain very encouraging: the trends seem to indicate a positive effect of the treatment, which even slightly improves the strength generated by muscle contractions. Our data suggests that this treatment could be even more effective at the symptoms onset, which grants it great therapeutic potential.

La problématique associée à ce travail de thèse concerne la détermination des causes de fatigue thermique dans des conduites hydrauliques. Ce travail porte plus particulièrement sur l’étude d’une zone de mélange orthogonale dans laquelle débouchent deux écoulements à différentes températures et présentant des régimes dynamiques turbulents. Ce type de configuration est utilisé afin de favoriser la baisse de température de l’écoulement (ou l’augmentation de température selon les cas). Pour des valeurs élevées du nombre de Reynolds et des écarts de températures des écoulements en confluence, la charge thermique engendrée par les fluctuations pariétales de température peut entraîner la formation de fissures dans les canalisations.Pour faire face à ce problème, les méthodes de dimensionnement des conduites hydrauliques mettent en évidence la nécessité de connaître la charge thermique imposée sur la paroi sensible. Le besoin attendu en termes de caractérisation dynamique et thermique de ces écoulements est à l’origine de ce projet de recherche qui s’attache ainsi à déterminer pour une configuration industrielle simplifiée, les phénomènes dynamiques et thermiques instationnaires et tridimensionnels à proximité de la paroi. Pour cela, l’étude s’organise en deux phases. Une approche expérimentale, faisant appel à la vélocimétrie par images de particules et la thermographie infrarouge, est mise en oeuvre dans un écoulement turbulent à la jonction entre une conduite de section rectangulaire et un piquage cylindrique. L’étude expérimentale permet de mesurer l’effet de différents paramètres de l’écoulement (régime dynamique, rapport des vitesses de l’écoulement, écart de température). Une des configurations expérimentales est de plus modélisée par simulations des grandes échelles dans laquelle le transfert thermique conjugué entre le fluide et la paroi d’intérêt est pris en compte. Les champs statistiques de vitesse et température issus du calcul numérique sont comparés à la base de données expérimentale. L’analyse des mécanismes thermodynamiques près de la paroi et dans la paroi, est de plus réalisée au moyen des grandeurs statistiques de l’écoulement, des corrélations de vitesse-température et de l’enregistrement temporel de sondes numériques placées dans l’écoulement et dans la paroi. / This research work originates from thermal stress issues in hydraulic pipes. It specifically focuses on determination of thermal load created by mixing flows in orthogonal pipe junctions. Such mixing zones are commonly used to cool or heat the main flow. For high Reynolds number values and high difference of temperature of the two flows, thermal load created by strong temperature fluctuations at the wall can initiate and propagate cracks through the pipe. Standards in pipe design pointed out the need in knowing these thermal loads applied at the downstream junction wall. Thus, this study aims to characterize three-dimensional and unsteady dynamical and thermal phenomena in a simplified industrial configuration. First, an experimental investigation based on particle image velocimetry and infrared thermography has been carried out on a cylindrical jet pipe flowing through a main rectangular channel flow. Different parameters have been studied such as Reynolds number influence, velocity ratio between secondary and main flow and temperature difference. One of the experimental configurations has also been investigated using numerical simulations. LargeEddy Simulations with conjugate heat transfer model has been developed and compared to the experimental database. Dynamics and Thermal mechanisms have been analysed near the wall and within the wall with obtained statistical flow fields, velocity-temperature moments and numerical probes extracted from fluid and solid parts.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie touchant spécifiquement les motoneurones (MN) qui se caractérise par la perte précoce des jonctions neuromusculaires (JNMs) et menant à une paralysie musculaire. La dénervation des JNMs des muscles squelettiques se produit en amont de la mort des MN de la moelle épinière. Des études récentes publiées ont révélé une altération de la transmission synaptique, une instabilité de la morphologie des JNMs ainsi que des mécanismes de réparations de la JNMs inappropriés dans le modèle SOD1, et ce avant l’apparition des symptômes moteurs. De manière intéressante, ces mécanismes sont régulés par les cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs), la cellule gliale présente à la JNM suggérant ainsi que l’altération des fonctions des CSPs peut contribuer à la vulnérabilité des JNMs. Tandis que de nombreuses études ont démontré une susceptibilité à la dénervation qui est dépendante du type d’unité motrice (UM), l’innervation des muscles extraoculaires (EOMs) montre une importante résistance à la progression de la maladie. Afin d’investiguer les distinctions dans les JNMs des EOMs menant à cette résistance, nous avons procédé à une analyse de la morphologie des JNMs via microscopie confocale, nous avons étudié les propriétés fonctionnelles des CSPs par imagerie calcique ainsi qu’effectuer une analyse différentielle du protéome entre les JNMs résistantes de l’EOM et les JNMs vulnérables du soleus (SOL) ou de l’extensor digitorum longus (EDL) dans la souris SOD1G37R. Peu de dénervation des JNMs et aucune altération des JNMs sont observées dans l’EOM à un stade tardif de la maladie. Contrairement aux muscles vulnérables, la sensibilité des CSPs suite à l’application locale d’ATP et de muscarine n’est pas altérée dans les EOM. L’analyse du protéome entre l’EDL et l’EOM au stade symptomatique démontre des fonctions cellulaires distinctes. Dans l’EDL, au stade symptomatique, les cascades cellulaires catabolique et reliée au protéosome sont augmentées : reflétant le processus de dénervation en cours dans ce muscle. Dans l’EOM, une diminution de l’expression de SOD1 muté, une augmentation des processus d’oxydoréductions, des protéines importantes pour maintien du repliement des protéines, des neurofilaments ainsi qu’une expression distincte des enzymes régulant les neurotransmetteurs est observée dans les JNMs résistantes. Ainsi, comprendre les fonctions des CSPs ainsi que les profils d’expression protéomique distincte entre les JNMs vulnérables et résistantes durant la progression de la maladie peut nous fournir des informations sur les mécanismes impliqués durant la dénervation et aider à identifier les protéines potentielles qui peut favoriser la réparation et l’intégrité des JNMs. Ainsi, cette étude peut mener à l’identification de biomarqueur musculaire et de cible thérapeutique potentielle pour des perspectives curatives futures. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a motor neuron (MNs) disease characterized by the precocious loss of neuromuscular junctions (NMJs) and muscular paralysis. The denervation of NMJs at striated muscles is an early event that occurs before the loss of spinal cord MNs. Recent data revealed an alteration of synaptic transmission, morphological instability and inappropriate repair in NMJs of SOD1 mice model prior to motor symptoms. Interestingly, these mechanisms are known to be regulated by Perisynaptic Schwann cells (PSCs), glial cells at NMJs, suggesting that the alteration of PSC functions may contribute to NMJ vulnerability. While numerous studies demonstrated a motor unit type-dependent susceptibility to denervation, the extraocular muscles (EOM) innervation shows a prominent resistance to disease progression. We hypothesized that PSCs functions and intrinsic properties at extraocular NMJs contribute to the resistance of the disease progression. NMJ morphological analysis by immunostaining and confocal imaging, functional properties of PSCs by calcium imaging and a differential proteomic analysis using Tandem Mass Tags coupled to quantitative mass spectrometry was performed between the resistant EOM and the vulnerable, soleus (SOL) or Extensor digitorum longus (EDL) muscles in SOD1G37R mice. Fewer denervated NMJs and no alteration of NMJ integrity was observed in the EOM in comparison to the EDL. Sensitivity of EOM PSC to local application of ATP and muscarine are not altered in the EOM SOD1G37R in comparison to WT suggesting an adequate decoding of synaptic activity of PSC. Proteomics analysis between EDL and EOM at symptomatic stage demonstrates distinct cellular pathway. In the EDL, at symptomatic stage, catabolism and proteasome cellular pathways are upregulated reflecting the undergoing denervation processes observed. In the EOM, overall lower expression of SOD1, up-regulation of oxidoreduction process, of mechanism against protein unfolding, of neurofilament and distinct expression of enzymes regulating neurotransmitter homeostasis is observed in the resistant NMJ. Understanding PSC functions and investigating the distinctive protein expression profile between vulnerable and resistant NMJs during disease progression will help provide insights into the denervation mechanisms involved and help identify potential proteins that could favor NMJ repair and integrity. Also, this study may lead to the identification of muscle biomarkers and potential therapeutic targets moving toward curative perspectives.

Le marché des diodes électroluminescentes (LEDs) de puissance est en perpétuelle croissance depuis une vingtaine d’années. Le marché de l’éclairage évolue car les besoins ont changé : nous souhaitons, par exemple, aujourd’hui réduire la consommation électrique, ou avoir des éclairages plus flexibles (couleur, cycle d’allumage, encombrement, …). Les LEDs de puissance permettent d’apporter des solutions où les autres éclairages font défauts. Une étude comparative est menée entre les LEDs et les autres sources d’éclairages. Une LED de puissance émettant une lumière blanche est constituée d’une puce semi-conductrice, d’un substrat, d’un PAD et d’une optique primaire. Différentes méthodes permettent d’obtenir de la lumière blanche avec des LEDs : plusieurs puces, une puce avec un ou des luminophores, ou la méthode PRS-LED. Le luminophore a un rôle optique important et un rôle thermique non négligeable. Après avoir été excité par la lumière émise de la puce, il réémet de la lumière dans une longueur d’onde supérieure. L’efficacité de ce processus dépend de nombreux paramètres, comme la mise en oeuvre du luminophore ou le type de luminophore utilisé. L’étude et la caractérisation des propriétés optiques et thermiques sont faites pour des LEDs commerciales, composées d’une même puce émettant de la lumière bleue, avec et sans luminophore jaune. Afin de maitriser le maximum de facteurs, nous avons mené une étude et un dimensionnement du circuit imprimé (PCB) sur lequel va être implanté nos LEDs. Dans le but d’évaluer les matériaux constituant les LEDs, des analyses au microscope à balayage électronique et par microsonde ont été menées. Ces travaux ont permis de révéler, notamment, la position de la jonction p-n dans la puce et la composition de la couche de luminophore par deux types différents. De plus, afin d’améliorer notre compréhension, une étude comparative a été menée sur trois luminophores jaunes. Ensuite, les deux types de LEDs, puce nue et puce avec luminophore, ont été testés dans le but d’obtenir le flux lumineux et le rendement des LEDs. La caractérisation optique nous a amené à créer un banc pour obtenir la luminance énergétique spectrale sur une partie minime de la puce. D’autre part, nous nous intéressons à la température de jonction de la puce nue, que nous mesurons par différentes méthodes, dont la thermographie infrarouge. Pour cela, l’émissivité a été estimée pour la puce nue et la puce avec luminophore. Puis nous comparons aussi ces différentes méthodes pour le calcul de la résistance thermique Rth j-PAD entre la jonction et le PAD. Le maillage de fils conducteurs implanté sur la surface de la puce est modélisé électriquement. Cette étude, qui est composée de niveaux progressifs de modélisation, permet de comprendre la répartition du courant électrique qui traverse la jonction, et ainsi d’appréhender la répartition du flux lumineux et de la température au niveau de la surface de la puce. Après, un modèle thermo-optique décrit les phénomènes présents au niveau de la jonction d’une puce nue : la conversion de la puissance électrique en lumière bleue et en chaleur, et les transferts de chaleur. Nous complétons ce premier modèle pour obtenir un modèle d’une puce avec le luminophore. Ce dernier modèle prend en compte la photo-conversion du luminophore avec le calcul de flux lumineux à la sortie du luminophore et le calcul de la chaleur due à la photo-conversion. La résolution de ce modèle nous permet d’obtenir la température de jonction d’une puce avec luminophore. La conservation d’énergie du modèle est aussi vérifiée. Le modèle thermo-optique est appliqué à une cartographie de température de surface afin d’obtenir une cartographie de la température de jonction. Ces cartographies sont regroupées avec les clichés de thermographie infrarouge et de luminance énergétique. / The high brightness LED market is constantly growing last twenty years. The lighting market is changing as needs have changed: we would like, for example, reduce power consumption, or have more flexible lighting (color, lighting cycle, dimensions ...). High brightness LEDs help provide solutions where others are lighting defects. A comparative study is conducted between the LEDs and other lighting sources.The operation of a high brightness LED emitting white light is explained with the description of each element: chip, substrate, the PAD and optics. Then the different methods of obtaining white light with LEDs are compared: several chips, a chip with one or more phosphors, or PRS-LED method. The phosphor has a significant optical role and an important thermal role. After being excited by the light emitted from the chip, it re-emits light in a greater wavelength. The effectiveness of this process depends on many parameters, such as the implementation of the phosphor, or the type of phosphor used. The study and characterization of optical and thermal properties are made for commercial LEDs, composed of a single chip emitting blue light with and without yellow phosphor. To master the maximum factors, we conducted a study and design of the printed circuit board (PCB) on which will be implanted our LEDs. In order to evaluate the materials constituting the LEDs, analyzes made at scanning electron microscope, and by microprobe were conducted. This work has revealed in particular the position of the p-n junction in the chip, and the composition of the phosphor layer of two different types. Moreover, to improve our understanding, a comparative study will be conducted on three yellow phosphors. Then the two types of LEDs, bare chip and chip with phosphor, were tested in order to obtain the luminous flux and efficiency of LEDs. The optical characterization has led us to create a bench for spectral radiance over a small portion of the chip. Furthermore, we are interested in the junction temperature of the bare chip, which we measure by various methods, including infrared thermography. For this, the emissivity was estimated for the bare chip and the chip with phosphor. Then we also compare these different methods to calculate the thermal resistance Rth j-PAD between the junction and the PAD. The mesh of conductive wires, implanted on the surface of the chip, is electrically modeled. The study, which is composed of three progressive levels of modeling, provides an understanding of distribution of the electric current through the junction, and thus to understand the distribution of the light flow and temperature at the surface of the chip. Afterwards, an optical-thermal model describes the phenomena present at the junction of a bare chip: converting electrical power into blue light and heat, and heat transfer. We complete this first model for a model of a chip with the phosphor. This model takes into account the photo-conversion of the phosphor with the calculation of the luminous flux at the output of the phosphor and the calculation of the heat due to the photo-conversion. The resolution of this model allows us to obtain the junction temperature of a chip with phosphor. The model of energy conservation is also verified. The optical-thermal model is applied to a surface temperature mapping in order to obtain a mapping of the junction temperature. These maps are combined with pictures of infrared thermography and radiance.

Dans cette thèse, nous avons utilisé un réacteur de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) à basse température afin de fabriquer des minimodules à base de cellules solaires à jonction radiale (RJ SiNWs) sur des substrats de verre de 5x5 cm² en employant la gravure laser pour la mise en série des cellules.Nous avons utilisé une couche de 600 nm d’épaisseur de dioxyde d’étain dopée au fluor (FTO) déposée sur du verre sodocalcique (SLG). La couche de FTO sert à la fois de contact arrière pour le module et de source de catalyseur Sn une fois la couche de FTO réduite par un plasma de H2. Ensuite, on fait croître des SiNW dopés p par le procédé Vapor-Liquid-Solid (VLS) assisté par plasma, suivi d’un dépôt d’une couche de Si intrinsèque a-Si:H et d’une couche de Si dopée n µc-SiOx:H, afin d’obtenir une cellule solaire à jonction radiale PIN. Nous avons obtenu une efficacité énergétique de 6.3 % avec une surface active de 0.126 cm². C’est à notre connaissance l’efficacité la plus élevée obtenue en utilisant une couche de FTO comme source de catalyseur Sn.La gravure laser a été utilisée pour retirer localement des couches minces dans l’objectif de fabriquer des minimodules solaires. Grâce à la gravure laser, une connexion monolithique en série entre les cellules solaires à jonction radiale adjacentes a pu être accomplie. Dans cette thèse, la gravure laser a servi à retirer localement la couche de FTO ainsi que les RJ SiNWs, étapes appelées respectivement P1 et P2. On dépose ensuite une couche transparente d’oxyde d’indium-étain (ITO), servant de contact avant, par pulvérisation cathodique (étape P3), et on procède à la séparation en bandes par la technique « lift-off ». Nous avons mené une étude détaillée de l’étape P2 de gravure obtenue par un laser vert (532 nm) et IR (1064nm). La puissance du laser a un impact direct sur l’ablation des RJ SiNWs, et peut aussi endommager le contact arrière de la cellule. Nous avons déterminé que le laser vert entraîne une fonte partielle de matériau sur les bords de la zone gravée, contrairement au laser IR qui produit des gravures de meilleure qualité. La cartographie Raman des zones gravées permet une analyse des matériaux dans la zone étudiée, et a donné des indications sur la composition des résidus laissés par les impulsions laser. Nous avons démontré que l’utilisation du laser IR pour l’étape P2 de gravure est préférable. Elle permet d’avoir des connexions en série de haute qualité entre les cellules.Enfin, le mini-module optimisé de 10 cm² à base de RJ SiNWs a atteint un rendement de conversion énergétique de 4.37 % avec une puissance générée de 44 mW, grâce à l’amélioration de l’étape P2 et de l’impression par jet d’encre d’une grille dense d’Ag. À notre connaissance, cette puissance générée est la plus élevée rapportée pour des modules solaires à base de cellules à jonction radiale. / In this thesis, we have used a low-temperature plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) reactor to fabricate Si nanowire radial junction solar mini-modules on 5x5 cm2 glass substrates with the assistance of the laser scribing technique for the series connection of the cells.We have used fluorine-doped tin oxide (FTO) deposited on soda-lime glass substrates (SLG) as a back contact as well as the source of the Sn catalyst which was formed by a direct reduction of FTO using a H2 plasma. Subsequently, p-type SiNWs were grown using plasma-assisted vapor liquid solid (VLS) process, followed by the deposition of intrinsic a-Si:H and n-type µc-SiOx:H layers to achieve pin radial junction solar cells. We have obtained an energy conversion efficiency of 6.3 % with an active area of solar cells of 0.126 cm2, which is to our knowledge, the highest efficiency obtained based on FTO layers as a source of Sn catalyst.Laser scribing was used to perform a selective removal of thin-film materials in order to fabricate minimodules. With laser scribing, a monolithic series connection between adjacent RJ SiNW solar cells on the same glass substrate was achieved. In particular, the laser scribing system has been used to perform selective removal of FTO thin-film and RJ SiNWs, which are commonly known as step P1 and P2, respectively, and to perform a final scribe to isolate the active region from the rest of the substrate. The transparent top ITO contact was sputtered and cell stripes were defined using the lift-off technique (step P3).We have carried out a detailed study of the P2 laser scribe obtained with either green (532 nm) or IR (1064 nm) laser setups. The power of the laser has to be controlled as it has a direct impact on the removal of SiNW RJs and it can damage the underneath FTO contact. We have found that the scribing using a green laser produces a partial melting outside the scribed spots, unlike the IR laser which provides a cleaner scribing and less crystallized material at the edges of scribed spots. Mapping of the scribed spots using Raman spectroscopy allowed analyzing the material composition within the scanned area inside the craters left by the laser pulses. We have demonstrated that the use of the IR laser is preferable for P2 scribing because it can provide a high-quality series connection between cells.Finally, the optimized 10 cm2 SiNW RJ mini-module has reached an energy conversion efficiency of 4.37 % with power generation of 44 mW, thanks to the improved P2 laser scribing and the dense Ag grid printed using the ink-jet method. This performance represents, to the best of our knowledge, the highest reported power generation for silicon nanowire-based solar modules on glass substrates.