Les cellules immunitaires proviennent d'un ensemble commun de cellules souches hématopoïétiques qui se différencient hiérarchiquement en lignées myéloïdes et lymphoïdes. Ce processus est étroitement régulé par un réseau entrelacé de facteurs de transcription et de régulateurs épigénétiques, qui contrôlent l'activation et la répression des gènes impliqués. Les travaux récents sur la reprogrammation cellulaire ont montré que certaines protéines peuvent reprogrammer des cellules différenciées, comme le facteur de transcription C/EBPa qui peut induire la trans-differenciation de cellules B en macrophages. De plus, une courte induction de Cebpa suivie de l’expression des quatre facteurs de transcription Oct4-Sox2-Klf4-cMyc permet une reprogrammation extrêmement rapide en cellules pluripotentes. Afin de déchiffrer le réseau de régulation moléculaire contrôlant la spécification et la reprogrammation des cellules immunitaires, j’ai combiné différentes méthodes à haut débit pour analyser l’expression des gènes et leur régulation épigénétique, et ce au court de la reprogrammation des cellules B. J’ai découvert des interactions entre différents facteurs de transcription, au niveau des régions régulatrices de gènes des différents programmes génétiques impliqués (lymphoide, myeloide et pluripotence), et j’ai identifié des facteurs régulant l’état de la chromatine également impliqués dans la reprogrammation (notamment Lsd1, Hdac1, Brd4 et Tet2). Enfin, J’ai intégré ces données dans un modèle dynamique du réseau moléculaire régulant la spécification des cellules B et des macrophages à partir de progéniteurs multipotents. J’ai utilisé à la fois des méthodes analytiques (analyse des états stables) et des simulations (simulations logiques asynchrones, chaînes de Markov à temps continu) pour étudier in silico la différenciation et la reprogrammation cellulaire. Ces analyses ont révélés des régulations transcriptionelles encore inconnues, que nous avons pu confirmer expérimentalement. Nous avons ainsi obtenu une meilleure compréhension des circuits de régulation contrôlant le destin cellulaire. / Immune cells arise from a common set of hematopoietic stem cells, which differentiate hierarchically into the myeloid and lymphoid lineages. This process is tightly regulated by an intertwined network of transcription and epigenetic factors, which control both the activation and repression of gene programs, to ensure cell commitment. However, recent work on cellular reprogramminghas shown that the ectopic expression of some specific factors can enforce the trans-differentiation of committed cells. The transcription factor C/EBPa can induce the reprogramming of B-cells into macrophages. Furthermore, a pulse of Cebpa expression in B cells followed by the expression of the four transcription factors Oct4-Sox2-Klf4-cMyc leads to an extremely fast and efficient reprogramming into induced pluripotent stem cells. Despite the many data we have on the molecular mechanisms by which specific genes are regulated, we are still lacking a global understanding of the interplay between these factors and how theycontrol cell fate. In order to decipher the molecular regulatory network controlling immune cell specification and their reprogramming, I have combined a variety of high-throughput methods to measure changes in gene expression and epigenetic regulation during B cells reprogramming. I have revealed the interplay between different transcription factors at enhancers regulating genes of the different programs (B cells, macrophages and pluripotent cells) and identified epigenetic regulators forming complexes and controlling enhancers activities (such as Lsd1, Hdac1, Brd4 and Tet2) and consequently regulating cell fate. Finally, I integrated these data together with published data, in a computational model of the regulatory network controlling the specification of B-cells and macrophages from multipotent progenitors. I used both analytic tools (stable states analysis) and simulations (logical asynchronous simulations, continuous time Markov chains) to study in silico differentiation and reprogramming.These analyses have revealed previouslyunknown transcriptional regulations, which weconfirmed experimentally, and allowed us to get abetter understanding of the regulatory circuitscontrolling cell fate commitment.

Cette thèse a pour objectif la compréhension des phénomènes de transfert de chaleur parconduction et rayonnement, dans les isolants thermiques fibreux du bâtiment, en vue de leuroptimisation. Nous avons étudié trois matériaux fibreux très différents : la laine de verre(matériau minéral), la ouate polyester (matériau synthétique) et la laine de chanvre (matériauvégétal).Dans un premier temps, les propriétés radiatives ont été identifiées par la méthode inversebasée sur les mesures expérimentales de réflexion et transmission hémisphériques etbidirectionnelles. Des échantillons de laine de verre, d’ouate polyester et de chanvre ont étéétudiés en utilisant un spectromètre FTIR. La méthode inverse permet, par le biais d’unmodèle moindres carrés, de déterminer les propriétés radiatives du matériau fibreux : albédo,épaisseur optique et coefficients de la fonction de phase. La conductivité radiative de chaquematériau est déterminée par l’approximation de Rosseland.Ensuite, concernant les propriétés thermophysiques globales des matériaux, des mesuresfluxmétriques ont été réalisées à l’aide d’un dispositif développé au LGCgE de Béthune. Cesmesures ont été comparées aux résultats d’une modélisation numérique basée sur la résolutiondes équations couplées de transfert radiatif et de l’énergie. / This thesis aims to understand the phenomenon of heat transfer by radiation and conductionof thermal building insulators. Three insulating materials were studied in this work: glasswool (mineral material), the wadding polyester (synthetic material) and wool hemp (plantmaterial).At a first step, the radiative properties have been identified by the inverse method based onexperimental measurements of hemispherical reflectance and transmittance and bidirectional.Samples of glass wool, wadding polyester and wool hemp were studied using an FTIRspectrometer. The inverse method allows, by means of a model least squares, thedetermination of the radiative properties of the medium: albedo, optical thickness andcoefficients of the phase function. The radiative conductivity of each material is determinedby the Rosseland approximation.Then, on global thermophysical properties of materials, heat flux measurements wereperformed using a device developed at LGCgE of Bethune. These measurements werecompared with the results of numerical modeling based on solving the coupled equations ofradiative transfer and energy.

Une étude inter-annuelle (2000-2003) de la distribution de l’abondance, la biomasse et la composition des espèces phyto-planctoniques couplée aux facteurs environnementaux et le méta zooplancton a été réalisée dans cinq bassins de la saline de Sfax avec un gradient de salinité croissant. Les résultats indiquent une similarité inter-annuelle concernant les caractéristiques physiques de l'eau à savoir la température et la salinité. Les concentrations des éléments nutritifs diminuent avec l'augmentation de la salinité. Nous avons enregistré une nette variation spatiale de la communauté phytoplanctonique. Ainsi, les diatomées dominent dans les premiers bassins A1, A16 et C2-1, suivies par les dino flagellés. Les chlorophycées dominent dans les bassins hypersalésM2 et TS. Les cyanobactéries ont été relativement abondantes dans les bassins M2 et TS. Les abondances et les biomasses phytoplanctoniques les plus élevées ont été enregistrées dans les bassins hyper salés dues à la prolifération de la chlorophycée Dunaliella salina. En raison de la stabilité des facteurs environnementaux,l'étude inter-annuelle de la succession du phytoplancton dans la saline de Sfax a montré des différences légères.Compte tenu du stress salin important, la communauté phytoplanctonique demeure au stade pionnier juvénile.Afin de mieux comprendre les interactions entre les paramètres abiotiques et biotiques, plusieurs analyses statistiques (Test de corrélation Pearson, ANOVA, ACP, Co- inerties….) ont été réalisées. Les relations entre les différents paramètres physiques, chimiques et biologiques au niveau du premier bassin à tendance marine A1 (de salinité 45 p.s.u) semblent être utile pour une modélisation écologique développée pour la saline de Sfax. Ce modèle mis au point a été développé en se basant sur la biomasse de la communauté phytoplanctonique en interaction avec les éléments nutritifs particulièrement l’azote et le phosphore. Une comparaison entre les résultats des simulations et les observations a montré que le modèle écologique a pure produire d’une manière satisfaisante la dynamique saisonnière et inter-annuelle du phytoplancton. Ainsi, les résultats du modèle écologique sont en concordance avec les observations. D’après les simulations, la diminution des concentrations des nutriments, ainsi que l’augmentation du débit d’entrée d’eau dans le bassin A1, entraînent une diminution de la biomasse phytoplanctonique. Cependant, et suite à un réchauffement climatique, une perturbation de la dynamique de la biomasse phytoplanctonique pourrait être observée. De plus, les simulations montrent qu’une année de faible pluviométrie accélère les efflorescences du phytoplancton. Le modèle établi dans la présente étude donne de nouvelles perspectives pour simuler des combinaisons entre les scénarii qui peuvent être dépendants. / The distribution of phytoplankton abundance, biomass and species composition coupled withenvironmental factors and metazooplankton was studied relatively intensively and over a period of fourconsecutive years in five ponds featuring a gradient of increasing salinity from near to that of sea water to a ninefoldconcentration from 2000 to 2003. The results indicate that the physical characteristics of the water(temperature and salinity) were quite similar over the years. The concentrations of nutrients decreasewith increasing salinity. The diversity of the phytoplankton community revealed a spatial variation. Thusdiatoms dominated in the first ponds A1, A16 and C2-1, followed by dinoflagellates. The Chlorophyceaedominated the hypersaline ponds M2 and TS. Cyanobacteria were relatively abundant in ponds M2 and TS. Thehighest phytoplankton abundances and biomasses were recorded in the hypersaline ponds, resulting from theproliferation of the Chlorophyceae Dunaliella salina. As a result of the stability of the environmental factors, theinter-annual study of the phytoplankton succession in the solar saltern of Sfax, revealed slight differences. Giventhe importance of salt stress the phytoplankton community remains in juvenile stage.To better understand the interaction between abiotic and biotic parameters, many statistical analyses(Pearson correlation test, ANOVA, PCA, Co-intertia….) were performed. The determination of the relationshipbetween physical, chemical and biological parameters in the first marine pond A1 (salinity: 45 p.s.u) appears tobe useful for the development of an ecological model of the solar saltern of Sfax. This model has been developedon the basis of the biomass of the phytoplankton community in relation with nitrogen and phosphorous nutrients.A comparison between simulation results and observations indicated that the ecological model was able toproduce a satisfactory seasonal and inter-annual phytoplankton dynamics. Thus, the results of the ecologicalmodel were in accordance with the observations. According to the simulations, the decrease of nutrientconcentrations and the increase of the water inflow into the pond A1, cause a decrease in phytoplankton biomass.Due to climate change, the disturbance of the dynamics of phytoplankton biomass was observed. Especially, thesimulations predict acceleration of phytoplankton blooms due to dry year. Finally, the model developed in thisstudy gives new insights in order to simulate a combination of independent scenarii.

Le comportement à la rupture du bois résineux est étudié à l’échelle du cerne de croissance, dite échelle mésoscopique. Un modèle élastique cohérent est obtenu à l’aide de l’usage combiné de la corrélation d’image numérique et de la simulation par la méthode particulaire NairnFEAMPM. Le comportement mécanique établi du bois est alors celui d’un composite multicouche orthotrope et cylindrique agrémenté de renforts radiaux que sont les rayons ligneux. La mise en place d’un modèle mécanique adéquat, appuyé sur divers essais expérimentaux sert alors de fondation à l’étude des mécanismes de rupture de l’épicéa dans le plan transverse. A l’échelle mésoscopique, les mécanismes de rupture sont dépendants de variables locales telles que la position de la pointe de fissure dans le cerne ou bien l’orientation des directions principales du matériau par rapport à celle de la sollicitation. La mise en place d’un critère de rupture en énergie se base sur l’estimation et la mesure des taux de restitution d’énergie locaux et de leurs valeurs critiques locales. Pour cela, divers essais de tractions sont réalisés à l’aide d’un montage spécifique permettant l’observation in situ du processus de fissuration sous microscope et la mesure pas à pas des paramètres de rupture. La méthode particulaire NairnFEAMPM combinée à l’algorithme CRAMP permet ensuite l’étude numérique, la comparaison et la mise en place de critères de rupture locaux. Des mécanismes de rupture spécifiques tels que la bifurcation de fissure, l’arrêt local ou bien la création de fissures secondaires trouvent alors une explication à travers les critères de rupture mésoscopiques proposés. L’analyse succincte du séchage transverse du bois par quelques essais expérimentaux et modélisation numériques via la méthode du point matériel NairnFEAMPM indique des pistes d’études intéressantes relatives aux phénomènes de fissuration sous sollicitation hydrique. / This study is based on recent works developed by Simon on softwood multiscale characterisation in the transverse plane. Wood fracture behaviour is then investigated at the mesoscopic scale i.e. the growth rings scale. A satisfactory elastic model is obtained by combining digital image correlation (DIC) and numerical simulation given by the material point method NairnFEAMPM. Wood mechanical behaviour is thus assimilated to a multilayer composite material orthotropic and cylindrical. This adequate mechanical model of wood based on experimental results, observations is then applied to the investigation of softwood fracture mechanics in the transverse plane. At the mesoscopic scale, fracture mechanisms vary according to local parameters such as crack notch position into the annual ring or wood orientation in relation to the solicitation orientation. The research of fracture criteria involves measurements and estimations of local energy release rates and local critical energy release rates. Various tension tests are thus performed with the use of a specific setup. This last one helps to complete microscopic in-situ observations of fracture mechanisms and step by step fracture parameters measurements. The meshless method NairnFEAMPM combined with the CRAMP algorithm allows the numerical analysis and the implementation of local fracture criteria. The determined fracture criteria helps to predict fracture process into wood at the annual ring scale. This analysis helps to improve the knowledge of specific fracture phenomena at the mesoscopic scale such as crack bifurcation, crack arrest and secondary crack creation. Transverse wood drying analysis is then realized from experimental tests and NairnMPMFEA numerical simulation. This study gives some interesting and encouraging results as MPM tool allows crack phenomena representation under hydric solicitation.

La thèse propose d’abord un cadre général pour l’analyse de l’incertain durant les différentes phases du processus de planification énergétique à long terme à base de modèles de villes ou territoires (IEPCT). Il inclut des critères d’évaluation de la qualité d’une démarche IEPCT. Puis deux méthodes d’analyses de l’incertain sont proposées pour les activités de modélisation et de scénarisation du système énergétique : l’une basée sur l’échantillonnage aléatoire (PRSUA) et l’autre sur les scénarios flous (FSUA). Leur implémentation sur des cas a permis de montrer leur faisabilité et leur performance du point de vue des critères de qualité. La méthode PRSUA est plus gourmande en données, elle est plus adaptée à la planification sectorielle court moyen terme et tandis que FSUA convient plus à la planification long terme intersectorielle.Enfin une méthode pour la réalisation de l’ensemble des activités liées à la structuration d’un problème de planification spécifique (IMMA) est proposée. / The Phd first proposes a methodological framework for addressing different types of uncertainty within long range ntegrated energy planning for cities and territories (IEPCT) processes which includes requirements and quality factors. Second, two methods for uncertainty analysis of modelling tasks are proposed. One approach is probabilistic random sampling approach (PRSUA) another one is fuzzy scenario approach (FSUA). Compared to FSUA, the PRSUA framework is more data intensive. PRSUA is more suitable for short or midterm sector specific domain analysis, FSUA is more appropriate for long range cross sectoral integrated planning.Third it is proposed an innovative approach (IMMA) for supporting not only uncertainties in IEPCT first phase but also all other tasks relevant to this planning phase. Implementation of IMMA in Singapore shows that it can address all identified tasks and help developing requirements for innovative solutions.

Le GIEC (groupe d’expert Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat) dans leur 4 ème rapport souligne que les villes européennes seront impactées par des épisodes caniculaires plus fréquents et plus intenses dû aux modifications climatiques ayant lieu au cours du XXI ème siècle. La ville, espace climatique particulier, sensiblement plus chaud que son espace environnant amplifie le phénomène de l’îlot de chaleur urbain (ICU). Pour la ville de Paris, les îlots de chaleur urbains peuvent dépasser de 8 à 10°C les températures relevées quelques kilomètres plus loin. Cet effet est d’autant plus néfaste lors de période caniculaire comme a connu la France en 2003, 2006, 2010 ou bien même en 2015. La connaissance sur le phénomène de la canicule nécessite de mettre en relation des données autant spatiales que temporelles afin de définir des zones à risques .Pour pouvoir simuler une canicule, le modèle SURFEX-TEB, conçu par Météo-France, CNRS, a été choisi. Il permet d’estimer la température en ville à partir de conditions climatiques des plus hautes atmosphères. Ces prévisions sont importantes notamment en période de canicule où les écarts de température entre la ville et sa banlieue peuvent dépasser 8C°. Le risque caniculaire, induit par les ICU, est complexe à appréhender et à représenter.Pour caractériser, appréhender et représenter la canicule, avec l’aide du modèle SURFEX-TEB, nous avons effectué une assimilation avec des mesures réalisées pendant la canicule de 2015 sur Paris. Cette assimilation met en évidence par exemple les phénomènes d’accumulation et l’impact des configurations des appartements sur les températures intérieures et extérieures. Nos différentes configurations ont permis de confirmer l’importance de considérer les températures intérieures lors de périodes caniculaires.Ce travail de recherche propose donc un éclairage spécifique et technique de la représentation des canicules. Son objectif est une meilleure représentation des canicules et l’estimation de leur dangerosité en fonction de la durée du phénomène, de son intensité et des caractéristiques urbaines et humaines. Des cartes décrivant la canicule et sa dangerosité sont mises en valeur grâce à l’élaboration d’un site web grand public.Les résultats de cette recherche soulèvent une interrogation sur les seuils de canicule. Ils soulignent l’importance d’introduire un seuil de canicule intérieur et démontrent le rôle de la configuration urbaine et en particulier des types d’habitation pour mieux prendre en compte la dangerosité des canicules et espérer mieux atténuer leurs effets / The IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) in its 4th report underlines that the European cities will be impacted by more frequent and more intense scorching episodes due to the climatic modifications taking place during the XXIth century. Peculiar climatic areas, significantly hotter than their surroundings, cities amplify the phenomenon of the urban heat island (UHI). In the example of Paris, the urban islands of heat can exceed by 8°C to 10°C the temperatures measured a few kilometers away. This effect is all the more fatal as heat wave periods become more and more regular (2003, 2006, 2010, 2015). The knowledge on the heat wave phenomenon requires to put in relation spatial and temporal data so as to define high-risk areas.To be able to simulate a heat wave, the SURFEX-TEB model, designed by Météo-France, and CNRS, was chosen. It allows to estimate the temperature in town from weather conditions of the highest atmospheres. These forecasts are particularly important in heat wave periods where temperature differences between cities and suburban areas can exceed 8°C. The heat wave risk, resulting from the UHI, is complex to both understand and represent.To characterize, understand and represent the heat wave by the means of the SURFEX-TEB model, we made a data fusion with measures realized during the 2015 heat wave in Paris. This assimilation highlights, for instance, the accumulation phenomena and the impact of the apartments configuration on the inside and outside temperatures. Our various configurations allowed to confirm the importance of taking into account the internal temperatures during heat waves periods.This research thus proposes a specific and technical perspective of the heat waves representation. Its objectives are a better representation of heat waves and a sharper estimation of their dangerousness according to the phenomenon duration, its intensity and the urban and human features. Maps describing the heat wave and its dangerousness are highlighted thanks to the elaboration of a public Web site.The results of this research rise an interrogation on the thresholds of heat wave. They underline the importance to introduce an internal threshold of heat wave and demonstrate the role of the urban configuration, particularly the types of house. This should contribute to better take into account the dangerousness of heat waves and to improve the mitigation of their effects

Le domaine de la simulation numérique évolue vers des simulations de phénomènes physiques toujours plus complexes. Cela se traduit typiquement par le couplage de plusieurs codes de simulation, où chaque code va gérer une physique (simulations multi-physiques) ou une échelle particulière (simulations multi-échelles). Dans ce cadre, l'analyse des résultats des simulations est un point clé, que ce soit en phase de développement pour valider les codes ou détecter des erreurs, ou en phase de production pour confronter les résultats à la réalité expérimentale. Dans tous les cas, le pilotage de simulations peut aider durant ce processus d'analyse des résultats. L'objectif de cette thèse est de concevoir et de réaliser une plate-forme logicielle permettant de piloter de telles simulations. Plus précisément, il s'agit à partir d'un client de pilotage distant d'accéder ou de modifier les données de la simulation de manière cohérente, afin par exemple de visualiser "en-ligne" les résultats intermédiaires. Pour ce faire, nous avons proposé un modèle de pilotage permettant de représenter des simulations couplées et d'interagir avec elles efficacement et de manière cohérente. Ces travaux ont été validés sur une simulation multi-échelles en physique des matériaux. / The numerical simulations evolve more and more to simulations of complex physical phenomena through multi-scale or multi-physics codes. For these kind of simulations data analysis is a main issue for many reasons, as detecting bugs during the development phase or to understand the dynamic of the physical phenomena simulated during the production phase. The computational steering is a technique well suited to do all this kind of data analysis. The goal of this thesis is to design and develop a computational steering framework that take into account the complexity of coupled simulations. So, through a computational steering client we want to interact coherently with data generated in coupled simulations. This afford for example to visualize on-line the intermediate results of simulations. In order to make this possible we will introduce an abstract model that enables to represent coupled simulations and to know when we can interact coherently with them. These works have been validated on a legacy multi-scale simulation of material physics.

Le couplage oxydant du méthane (OCM) permet la transformation directe du méthane en éthylène (C2). A ce jour, le procédé catalytique n'atteint pas les critères requis de sélectivité et de rendement. La présence d'oxygène gazeux à haute température (T>700°C) favorise l'oxydation totale. L'utilisation d'un réacteur à membrane (RM) dense, composé de matériaux conducteurs ioniques et électroniques limite la présence de O2(g) dans le compartiment de réaction améliorant ainsi la sélectivité en C2. Cette thèse a pour cadre le développement de membranes catalytiques ayant un flux d'oxygène assez élevé pour atteindre une conversion supérieure à 25% et dont le revêtement catalytique entraine une sélectivité en C2 à 80%. Une méthode innovante, basée sur une approche microcinétique, a été développée pour déterminer le flux d'oxygène à travers les membranes à partir de mesures sur les poudres correspondantes (échange isotopique et ATG). Les constantes d'adsorption et de diffusion obtenues sont ensuite intégrées dans une équation de flux simulant la semi-perméabilité. Cette méthodologie, validée sur trois matériaux : Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF), La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.δ et Ba0.95La0.05FeO3-δ, permettra d'accélérer la découverte de nouveaux matériaux conducteurs d'oxygène. Les tests d'OCM ont été réalisés sur une membrane BSCF modifiée en surface par une couche mince catalytique. Deux catalyseurs ont été sélectionnés : Mn/NaWO4 très sélectif et LaSr/CaO très actif. Le rendement en réacteur membranaire est limité à 6%. Une analyse critique a été réalisée afin de concevoir une géométrie de réacteur membranaire optimale pour cette réaction / The oxidative coupling of methane (OCM) allowed the direct transformation of methane into ethylene (C2). Until now, the catalytic process does not reach the required criteria of selectivity and yield. The presence of gaseous oxygen at high temperature (T>700°C) favors the total oxidation. The use of a dense membrane reaction (MR), made of mixed ionic and electronic materials, limits the gaseous oxygen in the reaction compartment and thus improve the C2 selectivity. The goal of this PhD is to develop catalytic membranes exhibiting a flux high enough to reach a conversion higher than 25% and of which the catalytic coating leads to a C2 selectivity of 80%. An innovative method, based on a microkinetic approach, has been developed to determine the oxygen flux across a membrane from measurements on corresponding powders (isotopic exchange and TGA). The adsorption and diffusion constants obtained are then introduced in the flux equation simulating the semi-permeability. The methodology, validated on three materials: Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF), La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.δ et Ba0.95La0.05FeO3-δ, will allow to accelerate the discovery of new oxygen conducting. The OCM tests have been achieved on BSCF membrane modified by a thin layer of catalyst. Two catalysts have been selected: Mn/NaWO4 highly selective and LaSr/CaO highly active. The yield in membrane reactor cannot overstep 6%. A critical analysis has been achieved in order to design an optimal membrane reactor geometry for this reaction

L’imperméabilisation des sols en ville génère des problématiques aigües au niveau du cycle de l’eau urbaine : dégradation de la qualité des eaux de ruissellement, saturation des réseaux de collecte, risque d’inondation. Parmi différentes solutions, la construction de toitures végétalisées offre de nouvelles perspectives dans la gestion de ces eaux pluviales urbaines. De telles structures jouent en effet un rôle de régulation hydrique en retardant les pics de débit lors des pluies d’orage et plus globalement en diminuant les flux envoyés vers les réseaux. L’objectif de cette thèse est de quantifier et de modéliser les performances hydriques ce type de Technosol urbain, en intégrant à la fois les variations saisonnières et le vieillissement de la toiture végétalisée. Le travail repose en premier lieu sur une caractérisation physique et hydrique des constituants des toitures, à travers une démarche pour partie originale de transposition des méthodes développées sur les sols. Ensuite, un suivi expérimental (monitoring des flux et paramètres météorologiques) de quatre modalités de toitures – dont deux équipées d’une structure innovante de stockage d’eau – a été effectué à deux échelles : le laboratoire et le bâtiment. La modélisation et la simulation numérique du transport de l’eau a enfin été effectuée à l’aide du logiciel HYDRUS-1D, avec le formalisme des équations de Richards qui décrivent le transfert en conditions insaturées et la résolution de van Genuchten-Mualem. Les recherches ont permis de caractériser, sur une base physique robuste, les écoulements au sein de ces milieux poreux complexes. Une estimation des performances de différentes modalités de toitures au cours de trois années climatiques est proposée en contexte climatique Lorrain. La démarche de modélisation permet de décrire fidèlement les transferts à l’échelle du laboratoire mais tend à sous-estimer les flux in situ. À plus long terme, ces travaux permettent d’envisager aussi bien la simulation du comportement de toitures végétalisées sous d’autres climats, que des développements technologiques basées sur des nouvelles associations de constituants. / The sealing in cities highly degrades the buffer and filter functions of soils which generates and/or emphasizes major environmental issues (e.g. urban heat island, flooding, pollution of the runoff water). Among other technologies, advances in green roof engineering provide solutions for the management of urban rainwater. Indeed, green roofs can highly contribute to water regulation service by delaying run-off peaks and decreasing water fluxes to storm water collection network. The purpose of this work is to quantify and model the hydric performances of such an urban Technosol by taking into account the seasonal variations and the aging of the green roof. Physic and hydric measurements were conducted on the green roof constituents. Then, water fluxes and meteorological parameters were monitored in four green roofs parcels – including two with an innovative water storage structure – both at the lab and the building scales. Finally, the hydrodynamics of green roofs was modeled and numerically investigated with HYDRUS-1D in the framework of the Richards equations and the van Genuchten-Mualem model that describe unsaturated flows. As a result: i) the water flows inside these complex porous media were physically characterized, ii) the hydric performances of different parcels over three years, under Lorraine climate, were evaluated, iii) the model approach reached to a good description of the hydraulic behavior at the lab-scale but tends to underestimate in situ water fluxes. Beyond that, this work can provide a robust approach to simulate water transfer in green roofs under different climates or situations and may also contribute to further technological development

Les protéines sont omniprésentes dans les processus biologiques. Identifier leurs fonctions aide à comprendre et éventuellement à contrôler ces processus. Cependant, si la détermination de la séquence protéique est désormais une procédure de routine, il est souvent difficile d'utiliser cette information pour extraire des connaissances fonctionnelles pertinentes sur le système étudié. En effet, la fonction d'une protéine repose sur ses propriétés chimiques et mécaniques, lesquelles sont définies par sa structure. Ainsi, la prédiction, la compréhension et l'analyse de la structure des protéines sont parmi les principaux défis de la biologie moléculaire.La prédiction et l'analyse des repliements de protéines est le sujet central de cette thèse. Cependant, de nombreuses protéines sont organisées selon des assemblages qui sont symétriques dans la plupart des cas et certaines protéines contiennent des répétitions internes. La conception d'une structure avec des répétitions ou d'un assemblage protéique symétrique est souvent le moyen le plus simple pour l'évolution d'atteindre une certaine fonction. Ceci qui nous a poussé à développer des méthodes spécialement conçues pour les assemblages protéiques symétriques et les protéines avec répétitions internes. Une autre motivation derrière cette thèse était d'explorer et de faire progresser le domaine émergent de l'apprentissage profond appliqué aux données atomistiques tridimensionnelle (3D).Cette thèse s'articule autour de deux parties. Dans la première partie, nous proposons des algorithmes pour analyser la structures des assemblages symétriques de protéines. Nous commençons par définir une mesure de symétrie basée sur la distance euclidienne 3D et décrivons un algorithme permettant de calculer efficacement cette mesure et de déterminer les axes de symétrie des assemblages protéiques. Cet algorithme est capable de traiter tous les groupes ponctuels de symétrie, à savoir les symétries cycliques, dièdrales, tétraédriques, octaédriques et icosaédriques, grâce à une heuristique robuste qui perçoit la correspondance entre sous-unités asymétriques. Nous étendons ensuite les limites du problème et proposons une méthode applicable à des cartes de densité 3D. Nous abordons ce problème à l'aide d'un réseau neuronal profond (DNN), et nous proposons une méthode qui prédit l'ordre de symétrie l'axe de symétrie 3D.Ensuite, nous proposons une architecture DNN pour évaluer la qualité de modèles 3D de repliements de protéines. Nous avons entrainé le DNN en utilisant en entrée la géométrie locale autour de chaque résidu dans un modèle de protéine représenté par une carte de densité, et avons prédit les CAD-scores de ces résidus. Le DNN a été créé pour être invariant par rapport à l'orientation du modèle d'entrée. Nous avons également conçu certaines parties du DNN pour reconnaître automatiquement les propriétés des atomes et sélectionner des descripteurs pertinents. Enfin, nous analysons les descripteurs appris par le DNN. Nous montrons que notre architecture apprend effectivement des propriétés des atomes, des acides aminés et des structures moléculaires de niveau supérieur. Certaines propriétés sont déjà bien étudiées comme les éléments chimiques, les charges partielles atomiques, les propriétés des acides aminés, la structure secondaire des protéines et l'exposition au solvant. Nous démontrons également que notre réseau apprend de nouvelles caractéristiques structurelles.Cette étude présente de nouveaux outils pour la biologie structurale. Certains sont déjà utilisés dans la communauté, par les évaluateurs de CASP par example. Elle démontre également la puissance de l'apprentissage profond pour la représentation de la structure des protéines et son applicabilité aux problèmes des données 3D. / Proteins are ubiquitous for virtually all biological processes. Identifying their role helps to understand and potentially control these processes. However, even though protein sequence determination is now a routine procedure, it is often very difficult to use this information to extract relevant functional knowledge about system under study. Indeed, the function of a protein relies on a combination of its chemical and mechanical properties, which are defined by its structure. Thus, understanding, analysis and prediction of protein structure are the key challenges in molecular biology.Prediction and analysis of individual protein folds is the central topic of this thesis. However, many proteins are organized in higher-level assemblies, which are symmetric in most of the cases, and also some proteins contain internal repetitions.In many cases, designing a fold with repetitions or designing a symmetric protein assembly is the simplest way for evolution to achieve a specific function. This is because the number of combinatorial possibilities in the interactions of designed folds reduces exponentially in the symmetric cases. This motivated us to develop specific methods for symmetric protein assemblies and also for individual proteins with internal repeats. Another motivation behind this thesis was to explore and advance the emerging deep neural network field in application to atomistic 3-dimensional (3D) data.This thesis can be logically split into two parts. In the first part, we propose algorithms to analyse structures of protein assemblies, and more specifically putative structural symmetries.We start with a definition of a symmetry measure based on 3D Euclidean distance, and describe an algorithm to efficiently compute this measure, and to determine the axes of symmetry of protein assemblies. This algorithm is able to deal with all point groups, which include cyclic, dihedral, tetrahedral, octahedral and icosahedral symmetries, thanks to a robust heuristic that perceives correspondence between asymmetric subunits. We then extend the boundaries of the problem, and propose a method applicable to the atomistic structures without atom correspondence, internal symmetries, and repetitions in raw density maps. We tackle this problem using a deep neural network (DNN), and we propose a method that predicts the symmetry order and a 3D symmetry axis.Then, we extend the DNN architecture to recognise folding quality of 3D protein models. We trained the DNN using as input the local geometry around each residue in a protein model represented as a density map, and we predicted the CAD-scores of these residues. The DNN was specifically conceived to be invariant with respect to the orientation of the input model. We also designed some parts of the network to automatically recognise atom properties and robustly select features. Finally, we provide an analysis of the features learned by the DNN. We show that our architecture correctly learns atomic, amino acid, and also higher-level molecular descriptors. Some of them are rather complex, but well understood from the biophysical point of view. These include atom partial charges, atom chemical elements, properties of amino acids, protein secondary structure and atom solvent exposure. We also demonstrate that our network learns novel structural features.This study introduces novel tools for structural biology. Some of them are already used in the community, for example, by the PDBe database and CASP assessors. It also demonstrates the power of deep learning in the representation of protein structure and shows applicability of DNNs to computational tasks that involve 3D data.