Les méthodes classiques de physique de l'état solide telles que la diffraction des rayons X et la microscopie électronique ont permis la compréhension de la structure des membranes cellulaires. Aujourd'hui, leur composition et structure étant bien connues, les recherches se concentrent sur les processus actifs des membranes. Des processus tels que l'endocytose impliquent des modifications substantielles de la forme des membranes lipidiques, réalisées par des protéines induisant la courbure membranaire. L'une des méthodes expérimentales parmi les plus populaires est dite « TLM-pulling », où la membrane lipidique tubulaire (TLM) est formée à partir de la vésicule en tirant par une force externe. Des structures similaires relient les vésicules endocytiques aux compartiments du donneur et servent de canaux pour le transfert de matière dans la cellule et entre les cellules adjacentes, établissant ainsi une voie de communication intercellulaire. De tels systèmes formés in vitro en raison de leur simplicité et grande homogénéité peuvent être décrits avec précision par la physique théorique.Dans la première partie de la thèse, nous développons un modèle théorique de TLM, basé sur la mécanique classique et la thermodynamique, et l'appliquons aux expériences de « TLM-pulling » avec adsorption de protéines induisant la courbure. Le modèle tient compte de l'asymétrie de la bicouche lipidique, de la tension superficielle, de la force longitudinale appliquée au TLM et de la différence de pression dans le système. Nous modélisons l'action que les protéines exercent sur la TLM via des ensembles de forces normales à la surface de la membrane à l'équilibre mécanique. Cette nouvelle approche multipolaire permet de modéliser les interactions anisotropes, entre les protéines adsorbées à la membrane, qui sont induites par sa déformation. Notre théorie décrit les premiers stades de la formation des échafaudages protéiques, c-à-d la disposition caractéristique des protéines et leur grande affinité avec les extrémités de la TLM. Le comportement collectif des protéines induisant la courbure est extrêmement important pour effectuer des déformations à grande échelle des membranes au cours de processus tels que l'endo et l'exocytose, l'entrée du virus dans la cellule hôte ainsi que la formation et la sortie des virions. L'étude de ce dernier processus pourrait conduire au développement de nouvelles méthodes de traitement en virologie.La deuxième partie de la thèse est consacrée à l'étude de l'aorte dorsale (DA) de l'embryon de poisson Danio-Rerio. On étudie l'évolution de la forme du DA pendant la transition endothélio-hématopoïétique (EHT). Le processus EHT conduit à l'extrusion des cellules souches/hématopoïétiques qui coloniseront en suite la moelle osseuse permettant l'hématopoïèse tout au long de la vie. Ce processus semble être universel et devrait s'appliquer aussi bien aux mammifères qu'aux oiseaux, ce qui fait de son étude un problème fondamental de l'embryologie.Le DA a une géométrie cylindrique et semblable aux TLM, mais en même temps, il est beaucoup plus gros que les tubes lipidiques, a un module de cisaillement non nul et est incorporé dans la matrice des tissus environnants : un système beaucoup plus complexe du point de vue mécanique. Nous relions les changements globaux de forme de l'aorte pendant l'EHT aux principes génériques de la mécanique et montrons que les instabilités mécaniques conduisant à l'évolution de la forme de l'aorte sont invoquées par des stress résultant des inhomogénéités de croissance et de l'interaction avec les tissus environnants. Sur la base de l'analyse théorique et des données en microscopie confocale 4D, nous proposons un schéma détaillé du processus et postulons que les instabilités mécaniques préparent l'ensemble du processus EHT avant son contrôle génétique spécifique, suggérant un mécanisme universel et auto-organisé du processus de réorganisation collective des tissus dans les organismes en croissance. / Applications of classical solid state physics methods such as X-ray diffraction analysis and electron microscopy allowed making a giant step in understanding of cellular membranes’ structure. Today since their composition and structure are well known, the focus of research has shifted to active processes involving cell membranes. As we know, such processes as endocytosis involve substantial shape changes of cell membranes, which are performed by curvature-inducing proteins. One of the most popular methods to study how these proteins interact with lipid membranes and each other is TLM-pulling experiment, where tubular lipid membrane (TLM) is formed from the vesicle by pulling. Similar structures connect endocytic vesicles with the donor compartments and serve as channels for the matter transfer within the cell and between adjacent cells establishing cell-to-cell communication pathway. Such systems formed in vitro due to their simplicity and high homogeneity can be accurately described by the means of theoretical physics.In the first part of the present thesis, we develop a theoretical model of the TLM pulled out of the vesicle on the basis of classical mechanics and thermodynamics and apply it to the TLM-pulling experiments with curvature-inducing proteins adsorption. The developed model takes into account asymmetry of the lipid bilayer, surface tension, longitudinal force applied to the TLM and pressure difference in the system. We model the action that proteins exert on TLM via sets of forces normal to the membrane’s surface and satisfying conditions of mechanical equilibrium. This novel force multipole approach allows us to model anisotropic interactions between proteins adsorbed at the membrane surface that are induced by the membrane deformation. Our theory describes early stages of protein scaffolds formation i.e. characteristic arrangement of proteins and their high affinity to the membrane ends. Collective behavior of curvature-inducing proteins is extremely important for performing large scale deformations of lipid membranes during such processes as endo and exocytosis, virus entry in the host cell as well as formation and exit of daughter virions later on. Studying of the latter process can possibly lead to the development of fundamentally new methods of viral disease treatment.The second part of the thesis is devoted to the study of zebrafish embryo’s dorsal aorta (DA). It focuses on DA’s shape evolution during the Endothelio-Haematopoietic Transition (EHT). The EHT process leads to the extrusion of haematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs) which will later on colonize haematopoietic organs allowing haematopoiesis throughout adult life. This process seems to be universal and should also apply for both mammals and birds, which makes its investigation a fundamental problem of embryology.DA has a cylindrical geometry that makes it similar to the TLM’s, however at the same time DA is much bigger than lipid tubes, has a non-zero share modulus and is embedded in the matrix of surrounding tissues, which makes it a much more complex system from the mechanical perspective. We relate the global shape changes of the aorta during EHT to generic principles of mechanics and show that mechanical instabilities leading to the aorta shape evolution are invoked by different stresses resulting from the growth inhomogeneities and interaction with surrounding tissues. Based on the performed theoretical analysis and the data obtained with a help of 4D confocal microscopy we propose a detailed scheme of the process and postulate that mechanical instabilities prepare and support the whole EHT process prior to its specific genetic control. Our interpretation suggests a universal and self-organized mechanism underlying collective tissue reorganization processes in the growing organisms such as EHT.

Un lieu est un sujet. Son aura historique et mythologique en fait un espace actif et interactif. Son échelle c’est celle de l’individu spectateur. C’est elle qui lui confère ses caractéristiques dimensionnelles et fonctionnelles, véritable étalon du microcosme et du macrocosme. En investissant Afka, je m’inspire de son histoire et de ses mythes qui continuent de le hanter. Les mythes sont des éléments qui continuent d’être véhiculés par la mémoire collective. Ils hantent les lieux qui les ont vus naître et aspirent à se matérialiser à travers l’art. En s’adressant à l’imaginaire, ils peuvent apaiser les angoisses de l’homme contemporain. Mon installation sur le lieu de culte où les Phéniciens avaient coutume de célébrer la résurrection d’Adonis, y transpose le trajet du Calvaire. Chacune des sculptures propose un des aspects du supplice. Par cette mise en scène, le Golgotha est réactualisé, la scène de la crucifixion est rejouée pour le spectateur, prélude à la résurrection, thème indissociable inséparable d’Afka. / A site is a subject. Its historical and mythological aura makes it active and interactive. The scale of a place is relative to its spectator. Yardstick of the microcosm and macrocosm, it is the scale that provides the place with its dimensional and functional characteristics. My sculpture at Afka is inspired by the history and myths that haunt the place. These myths are perpetuated by collective memory. They linger in the places that gave them birth, and long to materialize through art. Addressing imagination, they can alleviate the anguish of the contemporary human being. My installation at the shrine where the Phoenicians used to celebrate the resurrection of Adonis, transposes to it the procession to Calvary. Each of the sculptures suggests one aspect of the scourge. Golgotha is readapted. The scene of crucifixion is played again for the spectator, as a prelude to the resurrection, Afka hallmark theme.

Dans cette thèse, nous étudions le transport quantique d’ondes de matière avec des atomes ultrafroids. Ces systèmes d’atomes ultrafroids fournissent un très bon contrôle et une grande flexibilité pour les paramètres du système tels que les interactions, sa dimensionnalité et les potentiels externes. Cela les rend un excellent outil pour l’étude de plusieurs concepts fondamentaux de la physique de la matière condensée. Nous nous concentrons sur le transport quantique dans les milieux désordonnés. Il diffère du transport classique par le rôle fondamental joué par les phénomènes d’inférence, qui peuvent éventuellement conduire à la suppression du transport; connu comme la Localisation d’Anderson. Nous étudions l’expansion d’un condensat de Bose-Einstein dans un désordre fort et montrons des signes de localisation d’atomes ultrafroids à trois dimensions. Dans la dernière partie de ce manuscrit, nous discutons l’observation de la rétrodiffusion cohérente d’atomes ultrafroids, ce qui est un signal direct du rôle de la cohérence quantique dans le transport quantique dans les milieux désordonnés. Nous observons l’évolution temporelle de la distribution d’impulsions d’un nuage de atomes ultrafroids, lancé avec une distribution de vitesse étroite dans un potentiel désordonné. Un pic émerge dans le sens rétrograde, correspondant au signal de CBS. / In this thesis we study the quantum transport of matter waves with ultracold atoms. Such ultracold atom systems provide a very good control and a high flexibility of the parameters of the systems like the interactions, its dimensionality and the external potentials. This makes them a great tool for the investigation of several fundamental concepts of condensed matter physics. We focus on the quantum transport in disordered media. It differs to classical transport by the fundamental role played by inference phenomena, which can eventually lead to the suppression of transport; known as Anderson Localization. Observing the expansion of a Bose-Einstein condensate in a strong light disorder, we show evidence for Localization of ultracold atoms in three dimensions. In the last part of this manuscript we discuss the observation of Coherent Backscattering of ultracold atoms, which is a direct signal of the role of quantum coherence in quantum transport in disordered media. We observe the time evolution of the momentum distribution of a cloud of ultra-cold atoms, launched with a narrow velocity distribution in a disordered potential. A peak emerges in the backwards direction, corresponding to the CBS signal.

En vertu du principe de séparation des autorités, la répartition de compétence entre le juge administratif et le juge judiciaire se base sur la nature des matières en cause. Si les matières visées concernent le droit public, c'est la juridiction administrative qui est compétente. En revanche, le juge judiciaire serait compétent en cas où le litige en cause est lié à une matière de droit privé. Toutefois, ce principe n'est pas absolu. La jurisprudence française ainsi que libanaise, admet qu'il existe des cas où le juge judiciaire serait compétent en matière administrative, au motif, entre autres, d'une bonne administration de la justice. Cette compétence judiciaire peut être par nature lorsque le litige concerne des droits liés à la personne comme par exemple en cas d'atteinte à la propriété privée ou à une liberté individuelle, ou encore s'il s'agit d'un litige relatif à l'état des personnes. Cette compétence serait par accessoire lorsqu'on est en présence d'une matière où le juge administratif est principalement compétent et la compétence du juge judiciaire n'existe qu'exceptionnellement. C'est le cas par excellence des services publics à gestion privée, comme les services publics industriels et commerciaux, où il y a une grande marge de compétence attribuée au juge judiciaire. Le juge judiciaire aura également compétence dans les litiges relatifs à la gestion du domaine privé de l'Administration, où cette dernière se comporte comme un simple particulier gérant sa propriété. Cette compétence judiciaire par accessoire trouve son apogée dans le cas où le juge judiciaire interprète et apprécie lui-même la légalité des actes administratifs. Cette compétence du juge judiciaire en matière administrative n'est pas uniquement l'œuvre de la jurisprudence. Le législateur intervient parfois pour octroyer compétence à la juridiction judiciaire dans des matières qui devraient normalement relever de la compétence du juge administratif. Si cette compétence est, dans la plupart des cas, justifiée par un souci de bonne administration de la justice, il existe des cas où il n'y a aucune raison juridique ni légale de ne pas attribuer compétence au juge administratif, qui est le juge naturel en matière administrative. / In regard to the principle of separation of powers, the distribution of competences between the administrative and the ordinary courts is based on the nature of the litigations. If the matter concerns the public law, the administrative court is competent. Whereas the ordinary court would have jurisdiction whenever the litigation in question is related to a matter of private law. However, this principle is not absolute. The French and Lebanese laws admit that there are cases where the judicial court would have competence in administrative litigations. This jurisdiction may be by nature when the litigation is related to infringement of private rights or individual liberty when the litigation concerns the personal status. The competence of the civil judge can also be by accessory when it's basically the competence of the administrative judge but is given exceptionally to the judicial judge. This is the case of public utilities managed by private management such as industrial and commercial utilities or concerning the litigation related to the management of the private domain of the government who behaves like a normal person. This judicial competence is at its height when the judicial judge interprets and appreciates by himself the legality of the administrative acts. The competence of the judicial judge in administrative acts is not only the result of the jurisprudence since the legislator interferes in many cases and grants competence to judicial judge in litigations that fall normally under the competence of administrative judge. If this competence is in most cases justified by the concern of good administration of justice, there are cases where there is no judicial nor legal reason for not granting competence to administrative judge who is the normal judge in administrative matters.

The effect of the soil organic status (SOS) on the dynamics and impact of a copper contamination was investigated in a coupled field and mesocosm study with a loamy vineyard soil that had been amended with conifer compost (CC) or not amended (NA) during a previous long-term field experiment. Soil mesocosms were contaminated at 240 mg Cu kg-1 and incubated for 24 months. Cu distribution and dynamics were assessed in the solid matrix at the microscale by size fractionation of soils and in the soil solution by measuring total and free exchangeable copper concentrations (Cu2+). Copper bioavailability, CuBio, was also measured with a whole-cell biosensor. The impact of copper on soil bacterial community was evaluated through the monitoring of the amount of copper-resistant bacteria and through the variations in bacterial community structure using ARISA (Automated-Ribosomal-Intergenic-Spacer-Analysis). Results showed that copper distribution, speciation and bioavailability are strongly different in the NA and CC soils, demonstrating that the organic status of soils largely controls the solid and liquid speciation of copper as well as its availability to microorganisms. Cu was shown to be dominantly distributed in the smallest size fractions (<20µm) of both control and amended soils and also in the coarser fraction (>250µm) of the CC soil. The coarser and finest size fractions of the soil are also the ones that release more Cu2+ and CuBio, explaining thus the important amount of Cu-resistant bacteria inhabiting these fractions and the differentiated temporal impact on the structure of soil bacterial community. The distribution of cultivable bacteria varied strongly between the two soils and was found to be well correlated with the distribution of added OM that controls thus bacterial community structure. The preferential impacts of copper observed in the smallest size fractions of the non amended soil demonstrate that copper toxicity and impact is also controlled by the reactivity of the soil fractions. This reactivity controls especially the release and the liquid speciation of Cu and thus bacteria-metal contact. A clear relationship between copper speciation, bioavailability, distribution and impact was established in the present study and will permit better predicting the fate and impact of metals in soils, by accounting for microscale control of metal impact / The effect of the soil organic status (SOS) on the dynamics and impact of a copper contamination was investigated in a coupled field and mesocosm study with a loamy vineyard soil that had been amended with conifer compost (CC) or not amended (NA) during a previous long-term field experiment. Soil mesocosms were contaminated at 240 mg Cu kg-1 and incubated for 24 months. Cu distribution and dynamics were assessed in the solid matrix at the microscale by size fractionation of soils and in the soil solution by measuring total and free exchangeable copper concentrations (Cu2+). Copper bioavailability, CuBio, was also measured with a whole-cell biosensor. The impact of copper on soil bacterial community was evaluated through the monitoring of the amount of copper-resistant bacteria and through the variations in bacterial community structure using ARISA (Automated-Ribosomal-Intergenic-Spacer-Analysis). Results showed that copper distribution, speciation and bioavailability are strongly different in the NA and CC soils, demonstrating that the organic status of soils largely controls the solid and liquid speciation of copper as well as its availability to microorganisms. Cu was shown to be dominantly distributed in the smallest size fractions (<20µm) of both control and amended soils and also in the coarser fraction (>250µm) of the CC soil. The coarser and finest size fractions of the soil are also the ones that release more Cu2+ and CuBio, explaining thus the important amount of Cu-resistant bacteria inhabiting these fractions and the differentiated temporal impact on the structure of soil bacterial community. The distribution of cultivable bacteria varied strongly between the two soils and was found to be well correlated with the distribution of added OM that controls thus bacterial community structure. The preferential impacts of copper observed in the smallest size fractions of the non amended soil demonstrate that copper toxicity and impact is also controlled by the reactivity of the soil fractions. This reactivity controls especially the release and the liquid speciation of Cu and thus bacteria-metal contact. A clear relationship between copper speciation, bioavailability, distribution and impact was established in the present study and will permit better predicting the fate and impact of metals in soils, by accounting for microscale control of metal impact

L'avènement d'une nouvelle génération de lasers ultra-relativistes (d'éclairement supérieur à 10^22 W/cm2), tels le laser APOLLON sur le plateau de Saclay, donnera lieu à un régime d'interaction laser-matière sans précédent, couplant physique des plasmas relativistes et effets électrodynamiques quantiques. Sources de particules et de rayonnements aux propriétés énergétiques et spatio-temporelles inédites, ces lasers serviront, entre autres applications, à la mise au point de nouveaux concepts d'accélérateurs et de diagnostics radiographiques, au chauffage de plasmas denses, comme à la reproduction de configurations astrophysiques en laboratoire. En prévision des futures expériences, les codes particle-in-cell (PIC), qui constituent les outils de référence pour la simulation de l'interaction laser-plasma, doivent être enrichis des processus radiatifs et quantiques propres à ce nouveau régime d'interaction. C'est le cas du code CALDER développé au CEA/DAM, qui modélise désormais l'émission de photons énergétiques et la conversion de ceux-ci en paires électron-positron ; autant d'effets susceptibles d'affecter le bilan d'énergie de l'interaction laser-cible et, plus précisément, le rendement du laser en particules et rayonnements énergétiques. L'objet de ce stage théorique est d'étudier, à l'aide du code CALDER, l'influence de ces processus dans un certain nombre de scénarios physiques en champ extrême (accélération électronique et ionique dans un plasma surcritique, production de rayonnement, génération de choc non-collisionnel…). / Forthcoming multi-petawatt laser systems, such as the French Apollon and European Extreme Light Infrastructure facilities, are expected to deliver on-target laser intensities exceeding 10^22 W/cm^2. A novel regime of laser-matter interaction will ensue, where ultra-relativistic plasma effects are coupled with copious generation of high-energy photons and electron-positron pairs. This will pave the way for many transdisciplinary applications in fundamental and applied research, including the development of unprecedentedly intense, compact particle and radiation sources, the experimental investigation of relativistic astrophysical scenarios and tests of quantum electrodynamics theory.In recent years, most theoretical studies performed in this research field have focused on the impact of synchrotron photon emission and Breit-Wheeler pair generation, both directly induced by the laser field and believed to be dominant at intensities >10^22 W/cm^2. At the lower intensities (≲10^21 Wcm^(-2)) currently attainable, by contrast, photon and pair production mainly originate from, respectively, Bremsstrahlung and Bethe-Heitler/Trident processes, all triggered by atomic Coulomb fields. The conditions for a transition between these two regimes have, as yet, hardly been investigated, particularly by means of integrated kinetic numerical simulations. The purpose of this PhD is precisely to study the aforementioned processes under various physical scenarios involving extreme laser-plasma interactions. This work is carried out using the particle-in-cell CALDER code developed at CEA/DAM which, over the past few years, had been enriched with modules describing the synchrotron and Breit-Wheeler processes.Our first study aimed at extending the simulation capabilities of CALDER to the whole range of photon and positron generation mechanisms arising during relativistic laser-plasma interactions. To this purpose, we have implemented modules for the Coulomb-field-mediated Bremsstrahlung, Bethe-Heitler and Trident processes. Refined Bremsstrahlung and Bethe-Heitler cross sections have been obtained which account for electronic shielding effects in arbitrarily ionized plasmas. Following validation tests of the Monte Carlo numerical method, we have examined the competition between Bremsstrahlung/Bethe-Heitler and Trident pair generations by relativistic electrons propagating through micrometer copper foils. Our self-consistent simulations qualitatively agree with a 0-D theoretical model, yet they show that the deceleration of the fast electrons due to target expansion significantly impacts pair production.We then address the competition between Bremsstrahlung and synchrotron emission from copper foils irradiated at 10^22 Wcm^(-2). We show that the maximum radiation yield (into >10 keV photons) is achieved through synchrotron emission in relativistically transparent targets of a few 10 nm thick. The efficiency of Bremsstrahlung increases with the target thickness, and takes over synchrotron for >2μm thicknesses. The spectral properties of the two radiation processes are analyzed in detail and correlated with the ultrafast target dynamics.Finally, we investigate the potential of nanowire-array targets to enhance the synchrotron yield of a 10^22 Wcm^(-2) femtosecond laser pulse. Several radiation mechanisms are identified depending on the target parameters and as a function of time. A simulation scan allows us to identify the optimal target geometry in terms of nanowire width and interspacing, yielding a ∼10% radiation efficiency. In this configuration, the laser-driven nanowire array rapidly expands to form a quasi-uniform, relativistically transparent plasma. Furthermore, we demonstrate that uniform sub-solid targets can achieve synchrotron yields as high as in nanowire arrays, but that the latter enable a strong emission level to be sustained over a broader range of average plasma density.

Les BioRéacteurs à Membranes (BàM) sont une technologie adaptée à l’un des challenges du 21ème siècle : la réutilisation des eaux usées.En combinant un traitement biologique et une filtration membranaire, ce procédé permet d’atteindre une qualité d’eau adaptée à la réutilisation en permettant une désinfection physique totale. Néanmoins, son essor économique est fortement limité par le colmatage membranaire qui, quand le système est optimisé, est dû principalement à la Matière Organique Dissoute (DOM). Afin de comprendre et de maitriser ce colmatage, des outils ont été développés pour identifier les composés de la DOM responsables du colmatage. Ainsi, au cours de cette thèse, la DOM de deux BàM, alimentés par des effluents réels, a été étudiée ; un BàM traitant des eaux usées urbaines(station d’épuration de La Grande Motte) et un BàM échelle pilote traitant des urines réelles. La matière organique dissoute issue du premier BàMa ainsi été fractionnée par taille et par hydrophobicité pour identifier les mécanismes de colmatage associés à chaque fraction.Des tests de filtration, réalisés sur les différentes fractions, ont permis d’identifier les colloïdes (protéines) comme responsables majeurs du colmatage externe (gâteau) et les substances humiques comme responsables du colmatage interne. En combinant ces tests de filtration avec des mesures de fluorescence3D (3DEEM), étant une méthode rapide dont le signal facilement exploitable, il a été possible de définir des indicateurs qualitatifs pour ces deux familles de colmatants. Par la suite, en combinant la 3DEEM avec une méthode de séparation et quantification par taille (LC-OCD), le signal de 3DEEM qualitatif a été calibré pour donner une information quantitative et de taille au travers d'une analyse rapide.Ces nouveaux indicateurs ont ensuite été mesurés sur site et ont permis d’établir des liens entre les paramètres opératoires ou la qualité de l’intrant pour le suivi global de la DOM et son impact sur le colmatage. Ces outils soulignent toute la potentialité de la fluorescence 3D comme indicateur en temps réel du suivi, du contrôle et de l’optimisation de l‘étape de séparation membranaire. / Membrane BioReactors (MBR) are suitable technology to face one of the major 21th century challenges : wastewater reuse.Combining biological treatment with membrane separation step, MBR produce reusable water through total physical disinfection. Nevertheless, it democratization is limited by membrane fouling that is mainly caused by Dissolved Organic Matter (DOM) compounds when the system is optimized.In order to understand and control membrane fouling, tools were developed to identify DOM compounds responsible for this phenomenon.Thus, this PhD work, focused on studying the DOM taken from two MBR fed with real wastewater: a full-scale MBR treating urban wastewater (La Grande-Motte wastewaster treatment plant) and a lab-scale MBR treating urine from source-separated toilets.Dissolved organic matter collected in the first MBR was fractionated by size and hydrophobicity to identify fractions’ fouling mechanisms. Then, filtration tests performed on the different fractions highlighted the role of colloids (proteins) in external fouling (cake) and humic substances in internal fouling. Filtration tests were combined with fluorescence3D (3DEEM) measurements, which is a quick identification method with an easy extracted signal, allowing to define qualitative indicators for both foulants classes.After, coupling 3DEEM with a size separation and quantification method (LC-OCD), qualitative signals from foulants indicators were calibrated. Thus, using 3DEEM it was possible to obtain a quantitative and size information about DOM foulants. These new indicators were used on-site and allowed establishing links between DOM and operating parameters or influent quality, which is necessary for DOM global control and its impact on membrane fouling. These tools highlight the potentiality for 3DEEM on-line application for separation step monitoring, control and optimization.

Cette thèse est consacrée à la cartographie de la microstructure du cerveau humain par IRM quantitative et de diffusion. L'imagerie quantitative T1/T2 repose sur des séquences dédiées à la cartographie des temps de relaxation T1 et T2. Leurs variations au sein du tissu sont liées aux différents compartiments d'eau issus d'organisations spécifiques à l'échelle cellulaire. Mesurer ces paramètres quantitatifs permet donc de mieux caractériser la microstructure du tissu cérébral. L'IRMd étudie le mouvement brownien des molécules d'eau dans le tissu cérébral dans lequel leur mouvement est contraint par des barrières naturelles, telles que les membranes cellulaires. Ainsi, les informations sur leurs déplacements contenues dans le signal de diffusion permettent de révéler la cytoarchitecture sous-jacente. La combinaison de ces deux modalités donne donc une unique possibilité de mieux sonder la microstructure du tissu cérébral. Ce travail vise à mettre en place la méthodologie permettant d’étudier chez l'homme, in vivo, la microstructure de la matière blanche cérébrale. La première partie inclut l'acquisition d'une base IRM unique de 79 sujets sains (base Archi/CONNECT) incluant des données anatomiques à haute résolution spatiale, des données de relaxométrie, des données de diffusion à haute résolution angulaire, et fonctionnelles. Ces données ont permis dans un premier temps de construire le premier atlas de la connectivité anatomique du sujet sain grâce à la segmentation automatique des grands faisceaux de la substance blanche de tous les sujets. Cet atlas fournit un repère anatomique au sein de la substance blanche pour ensuite étudier pour chaque faisceau les paramètres quantitatifs caractérisant son organisation microstructurelle. L'accent a d’abord été mis sur la construction du premier atlas des profils des temps de relaxation T1/T2 le long des grandes voies de la matière blanche. Ces profils ont ensuite été corrélés avec les profils quantitatifs issus de l'imagerie de diffusion (fraction d'anisotropie, diffusivités radiales et longitudinales, coefficient de diffusion apparent) pour mieux comprendre leurs relations et d'expliquer la variabilité le long des faisceaux et les asymétries interhémisphériques. La deuxième partie de cette thèse fut centrée sur la modélisation du tissu cérébral à l'échelle cellulaire pour extraire des paramètres quantitatifs caractérisant la microstructure, tel que le diamètre et la densité des axones. Une séquence d’IRMd a été développée sur les imageurs 3T et 7T cliniques de NeuroSpin, permettant de jouer n'importe quelle forme de gradients et ainsi de s'inscrire dans une démarche où cette forme résulte d'une optimisation sous l'hypothèse d'un modèle géométrique du tissu et sous contraintes matérielles et temporelles liées aux applications cliniques. Cette séquence a été utilisée pour scanner 14 sujets sains afin de construire le premier atlas du diamètre et de la densité locale des axones. Nous avons également proposé un nouveau modèle géométrique de l'axone, divisant le compartiment axonal, habituellement modélisé par un simple cylindre en deux compartiments: le premier correspondant aux molécules d’eau à diffusivité lente, entourant la membrane de l'axone et le second correspondant aux molécules plus loin des membranes à plus forte diffusivité, moins restreinte. Nous avons mené une étude théorique montrant que sous des conditions cliniques, utiliser ce nouveau modèle pourrait aider à limiter la surestimation des petits axones que l’on observe dans les études actuelles. Pour aller plus loin dans la physiopathologie de l'autisme, nous avons rajouté au protocole d'imagerie à 3T déjà en place la séquence que nous avons développée afin de cartographier le diamètre et la densité des axones et ainsi mieux comprendre les atrophies au sein du corps calleux, initialement observées via des paramètres moins spécifiques tels que la fraction d'anisotropie. D'autres applications cliniques sont à venir. / This thesis is focused on the human brain microstructure mapping using quantitative and diffusion MRI. The T1/T2 quantitative imaging relies on sequences dedicated to the mapping of T1 and T2 relaxation times. Their variations within the tissue are linked to the presence of different water compartments defined by a specific organization of the tissue at the cell scale. Measuring these parameters can help, therefore, to better characterize the brain microstructure. The dMRI, on the other hand, explores the brownian motion of water molecules in the brain tissue, where the water molecules’ movement is constrained by natural barriers, such as cell membranes. Thus, the information on their displacement carried by the dMRI signal gives access to the underlying cytoarchitecture. Combination of these two modalities is, therefore, a promising way to probe the brain tissue microstructure. The main goal of the present thesis is to set up the methodology to study the microstructure of the white matter of the human brain in vivo. The first part includes the acquisition of a unique MRI database of 79 healthy subjects (the Archi/CONNECT), which includes anatomical high resolution data, relaxometry data, diffusion-weighted data at high spatio-angular resolution and functional data. This database has allowed us to build the first atlas of the anatomical connectivity of the healthy brain through the automatic segmentation of the major white matter bundles, providing an appropriate anatomical reference for the white matter to study individually the quantitative parameters along each fascicle, characterizing its microstructure organization. Emphasis was placed on the construction of the first atlas of the T1/T2 profiles along the major white matter pathways. The profiles of the T1 and T2 relaxation times were then correlated to the quantitative profiles computed from the diffusion MRI data (fractional anisotropy, radial and longitudinal diffusivities, apparent diffusion coefficient), in order to better understand their relations and to explain the observed variability along the fascicles and the interhemispheric asymmetries. The second part was focused on the brain tissue modeling at the cell scale to extract the quantitative parameters characterizing the geometry of the cellular membranes, such as the axonal diameter and the axonal density. A diffusion MRI sequence was developed on the 3 Teslas and 7 Teslas Siemens clinical systems of NeuroSpin which is able to apply any kind of gradient waveforms to fall within an approach where the gradient waveform results from an optimization under the hypothesis of a geometrical tissue model, hardware and time constraints induced by clinical applications. This sequence was applied in the study of fourteen healthy subjects in order to build the first quantitative atlas of the axonal diameter and the local axonal density at 7T. We also proposed a new geometrical model to model the axon, dividing the axonal compartment, usually modelled using a simple cylinder, into two compartments: one being near the membranes with low diffusivity and one farer from the membranes, less restricted and with higher diffusivity. We conducted a theoretical study showing that under clinical conditions, this new model allows, in part, to overcome the bias induced by the simple cylindrical model leading to a systematic overestimation of the smallest diameters. Finally, in the aim of going further in the physiopathology of the autism, we added to the current 3T imaging protocol the dMRI sequence developed in the framework of this thesis in order to map the axonal diameter and density. This study is ongoing and should validate shortly the contribution of these new quantitative measures of the microstructure in the comprehension of the atrophies of the corpus callosum, initially observed using less specific diffusion parameters such as the generalized fractional anisotropy. There will be other clinical applications in the future.

La compréhension de la chimie prébiotique et la recherche de matière organique d’origine extraterrestre qui lui est associée sont parmi les thématiques fortes de la branche de l’astrobiologie qui concerne notamment la recherche de traces de vie dans notre Système Solaire. C’est avec cet objectif que nous nous sommes intéressés à deux objets du Système Solaire : le satellite saturnien Titan, pour ses aérosols organiques, et Mars, pour son habitabilité avérée et la recherche de matière organique in situ. A ces fins, nous avons mis en œuvre deux techniques permettant d’étudier la matière organique de ces objets : la simulation expérimentale qui permet de reproduire en laboratoire des conditions environnementale extraterrestres et la préparation d’analyse in situ grâce à des laboratoires entièrement automatisés implémentés sur des véhicules mobiles, à savoir les rovers Curiosity/MSL actuellement en activité à la surface de Mars et le futur rover Pasteur de la mission ExoMars. La première partie de cette étude est ainsi consacrée à la simulation expérimentale appliquée à l’étude des aérosols organiques de Titan. Nous avons synthétisé en laboratoire des analogues (tholins) de ces aérosols, puis nous avons étudié leur composition moléculaire par pyrolyse et chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (Pyr-GC-MS). Nous avons tout particulièrement investigué l’influence de la composition du mélange gazeux permettant la synthèse de nos tholins (taux de méthane dans du diazote) sur leur composition moléculaire. Une étude systématique par Pyr-GC-MS nous a permis d’estimer les conditions optimales d’analyse dont la température de pyrolyse. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à l’analyse in situ du sol martien par les instruments SAM-GC-MS et MOMA-GC-MS à bord du rover Curiosity et du futur rover Pasteur respectivement. Ces deux instruments ont la possibilité de mettre en œuvre des techniques de prétraitements des échantillons par chimie humide (dérivatisation) pour faciliter l’extraction, la volatilisation, la préservation et l’identification de la matière organique présente dans le sol martien. Parmi ces techniques, nous avons optimisé les conditions analytiques de la thermochimiolyse en présence de TMAH sur un sol analogue du sol martien pour assurer le succès des futures analyses in situ du sol de Mars par les instruments SAM et MOMA. / The understanding of prebiotic chemistry, and the search for organic matter of extraterrestrial origin associated with it, are among the strong themes of the astrobiology branch, which concerns in particular the search for traces of life in our Solar System. It is with this objective in mind that we have taken an interest in two objects of the Solar System: the Saturn satellite Titan, for its organic aerosols, and Mars, for its proven habitability and research of organic matter in situ. To this end, we have implemented two techniques to study the organic matter of these objects: experimental simulation, which allows the reproduction of extraterrestrial environmental conditions in the laboratory, and preparation of in situ analysis thanks to fully automated laboratories implemented on the Curiosity/MSL rover currently in operation on the surface of Mars, and the future Pasteur rover of the ExoMars mission. The first part of this study is thus devoted to the experimental simulation applied to the study of organic aerosols from Titan. We synthesized analogs (tholins) of these aerosols in the laboratory, then studied their molecular composition by pyrolysis and gas chromatography coupled to mass spectrometry (Pyr-GC-MS). We investigated in particular the influence of the composition of the gas mixture allowing the synthesis of our tholins (methane content in nitrogen) on their molecular composition. A systematic study by Pyr-GC-MS allowed us to estimate the optimal conditions of analysis including pyrolysis temperature. In a second phase, we were interested in the in situ analysis of the Martian soil by the SAM-GC-MS and MOMA-GC-MS instruments aboard the Curiosity rover and the future Pasteur rover respectively. These two instruments have the possibility of using wet chemistry (derivatization) techniques to pre-treat samples to facilitate extraction, volatilization, preservation and identification of the organic matter present in the Martian soil. Among these techniques, we have optimized the analytical conditions of thermochemolysis in the presence of TMAH on a terrestrial analog of the Martian soil to ensure the success of future in situ analyses of the Mars soil by the SAM and MOMA instruments.

Dans un contexte de réchauffement climatique, la fonction « puits » de carbone (C) des tourbières est susceptible de changer en fonction « source » libérant ainsi de grandes quantités de C dans l’atmosphère sous l’effet d’une dégradation accrue de la matière organique (MO). Ainsi cette thèse se sont attachés à étudier la dynamique de dégradation de la MO labile (MOL) et récalcitrante (MOR) en fonction de 3 facteurs contrôlant (le niveau relatif de la nappe, un réchauffement simulé in situ et des variations saisonnières) dans la tourbière ombrotrophe du Forbonnet (25, Jura). Basés sur des analyses biogéochimiques et moléculaires de (i) la tourbe (50cm d’épaisseur), (ii) la fraction organique extractible à l’eau (WEOM) et (iii) les eaux piézométriques, les résultats acquis montrent une dégradation accrue de la MOL (e.g. polysaccharides et produits de son hydrolyse tels que le fructose,le glucose et le saccharose) et de la MOR sous l’effet d’une diminution du niveau de la nappe. Les conditions hydrologiques affectent également les processus de dégradation (sénescence et un éventuel priming effect) et d’humification de la MO pouvant conditionner le piégeage potentiel de laMOL. Après 13 mois d’incubation, l’effet du réchauffement simulé se traduirait par une hausse de l’évapotranspiration dans la condition la plus humide, là où l’étude de la WEOM indique une moindre dégradation de la MOL en surface contrairement aux niveaux profonds. Enfin, les travaux portant sur la dynamique saisonnière du C des eaux piézométriques soulignent le besoin d’intégrer la notion d’interactions entre facteurs contrôlant le cycle du C dans les tourbières pour comprendre leur réponse aux changements climatiques. / In a global warming context, the carbon (C) "sink" function of peatlands may switch to a source function releasing large amounts of C into the atmosphere as a result of an increased decay of organic matter (OM). Thus, these works have focused on the decay dynamics of labile OM and recalcitrant OM (respectively LOM and ROM) according to 3 controlling factors (water-level changes, an in situ simulated warming and seasonally changes) in the “le Forbonnet” bog (25, Jura). Based on biogeochemical and molecular analyses (i) on peat, (ii) on water extractable OM and (iii) on free waters, results suggest an increased decay of LOM (e.g. polysaccharides and its hydrolysis products such as fructose, glucose and sucrose) and MOR under water level changes. Hydrological conditions also affect decay (senescence and an eventual priming effect) and humification processes that can facilitate LOM capture. After 13 months of incubation, simulated warming would lead to an increase of evapotranspiration in the wettest condition where WEOM study indicates a lower LOM decay on the contrary to the deeper peat levels. Studies on the seasonal dynamic of C on free waters underline the need to integrate interactions between factors controlling the C cycle in peatlands to understand their responses to climate change.