Un 1er travail a étudié les effets osseux mandibulaires de l’injection unilatérale dans les muscles masticateurs de toxine botulique (BTX) chez le rat adulte. Ceci entraine une perte osseuse mandibulaire condylienne et alvéolaire homolatérale importante. Une hypertrophie osseuse de l’enthèse d’insertion mandibulaire du muscle digastrique a été observée et pourrait correspondre à une étiologie pour les tori. Les effets de la BTX sur le cartilage articulaire condylien mandibulaire dans le même modèle animal ont été recherchés par analyse microtomographique du cartilage articulaire après augmentation de contraste à l’acétate d’uranyle. Aucune différence d’épaisseur cartilagineuse n’a été mise en évidence entre les groupes contrôles et BTX.Le 3ème travail a consisté en l’étude histologique et microtomographique des tori mandibulaires chez l’homme.Les tori sont différents des exostoses des os longs par plusieurs caractéristiques (dont l’absence de Fe et Al dans la matrice osseuse) et une asymétrie du remodelage osseux a été mise en évidence.La 4ème partie a consisté en l’étude de la qualité osseuse et de la microvascularisation alvéolaire dans un modèle animal d’ostéonécrose mandibulaire (ONM) aux bisphosphonates (BP). Des signes cliniques et microtomographiques d’ONM ont été observés dans la majorité des cas. La minéralisation osseuse était plus élevée après imprégnation en BP. La microvascularisation osseuse alvéolaire apparaissait augmentée après avulsion dentaire chez les animaux contrôles mais pas chez les animaux ayant reçu des BP témoignant ainsi d’un effet anti angiogénique in vivo des BP qui pourrait jouer un rôle dans la physiopathologie de l’ONM. / First, bone changes at the mandible were studied after a unilateral botulinum toxin (BTX) injection in masticatory muscles in adult rats. A major alveolar and condylar bone loss was evidenced. The occurrence of a hypertrophic bone metaplasia at the digastric muscle enthesis was evidenced as well. This could constitute an etiological factor for tori. Then, condylar articular cartilage changes at the mandible were studied in the same BTX animal model, using microtomography after contrast enhancement of cartilage with uranyl acetate. Cartilage thickness measurement showed no difference when comparing control and BTX groups.A third work studied mandibular tori in human using histologic and microtomographic techniques. Tori appeared different from long bone exostoses by several characteristics (absence of Fe and Al in the bone matrix) and a specific asymmetric bone remodeling was evidenced.The fourth part consisted in the study of alveolar mandibular vascularization and quality of the bonematrix in an animal model of osteonecrosis of the jaws(ONJ) after bisphosphonates (BP) injections. Clinical and microtomographic signs of ONJ were found in mostof the cases. An increased mineralization of the alveolar bone was observed after BP impregnation. Microvascularization was increased after tooth extraction in the alveolar bone of control animals but it was impaired in ZA treated rats. Such an in vivo antiangiogenic effect of BPs could play a role in the pathophysiology of ONJ.

Les roches mantelliques exposées sur le plancher océanique et/ou en contact avec l’atmosphère au niveau d’une ophiolite, sont en déséquilibre et s’altèrent, via les réactions de serpentinisation (i.e. d’hydratation et oxydo-réduction) et les réactions de carbonatation. Ces réactions d’altération jouent un rôle important dans les échanges chimiques entre la Terre profonde et les enveloppes externes, en particulier dans le cycle des volatils (C, H et O) via la minéralisation du CO2 atmosphérique, la production d’hydrogène et la formation d’hydrocarbures et de molécules prébiotiques. L’ophiolite d’Oman est un « laboratoire naturel » idéal pour étudier ces réactions depuis l’hydrothermalisme océanique jusqu’à l’altération continentale actuelle.Cette thèse présente les résultats d’une étude multi-technique et multi-échelle réalisée sur une série de péridotites serpentinisées et carbonatées échantillonnées sur deux sites, Wadi Dima et Batin (Massif de Wadi Tayin), considérés comme représentatifs des processus d’altération affectant l’ophiolite d’Oman. Ces travaux combinent caractérisations (micro-)structurales (EBSD, µ-tomographie), pétrographiques et minéralogiques (Raman, Cathodoluminescence, (3D-)XANES), et analyses géochimiques (EPMA, (LA)-ICPMS) et isotopiques (isotopes du O, C micro-bulk et in-situ).L’étude des harzburgites de Wadi Dima a permis d’identifier la succession des épisodes de serpentinisation et de carbonatation qui ont affecté les péridotites lors du refroidissement de la lithosphère jusqu’à la mise en place de l’Ophiolite d’Oman. La serpentinisation commence en domaine océanique (appauvrissement en REE, anomalie négative en Ce) durant le refroidissement initial de la lithosphère océanique et/ou au début du détachement intra-océanique à < 200-220°C, par la formation des veines de lizardite. Cette serpentinisation continue avec la formation de chrysotile au centre de la structure maillée, remplaçant l’olivine. Le dernier stade de serpentinisation a lieu simultanément au premier stade de carbonatation et engendre l’altération complète de la péridotite à < 100°C. Le système est contrôlé par des hétérogénéités locales (anomalies en Ce et variation de la composition isotopique en carbone). La carbonatation continue à < 50°C lors de la transition en domaine continental. Des veines de carbonates se forment par interaction avec des fluides issus des sédiments durant la convergence et avec des fluides de surface et de sub-surface durant l’altération actuelle de l’ophiolite. Ce processus marque le passage d’un régime hydrothermal océanique dont la chimie est dominée par la composition de la roche, à un régime hydrothermal continental dont la chimie est contrôlée par la composition du fluide dans des fractures. Paradoxalement, la structure initiale du manteau contrôle l’orientation et la distribution des veines de carbonate.Le site de Batin se distingue par sa structure complexe avec la présence de nombreux filons de gabbros et de pyroxénites et des évidences d’imprégnation magmatique. La serpentinisation y est marquée par la formation de textures atypiques en anneau ("fingerprint") caractérisées par des variations des teneurs en Fe-Mg et du redox à micro-échelle et par des compositions isotopiques en oxygène en déséquilibre. Ces caractéristiques sont interprétées comme résultant de déséquilibres locaux dans les processus de transport-nucléation-réaction pouvant être liés à plusieurs paramètres : forts gradients de température, redox, composition du fluide, et de perméabilité.Cette thèse apporte de nouvelles données vis-à-vis des relations temporelles et spatiales entre les réactions de serpentinisation et de carbonatation, les hétérogénéités chimiques à micro-échelle et l’impact de ces réactions d’altération sur les bilans globaux des volatils (C, H et O) en Oman. Elle met particulièrement en évidence la possibilité de stocker du CO2 et de produire de l’H2 simultanément lors de l’altération du plancher océanique. / Mantle rocks exposed in seafloor and/or directly in contact with atmosphere in ophiolite system are thermodynamically and chemically in disequilibrium. Mantle alteration is driven by serpentinization (ie, hydration and oxidation-reduction reactions) and carbonatization reactions. These reactions play an major role in the chemical exchanges between the deep mantle and the outer envelops, especially in the global mass budget of volatiles (C, H and O) via CO2 mineralization, hydrogen production and formation of hydrocarbons and prebiotic molecules. Oman ophiolite is an ideal "natural laboratory" for studying alteration reactions in mantle rocks from ocean hydrothermalism to modern continental weathering.This thesis presents the results of a multi-technical and multi-scale study on carbonate-hosted serpentinized peridotites in two sites, Wadi Dima and Batin (Wadi Tayin massif), considered representative of the alteration processes affecting the Oman ophiolite. This work combines (micro-) structural (EBSD, µ-tomography), petrographical (EPMA), mineralogical (Raman, Cathodoluminescence, (3D-)XANES), geochemical ((LA)-ICPMS) and isotopic studies (O, C in situ and micro-bulk).Studies in Wadi Dima harzburgites have highlighted successive episodes of serpentinization and carbonatization in Oman peridotites from oceanic lithosphere cooling to Oman Ophiolite emplacement. Serpentinization occurs in oceanic setting (REE depletion, negative Ce anomalies), probably during the onset of the oceanic lithosphere cooling and / or of the intra-oceanic detachment, at < 200-220°C, driven by the formation of lizardite veins constituting the mesh structure. Serpentinization continues at lower temperature with the formation of chrysotile in the center of the mesh structure, replacing olivine. The last stage of serpentinization is concurrent with early carbonatization and generates the complete peridotite alteration at < 100°C. In this rock-dominated system, fluid flow paths are controlled by nano-porosity (etch pits), by pore scale weakness and by local heterogeneity in permeability, generating local chemical heterogeneities (Ce anomalies variability and carbon isotope heterogeneity). Carbonatization continues at < 50°C during the transition in continental setting. Carbonate veins are formed during interaction with sediment-derived fluids during intra-oceanic detachment at the onset of obduction and with surface and sub-surface fluids during modern continental Ophiolite weathering. This process records the transition from oceanic diffuse-flow rock-dominated to cooler continental fluid-focused-flow fluid-dominated hydrothermal systems. Paradoxically, initial mantle structure controls orientation and distribution of carbonate veins.Batin site is distinguished by its complex structure with the presence of abundant gabbros and pyroxenites dikes, evidence of magmatic impregnation peridotites. Serpentinization is charcheterized by the formation of an uncommon texture in rings ("fingerprint") at the expense of olivine, marked by chemically variation in Fe-Mg and redox at microscale and by disequilibrium oxygen isotopic composition. These features are interpreted as resulting from local disequilibrium in the transport-nucleation-reaction processes that may be related to several parameters: high temperature gradient, redox, fluid composition, and permeability.This thesis brings new constraints on temporal and spatial relations between serpentinization and carbonatization reactions, on local chemical heterogeneities at micro-scale and on the global chemical budget of volatiles (C, H and O) in Oman peridotites. It has highlighted the possibility to store CO2 and producing H2 simultaneously during subseafloor alteration.

Cette étude se propose de fournir une description précise des microstructures lamellaires de deux alliages, le Zircaloy-4 et le TA6V, et de caractériser leur déformation à haute température. A cette fin, des techniques expérimentales nouvelles pour ces matériaux ont été développées : essai Jominy instrumenté, compression plane encastrée à parois mobiles, microtomographie X. Les principaux résultats soulignent le rôle de la phase alpha_GB formée aux anciens joints de grains bêta sur la sélection de variants dans le Zircaloy-4 et le TA6V. L'agencement tridimensionnel des colonies dans le TA6V est également mis en lumière pour la première fois et discuté en relation avec la genèse de la microstructure. Dans le Zircaloy-4 comprimé à haute température, plusieurs mécanismes de localisation de la déformation sont observés. L'activité du maclage à 750 °C, en particulier, est clairement mise en évidence. Une classification de ces hétérogénéités est proposée et leur influence sur la recristallisation est discutée.

Le tissu osseux se présente sous deux formes, cortical ou trabéculaire. Le tissu cortical est un tissu compact formant l'enveloppe résistante de l'os. Le tissu trabéculaire est un tissu poreux constitué de travées osseuses d'une centaine de microns d'épaisseur, formant un espace interconnecté empli de moelle. Ce tissu est un site privilégié pour détecter l'ostéoporose. En raison de sa capacité à délivrer des images 3D de résolution spatiale élevée et isotrope et de son innocuité, l'IRM est une modalité de choix pour caractériser son architecture. Cependant, la résolution spatiale est limitée, de l'ordre de grandeur de l'épaisseur des travées osseuses. Trois objectifs sont visés par ce travail. Le premier est de mettre en œuvre des outils pour caractériser l'architecture trabéculaire à partir d'images 3D acquises à une résolution de quelques dizaines de microns. Le deuxième est de les utiliser pour établir la validité de la représentation de la structure par microscopie IRM à 8.5 T par comparaison à une technique de référence, la tomographie X par rayonnement synchrotron. Cette étude, menée in vitro sur 29 échantillons de calcanéum, a consisté à comparer les paramètres d'architecture calculés sur des régions d'intérêt recalées automatiquement, communes aux deux modalités d'imagerie. Cette confrontation a montré que l'IRM à (66 µm)3 de résolution assurait un très bon rendu de l'organisation générale de l'architecture. Par contre, l'évaluation de la fraction osseuse, bien que précise, était affectée par un biais important. Des hypothèses sur son origine ont été émises et vérifiées. Enfin, le troisième est d'établir un protocole d'imagerie in vivo. Nous avons obtenu des images 3D à 7 T de l'articulation distale du doigt humain à (78 µm)3 de résolution sur lesquelles une méthode automatique pour isoler les zones trabéculaire et corticale a été développée. Une première évaluation des paramètres calculés sur la région trabéculaire a aussi été effectuée.

En 1997, le volcan Soufrière Hills a connu deux périodes d'activité vulcanienne, impliquant 88 explosions. Chacune de ces explosions a vidangé la partie supérieure du conduit sur 0,5 à 2 km. Ce travail de thèse visait à comprendre et quantifier par analyse texturale des produits naturels, les processus de vésiculation du magma se produisant durant ces explosions vulcaniennes. Cette étude comporte des mesures en 2D par analyses d'images, des mesures en 3D par microtomographie à rayons X, une étude texturale détaillée de bombes en croûte de pain et des analyses chimiques comprenant notamment des mesures de teneurs en eau (par microspectrométrie Raman) et en chlore dans les verres matriciels. L'analyse en 2D nous a permis de mettre en évidence la présence de plusieurs populations de vésicules. Les plus petites (inférieures à quelques dizaines de microns) sont syn-explosives, tandis que la plupart des grandes vésicules (> plusieurs centaines de μm), dans les ponces, sont pré-explosives. Environ 15% des grandes vésicules dans les ponces et toutes celles présentes dans les bombes en croûte de pain sont créées par la fracturation synexplosive de phénocristaux d'amphiboles. Une population de vésicules de taille intermédiaire, formées par la coalescence des petites vésicules, est visible dans les ponces. La nucléation syn-explosive s'est produite de façon hétérogène sur des microlites de magnétite, les bulles ont ensuite grandi principalement par décompression. La coalescence a affecté toutes les bulles plus grandes que quelques dizaines de microns. La microtomographie à rayons X nous a permis d'obtenir une vision en 3D du système. Pour la première fois, des distributions de tailles de vésicules et de cristaux ont été réalisées jusqu'à ~2 μm en combinant plusieurs jeux de données. Les observations effectuées ainsi que les paramètres quantitatifs extraits de ces données sont en accord avec ceux issus de l'analyse en 2D. De plus, la 3D nous a permis de contraindre quantitativement la coalescence. Celle-ci s'est produite entre vésicules voisines, sans distinction de tailles. L'analyse texturale des bombes en croûte de pain a montré que ces échantillons ont subi un processus de vésiculation intermédiaire entre les échantillons denses provenant du bouchon dégazé et les ponces. La vésiculation post-fragmentation de leur intérieur représente le mécanisme principal provoquant la fracturation de la bordure plus dense, donnant l'aspect croûte de pain. Les analyses chimiques ont montré qu'il existe une corrélation entre la teneur en eau des verres matriciels et la texture des échantillons. Les ponces peuvent retenir beaucoup d'eau (jusqu'à 2,8 %pds) tandis que les échantillons denses et les bombes en croûte de pain sont plus dégazés. La teneur en chlore mesurée est constante dans tous les échantillons et peut s'expliquer par un coefficient de distribution faible (~5) entre la phase vapeur et le liquide. Le dégazage s'est fait en système partiellement ouvert entre deux explosions successives (~10h). Nous avons démontré que la vésiculation syn-explosive était importante lors de chaque explosion vulcanienne de la Soufrière Hills en 1997 et que le développement des textures était contrôlé par l'intervalle de temps entre la décompression et le début du refroidissement de la surface du claste. Les taux de décompression syn-explosifs estimés à partir des densités numériques de vésicules (> 0,3-6,5 MPa s-1), sont cohérents avec ceux prédits par les modélisations numériques.

Cette thèse sinscrit dans une dynamique de recherche qui a vu le jour assez récemment dans le domaine du séchage des boues de station dépuration. Conscientes des problèmes de gestion que va entraîner laugmentation des quantités de boue produites suite à lapplication de la législation européenne, différentes équipes de recherche se sont lancées dans létude du séchage des boues. Considérant que lépandage agricole et la valorisation énergétique demeureront les principales filières délimination pour les boues, le séchage constitue, dans les deux cas, une étape essentielle après la déshydratation mécanique. Lambition de ce travail est de contribuer à améliorer les connaissances dans le domaine du séchage convectif des boues et à mieux appréhender les changements de texture qui surviennent au cours du séchage à laide de la microtomograhie à rayons X. Le chapitre I décrit le contexte général dans lequel se situe le travail, cest-à-dire lépuration des eaux usées et la production de boues qui en résulte. La place du séchage dans les différentes filières de valorisation, compte tenu des exigences de la législation européenne, est présentée. Ensuite, un état des connaissances dans le domaine du séchage des boues ainsi quune présentation des technologies de séchage actuellement mises en oeuvre sont effectués. Ce chapitre met en évidence que létat divisé de la matière se situe au cur du travail et pose les objectifs majeurs de la présente étude. Le chapitre II est consacré à la définition des notions essentielles à létude du séchage. Le concept disotherme de sorption à leau est présenté avant de passer en revue les différents types deau que lon trouve dans les boues. Les modes de transport deau pendant le séchage sont ensuite rappelés. La suite du chapitre se concentre sur la manière dont les données de séchage sont exploitées et reprend, brièvement, les progrès effectués en modélisation de la cinétique. La fin du chapitre décrit le retrait qui constitue un phénomène indissociable du séchage des matériaux déformables dont font partie les boues. Lensemble des dispositifs expérimentaux et des méthodes utilisés au long de ce travail sont décrits dans le chapitre III. Les principaux dispositifs expérimentaux sont la cellule de filtration sous pression, le système dextrusion des échantillons, le microsécheur convectif et le microtomographe à rayons X. Les méthodes décrites concernent la caractérisation des boues, la déshydratation des boues, le filtrage des courbes de séchage, lexploitation des coupes tomographiques par analyse dimages et la manière de rassembler les informations issues du séchage et de la microtomographie. Le chapitre IV est consacré au développement dune procédure de conditionnement et de déshydratation permettant dobtenir une boue déshydratée dont la siccité est la plus élevée et la plus reproductible possible. La mise au point de cette procédure permet deffectuer cette étude sur des boues réelles. Les boues sont prélevées après létape dépaississement dans deux stations dépuration gérées par lAIDE, à Retinne et à Embourg. Les gâteaux de boue obtenus sont ensuite caractérisés : les propriétés rhéologiques sont déterminées ainsi que le taux deau liée par lintermédiaire des isothermes de désorption à leau. Des essais de séchage sur des échantillons extrudés à partir du gâteau de filtration montrent que les conditions opératoires de conditionnement et de déshydratation des boues nont pas dinfluence significative sur la cinétique. La procédure de production déchantillons mise au point (conditionnement-filtration-extrusion) est utilisée dans toute la suite du travail. Tout au long du chapitre V, linfluence de trois variables opératoires (la température, la vitesse superficielle et lhumidité absolue de lair) sur le retrait, la cinétique de séchage, la fissuration et le développement de profils dhumidité au cours du séchage dextrudats de chacune des deux boues est étudiée. Pour ce faire, les données issues du microsécheur et du microtomographe sont exploitées conjointement. Une analyse multi-zones permet de relier différents phénomènes observés se produisant de manière simultanée. Le développement de résistances intragranulaires au transfert, lapparition de gradients dhumidité à la paroi et le phénomène de fissuration sont en effet liés. Le chapitre VI aborde une caractérisation plus détaillée de la texture des échantillons, principalement dans leur état séché. À cet effet, des techniques telles la microscopie électronique à balayage, la mesure des isothermes dadsorption-désorption dazote et la porosimétrie au mercure sont utilisées en plus de la microtomographie. Le travail se termine par une conclusion rassemblant lensemble des résultats et par lénoncé de perspectives qui pourraient constituer une suite intéressante à cette étude. This thesis comes within a recent research dynamic in the field of sludge drying, according to European requirements concerning urban wastewater treatment and landfilling of biodegradable materials. Considering landspreading and utilization for energy purposes as the two major issues to eliminate sludges, drying constitutes, in both cases, an essential step after mechanical dewatering. Despite obvious economic, industrial and environmental interests, rather few studies have been devoted to wastewater sludge drying till lately. This work aims to improve the knowledge in the field of sludge drying and to better apprehend the textural changes that occur during drying by using X-ray microtomography. A first part of the work is dedicated to the development of a method allowing the production of sludge samples with a reproducible dryness, in order to realize the study on real sludges. Sludges are collected after secondary settling and thickening in two domestic wastewater treatment plants near university. Conditioning and mechanical dewatering are realized in the laboratory. Filtration cakes are characterized by different techniques : rheology, sorption isotherms, Rheological measurements indicate that, for a same sludge, elastic and viscous modulus only depends on the cake dryness. Drying experiments performed on individual cylindrical extrudates obtained from the cake show that operating conditions used for conditioning (polyelectrolyte dose) and dewatering (filtration pressure drop) have no significant influence on drying kinetics. The next part of the work shows that X-ray microtomography, despite this technique is still few used in chemical engineering, is a choice tool to follow the textural changes of individual samples submitted to convective drying. Contrary to methods traditionally or newly used (caliper, volume displacement methods, NMR,), X-ray microtomography is a non destructive, accurate and easy to use technique. The analysis of the images obtained by microtomography allows quantifying the shrinkage of the sample, the cracks and the moisture gradients at the sample wall at successive drying levels. The study of the influence of three operating variables (temperature, superficial velocity and absolute humidity of air) on the shrinkage, the development of cracks and moisture gradients is performed in a convective microdryer specially designed in the laboratory. Extragranular heat and mass transfer coefficients, intragranular diffusion coefficient and the water evaporation capacity are estimated from experimental data. A multi-zone analysis proposes to relate the different phenomena observed. Moisture gradients are induced by internal diffusional limitations and cause mechanical stresses. Cracks appear when mechanical stress exceeds the breakage level. Results show clearly that the crack extent depends on the value of the moisture gradients. The last part of the work deals with a detailed textural characterization of the dried samples. Several characterization techniques (scanning electron microscopy, mercury porosimetry, analysis of N2 adsorption-desorption isotherms, X-ray microtomography) show that the two sludges considered in the study present very different final textures. 3D images and binary images of cross sections indicate, among others, that the cracks developed during drying have different shapes and configurations. Morphological analysis of these cracks gives some ideas about the way cracks develop and brings to the fore a relation between texture and drying kinetics. Although the presence of cracks is not of the highest importance for the final quality of dried sludges, the methodology developed in this thesis can be applied to a large variety of other soft materials (food, ceramics,) for which crack formation has to be avoided because it impairs the final quality of the dried material. In the future, a fully coupled thermo-hydro-mechanical model will be implemented in a Finite Element code to quantify the evolution of the stress tensor versus the drying level especially at the onset of cracks formation. Results obtained in this thesis will allow validating the model.

L'étude de l'endommagement des matériaux à comportement pseudo-fragile fait l'objet denombreuses études et la caractérisation du réseau de fissures constitue une étape nécessairepour une meilleure compréhension de leur comportement. L'objectif principal est ici d'identifierde manière la plus fine possible cet espace fissuré en trois dimensions grâce à la techniqued'imagerie nommée microtomographie X. Pour ce faire, une machine d'essai in-situ a étédéveloppée et une procédure d'analyse des images 3D a été validée. L'objectif du dispositif insituest de maintenir l'échantillon dans différents états fissurés pour rendre possible lesacquisitions microtomographiques. Une fois les images 3D reconstruites, la procédure detraitement est appliquée et l'espace fissuré est identifié. Des mesures sont alors réalisées surl'évolution du réseau de fissures au cours de l'endommagement. Ce travail constitue la premièreétape d'un traitement plus général qui a pour objectif de simuler numériquement lecomportement mécanique de ces matériaux en se basant sur leur géométrie réelle.

Les étiologies des ostéoporoses secondaires sont multiples et souvent intriquées, nous avons étudié chez l'homme et chez l'animal certaines d'entre elles : les ostéoporoses iatrogènes induites par les glucocorticoïdes (GCs) et les inhibiteurs de l'aromatase, l'ostéoporose d'immobilisation et l'ostéoporose associée aux mastocytoses systémiques. Nous avons développé un modèle murin d'ostéoporose cortisonique pour étudier le retentissement des GCs sur les os longs et la mandibule. Nous avons confirmé que les GCs entraînent une réduction du volume osseux trabéculaire des tibias et montré pour la première fois chez la souris qu'ils diminuent le volume d'os alvéolaire. Nous avons ensuite étudié l'apoptose des ostéoblastes et des ostéocytes sous GCs en cytodynamique, la Dexaméthasone à 10-6 M n'augmente pas l'apoptose mais induit des modifications morphologiques des cellules. Dans un autre modèle animal nous avons étudié par microtomographie-X les effets d'une immobilisation prolongée sur le muscle et le tissu osseux des tibias chez le rat en croissance. Nous avons montré que cette immobilisation entraîne une perte musculaire et osseuse trabéculaire et corticale très rapide, une réduction de la croissance en épaisseur mais sans retentissement sur la croissance en longueur des tibias ni modification de leur forme. Chez l'homme, nous avons décrit le retentissement osseux des mastocytoses systémiques par analyse des paramètres microarchitecturaux après biopsie osseuse transiliaque chez 60 patients. Enfin, nous avons étudié prospectivement sur 3 ans le retentissement osseux des inhibiteurs de l'aromatase dans une cohorte de 497 femmes. A l'instauration du traitement 20% des femmes ont déjà au moins une fracture vertébrale ostéoporotique. Après 3 ans de traitement les patientes indemnes d'ostéoporose initialement ont un risque de perte osseuse et de fracture faible. L'administration de bisphosphonates stoppe la perte osseuse mais ne prévient pas complètement la survenue de nouvelle fracture vertébrale.

La physiopathologie et l'évolution structurale de l'ostéonécrose de tête fémorale (ONTF) sont des processus encore largement méconnus. Les objectifs de cette thèse ont été de rechercher des modifications de composition et de structure de l'os trabéculaire et de l'os sous-chondral dans l'ONTF. Un travail préliminaire s'est intéressé aux modifications de composition osseuse en spectrométrie Raman induites par l'embaumement afin de déterminer les témoins les plus appropriés pour comparer les os pathologiques. Des tissus osseux fémoraux issus de 5 sujets anatomiques embaumés ont ainsi été comparés à ceux de 5 sujets anatomiques frais. Le premier travail sur l'ONTF a consisté à rechercher des modifications des paramètres physico-chimiques minéraux et organiques en spectrométrie Raman de l'os trabéculaire de tête fémorale chez 11 patients ayant une ONTF versus 11 sujets frais. Le second travail concernant l'ONTF a porté sur l'étude de l'os sous-chondral. Cette recherche a prévu l'inclusion de 15 patients ayant une ONTF à 15 patients ayant une coxarthrose nécessitant un remplacement prothétique. Une évaluation IRM avec séquences usuelles, séquences de perfusion et séquences DIXON était réalisée préalablement à la chirurgie. Après la chirurgie, l'ensemble de la tête fémorale était ensuite analysé en nano-scanner (nano-CT), puis des biopsies en zones d'intérêt ont été réalisées et analysées par histologie, nano-CT avec amplificateur de contraste et spectrométrie Raman.RésultatsLa composition des tissus osseux fémoraux des sujets anatomiques frais et embaumés différaient de manière significative sur les paramètres minéraux et organiques. La composition de l'os trabéculaire sur les zones d’intérêt ne différait pas entre les patients ayant une ONTF et le groupe de sujets anatomiques frais après ajustement sur l'âge. Le volume de nécrose définie en IRM par la zone en hyposignal T1 est corrélé au volume de nécrose incluant la zone sclérotique en nano-CT. Concernant l'os sous-chondral, les résultats préliminaires mettent en évidence des différences de composition minérale et organique en spectrométrie Raman au niveau de la plaque souschondrale entre les zones d’intérêt du groupe ONTF et avec le groupe coxarthrose. Les résultats préliminaires qualitatifs des biopsies en nano-CT et en histologie suggèrent que l'atteinte de la plaque sous-chondrale est prédominante sur celle de l'os trabéculaire souschondral. L’évaluation IRM (séquence DIXON) et en nano-CT de la richesse adipeuse suggère une relative pauvreté adipeuse de la tête fémorale mais une richesse excessive du col fémoral.Ce travail apporte des éléments supplémentaires suggérant que la désorganisation de l'os trabéculaire au cours de l'ONTF est une conséquence d'une atteinte massive de l'os sous-chondral. / IntroductionThe pathophysiology and structural evolution of the osteonecrosis of the femoral head (ONFH) are poorly understood. The objectives of this thesis were to search for modifications of composition and structure of both the trabecular and the subchondral bone occurring during ONFH.MethodsA preliminary study looked into the potential modifications of bone composition induced by embalmment procedures using Raman spectroscopy in order to determine which controls are the most appropriate for comparisons with pathological bones. Femoral bones from 5 embalmed anatomical subjects were compared to femoral bones from 5 subjects that did not undergo any preservation procedure. The first work on ONFH addressed the potential modifications of trabecular bone mineral and organic physico-chemical parameters using Raman spectroscopy. The study included bone samples from femoral heads of 11 patients affected with ONFH and compared them to samples from 11 fresh anatomical subjects. The second study on ONFH addressed modifications of the subchondral bone. The study included 15 patients suffering from ONFH and 15 patients affected with hip osteoarthritis (OA) requiring joint prosthetic replacement. MRI examination that included standard medical sequences as well as experimental perfusion and DIXON sequences was performed prior to surgery. Once removed, the femoral heads were scanned using a nano-CT and samples of regions of interest were performed and analysed using histology, nano-CT with contrastenhancer marking and Raman spectroscopy.ResultsBone femoral mineral and organic composition was significantly altered in embalmed samples. Trabecular bone composition did not differ in any of the regions of interest inside the group of patients with ONFH nor in comparison with the control group of embalmed subjects after adjustment on age. The volume of the necrotic zone defined by the hypo-T1 MRI signal correlates to the volume including the sclerotic zone measured by nano-CT. Regarding the subchondral bone, preliminary results found differences of mineral and organic composition of the subchondral plate between zones of the ONFH group and with the OA group. Qualitative preliminary results from the study of biopsies analysed with the nano-CT and histology suggest that there are alterations of the subchondral plate and of the subchondral trabecular bone to a lesser extent. MRI examination with the DIXON sequence and nano-CT scans suggest that there is a decrease of the adipose content in the femoral head but an increase in the femoral neck in the ONFH group compared to the OA group.ConclusionThis work adds further evidence advocating that trabecular disorganization during ONFH is a consequence of massive alterations of the subchondral bone.

Dans le cadre de la vitrification des déchets nucléaires de haute activité à vie longue, un nouveau procédé a été mis en service à l’usine de La Hague en 2010 : le procédé creuset froid. Dans ce procédé, des gradients thermiques apparaissent au sein du bain de verre. Celui-ci forme une couche solide au contact de la paroi froide, appelée « auto-creuset ». Dans cette zone, le verre est soumis à des températures où il peut potentiellement cristalliser. L’objectif de ce travail était de déterminer la microstructure de cet auto-creuset en précisant les zones de cristallisation. Parallèlement, il s’agissait d’évaluer l’impact du gradient thermique sur la cristallisation des verres considérés. La cristallisation de deux verres d’intérêt nucléaire a donc été étudiée à l’aide d’une méthode basée sur l’analyse d’images MEB en conditions de traitements isotherme et sous gradient thermique. Les analyses en isotherme mettent en évidence la cristallisation de cristaux d’apatite (660°C-900°C) et de powellite (630°C-900°C) et permettent de quantifier cette cristallisation (vitesses de croissance et de nucléation, fraction cristallisée) qui reste très limitée (< 3%). La comparaison des résultats issus de ces deux types d’expérimentations montre que le gradient thermique n’a pas d’impact mesurable sur les cristallisations observées. Afin de compléter les analyses surfaciques de la cristallisation, des mesures par microtomographie in et ex situ ont été réalisées à l’ESRF sur la ligne ID19. Cette étude a permis de suivre la cristallisation d’apatites dans un verre simplifié et de confirmer la fiabilité de la méthode de quantification de la cristallisation basée sur l’analyse d’images 2D. / In the context of the vitrification of high level nuclear waste, a new industrial process has been launched in 2010 at the La Hague factory: The skull melting process. This setup applies thermal gradients to the melt, which leads to the formation of a solid layer of glass: the “self-crucible”. The question would be to know whether these thermal gradients have an impact or not on the crystallization behaviour of the considered glasses in the self crucible. In order to answer that question, the crystallization of two glass compositions of nuclear interest has been investigated with an image analysis based method in isothermal and thermal gradient heat treatments conditions. The isothermals experiments allow for the quantification (growth speed, nucleation, crystallized fraction) of the crystallization of apatites (660°C-900°C) and powellites (630°C- 900°C). The comparison of the results obtained through these two types of experimentations allows us to conclude that there is no impact of the thermal gradient on the crystallization of the studied glass compositions. In order to complete the image analysis study (based on surfaces), in and ex situ microtomography experiments have been performed at ESRF (Grenoble) on the ID10 beamline. This study allowed us to follow the crystallization of apatites in a simplified glass and to confirm the reliability of the image analysis method based on the analysis of surfaces.