Cette thèse est une étude de la naissance des zones de cisaillement. La modélisation théorique de leur amplification permet de définir les trois paramètres influençant leur développement : la déformation globale du matériau, l'hétérogénéité initiant la zone de cisaillement, et l'instabilité rhéologique du matériau. Les simulations numériques fondées* sur la méthode des éléments finis quantifient ces trois paramètres. Différents cas d'instabilité ont été traités : amollissement avec la déformation, anisotropie et échauffement lié à la déformation. Enfin, l'étude de la propagation d'une zone de cisaillement permet de préciser une relation entre sa largeur, sa vitesse de propagation et la rhéologie de la roche.

En Manche, la structure thermique verticale est très dépendante de la bathymétrie et des courants de marée : elle varie d'une structure avec stratification saisonnière importante à l'Ouest à une structure homogène à l'Est de la Manche. La transition entre ces deux structures définit une région frontale correspondant à une discontinuité thermique horizontale. Dans cette étude un modèle mathématique de simulation du régime thermique de la Manche est établi. Ce modèle permet de simuler le cycle annuel de la structure thermique de la colonne d'eau en tout point du chenal en utilisant les courants de marées et les données météorologiques. La simulation porte sur 20 années : de 1960 à 1979. Verticalement, le modèle présente une structure à deux couches homogènes d'épaisseurs variables : - la couche de surface est soumise au flux de chaleur dû aux échanges air-mer et à la turbulence due à l'action du vent ; - la couche du fond est une couche turbulente, en raison du frottement des courants marins sur le fond. Horizontalement, le modèle est bidimensionnel couvrant, avec un pas d'espace de 6 miles marin, une zone s'étendant en longitude de 6,5° W à 2° E, et de 48° N à 51° en latitude. L'effet de l'advection horizontale est représenté dans le modèle par un terme supplémentaire de dispersion. Le modèle calcule, avec un pas de temps de 3 heures, la température des deux couches dans chaque maille. Les résultats ont été comparés aux données de température de surface disponible pour la période de simulation 1960-1979. La comparaison est correcte. Pour quelques points particuliers où les mesures systématiques de température de la mer sont fiables (bateaux-feux) et où le nombre de mesures est suffisant, les résultats montrent que les niveaux de températures de surface sont cohérents. L'erreur moyenne entre températures calculées et mesures pour 1968-1971 n'excède pas 1°C. L'apparition du front entre les eaux mélangées et les eaux stratifiées dans la partie Ouest, qu'on observe in situ, est représentée par le modèle.

La thèse porte sur la proposition de méthodes d’optimisation (modèles mathématiques et métaheuristique) et leur couplage avec un modèle de simulation pour la résolution de problèmes de livraison collecte incluant la planification des horaires des chauffeurs. L’originalité de ces travaux porte sur la diversité des ressources (véhicule, chauffeur, quai de chargement, de déchargement, contenant, ligne de production, aire de nettoyage) et des contraintes (incompatibilité véhicule/contenant, date de début au plus tôt, date de fin souhaitée, planning…) à prendre en compte. L’objectif est de proposer une organisation permettant de réaliser l’ensemble des transports tout en minimisant les retards et les heures supplémentaires. La première partie s’intéresse au transport d’un seul type de produit. Le problème est modélisé comme un RCPSP avec profil de demande en ressources variable. Les transports à vide sont modélisés comme des temps de montage dépendant de la séquence. Deux programmes linéaires en nombres entiers sont proposés. La seconde partie concerne le transport de plusieurs types de produit. Le problème présente une double complexité qui est résolue par le couplage d’une recherche locale itérée avec un modèle de simulation. Le modèle de simulation permet de répondre à la complexité structurelle et fonctionnelle, notamment en raison de la diversité des ressources. La troisième partie intègre la définition des horaires de travail des chauffeurs. Une approche itérative incluant un modèle de simulation, un programme linéaire en nombres entiers et le couplage précédemment présenté est proposée. Ce problème est traité dans un contexte hospitalier pour le transport de contenants propres ou sales (repas, linge, médicaments) entre sites de consommation et sites de production. Chaque partie fait l’objet d’une expérimentation avec des données réelles. / The thesis focuses on the proposed optimization methods (metaheuristics and mathematical models) and their coupling with a simulation model to solve problems of collection including delivery scheduling drivers. The originality of this work focuses on the diversity of resources (vehicle, driver, dock loading, unloading, container production line, cleaning area) and constraints (incompatibility vehicle / container, start date earlier desired end date, planning ...) to take into account. The objective is to provide an organization to achieve all transport while minimizing delays and overtime. The first part focuses on the transport of a single type of product. The problem is modeled as a demand profile RCPSP with variable resources. Empty transports are modeled as time-dependent assembly sequence. Two integer linear programs are proposed. The second part concerns the transport of several types of product. The problem has a double complexity that is determined by the coupling of an iterated local search with a simulation model. The simulation model allows to meet the structural and functional complexity, mainly because of the diversity of resources. The third part includes the definition of working hours of drivers. An iterative approach including a simulation model, an integer linear program and previously presented coupling is proposed. This problem is treated in a hospital setting for transporting containers clean or dirty (food, clothes, medicine) between sites of consumption and production sites. Each party is subject to an experiment with real data.

Malgré l'existence d'un vaccin et de différentes molécules antituberculeuses, l'infection par Mycobacterium tuberculosis est toujours l'un des principaux problèmes de santé publique au niveau mondial. Le traitement standard, bien qu'efficace, est long et difficile à mettre en œuvre. Par ailleurs, l'un des principaux challenges actuels est la prise en charge des formes résistantes de tuberculose, dont la prévalence est en augmentation constante. Nous avons souhaité mettre à profit les techniques récentes de modélisation in silico pour mieux comprendre l'action d'un des antituberculeux majeurs, l'isoniazide. L'objectif de ce travail est de construire un modèle mathématique global du traitement de la tuberculose pulmonaire par l'isoniazide basé sur des éléments pharmacocinétiques, pharmacodynamiques et physiopathologiques.En utilisant une approche de population, un modèle pharmacocinétique de diffusion pulmonaire a permis de décrire les concentrations en isoniazide dans le plasma et le poumon de 89 sujets. Des simulations réalisées à partir de ce modèle ont permis de montrer, par combinaison avec un modèle pharmacodynamique, qu'une individualisation de la posologie avec augmentation de la dose chez les métaboliseurs rapides de l'isoniazide n'aurait d'intérêt qu'en cas d'infection par une souche de M. tuberculosis de sensibilité intermédiaire. Ce modèle pharmacocinétique a ensuite été couplé à un modèle pharmacodynamique et à un modèle de la physiopathologie de la tuberculose pour construire un modèle mathématique thérapeutique global. Ce dernier a permis de simuler la dynamique bactérienne à partir du premier jour de l'infection et pour les deux premières semaines de traitement par isoniazide, et de reproduire certaines caractéristiques qualitatives et quantitatives de l'effet antibactérien initial de l'isoniazide connues en clinique. Les analyses réalisées sur ce modèle ont permis de mieux comprendre les déterminants de la dynamique bactérienne et notamment le ralentissement de l'effet antibactérien après les premiers jours de traitement / Despite the availability of a vaccine and several antituberculosis drugs, tuberculosis, an infection caused by Mycobacterium tuberculosis still remains a major public health concern worldwide. The standard treatment of tuberculosis is efficient but is long and hard to conduct. We decided to use recent in silico modeling techniques to improve our understanding of the action of isoniazid, one of the major antituberculosis drugs. The aim of this work was to build a full mathematical model reproducing the treatment of pulmonary tuberculosis by isoniazid, based on pharmacokinetics, pharmacodynamics and physiopathological data. A pulmonary pharmacokinetic model was developed in order to describe plasma and pulmonary isoniazid concentrations from 89 subjects. This model was used to perform simulations and was coupled to a pharmacodynamic model. The simulations showed that individualizing the dose according to the isoniazid metabolizer status would only be beneficial in fast metabolizers infected with a strain of intermediate sensitivity. This pharmacokinetic model was then integrated to a full mathematical model including a pharmacodynamic and an immune response model. This model adequately reproduced the bacterial dynamics over the development of the infection and its early treatment with isoniazid. It reproduced qualitative and quantitative features of the antimicrobial effect of isoniazid in agreement with clinical data. The simulations and analysis performed enabled us to better characterize the parameters influencing the bacterial dynamics and especially why the antibacterial effect tends to diminish after the first days of treatment

L’Influenza Aviaire Hautement Pathogène H5N1 (IAHP à H5N1) a été déclaré en Thaïlande lors de plusieurs vagues épidémiques puis lors de cas sporadiques entre 2004 et 2008, et le risque persiste encore en Thaïlande. La plupart des foyers confirmés d’IAHP à H5N1 en Thaïlande ont eu lieu dans les populations de volailles de basse-cour. Les poulets de basse-cour sont élevés pour de nombreuses raisons, y compris pour un revenu supplémentaire. Ce commerce est géré informellement par les collecteurs de volailles qui peuvent être classés en collecteur-abatteur (TS), sous-collecteur (HT) et collecteur de collecteurs (TT). Ces collecteurs se déplacent entre villages avec les mêmes véhicules et matériel non nettoyés. Nous avons mesuré leurs activités commerciales dans l'espace et le temps. Nous avons développé un modèle spatial dynamique compartimental et stochastique de la filière de poulet de basse-cour dans une province. Nos résultats indiquent que ces échanges commerciaux peuvent contribuer à la propagation d’IAHP à H5N1 grâce au chevauchement des zones de collecte et aux distances parcourues. Des variations temporelles ont été observées lors de certaines grandes fêtes rituelles tel le Nouvel An chinois. Nous avons développé un modèle SIR couplé au modèle de la filière de poulets. Nous avons supposé que la maladie peut se propager par deux moyens : localement entre villages voisins et par les échanges commerciaux. Nous avons utilisé ce modèle infectieux de base pour tester plusieurs mesures de contrôle connexes. Nos résultats suggèrent que lors d’un foyer une interdiction totale et rapide de tous les échanges de volailles devrait être mise en oeuvre ainsi qu’une campagne de désinfection. / Highly pathogenic avian influenza H5N1 (HPAI H5N1) was recognized in Thailand by multiple epidemic waves and some sporadic cases between 2004 and 2008 but the risk of disease remerging in Thailand still remains up to present. Most of HPAI H5N1 confirmed outbreaks in Thailand occurred in backyard chicken populations. Backyard chickens are reared for many purposes including for additional cash income. Backyard chicken trade is informally managed by poultry traders which can be categorized into trader–slaughterhouse (TS), household trader (HT) and trader of trader (TT). These traders roam around different villages with the same unclean vehicle and facilities. Thus, their trade patterns in space and time are necessary to be elaborately studied. In our study, we developed a spatial compartmental stochastic dynamic model of backyard chicken trade network in a province of Thailand. Our model results indicated that the structure of poultry networks may contribute to HPAI H5N1 spread through overlapped catchment areas and long distance trades. Also, temporal variations of live poultry movements were observed during some major ritual festivals especially Chinese New Year. Subsequently, we developed an SIR model upon the dynamic model of backyard chicken trade network. It was assumed in this study that the disease can spread by two means: local spread to neighboring uninfected villages and spread by poultry traders. Then, we used this baseline infectious model to test multiple related control measures. Our ultimate results suggested that a complete ban of all poultry traders should be promptly implemented with poultry area disinfection campaign once the outbreak occurs.

Les théories actuelles suggèrent que l'efficacité de traduction (nombre de protéines produitespar ARN messager ; notion spécifique à chaque à gène) reste constante lorsque le taux decroissance varie. Néanmoins, une efficacité de traduction constante est incompatible avec lafaible corrélation observée, à l’échelle du génome, entre l’évolution en fonction du taux decroissance de la concentration des ARN messagers et des protéines pour lesquelles ils codent.Pour faire face à ce paradoxe, nous avons développé un modèle mathématique de la traductionbasé sur les connaissances actuelles de ce processus au niveau moléculaire. L’exploration despropriétés du modèle nous a amené à conduire des expériences de transcriptomique, de PCRquantitative et de Live Cell Array (LCA) dont l’analyse a montré que l'efficacité de traductiondiminue jusqu'à 4 fois entre faible et fort taux de croissance chez la bactérie modèle Bacillussubtilis. Notre modèle a révélé que la chute de l’efficacité de traduction repose sur une chutede la concentration des ribosomes libres. Pour étudier les conséquences de la chute desribosomes libres sur la production des protéines, nous avons rationnellement défini à partir dumodèle mathématique des constructions génétiques combinant des promoteurs, naturel ousynthétique, et différentes régions d'initiation de la traduction (TIRs) contrôlant l’expressiondu gène gfp. En utilisant ces constructions génétiques, nous avons montré que la productiondes protéines est non-linéaire en fonction de la concentration en ribosomes libres. Uneproduction non-linéaire entraine des efficacités de traduction différentielles des ARNmessagers en fonction de leurs TIRs. Ce mécanisme de régulation général des protéinesparticipe à la perte de corrélation entre la concentration des ARN messagers et des protéinescorrespondantes et nous a amené à revisiter la Physiologie Moléculaire Bactérienne. / Current theories suggest that translation efficiency (i.e. number of proteins produced permRNA) remains invariant with increasing growth rate, which is inconsistent with the scanty correlation between mRNAs and cognate proteins abundances at the genome-scale level. We tackled this apparent paradox using a systems biology approach. We developed a knowledgebased, nonlinear mathematical model of translation. The in-depth analysis of the model led us to reassess experimentally, using high-throughput and genome-wide technologies, each measurable RNA entity at different growth rates. In contrast to the current knowledge, the total mRNA abundance was not constant but linearly increased with respect to the growth rate. A model-driven integration of genome-wide and molecular experimental datasets demonstrated that the drop in abundance of a constitutively expressed protein with increasing growth rate is not only due to the dilution but also to an unexpected up to 4-fold decrease of translation efficiency. Our model revealed that this drop relies on a drastic decrease in free (untranslating) ribosomes, a non-measurable entity. Using a set of 18 Bacillus subtilis strains combining 9 synthetic translation initiation regions (TIRs) and 2 constitutive promoters, we show that TIRs together with free ribosome abundance strongly contribute to a nonlinear modulation of single proteins as a function of the growth rate. The nonlinearity accounted for the loss of correlation between mRNAs and cognate proteins abundances. Altogether, our results evidenced a unique, hard-coded and global growth-rate-dependent regulation of single bacterial proteins without dedicated regulators.

Les techniques de recherche et d'exploitation des hydrocarbures en mer profonde nécessitent l'utilisation de longs tubes flexibles appelés « risers ». Le présent travail a pour but l'étude du comportement dynamique non linéaire des risers pour les grandes profondeurs, sous les effets des courants, de la houle, des déplacements et forces appliquées en tête du riser au niveau de la surface libre de l'eau. Les non linéarités du problème considéré sont de deux types : - non linéarités dues aux interactions fluide-structure de par la présence des forces hydrodynamiques de traînée, - non linéarité de structure dues aux grands déplacements de cette dernière en présence d'efforts axiaux importants. Dans cette étude, la loi du comportement du matériau qui constitue le riser est supposée linéaire. Le travail a développé un programme de calcul, utilisant l a méthode des déplacements associée à une modélisation du riser par des éléments finis de type poutre , ce qui conduit à un modèle mécanique ayant un nombre fini de degrés de liberté. Le programme permet d'étudier le comportement statique et dynamique non linéaire des risers de faible ou grande profondeur, de toute structure constituée d'un milieu continu curviligne avec des hypothèses mécaniques analogues, mais aux conditions aux limites plus générales.

L'étude du domaine récent que constituent les problèmes d'optimisation combinatoires probabilistes (POCPs) forme le sujet de cette thèse. Les POCPs sont des généralisations des problèmes d'optimisation combinatoires classiques dont les formulations contiennent explicitement des éléments probabilistes. Plusieurs motivations ont provoqué cette étude. Deux d'entre elles sont particulièrement importantes. La première correspond au désir de formuler et d'analyser des modèles qui sont plus appropriés pour des problèmes pratiques pour lesquels l'aléatoire est une source constante de préoccupations, les modèles de nature probabiliste sont plus particulièrement attractifs comme abstraction mathématique des systèmes réels. La seconde motivation est d'analyser la stabilité des solutions optimales des problèmes déterministes lorsque les exemplaires sont perturbés : les perturbations sont simulées par la présence ou l'absence de sous-ensembles des données. Notre étude s'appuie sur certains de ces problèmes et en particulier : problème du voyageur de commerce; problème d'ordonnancement des travaux probabiliste et le problème du bin-packing probabiliste. Les questions soulevées et les résultats obtenus sont dans les domaines suivants : complexités des problèmes et analyse d'heuristiques pour les POCPs ; analyse du comportement asymptotique des problèmes lorsque les exemplaires correspondent à des problèmes de grandes tailles ; dégager une méthodologie générale d'étude de la stabilité des solutions des problèmes d'optimisation combinatoires classiques.

Ce travail a été réalisé en cotutelle entre l'Université Nationale de Technologie de Ternopil Ivan Pul'uj (TNTU, Ukraine) et l’Université Blaise Pascal (France). Il appartient au domaine scientifique de la biomécanique et de l'informatique. Le but de l'étude est de développer les modèles et les méthodes de traitement des signaux biomécaniques cardiaques par les systèmes de diagnostic assisté par ordinateur avec une précision accrue, informativité et de la complexité de calcul inférieure. La méthode d'analyse statistique du rythme cardiaque a été mise au point. Cette méthode possède une plus grande précision et informativité par rapport aux méthodes connues d'analyse du rythme cardiaque. Dans cette thèse, le logiciel existant de l'analyse des signaux cardiaques biomécaniques a été améliorée par l'ajout de nouveaux modules logiciels, qui mettent en œuvre les nouvelles méthodes de l'analyse du rythme cardiaque et de l'analyse morphologique des signaux cardiaques biomécaniques. / This work has been performed under the co-tutelle agreement between Ternopil Ivan Pul’uj National Technical University in Ternopil (TNTU, Ukraine) and the University Blaise Pascal in Clermont-Ferrand (France). It belongs to the scientific field of biomechanics and informatics. The aim of the study is to develop the mathematical models and methods of the processing of biomechanical heart signals in computer-based diagnostic systems with increased accuracy, informativeness and lower computational complexity. The method of statistical analysis of heart rhythm was developed, which is characterised by higher accuracy and informativeness compared with the known methods of heart rhythm analysis. In this thesis, the existing software of the analysis of biomechanical heart signals was improved by means of adding new software modules that implement the new methods of the analysis of heart rhythm and morphologic analysis of biomechanical heart signals.

Construction d'un modèle mathématique des contraintes s'excerçant sur un annulaire de ciment dans un puits de pétrole. Obtention d'un grand système linéaire creux à matrice symétrique définie positive. Etude sur ce système concret et comparaison de méthodes modernes de révolution des grands systèmes creux