Le traitement des effluents et eaux usées par bioréacteurs à membranes immergées (BAMI) permet d'obtenir une haute qualité de perméat par une dégradation biologique et une séparation physique. Néanmoins, le procédé de filtration est limité par l'influence de facteurs très complexes, en particulier le colmatage de la membrane. Le but du travail est de développer des modèles dynamiques et de simuler le procédé de filtration dans les BAMI. Le développement et la simulation des modèles ont été ciblés sur la description des rapports existants entre les variables les plus importantes du système, comme la pression transmembranaire (PTM), les matières en suspension (MES), les substances polymériques extracellulaires (SPE) et l'influence sur l'évolution du colmatage d'une aération syncopée, injectée à la surface de membrane, et sa synchronisation avec une filtration intermittente. Le modèle et les études d'optimisation du système ont été validé par voie expérimentale. / This thesis studies a submerged membrane bioreactor (MBR) technology that is used to treat effluents. We present in detail the modeling of this process, the validation of developed models, and the results of simulation and optimization carried out with the above mentioned models. The new contributions to scientific knowledge of this work are the following: - A new dynamic model that integrates for such systems, many of the variables and the main phenomena occurring during the process of filtration in MBR wastewater treatment. That constitutes an original contribution to the analysis and development of this technology. – The simulation allows to achieve the quantification of the influence and effect of aeration on the process (membranes fouling) and the influence of the sequencing of the filtration and coarse bubbles aeration cycles. All that takes into account the behavior of biomass, the generation of exopolymeric substances and inlet characteristics. The results provided by the model are validated by comparison with experimental results. – An optimization of MBR operating conditions using the experimental design for simulation, is reported based on the results obtained using the developed models / En la presente tesis se reflejan los estudios realizados en un biorreactor con membrana sumergida, tecnología que se utiliza para el tratamiento de efluentes residuales. Se presentan de forma detallada la modelación de este proceso, la validación de los modelos desarrollados, así como los resultados de la simulación y optimización realizados con los modelos. Entre los nuevos aportes al conocimiento científico del trabajo se encuentran los siguientes: - Un nuevo modelo dinámico que integra por primera vez, para estos sistemas, muchas de las variables y los principales fenómenos que ocurren durante el proceso de filtración y tratamiento de las aguas residuales utilizando los BMS. Lo cual constituye un aporte novedoso para el análisis y desarrollo de esta tecnología. - Se logró por primera vez cuantificar mediante simulación la influencia y el efecto de la aireación sobre el proceso de colmatación de las membranas, así como la influencia de la sincronización de los ciclos de filtración y aireación de burbujas gruesas. Todo esto tomando en cuenta el comportamiento de la biomasa, la generación de sustancias colmatantes y las características de la alimentación. Se validaron los resultados que ofrece el modelo mediante la comparación con resultados experimentales. - Se reporta por primera vez la optimización de las condiciones operacionales de un sistema BMS utilizando el diseño de experimento para la simulación, partiendo de los resultados obtenidos utilizando los modelos desarrollados

La leucémie myéloïde chronique (LMC) est un syndrome myéloprolifératif clonal initié par l’activité tyrosine kinase de l’oncoprotéine de fusion BCR-ABL dans une cellule souche hématopoïétique (CSH) très primitive et caractérisée par une instabilité génétique responsable de l’évolution clonale de la maladie. Les mécanismes de survie, d’autorenouvellement et ceux de la progression vers une phase de leucémie aigüe sont difficilement modélisables dans les CSH primaires de patients. La technologie des IPSC ; permettant de reprogrammer les cellules leucémiques à un état pluripotent ; pourrait permettre de générer in vitro des progéniteurs et des cellules leucémiques très primitives, dont l’évolution biologique pourrait être séquentiellement analysée. Dans ce but, nous avons généré une lignée IPSC à partir des cellules leucémiques d’un patient atteint de LMC. Nous avons montré que la lignée IPSC différenciée en hémangioblastes ou en progéniteurs hématopoïétiques présente un potentiel clonogénique accru. Ce potentiel est modulable sous l’action de l’imatinib mesylate ; qui inhibe l’autophosphorylation de BCR-ABL et celle de la protéine CRK-L ; mais également par la manipulation pharmacologique de la voie AHR impliquée dans la quiescence des CSH. En utilisant une stratégie de mutagénèse in vitro, nous avons montré la possibilté d’exacerber le potentiel hématopoietique des cellules hématopoïétiques dérivées des iPSC leucémiques. Les iPSC analysées après traitement par l’agent mutagène ENU présentent des anomalies cytologiques et cytogénétiques additionnelles reminiscentes de la phase blastiques de la maladie. Les analyses moléculaires par aCGH ont permis d’identifier dans les cellules hématopoïétiques dérivées d’IPSC traités par ENU, une signature moléculaire compatible avec celle décrite dans les cellules blastiques de patients. L’ensemble de nos résultats suggèrent qu’il est possible de modéliser certains aspects de la LMC ; notamment un phénotype myéloprolifératif ; et de génerer un modèle de progression blastique in vitro à partir des iPSC leucémiques, permettant ainsi d’identifier de nouveaux biomarquers prédictifs de progression tumorale ou le criblage de médicaments. / Chronic myeloid leukemia (CML) is a clonal myeloproliferative malignancy initiated by tyrosine kinase activity of the fusion oncoprotein BCR-ABL in very primitive hematopoietic stem cell and characterized by a genetic instability leading to clonal progression. Mechanisms of survival, self-renewal and progression of the disease are difficult to model using primary leukemic cells. The use of iPSC technology could allow reprogramming of leukemic cells to pluripotency with generation of primitive leukemic cells whose evolution can be sequentially analyzed. For this purpose, we generated an IPSC cell line from the leukemic cells of a CML patient and analyzed the possibility to generate a myeloproliferative phenotype. We have shown that this iPSC exhibits an increased hematopoietic potential either via EB or Blast-CFC generation. This potential can be modulated by the action of imatinib, inhibiting autophosphorylation of BCR-ABL and that of CRKL. We show that hematopoietic potential of CML iPSC can also be modulated by using AHR antagonists, which allow further amplification of hematopoietic cells. To evaluate the possibility of generating a clonal progression model in vitro, we have used a mutagenesis strategy. CML iPSC treated by ENU for several weeks generated hematopoietic cells with increased efficiency. These cells showed evidence of cytological and cytogenetic abnormalities reminiscent of a blast crisis. aCGH analyses of hematopoietic cells generated revealed genomic abnormalities described in CML blast crisis and a molecular signature compatible with blast crisis described in CML patients. These results suggest the feasibility of using patient specific iPSC for modeling CML blast crisis, which could be used for discovery of novel biomarkers and drug screening.

L'objectif de ce travail est d'élaborer un modèle d'évaluation musculaire adapté à l'étude de patients, afin de déterminer les relations existantes entre la musculature du tronc, un trouble postural et les surcharges rachidiennes. Dans cet objectif, un premier chapitre s'attache à présenter le problème (anatomie fonctionnelle et formulation mécanique), puis une revue de littérature est proposée afin d'identifier les différents modèles et protocoles d'acquisition des données proposés par différents chercheurs. Dans le chapitre III, un modèle de régulation musculaire est proposé, fondé sur l'hypothèse que le système musculaire est un système de régulation permettant de maintenir les efforts rachidiens en deçà de seuils mécaniquement admissibles. Ce modèle, par plan de coupe au niveau de la liaison intervertébrale considérée, est comparé à d'autres de la littérature et se révèle pertinent, notamment du fait de sa capacité à proposer des configurations musculaires régulant en particulier les efforts de cisaillement. Une exploitation préliminaire permet d'apprécier les potentialités de cette approche. Le chapitre IV aborde l'acquisition clinique tridimensionnelle des données d'entrée personnalisées des sujets pour ce modèle de régulation musculaire. Nous proposons un protocole adapté au contexte clinique (rapide et peu invasif), qui permet d'obtenir, sur la base d'une stéréoradiographie (couplée à une mesure des pressions plantaires et à des photos des membres inférieurs) le torseur des efforts de la partie haute sur la partie basse, les géométries musculaires volumiques personnalisées (à partir de 9 coupes IRM), ainsi que les contraintes admissibles maximum des muscle.

Le transit de Vénus devant le Soleil est un événement rare et l’occasion unique pourétudier la réfraction de la lumière du Soleil à travers l’atmosphère, afin de déterminer les propriétésatmosphériques de la planète et en particulier la structure thermique de la haute atmosphère.L'objectif de cette thèse a été la modélisation de cette réfraction lors du passage devant le Soleilqui a eu lieu les 5-6 juin 2012, modèle dont les résultats ont pu être comparés aux données de lamission Venus Express.La première partie est consacrée à l’analyse des images des satellites qui a permis lacréation de courbes de lumière en fonction de la latitude de l’auréole qui serviront de référencepour les modèles. L’étude de l’atmosphère a d’abord été réalisée par une approche isotherme(théorie de Baum et Code,1953). Le modèle a ensuite été affiné en simulant trois couchesisothermes concentriques établies grâce à l’analyse préalable des données SPICAV/SOIR deVenus Express. Pour finir, le dernier modèle développé pour l’étude de l’auréole est un modèlemulticouche concentrique à très haute résolution verticale. Ce modèle a permis d’obtenir un profilvertical de densité en fonction de la latitude, ainsi que l’altitude du tau = 1 (le long de la ligne devisée) induite par les aérosols. Ces données ont ensuite été ensuite utilisées pour générer descartes 2D de température en fonction de la latitude et de l’altitude, que nous comparons auxdonnées d’occultation solaire de la mission Venus Express. Cette étude a également permis dedéterminer de façon indépendante l’échelle de hauteur des aérosols et leur chromaticité dansl’atmosphère de Vénus.Dans un second temps, l’étude de la courbe du transit de 2004 a été menée conjointementavec le Dr. Andréa Chiavassa afin de mettre en évidence l’impact de la granulation stellaire sur lescourbes de transit exoplanétaires. / The transit of Venus across the Sun is a rare and unique opportunity to study therefraction of sunlight through the atmosphere, called the "aureola", and determine the atmosphericproperties of the planet and in particular the thermal structure of the upper atmosphere. Theobjective of this thesis was the modeling of this refraction effect at terminator during the passageacross the Sun which took place on June, 5-6 2012, and a comparison with data obtained in thesame region during the Venus Express mission.The first part is devoted to the analysis of data from an Earth-orbiting solar observatory thatallowed the creation of individual aureola light curves according to latitude, that were used as amodeling reference. The study of the refracting atmosphere was first carried out by an isothermalapproach (Baum and Code (1953) theory). The model was then refined by simulating threeconcentric layers based on prior analysis of Venus Express/SPICAV-SOIR vertical density profiledata obtained simultaneously on June 6, 2012. Finally, the complete model developed for thisstudy is a concentric layered model with sub-kilometer vertical resolution. This model has allowedus to retrieve from individual aureole lightcurves a density vertical profile function of the latitudeand the tau = 1 altitude of slanted opacity along the line of sight, induced by mesospheric aerosols.These data were subsequently used to generate temperature maps in 2D function of latitude andaltitude, we compare the solar occultation data from the Venus Express mission (SOIR). This studyalso determined independently the scale height of aerosols and the chromaticity in the atmosphereof Venus.A separate, additional study on 2004 Venus transit data was conducted jointly with Dr.Andrea Chiavassa to highlight the impact of the stellar granulation on exoplanetary transit curves inextrasolar systems

Le dioxyde d'uranium UO2 est utilisé en tant que combustible standard dans les réacteurs à eau pressurisée (REP). Pour cette raison il est très important de bien connaître ses propriétés mécaniques, thermiques et physico-chimiques dans les conditions de fonctionnement normales ou accidentelles (600K - 2000K). Lors des réactions de fission de l'uranium, des gaz rares tels que le Xe et Kr sont générés. Ces atomes présentent une très faible solubilité dans la matrice combustible et vont donc soit être relâchés, soit former des bulles de gaz (intra ou intergranulaires) au sein de l'UO2. La présence de ces bulles modifie les propriétés thermomécaniques du combustible. Les enjeux en terme de sûreté, liés à la présence de ces bulles, ont donné lieu à d'importants travaux, tant sur le plan expérimental que théorique, afin d'accroître la compréhension de l'ensemble des propriétés physiques et du comportement du combustible. L'objectif de nos travaux est de mieux comprendre l'impact de bulles de gaz intragranulaires sur le comportement du combustible au moyen de modélisations atomistiques. Dans un premier temps, l'impact de cavités intragranulaires sur les propriétés thermomécaniques (comportement élastique, dilatation thermique et conductivité thermique) ont été étudiées par des approches semi-empiriques. Un soin particulier a été porté à l'étude des effets d'interfaces pour ces cavités nanométriques. Dans un deuxième temps, nous avons procédé à un remplissage physique de ces cavités par du xénon et nous avons étudié la microstructure et les pressions régnant au sein des bulles. / ...

Les plantes dépendent de leur système racinaire pour leur ancrage au substrat et leur nutrition hydrique et minérale. La bonne réalisation de ces fonctions dépend fortement de l'architecture du système racinaire dans son ensemble. Dans la plante modèle Arabidopsis thaliana, la ramification racinaire est la résultante d'événements d'initiation et d'émergence de nouvelles racines latérales, et présente un fort lien avec l'hormone végétale auxine. Le déroulement des événements d'initiation et d'émergence est aujourd'hui bien décrit aux échelles moléculaire et cellulaire, mais peu de données sont disponibles pour expliciter la régulation globale de ces événements. <br /><br />A l'aide d'une approche mêlant biologie, analyse mathématique et modélisation informatique, cette thèse s'est attachée à élucider les mécanismes de régulation de ces événements chez Arabidopsis, afin de proposer une vue intégrée de la ramification racinaire. <br /><br />Nous avons montré que la graviperception et l'initiation des racines latérales sont régulés par un même flux d'auxine, et qu'une gravistimulation peut induire l'initiation d'une nouvelle racine latérale. Nous avons mis en évidence l'existence d'un équilibre entre initiation et émergence basé sur une compétition pour les ressources. Enfin, nous avons développé un modèle macroscopique et un modèle cellulaire de flux d'auxine dans la racine, et avons analysé les propriétés respectives de ces deux modèles.

Le traitement thermique du bois est un procédé connu et étudié depuis plusieurs décennies. Il confère au matériau une meilleure stabilité dimensionnelle et une meilleure durabilité au détriment de ses propriétés mécaniques, notamment de sa résilience. En dépit de plusieurs travaux disponibles, il reste difficile d'optimiser le gain sur les propriétés recherchées et de mettre en vis-à-vis les pertes sur les qualités que l'on voudrait préserver. Ce constat nous a conduit à mener des études fondamentales pour comprendre les mécanismes mis en jeux lors du traitement thermique. Les possibilités offertes en matière de simulation numérique nous permettent de proposer une contribution innovante au problème d'homogénéité du traitement d'une pièce de bois. Elle s'appuiera d'une part sur l'adaptation d'un code de simulation développé pour le séchage du bois en y intégrant les cinétiques chimiques, d'autre part sur l'étude expérimentale du traitement thermique. Parallèlement, nous avons cherché à caractériser ces échantillons de bois massifs soumis à différents traitements thermiques par spectrométrie en réflexion diffuse dans le proche infrarouge (SPIR). <br />Les résultats montrent que le modèle de pyrolyse couplé au modèle de transport rend compte des différents événements caractéristiques se déroulant durant le traitement thermique, c'est-à-dire la présence de réactions exothermiques et les surpressions internes générées par les gaz produits. La méthode par analyse spectrale a révélé qu'il est possible d'une part de discriminer des échantillons de bois ayant subis différents traitements et d'autre part de retracer l'historique thermique d'une pièce de bois dans son épaisseur. La SPIR semble ainsi une technique prometteuse qui devrait permettre de valider les profils de dégradation simulés par le code de calcul. Elle devait offrir également des perspectives intéressantes en matière de contrôle qualité des bois traités à haute température pour le couplage des propriétés physiques et mécaniques du nouveau matériau à sa composition chimique.

Dynamique et contrôle actif avec délai de la dynamique des structures mécaniques à potentiel φ6 monostable non borné, tel est le thème de ce travail qui se veut être une contribution à l'étude du contrôle de la dynamique des structures mécaniques régis par le potentiel φ6 monostable catastrophique. Le renchérissement actif de la structure consiste à utiliser le control actif pour modifier le mouvement de la structure. Nous présentons au chapitre I des systèmes physiques pouvant être modélisés par le modèle potentiel φ6 monostable catastrophique. Nous établissons que, les systèmes suivants : pendule inversé, poutres articulées aux deux extrémités, poutre élastique libre à une extrémité et fixée à l'autre, sont décrits par une équation identique à celle d'une particule se mouvant dans un potentiel φ6 monostable catastrophique. La condition du saut de puits de potentiel est obtenue de même que le critère d'apparition du chaos du fer à cheval, en utilisant la théorie de Melnikov. La simulation numérique de l'équation originale est faite pour compléter les analyses et les métamorphoses du bassin d'attraction sont observées. Le chapitre II est consacré au contrôle par sandwich et avec absorbeur piézoélectrique de la dynamique des structures mécaniques tel que présentés au chapitre I. Nous considérons dans le cas du contrôle par sandwich une stratégie consistant à coupler la structure non-linéare à une autre linéaire, la structure linéaire ici servant d'élément de contrôle utilisé pour réduire l'amplitude des vibrations de la structure non-linéaire. L'effet des paramètres de contrôle sur la dynamique du système sont analysés et la condition d'efficience du contrôle est obtenue. Nous obtenons approximativement le critère d'apparition du chaos dans le modèle contrôlé et l'effet des paramètres de gain de contrôle est analysé. Au chapitre III, nous considérons l'effet du retard entre la détection du mouvement de la structure et l'action restitué du système de contrôle. La stabilité du système sous contrôle est étudiée en utilisant le concept de Lyapunov et la méthode de subdivision du domaine. L'effet du délai sur la force critique conduisant à la réduction d'amplitude ou au saut du puits de potentiel est obtenu analytiquement et vérifié numériquement. L'effet de la stratégie de contrôle et du retard sur l'apparition du chaos de Melnikov est présenté. Notre étude s'achève par une conclusion générale résumant les résultats importants obtenus et faisant état de quelques problèmes rencontrés au cours de l'étude, puis de quelques perspectives en rapport avec le travail effectué.

La fabrication d'une voiture, depuis les premières ébauches jusqu'à sa commercialisation, suit un processus long et jalonné de plusieurs grandes étapes. Il faut tout d'abord concevoir le véhicule : en choisir le style, faire les premiers prototypes de profilés, étudier sa faisabilité, son architecture, la motorisation qui sera choisie, en fonction du segment désiré. L'outil numérique de CAO joue un très grand rôle dans ces étapes de conception, permet de gagner beaucoup de temps et d'étudier de nombreuses variantes. Les outils de dynamique véhicule sont principalement utilisés lors de cette étape afin de faire une étude prévisionnelle du comportement simulé sur route des solutions choisies. Lorsque le véhicule est défini, les premiers prototypes physiques sont réalisés. Ces prototypes permettent, entre autre, de déterminer le comportement du véhicule en roulage et d'étudier son comportement dynamique. De nombreuses mesures sont effectuées lors de ces essais afin de régler - mettre au point - le véhicule, mais il existe de très grandes possibilités de réglages pour un nombre, grandissant, de paramètres, bien souvent couplés, sur lesquels les metteurs au point peuvent jouer. Trouver manuellement la combinaison optimale de ces réglages - c'est à dire celle qui permet d'allier performances et confort, tout en garantissant la sécurité maximale - relève de l'impossible, d'autant plus lorsque les délais sont très courts. En revanche trouver numériquement cette solution est possible en utilisant des simulations du véhicule pour les différentes configurations préalablement déterminées par une méthode basée sur les plans d'expérience. Encore faut-il pouvoir simuler correctement le comportement du véhicule. De ce fait les outils numériques sont relativement peu utilisés lors de cette étape, car il est actuellement difficile de corréler les mesures et la simulation afin que la représentation numérique corresponde effectivement au véhicule étudié. Les essais jouent donc toujours un rôle clef dans la conception du véhicule. L'idée d'utiliser l'identification pour corréler les calculs et les mesures vient alors naturellement : déterminer les paramètres nécessaires à la simulation à partir des essais et des mesures effectuées sur le véhicule, plutôt que d'essayer, comme il a été fait jusqu'à présent sans réel succès, de corréler simulations et essais à l'aide de méthodes d'optimisation non linéaire, ou d'estimer les paramètres dynamiques avec des méthodes d'estimation non linéaires lourdes en calcul et ne permettant pas d'obtenir un indicateur de la confiance à accorder dans le résultat. De nombreuses méthodes d'identification existent, mais celle qui a été choisie est basée sur les méthodes employées en robotique : en effet, pourquoi ne pas considérer le véhicule comme un robot mobile complexe et comme un système multicorps poly-articulé, dont la description peut alors se faire en utilisant le formalisme de Denavit et Hartenberg modifié ? Il est alors possible, en calculant le modèle dynamique inverse du système, d'identifier les paramètres recherchés par une méthode de résolution des systèmes linéaires surdéterminés basée sur la méthode des moindres carrés. Le travail présenté ici retrace la mise en oeuvre de cette démarche dans le but d'identifier les paramètres dynamiques d'une voiture. Le premier chapitre présente les particularités d'un véhicule par le biais des grandeurs caractéristiques de la dynamique véhicule. Un modèle très simple : le modèle bicyclette, permettant de décrire le comportement du véhicule en lacet et en dérive est présenté, ainsi que des exemples de simulation avec le logiciel ARHMM, de manière à comprendre le comportement du véhicule et les sollicitations auxquelles il est soumis. Le second chapitre permet d'établir les grandes étapes de la démarche employée pour modéliser les systèmes poly-articulés et pour procéder à l'identification de ses paramètres dynamiques. Elle est appliquée en exemple au modèle bicyclette. Afin de réaliser l'identification sur un véhicule il est indispensable de pouvoir mesurer les grandeurs caractéristiques définies avant : pour cela le véhicule sera équipé de nombreux capteurs dont le fonctionnement et l'utilisation seront détaillés dans le chapitre 3. Enfin, les deux derniers chapitres permettront d'apprécier les performances de la méthode sur deux types de modèles : un premier, très sommaire, à seize degrés de liberté présenté uniquement en simulation en utilisant le logiciel de dynamique véhicule ARHMM comme générateur de mouvement, puis un second modèle plus complet à trente huit degrés de liberté qui sera décliné dans deux versions : un modèle lagrangien et un modèle mixte eulérien-lagrangien. Les résultats sont obtenus d'une part en simulation, en utilisant le logiciel ARHMM comme générateur de mouvements pour valider le modèle, d'autre part pour un véhicule réel : une Peugeot 406, instrumentée conformément au chapitre 3, en utilisant des mouvements disponibles.

La modélisation et la simulation de la croissance des plantes peut être abordée selon plusieurs aspects tant pour ce qui concerne la connaissance que les moyens mis en œuvre. Ce champ d'étude se trouve à la croisée de diverses expertises telles que botanique, agronomie, physiologie, mathématique ou informatique. Beaucoup de travaux ont été proposés dans ce domaine dont la plupart sont fortement colorés par une seule de ces spécialités. Nous proposons une approche qui nous semble généraliste et qui s'appuie sur des connaissances provenant conjointement des champs de l'agronomie, des mathématiques et du génie logiciel. Cette étude se décompose en trois étapes : - Proposition d'un modèle purement structural de description de l'architecture des plantes (AmapSim). Ce modèle utilise des processus stochastique pour représenter les distributions de branches, de pousses et d'entre-nœuds observées sur des plantes réelles . Ces processus sont organisés autour d'un automate à états finis dont la variable d'état est l'âge physiologique et qui simule l'évolution de la vigueur des bourgeons de la plante au cours de leur vie. - Définition d'un ensemble d'outils logiciels propres à accueillir des simulateurs de croissance de plante (Vitis). Cette librairie offre des services pour la gestion de la description de plante en cours de simulation, pour la gestion des paramètres des modèles qui édifient la plante et pour la synchronisation et l'échange d'information entre les blocs fonctionnels qui constituent le simulateur. - Développement d'un simulateur d'AmapSim dans Vitis puis de quelques exemples d'applications. Cette étape a pour but de démontrer le bien fondé des choix effectués lors des étapes précedentes. On y montre des résultats de simulation d'AmapSim puis d'applications basées sur AmapSim et agrémentées dynamiquement de connaissances additionnelle grâce aux fonctionnalités de Vitis. On y montre notamment comment ajouter de la connaissance issue du domaine de la physiologie pour créer de applications de type structure-fonction. Ce travail ouvre des perspectives concernant l'utilisation d'AmapSim et le développement de nouveaux plugins ; l'introduction de nouveaux modeles dans Vitis ; la formalisation de la notion de simulateur de plante à l'usage des futurs modélisateurs