Alors que la simulation numérique prend aujourd'hui une place essentielle dans de nombreuses branches de l'ingénierie, les évolutions incroyables des moyens de calculs peinent à compenser la complexité croissante des modèles que les ingénieurs sont amenés à traiter. Dans ce contexte, les modèles réduits sont de véritables outils d'aide à la décision car ils permettent, une fois construits, d'évaluer un très grand nombre de scénarios en temps quasi réel. En particulier, la méthode PGD (Proper Generalized Decomposition) initiée au LMT a connu de très nombreux développements (problèmes non linéaires, multiéchelles, multiphysiques...) et conduit à des gains en temps CPU pouvant atteindre plusieurs ordres de grandeur.Malheureusement, l'essor de ces modèles réduits est actuellement freiné par la difficulté à les calculer lorsque le nombre de paramètres à prendre en compte augmente. Toutes les techniques de réduction de modèles actuelles (PGD comprise) peinent à traiter des problèmes à très grand nombre de paramètres (la limite actuelle tourne autour de la vingtaine de paramètres), ce qui constitue un verrou scientifique majeur pour l'essor de ces techniques. Cette thèse présente une adaptation de la méthode PGD qui permet le traitement de tels problèmes.Trois contributions principales ont permis d'atteindre de telles performances. D'une part, une nouvelle structure de données plus proche de la physique du problème a été développée. Elle introduit deux échelles de représentation des fonctions paramétriques et donne son nom à la méthode : la Parameter-Multiscale PGD. Par ailleurs, une discrétisation spatiale discontinue particulièrement adaptée à nos méthodes de résolution a été implémentée, la WTDG (Weak Trefftz Discontinuous Galerkin). Enfin de nouveaux algorithmes ont été développés pour construire des modèles réduits qui permettent des gains de temps conséquents pour des problèmes ayant jusqu'à mille paramètres. / Numerical simulation is nowadays a major tool in a large number of engineering fields. Nevertheless, even the recent incredible improvements of the computational power can hardly compensate the increasing complexity of the models used by engineers. In this context, Reduced Order Models (ROM) can be major decision-maker tools because, once they have been computed, they can be used to evaluate a very large number of test cases in a duration close to real time. The PGD (Proper Generalized Decomposition) in particular, is a method introduced at the LMT which has been adapted to many cases (non-linear problems, multiscale, multiphysics) and leads to savings of CPU time reaching several orders of magnitude.Unfortunately, it is currently difficult to build ROM with an increasing number of parameters. All the actual model reduction technics (including the PGD) can hardly solve problems with a high number of parameters (the current limit is about twenty parameters). It is a major barrier to a larger development of these methods. This PhD thesis presents a new methodology based on the PGD able to take into account high numbers of parameters.This goal has been achived thanks to three major contributions. First, a new data structure faithfull to mecanical properties of the problem has been developed. To that end, two different scales are introduced in the parametric space, giving its name to our method : Parameter-Multiscale PGD. Furthermore, the WTDG (Weak Treffz Discontinuous Galerkin) method has been inpemented. It is a discontinuous spatial discretisation adapted to our resolution techniques. Finally, new algorithms have been developed to built reduced order models of problems taking into account up to one thousand parameters.

La question du bien-être des animaux d’élevage et plus particulièrement celle de la douleur fait l’objet d’une attente sociétale grandissante. Cependant, l’évaluation de la douleur chez l’animal, et par voie de conséquence de l’efficacité des traitements antalgiques, reste très complexe en médecine vétérinaire, en expérimentation ou en élevage. Elle s’appuie principalement sur les modifications de comportement ou de paramètres physiologiques du système nerveux autonome, de l’axe hypothalamo-hypophysaire ou encore des processus inflammatoires. Néanmoins, les indicateurs généralement utilisés ne sont pas tous spécifiques de la douleur "ressentie" par l'animal mais peuvent également indiquer un niveau de stress ou de perturbations physiologiques et métaboliques liés au traumatisme. Chez les carnivores domestiques ou les chevaux, une approche combinant des indicateurs spécifiques de chacune des voies sollicitées dans les processus douloureux a été développée. Aucune démarche équivalente n'a été validée chez les animaux de rente. Cette thèse conduite sur ovin et bovin avait pour objectifs : 1) de développer une approche multiparamétrique d'évaluation de la douleur, ou de situations potentiellement douloureuses, 2) de tester ses performances dans différentes situations considérées douloureuses (douleurs somatiques et/ou viscérale : mammites, castration et pose de canules digestives), et 3) sur la base de cette approche d’évaluer l'efficacité de protocoles antalgiques utilisés en élevage ou en expérimentation animale. Nous montrons que (i) l’approche multiparamétrique est plus performante qu’une approche voie par voie, (ii) les modifications du comportement, de l’axe hypothalamo-hypophysaire et de l’inflammation discriminent des situations potentiellement douloureuses quel que soit le type de douleur alors que les modifications liées au stress oxydant sont davantage liées aux situations présentant des douleurs d'origine viscérale et somatique, (iii) l’approche multiparamétrique différencie les périodes les plus critiques à prendre en charge en fonction de la douleur ressentie et (iv) il est possible de proposer des ajustements des traitements antalgiques en utilisant les renseignements fournis par chacune des voies évaluées. En prenant en compte l'ensemble des principales voies impliquées dans les processus douloureux, l’évaluation de la douleur ressentie, peut donc être plus sensible et spécifique. Néanmoins, l’approche multiparamétrique gagnera à être simplifiée et devra être validée dans d'autres situations douloureuses, notamment dans le cas de douleurs neuropathique, avant d'être proposée sur le terrain aux vétérinaires, éleveurs ou expérimentateurs. / There is a growing societal concern regarding farm animal welfare and especially pain assessment. However, pain assessment in animals and the efficiency of analgesic treatments remains very complex in veterinary medicine, animal experimentation or farming. Pain assessment is mainly based on behavioural changes or physiological responses related to the autonomic nervous system, hypothalamic-pituitary axis or inflammatory processes. Nevertheless, the indicators usually used do not always reflect pain experienced by animals but can also reflect the level of stress or physiological and metabolic disturbances related to trauma. Combinations of pathway-specific indicators involved in pain have been developed in various animal species (carnivore pets and horses), but no equivalent approach has been validated for farm ruminants yet. The main objectives of this thesis were 1) to develop a multiparametric approach to assess pain in sheep and cattle, 2) to test its performances in different painful situations (somatic and/or visceral pain: mastitis, castration and digestive cannulas), and 3) to assess the efficiency of analgesic treatments currently used in farming or research. We showed that (i) the multiparametric approach is more efficient than a single pathway approach (ii) changes in behaviour, hypothalamic-pituitary axis, and inflammation discriminate potentially painful situations regardless of the type of pain, whereas changes related to oxidative stress are related to visceral and somatic painful situations, (iii) the multiparametric approach differentiates the most critical periods requiring specific pain management (to be managed according to the pain), and (iv) it is possible to adjust the analgesic treatments according to the information provided by the assessment of each pathway. In conclusion, taking into account the main pathways involved in painful processes, allows a more sensitive and specific pain evaluation. Further research should aim at simplifying the multiparametric approach and validating it against other painful situation (especially neurological pain) before proposing it for practical-use on field by veterinarians, farmers and researchers.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est la maladie neuromusculaire la plus fréquente de l'enfant. Son évolution progressive inexorable conduit habituellement au décès dans la troisième décade. La DMD constitue cependant une affection hétérogène pour la sévérité de l'atteinte musculaire, cognitive et cardiaque, et cette hétérogénéité n'est pas totalement expliquée par la localisation des mutations dans le gène de la dystrophine. Ma thèse comporte trois volets: (1) une analyse clinique multivariée d'une cohorte de DMD suivie à long terme qui nous a permis de définir 4 phénotypes distincts de DMD; (2) une étude de corrélation clinico-pathologique qui a identifié la fibrose endomysiale précoce comme seul facteur histologique prédictif de sévérité motrice; (3) la mise au point d'un modèle murin original de myofibrose dystrophique chez la souris mdx déficiente en dystrophine. 1- Étude multiparamétrique clinique. La saisie par la même équipe des données fonctionnelles musculaires, cardiaques, respiratoires et cognitives de 75 patients atteints de DMD (tous génotypés et présentant une absence complète de dystrophine musculaire), suivis pendant >10 ans, a permis d'établir un modèle multiparamétrique satisfaisant à deux dimensions principales, cognitive et motrice, et de définir 4 clusters phénotypiques : (i) DMD cognitive et motrice congénitale (20%), (ii) DMD classique (28%), (iii) DMD motrice pure modérée (22%), (iv) DMD motrice pure sévère (30%). La corrélation génotypephénotype était restreinte à la seule atteinte cognitive. Des indicateurs pronostics précoce ont été identifiés et validés sur une 2ème série de 34 patients. 2- Étude histopathologique. Les variations de sévérité de l'atteinte musculaire n'étant pas expliquées par la génétique moléculaire, nous avons cherché à corréler les paramètres moteurs et la biopsie musculaire prélevée dans le quadriceps à un stade précoce (3-7 ans) chez 25 patients (analyse stéréologique des images numérisées pour les paramètres élémentaires: nécrose/régénération, fibres hypercontractées, adipocytes, fibrose endomysiale et périmysiale). Seule la fibrose endomysiale était associée à un pronostic moteur défavorable (p<0.002) attesté par l'âge de perte de marche, la force du quadriceps et le testing musculaire global à 10 ans. Cette fibrose endomysiale dissociait les capillaires des myofibres (écartement x 2.5), et s'accompagnait d'une augmentation sélective des macrophages CD206+ activés dans la voie alterne (M2) et d'une diminution relative des cellules satellites musculaires (p<0.0001). Ces données suggèrent un rôle clé de la fibrose endomysiale (et des macrophages M2 profibrosant) et dans la sévérité clinique de la DMD. 3- Étude expérimentale. Ces éléments rendent nécessaire la mise au point d'un modèle expérimental de myofibrose dystrophique, la souris mdx présentant peu de fibrose et un déficit moteur modéré et tardif. Nous avons mis au point une nouvelle méthode de lésion musculaire focale profibrosante du tibialis antérieur chez la souris mdx (piqûres multiples quotidiennes pendant 15 jours). Une fibrose endomysiale attestée par un fort immunomarquage du collagène I (à 8, 30, 60 et 90 jours) a été quantifiée et corrélée à la perte de la force musculaire dans la patte lésée (comparée au muscle contralatéral). Ces résultats légitiment et préparent les futures stratégies thérapeutiques "anti-fibrosantes" dans la DMD

Le suivi des changements dans les populations de cellules immunitaires tels que les lymphocytes, monocytes et cellules dendritiques (DC) au cours de maladies infectieuses comme le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) chez l'homme ou son équivalent chez le singe (VIS) est crucial. Grâce aux récentes avancées technologiques en cytométrie en flux, il est maintenant possible de mesurer et d'analyser simultanément jusqu'à 14 paramètres individuels à l'échelon cellulaire. L'objectif de ce travail consiste en la mise au point de 2 panels multicouleurs de 12 anticorps permettant d'analyser simultanément les principales populations de cellules immunitaires, respectivement chez l'humain et le macaque rhésus. Au terme de ce travail, il est maintenant possible de mesurer précisément tous les principaux acteurs du système immunitaire, à savoir les lymphocytes T CD4+ et T CD8+, les lymphocytes B, les cellules NK et NKT, les sous-populations de monocytes, et toutes les sous-populations de cellules dendritiques connues à ce jour, en utilisant une approche multiparamétrique de cytométrie en flux. Ce protocole d'analyse est réalisé sur du sang total, il est rapide, il n'implique pas de technique d'isolation cellulaire, et requiert une quantité minimum de sang. De plus, l'analyse de chaque population cellulaire est plus précise grâce à une contamination minimum entre les populations séparées. L'intérêt de ce travail est d'étudier les interactions entre les différentes populations de cellules immunitaires durant l'infection par VIH chez l'homme, ou VIS chez le singe ou potentiellement d'autres maladies, et en particulier de mieux comprendre le rôle important que les cellules dendritiques jouent dans la progression de ces maladies.

Chez les ruminants, l’Acidose Ruminale SubAiguë (ARSA) est une maladie d’origine nutritionnelle qui fait suite à une perturbation des fermentations microbiennes et à une acidité anormale du compartiment ruminal. L’installation chronique de ce dysfonctionnement digestif peut avoir une incidence néfaste sur l’efficacité de production et la santé des animaux. À l’échelle de l’individu ou du troupeau, elle aura pour conséquences des retombées économiques négatives pour l’éleveur. Un des problèmes majeurs de cette maladie est qu’elle ne se manifeste pas par des signes cliniques spécifiques. A l’heure actuelle, seul le pH ruminal permet d’objectiver la maladie même si aucun indicateur de pH ne fait l’unanimité, notamment du fait des variabilités importantes liées à la technique de mesure du pH d’une part et à la susceptibilité des animaux d’autre part. Dans ce contexte, cette thèse a eu pour objectif d’améliorer le diagnostic individuel de l’ARSA chez la vache laitière en développant une approche multiparamétrique applicable sur le terrain. Nous proposons de nouveaux indicateurs issus de cinétiques de pH mesuré de façon non-invasive avec des bolus intra-ruminaux. Ces nouveaux indicateurs relatifs, calculés quotidiennement sur les cinétiques normalisées sur 0 (NpH), sont le temps passé sous NpH <-0,3, l’écart type et l’amplitude. Ils permettent de pallier les fortes sources de variabilité et présentent l’intérêt d’être transposables entre études et sont plus précis pour caractériser l’ARSA. Parallèlement, nous avons développé des modèles multiparamétriques composés de plusieurs paramètres mesurés simultanément dans différents compartiments biologiques (lait, fèces, salive, sang, urine) ou sur l’animal (comportement). Leur capacité de prédiction de l’ARSA a ensuite été évaluée en élevage. Certains modèles incluant des paramètres périphériques au rumen et simples à mesurer sur le terrain présentent une bonne sensibilité (concentration en urée dans le lait, en bicarbonate dans le sang, pH salivaire), et d’autres ont une bonne spécificité (nombre de buvées de l’animal, pH fécal, concentration en urée dans le lait). Néanmoins, aucun modèle ne renferme un couple sensibilité et spécificité satisfaisant. A l’issue de ce travail nous proposons une stratégie diagnostique fondée sur 4 étapes : 1) l’analyse du contexte de diagnostic de l’ARSA, 2) l’évaluation des facteurs de risques, 3) l’évaluation des modèles multiparamétriques et 4) le calcul d’indicateurs NpH ruminaux des individus à risque. / In ruminants, subacute ruminal acidosis (SARA) is a nutritional disease that induces an abnormal acidity of the rumen compartment as well as disturbance in microbial fermentation. When the disease becomes chronic, it can lead to negative effects on production efficiency and animal health at the individual or the herd scales, with negative economic consequences for the farmer. One of the major problems of SARA is that there are no obvious clinical signs. Presently, the only benchmark to define SARA is rumen pH. However, no pH indicator is unanimous due to the important variability related both to the measurement technique itself and to the animal susceptibility. In this context, this thesis aimed to improve the individual diagnosis of SARA in dairy cows by developing a multiparametric approach that could be used on field. We propose new indicators of pH kinetics measured noninvasively with intra-ruminal boluses. These new relative indicators, calculated daily (kinetic normalised on 0, NpH), consist of the time spent under NpH < - 0.3, the NpH standard deviation and the NpH range. These indicators make it possible to overcome the strong sources of variability and have the advantage of being transposable while being more accurate to characterize SARA. At the same time, we have developed multiparametric models including a number of parameters measured simultaneously in various biological compartments (milk, faeces, saliva, blood, urine) or on animal behaviour. The models ability to predict SARA has been evaluated on field. Some models including rumen peripheral parameters (concentration of urea in milk, of bicarbonate in blood, salivary pH) have a proficient sensitivity while others have a proficient specificity (number of drinking acts, faecal pH, and urea concentration in milk). However, no model developed is both sensitive and specific enough. The diagnostic strategy we propose is based on 4 steps: 1) analysis of the SARA diagnostic context, 2) assessment of risk factors, 3) evaluation of multiparametric models and (4) determination of ruminal NpH indicators for individuals presenting a high risk of SARA.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est la maladie neuromusculaire la plus fréquente de l'enfant. Son évolution progressive inexorable conduit habituellement au décès dans la troisième décade. La DMD constitue cependant une affection hétérogène pour la sévérité de l'atteinte musculaire, cognitive et cardiaque, et cette hétérogénéité n'est pas totalement expliquée par la localisation des mutations dans le gène de la dystrophine. Ma thèse comporte trois volets: (1) une analyse clinique multivariée d'une cohorte de DMD suivie à long terme qui nous a permis de définir 4 phénotypes distincts de DMD; (2) une étude de corrélation clinico-pathologique qui a identifié la fibrose endomysiale précoce comme seul facteur histologique prédictif de sévérité motrice; (3) la mise au point d'un modèle murin original de myofibrose dystrophique chez la souris mdx déficiente en dystrophine. 1- Étude multiparamétrique clinique. La saisie par la même équipe des données fonctionnelles musculaires, cardiaques, respiratoires et cognitives de 75 patients atteints de DMD (tous génotypés et présentant une absence complète de dystrophine musculaire), suivis pendant &gt;10 ans, a permis d'établir un modèle multiparamétrique satisfaisant à deux dimensions principales, cognitive et motrice, et de définir 4 clusters phénotypiques : (i) DMD cognitive et motrice congénitale (20%), (ii) DMD classique (28%), (iii) DMD motrice pure modérée (22%), (iv) DMD motrice pure sévère (30%). La corrélation génotypephénotype était restreinte à la seule atteinte cognitive. Des indicateurs pronostics précoce ont été identifiés et validés sur une 2ème série de 34 patients. 2- Étude histopathologique. Les variations de sévérité de l'atteinte musculaire n'étant pas expliquées par la génétique moléculaire, nous avons cherché à corréler les paramètres moteurs et la biopsie musculaire prélevée dans le quadriceps à un stade précoce (3-7 ans) chez 25 patients (analyse stéréologique des images numérisées pour les paramètres élémentaires: nécrose/régénération, fibres hypercontractées, adipocytes, fibrose endomysiale et périmysiale). Seule la fibrose endomysiale était associée à un pronostic moteur défavorable (p&lt;0.002) attesté par l'âge de perte de marche, la force du quadriceps et le testing musculaire global à 10 ans. Cette fibrose endomysiale dissociait les capillaires des myofibres (écartement x 2.5), et s'accompagnait d'une augmentation sélective des macrophages CD206+ activés dans la voie alterne (M2) et d'une diminution relative des cellules satellites musculaires (p&lt;0.0001). Ces données suggèrent un rôle clé de la fibrose endomysiale (et des macrophages M2 profibrosant) et dans la sévérité clinique de la DMD. 3- Étude expérimentale. Ces éléments rendent nécessaire la mise au point d'un modèle expérimental de myofibrose dystrophique, la souris mdx présentant peu de fibrose et un déficit moteur modéré et tardif. Nous avons mis au point une nouvelle méthode de lésion musculaire focale profibrosante du tibialis antérieur chez la souris mdx (piqûres multiples quotidiennes pendant 15 jours). Une fibrose endomysiale attestée par un fort immunomarquage du collagène I (à 8, 30, 60 et 90 jours) a été quantifiée et corrélée à la perte de la force musculaire dans la patte lésée (comparée au muscle contralatéral). Ces résultats légitiment et préparent les futures stratégies thérapeutiques "anti-fibrosantes" dans la DMD</abstract> / The clinical heterogeneity of Duchenne muscular dystrophy (DMD) may prove a major obstacle to the interpretation of therapeutic trials but has not been subjected to systematic analysis. In a first part, we present a statistical analysis on two series of steroid-free patients with complete lack of dystrophin determined by Western blot. Series 1 consisting of 75 patients longitudinally evaluated for motor, respiratory, cardiac and cognitive functions by the same team (median follow-up: 10.5yrs) was subjected to exploratory data analysis whose main conclusion were confirmed by exploration of data obtained from 34 routinely evaluated patients (series 2). Main outcome measures were age at loss of ambulation and of onset of contractures, manual muscle testing (MMT), cardiac and respiratory functional tests, general intelligence assessment (IQ), educational level. Multivariate exploratory analysis of series 1 classified 70/75 patients into 4 clusters with distinctive intellectual and motor outcomes: A (congenital DMD, 20%): markedly poor intellectual and motor outcome; B (classical DMD, 28%): intermediate intellectual and poor motor outcome; C (moderate pure motor DMD, 22%): normal intelligence and delayed motor impairment; and D (severe pure motor DMD, 30%): normal intelligence and poor motor outcome. Group A patients had the most severe respiratory and cardiac involvement. Frequency of mutations upstream to exon 30 increased from group A to D, but genotype/phenotype correlations were restricted to cognition. Diagnostic accuracy tests showed that combination of "clinical onset &lt;2yrs" with "mental retardation" reliably assigned patients to group A (sensitivity 0.93, specificity 0.98). Combination of "lower limb MMT score&gt;6 at 8yrs" with "normal or borderline mental status" reliably assigned patients to group C (sensitivity: 1, specificity: 0.94). These early criteria were also predictive of "congenital DMD" and "moderate pure motor DMD" in series 2. In a second part, we included 25 steroid-free DMD patients in a multiparametric analysis plotting initial histological alterations in quadriceps muscle with 13 relevant clinical data collected by the same team over a long-term follow-up (mean&gt;10yrs). Elementary histological parameters (fiber size, hypercontracted fibers, necrotic/basophilic fibers, edema, endomysial and perimysial fibrosis, and fatty degeneration) were assessed by morphometry. Endomysial fibrosis was the sole myopathological parameter significantly correlated with poor motor outcome, assessed by quadriceps muscle strength, manual muscle testing of upper and lower limbs at 10yrs, and age at ambulation loss (all p&lt;0.002). Motor outcome and fibrosis were not correlated with genotype. Myofibers exhibited oxidative stress-induced protein alterations and became separated from capillaries by fibrosis, which was associated with both increase of CD206+ alternatively activated macrophages and relative decrease of CD56+ satellite cells (both p&lt;0.0001). This study provides firm basis for antifibrotic therapeutic strategies in DMD, and supports the view that alternatively activated macrophages, known to inhibit myogenesis while promoting collagen-producing cell formation, play a key role in myofibrosis. In the third experimental part, experiments were conducted on mdx mice at 6-8 weeks of age. Fifteen micropunctures were made daily in the right tibialis anterior (TA) muscle with micropins used for entomology (150 µm diameter) during 2 weeks. Our data suggest that repeated microinjuries of muscle deficient in dystrophin protein triggers a endomysial fibrotic process that stabilizes with time well associated with muscle strenght decrease. Endomysial fibrosis seems to be one of the target of therapy in DMD. This satisfactory model will be usefull to study the mechanisms of fibrosis process in dystrophin deficient muscle and to evaluate antifibrotic treatment

Les travaux présentés dans cette thèse concernent le développement d'un outil d'analyse multiparamétrique pour la quantification de biomarqueurs urinaires du cancer de la vessie.La première partie des travaux de recherche a pour objectif la sélection de marqueurs pour le diagnostic et la récidive des tumeurs urothéliales. Une première étude a permis l'évaluation de la sélectivité de marqueurs candidats dans des échantillons urinaires de patients atteints de cancer de la vessie. Cinq des vingt marqueurs initiaux ont été sélectionnés pour leur performance diagnostique, définissant le Panel 1 : VEGF, MMP9, IL8, PTGS2 et EN2. Une seconde étude a été réalisée afin d'évaluer le potentiel de marqueurs et de paramètres cliniques pour le diagnostic de la récidive des tumeurs urothéliales. Les échantillons urinaires évalués provenaient donc de patients présentant une récidive du cancer de la vessie et de patients ne présentant pas de récidive. Le Panel 2 a ainsi été défini, basé sur le modèle de régression multiple le plus performant. Il comprend les paramètres cliniques et moléculaires suivants : nombre de récidives antérieures, nombre de thérapies par BCG, stade de la tumeur au moment du diagnostic, CDH1, IL8, ErbB2, IL6, EN2 et VEGF.La seconde partie concerne le développement d'un test multiparamétrique pour la quantification des marqueurs sélectionnés. Il s'agit d'une plateforme automatisée, à haut-débit et sous un format de plaque de microtitration 96-puits. La méthode de quantification choisie est un immunoessai de type sandwich sous la forme de puce à protéines. Le développement de la plateforme a débuté avec le Panel 1 dont trois des cinq marqueurs (VEGF, MMP9 et IL8) ont été intégrés avec succès. Suite à la seconde étude de sélection de marqueurs, le développement de l'immunoessai multiparamétrique a été orienté vers le Panel 2. À l'exception du marqueur EN2, nécessitant une configuration d'immunoessai différente, tous les marqueurs du Panel 2 ont pu être intégrés à la plateforme / The work reported in this thesis focuses on the development of a multiplex analytical tool for the quantification of selected bladder cancer urinary biomarkers.The aim of the first part of this work is the selection of urinary biomarkers for the diagnosis and recurrence of urothelial tumors. A first study evaluated the selectivity of candidate markers in urine samples of bladder cancer patients. Five of the twenty initial markers were selected for their diagnostic performance. They define Panel 1: VEGF, MMP9, IL8, PTGS2 and EN2. A second study was then conducted to assess the potential of urinary markers and clinical parameters for the diagnosis of bladder cancer recurrence. Two types of urine samples were thus evaluated: samples from recurrent bladder cancer patients and samples from bladder cancer patients without recurrence. Panel 2 was then defined based on the best performing multivariate regression model. It includes the following clinical and molecular parameters: number of past recurrences, number of BCG therapies, tumor stage at diagnosis, CDH1, IL8, ErbB2, IL6, EN2 and VEGF.The second part involves the development of a multiplex test for the quantification of the selected markers. It is a high-throughput automated platform in a 96-well microtiter plate format. It was designed as a multiplex sandwich immunoassay based on a protein microarray. The platform development began with Panel 1 for which three of the five markers (VEGF, MMP9 and IL8) were successful integrated into a multiplex immunoassay. The end of the second marker selection study marked the development transition from Panel 1 to Panel 2. With the exception of EN2, requiring a different immunoassay configuration, all the Panel 2 markers were integrated into the platform

Le travail présenté contribue à la gestion de la consommation et de la production d'énergie dans le bâtiment. L'objectif est de montrer qu'en dotant les équipements domotiques d'algorithmes d'optimisation et de facultés de communication, il est possible de mieux maîtriser la consommation dans le bâtiment en exploitant les degrés de liberté offerts par l'usager et ceux liés au fonctionnement des équipements. Une formulation mathématique et une architecture de conduite structurées en trois niveaux : prédictif, réactif et local, sont proposées dans le but d'optimiser le confort de l'usager, les coûts économiques et environnementaux. Plusieurs approches de résolution à base de métaheuristiques hybrides et de programmation dynamique sont proposées. La programmation multiparamétrique est utilisée pour la prise en compte des grosses incertitudes. Ces résultats ont été appliqués à la gestion d'énergie d'un bâtiment photovoltaïque et à la prévention de blackouts par un délestage intelligent.

Cette thèse a conduit à la mise au point de deux nouvelles approches statistiques pour l'identification automatique de populations cellulaires en cytometrie de flux multiparamétrique, et ceci pour le traitement d'un grand nombre d'échantillons, chaque échantillon étant prélevé sur un donneur particulier. Ces deux approches répondent à des besoins exprimés dans le cadre du projet Labex «Milieu Intérieur». Dix panels cytométriques de 8 marqueurs ont été sélectionnés pour la quantification des populations principales et secondaires présentes dans le sang périphérique. Sur la base de ces panels, les données ont été acquises et analysées sur une cohorte de 1000 donneurs sains.Tout d'abord, nous avons recherché une quantification robuste des principales composantes cellulaires du système immunitaire. Nous décrivons une procédure computationnelle, appelée FlowGM, qui minimise l'intervention de l'utilisateur. Le cœur statistique est fondé sur le modèle classique de mélange de lois gaussiennes. Ce modèle est tout d'abord utilisé pour obtenir une classification initiale, le nombre de classes étant déterminé par le critère d'information BIC. Après cela, une méta-classification, qui consiste en l'étiquetage des classes et la fusion de celles qui ont la même étiquette au regard de la référence, a permis l'identification automatique de 24 populations cellulaires sur quatre panels. Ces identifications ont ensuite été intégrées dans les fichiers de cytométrie de flux standard (FCS), permettant ainsi la comparaison avec l'analyse manuelle opérée par les experts. Nous montrons que la qualité est similaire entre FlowGM et l'analyse manuelle classique pour les lymphocytes, mais notamment que FlowGM montre une meilleure discrimination des sous-populations de monocytes et de cellules dendritiques (DC), qui sont difficiles à obtenir manuellement. FlowGM fournit ainsi une analyse rapide de phénotypes cellulaires et se prête à des études de cohortes.A des fins d'évaluation, de diagnostic et de recherche, une analyse tenant compte de l'influence de facteurs, comme par exemple les effets du protocole, l'effet de l'âge et du sexe, a été menée. Dans le contexte du projet MI, les 1000 donneurs sains ont été stratifiés selon le sexe et l'âge. Les résultats de l'analyse quantitative faite avec FlowGM ont été jugés concordants avec l'analyse manuelle qui est considérée comme l'état de l'art. On note surtout une augmentation de la précision pour les populations CD16+ et CDC1, où les sous-populations CD14loCD16hi et HLADRhi CDC1 ont été systématiquement identifiées. Nous démontrons que les effectifs de ces deux populations présentent une corrélation significative avec l'âge. En ce qui concerne les populations qui sont connues pour être associées à l'âge, un modèle de régression linéaire multiple a été considéré qui fournit un coefficient de régression renforcé. Ces résultats établissent une base efficace pour l'évaluation de notre procédure FlowGM.Lors de l'utilisation de FlowGM pour la caractérisation détaillée de certaines sous-populations présentant de fortes variations au travers des différents échantillons, par exemple les cellules T, nous avons constaté que FlowGM était en difficulté. En effet, dans ce cas, l'algorithme EM classique initialisé avec la classification de l'échantillon de référence est insuffisant pour garantir l'alignement et donc l'identification des différentes classes entre tous échantillons. Nous avons donc amélioré FlowGM en une nouvelle procédure FlowGMP. Pour ce faire, nous avens ajouté au modèle de mélange, une distribution a priori sur les paramètres de composantes, conduisant à un algorithme EM contraint. Enfin, l'évaluation de FlowGMP sur un panel difficile de cellules T a été réalisée, en effectuant une comparaison avec l'analyse manuelle. Cette comparaison montre que notre procédure Bayésienne fournit une identification fiable et efficace des onze sous-populations de cellules T à travers un grand nombre d'échantillons. / In the course of my Ph.D. work, I have developed and applied two new computational approaches for automatic identification of cell populations in multi-parameter flow cytometry across a large number of samples. Both approaches were motivated and taken by the LabEX "Milieu Intérieur" study (hereafter MI study). In this project, ten 8-color flow cytometry panels were standardized for assessment of the major and minor cell populations present in peripheral whole blood, and data were collected and analyzed from 1,000 cohorts of healthy donors.First, we aim at robust characterization of major cellular components of the immune system. We report a computational pipeline, called FlowGM, which minimizes operator input, is insensitive to compensation settings, and can be adapted to different analytic panels. A Gaussian Mixture Model (GMM) - based approach was utilized for initial clustering, with the number of clusters determined using Bayesian Information Criterion. Meta-clustering in a reference donor, by which we mean labeling clusters and merging those with the same label in a pre-selected representative donor, permitted automated identification of 24 cell populations across four panels. Cluster labels were then integrated into Flow Cytometry Standard (FCS) files, thus permitting comparisons to human expert manual analysis. We show that cell numbers and coefficient of variation (CV) are similar between FlowGM and conventional manual analysis of lymphocyte populations, but notably FlowGM provided improved discrimination of "hard-to-gate" monocyte and dendritic cell (DC) subsets. FlowGM thus provides rapid, high-dimensional analysis of cell phenotypes and is amenable to cohort studies.After having cell counts across a large number of cohort donors, some further analysis (for example, the agreement with other methods, the age and gender effect, etc.) are required naturally for the purpose of comprehensive evaluation, diagnosis and discovery. In the context of the MI project, the 1,000 healthy donors were stratified across gender (50% women and 50% men) and age (20-69 years of age). Analysis was streamlined using our established approach FlowGM, the results were highly concordant with the state-of-art gold standard manual gating. More important, further precision of the CD16+ monocytes and cDC1 population was achieved using FlowGM, CD14loCD16hi monocytes and HLADRhi cDC1 cells were consistently identified. We demonstrate that the counts of these two populations show a significant correlation with age. As for the cell populations that are well-known to be related to age, a multiple linear regression model was considered, and it is shown that our results provided higher regression coefficient. These findings establish a strong foundation for comprehensive evaluation of our previous work.When extending this FlowGM method for detailed characterization of certain subpopulations where more variations are revealed across a large number of samples, for example the T cells, we find that the conventional EM algorithm initiated with reference clustering is insufficient to guarantee the alignment of clusters between all samples due to the presence of technical and biological variations. We then improved FlowGM and presented FlowGMP pipeline to address this specific panel. We introduce a Bayesian mixture model by assuming a prior distribution of component parameters and derive a penalized EM algorithm. Finally the performance of FlowGMP on this difficult T cell panel with a comparison between automated and manual analysis shows that our method provides a reliable and efficient identification of eleven T cell subpopulations across a large number of samples.

Le suivi des changements dans les populations de cellules immunitaires tels que les lymphocytes, monocytes et cellules dendritiques (DC) au cours de maladies infectieuses comme le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) chez l’homme ou son équivalent chez le singe (VIS) est crucial. Grâce aux récentes avancées technologiques en cytométrie en flux, il est maintenant possible de mesurer et d’analyser simultanément jusqu'à 14 paramètres individuels à l’échelon cellulaire. L'objectif de ce travail consiste en la mise au point de 2 panels multicouleurs de 12 anticorps permettant d'analyser simultanément les principales populations de cellules immunitaires, respectivement chez l’humain et le macaque rhésus. Au terme de ce travail, il est maintenant possible de mesurer précisément tous les principaux acteurs du système immunitaire, à savoir les lymphocytes T CD4+ et T CD8+, les lymphocytes B, les cellules NK et NKT, les sous-populations de monocytes, et toutes les sous-populations de cellules dendritiques connues à ce jour, en utilisant une approche multiparamétrique de cytométrie en flux. Ce protocole d’analyse est réalisé sur du sang total, il est rapide, il n’implique pas de technique d’isolation cellulaire, et requiert une quantité minimum de sang. De plus, l’analyse de chaque population cellulaire est plus précise grâce à une contamination minimum entre les populations séparées. L’intérêt de ce travail est d’étudier les interactions entre les différentes populations de cellules immunitaires durant l’infection par VIH chez l’homme, ou VIS chez le singe ou potentiellement d‘autres maladies, et en particulier de mieux comprendre le rôle important que les cellules dendritiques jouent dans la progression de ces maladies. / Monitoring changes in immune cell populations such as lymphocytes, monocytes and dendritic cells (DC) during infectious diseases like human immunodeficiency virus (HIV) or its counterpart in rhesus monkeys (SIV) is crucial. Thanks to recent technological advances in flow cytometry, it is now possible to measure and analyze simultaneously up to 14 individual parameters at the single cell level.The goal of this work is to develop 2 multicolor flow cytometry panels comprising of 12 antibodies, allowing measuring simultaneously the main immune cells population, respectively in humans and rhesus monkeys. After 2 years of development and optimization, we can now measure precisely all the main actors of the immune system, that is CD4+ and CD8+ T lymphocytes, B lymphocytes, NK and NKT cells, the 3 monocyte subsets, and all the dendritic cell subsets known today, by using a multicolor flow cytometry approach. This assay is done on whole blood, it is rapid to do, it does not involve a cell isolation technique, and it requires only a minimum amount of blood. Moreover, the analysis of each population is much more precise because of a minimum contamination between different cell populations. The advantage of this work is to study interactions between different cell populations of immune cells during HIV infection in humans, or SIV infection in monkeys, or potentially other diseases, and in particular to better understand the important role that dendritic cells might play in disease progression.