Le glaucome est une neuropathie optique associée à une augmentation de la pression intraoculaire (PIO). L’élévation de la PIO est due à la dégénérescence progressive du trabéculum. Les traitements antiglaucomateux vise à réduire la PIO, cependant il n’existe aucun traitement ciblant la dégénérescence du trabéculum. Les cellules souches mésenchymateuses (CSMs) sont utilisées comme outils thérapeutiques dans différentes pathologies dégénératives. Elles sécrètent un panel de molécules qui sont décrit comme atténuant les processus dégénératifs. L’objectif de ce travail a été d’évaluer l’intérêt des CSMs dans la prise en charge du glaucome. La caractérisation des CSMs ont été mis au point à partir de culture primaire de moelle osseuse de rat. En parallèle, un modèle expérimental de glaucome par cautérisation des veines épisclérales (EVC) a été réalisé. Nous nous sommes intéressés à l’effet de l’injection intracamérulaire des CSMs dans ce modèle. Les CSMs sont retrouvées incorporées aux tissus autour et dans le trabéculum. Les résultats obtenus in vivo montrent une diminution de la PIO par l’injection des CSMs préservant ainsi les cellules ganglionnaires périphériques de la rétine (CGRs). Par une approche in vitro, nous avons également caractérisé les effets du sécrétome des CSMs sur les cellules impliquées dans la pathologie glaucomateuse: les cellules trabéculaires et les cellules ganglionnaires de la rétine. Ces résultats ont permis de montrer que l’injection intracamérulaire de CSMs permettrait de protéger la fonction de régulation de la PIO et de protéger les CGRs dont la mort est responsable de la diminution de l’acuité visuelle chez le patient glaucomateux. / Glaucoma is a sight-threatening retinal neuropathy associated with elevated intraocular pressure (IOP) due to degeneration and fibrosis of the trabecular meshwork (TM). Glaucoma medications aim to reduce IOP without targeting the specific TM pathology, which could explain treatment failure observed in some cases. Bone-marrow mesenchymal stem cells (MSCs) are used today in various clinical studies to treat various degenerative processes. Here, we investigated the potential of MSC therapy in an ocular hypertension model. We demonstrated a rapid and long-lasting in vivo effect of MSC transplantation that significantly reduced IOP in hypertensive eyes induced by episcleral vein cauterization (EVC). MSCs were found located to the ciliary processes and the TM and are able to survive at these places. Enumeration of retinal ganglion cells (RGCs) on whole flat-mounted retina highlighted a protective effect of MSCs on RGC death. In vitro, the effect of MSC-conditioned medium (MSC-CM) on both the primary human trabecular meshwork (hTM) and RGCs showed that MSC-CM promotes: (i) hTM survival by activating the antiapoptotic pathway, Akt, (ii) hTM decontractibility as analyzed by the decrease in myosin phosphorylation and (iii) inhibition of TGF-β2-dependent profibrotic phenotype acquisition in hTM, (iiii) RGC survival and neuritic outgrowth in vitro. Finally, MSCs injection in the ocular anterior chamber in a rat model of ocular hypertension provides a neuroprotective effect in the glaucoma pathophysiology directly on RGC and indirectly via TM protection. These results originally demonstrate that MSCs represent promising tool for treating ocular hypertension and retinal cell degeneration.

Les récentes normes environnementales et les demandes de réduction des émissions et de consommation de carburants des moteurs essence exigent de nouvelles stratégies de combustion par lesquels le mélange air/essence devrait être méticuleusement commandé en temps réel par un capteur de pression. Le contrôle de la pression cylindre est une technologie principale qui permet une coordination optimisée du mélange air/carburant, et la recirculation des gaz d'échappement par la rétroaction de contrôle. A ce jour, la mesure de pression cylindre en temps réel n'est pas fournie même sur les voitures récentes. Jusqu'à présent cette mesure a été mise en application sur des moteurs spécifiques pour le développement d'applications particulières telles que le contrôle moteur. Plusieurs obstacles empêchent l'intégration des capteurs de pression sur les nouveaux moteurs; le coût de production élevé de ces dispositifs et leurs implémentations complexe sur les moteurs standards retarde leur développement.Le capteur de pression GCS™ (Gasoline Combustion Sensor) est un capteur non-intrusif de pression cylindre intégré dans une bougie d'allumage qui a un accès direct à la chambre de combustion. Il répond aux contraintes d'intégration automobile, de performance et de fiabilité, et permet la mesure de pression jusqu'à 200bar et du cliquetis. Ce type de capteur permet le suivi de combustion en temps réel exigé pour la combustion par auto-allumage par laquelle la rétroaction rapide des événements de combustion permet la gestion étincelle/carburant dans chaque cylindre. Il agit sur l'allumage aussi bien que sur l'injection pour optimiser la combustion et réduire la consommation de carburant d'environ 1.4% et les émissions de polluants d'environ 10%.La présente thèse concerne le développement d'un capteur de pression fiable et bas-cout qui sera une condition de base pour les prochaines générations de moteurs. Cette étude concerne deux types d'éléments sensibles différents. L'un est basé sur une céramique piézoélectrique, et l'autre comporte un système piézo-résistif de jauges de contraintes sérigraphiées sur l'isolant céramique de la bougie d'allumage. Durant cette analyse, des problèmes mécaniques ont été soulignés et une section a été consacrée pour résoudre le problème de transmission de pression à l'élément sensible réduisant les bruits mécaniques notamment. Différents concepts mécaniques ont été développés et regroupés sous plusieurs familles, dont deux catégories ont été retenues pour la suite du développement.Le premier chapitre décrit le projet d'un vue globalement, les caractéristiques du capteur et le principe de mesure. Le second chapitre se rapporte à l'élément sensible et la description des technologies utilisées. Le développement mécanique du corps d'épreuve du capteur basé sur un élément sensible piézoélectrique sera présenté en détail dans le troisième chapitre. Le quatrième chapitre comprend la caractérisation des deux types de capteurs piézoélectriques et piézo-résistifs. Le cinquième chapitre décrit le traitement du signal issu de l'élément sensible et le packaging du capteur. Le dernier chapitre présente une perspective d'optimisation du dispositif. / Recent environmentally-friendly norms and global demands for lower emissions and lower fuel consumption on gasoline engines require innovative combustion strategies, whereby air/fuel mixture should be meticulously controlled through a real time pressure feed-back sensor. In-cylinder pressure control has shown to be a key technology that enables an optimized coordination of an air/fuel mixture, and exhaust gas recirculation through closed loop control.Nowadays real time in-cylinder pressure measurement is not provided on passenger's cars. Thus far it has been implemented on specific engine for development of particular applications such as engine control. Several obstacles prevent the integration of pressure sensors on new engines such as high production cost of this device and its complex implementation on a standard engine. The Gasoline Combustion Sensor™ (GCS) is a non-intrusive in-cylinder pressure sensor integrated into a spark plug which has direct access to the combustion chamber. It answers the automotive integration constraints performance and reliability and allows in-cylinder pressure measurement up to 200bar, knock and misfiring detection.Such sensors allow for combustion follow-up in a real-time direct mode required for auto ignition combustion whereby fast feedback of combustion events enables fine tuning and individual cylinder spark/fuel management. It operates on the ignition as well as on the injection to optimize the combustion and reduce fuel consumption by an average of 1.4% under steady-state conditions, which will reduce harmful emissions by about 10%. The present thesis relates to the development of a low-cost pressure sensor which will be a basic requirement for future engine generations. It consists on two different sensing element types, one is based on piezoelectric ceramic, and the other comprises piezo-resistive strain gauge system directly embedded on the ceramic insulator. During this analysis, mechanical problems have been emphasized and a section was dedicated to resolve the problem of the pressure transmission to the sensing element reducing structure-borne noise on the sensor. Different mechanical concepts have been developed, where two categories have been selected.Chapter one describes the project in a global overview including sensor specifications and sensing principle, chapter two relates to the sensing element materialization including technology description. Proof body development based on piezoelectric sensor will be presented in detail in chapter three, while chapter four contains device characterization of both sensor types piezoelectric and piezo-resistive. Chapter five describes the signal processing and sensor packaging, and chapter six gives an optimization perspective of the device.

La pression est un paramètre physique qui modifie les interactions structurales, électroniques et magnétiques dans les matériaux. Créer une très haute pression permet donc la synthèse de nouveaux matériaux, comme par exemple des supraconducteurs ayant des valeurs de température critique record. Ces pressions peuvent être générées au moyen d’une cellule à enclume de diamant (DAC) qui peut comprimer un matériau jusqu’à des pressions de plusieurs centaines de GPa. Il est cependant difficile de caractériser les propriétés magnétiques de matériaux à l’intérieur d’une DAC à cause du très faible volume occupé par l’échantillon et des contraintes techniques. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser une technique de magnétométrie optique fondée sur la résonance de spin électronique de centres colorés NV du diamant. Ces centres NV sont fabriqués à la surface d’une des deux enclumes de la DAC et sont ainsi au contact de l’échantillon magnétique à caractériser.Dans un premier chapitre, nous rappelons le fonctionnement de la DAC et décrivons les techniques de mesures magnétiques développées pour la physique des hautes pressions. Nous présentons ensuite le principe de la magnétométrie à centres NV et l’appliquons à la mesure de l’aimantation d’un micro-aimant à pression ambiante. La sensibilité de cette mesure atteint celle des magnétomètres à SQUID. Le troisième chapitre discute de la façon dont les contraintes mécaniques modifient la résonance de spin du centre NV, et détaille la manière dont cet effet se combine avec celui dû à un champ magnétique externe. La possibilité de découpler les deux effets nous permet d’observer la transition de phase magnétique du fer autour de 15 à 30 GPa dans le quatrième chapitre. Enfin, le dernier chapitre décrit le contexte et les enjeux liés à la synthèse d’hydrures supraconducteurs à haute température critique. Nous montrons ensuite qu’il est possible de détecter optiquement une phase supraconductrice à l’intérieur d’une DAC en utilisant les centres NV pour observer l’effet Meissner de MgB2 à une pression de 7 GPa et avec une température critique de 30 K. / Pressure is a physical variable that alters structural, electronic and magnetic interactions in all materials. Reaching high pressure is thus a way to create new materials such as superconductors with record critical temperatures. High pressures can be enabled through the use of diamond anvil cells (DAC), which can attain pressures of several hundred of GPa. It is however quite a challenge to measure magnetic properties of materials inside a DAC because of the very small sample volume available and of technical constraints. In this PhD thesis, we demonstrate the use of a magnetometry method based on the electronic spin resonance of NV centers in diamond. These NV centers are fabricated directly on top of one of the DAC anvils, which places them in contact with the magnetic sample.In the first chapter, we describe how the DAC works and we present the different ways of probing magnetic properties that have been developed for high pressure conditions. We then explain the operating principle of NV magnetometry and use this method to measure the magnetization of a micro-magnet at ambient pressure. The sensitivity of this measure is comparable to that of SQUID magnetometry. In the third chapter, we discuss how mechanical constraints modify the spin resonance of the NV center, and describe how this effect combines with the influence of an external magnetic field. By decoupling these two effects, we can observe the magnetic phase transition of iron around 15 to 30 GPa, which is displayed in the fourth chapter. Finally, the last chapter briefly presents the context and stakes associated with the synthesis of superconducting superhydrides with high critical temperature. We perform an optical detection of a superconducting phase inside a DAC with NV centers through the observation of the Meissner effect in MgB2 at a pressure of 7 GPa and with a critical temperature of 30 K.

La série de RMn2O5 multiferroïques a été largement étudiée en raison de son fort couplagemagnéto-électrique. L’origine de la ferroélectricité a été clarifiée en tant que mécanisme de strictiond’échange. Comme les variations des distances interatomiques modifiées par la pression externe peuventgrandement affecter les propriétés multiferroïques, il est essentiel de comprendre l’origine microscopiquede cet effet.Nous avons déterminé la structure magnétique de la phase magnétique commensurable induite parla pression (PCM) et dessiné le diagramme de phase p − T. Sur la base d’un équilibre énergétique subtilentre l’interaction d’échange J1, l’interaction d’échange R-Mn J6 et l’anisotropie de la terre rare, nousavons proposé un mécanisme de stabilisation des différentes phases magnétiques en fonction de la pressionpour les différents composés avec R=Dy, Gd et Sm. L’augmentation de J1 sous pression à températureambiante obtenue grâce à l’étude par diffraction X confirme ce mécanisme. Une explication supplémentairea été proposée pour le cas particulier de PrMn2O5. Ces résultats ouvrent certainement la voie à unecompréhension complète de l’origine de l’influence de la pression dans la famille RMn2O5. / The series of multiferroic RMn2O5 has been extensively studied due to its strong magnetoelectriccoupling. The ferroelectricity origin has been clarified as the exchange striction mechanism. As thevariations of the interatomic distances modified by the external pressure can greatly affect the multiferroicproperties, it is essential to understand the microscopic origin of this effect.In this thesis, we have systematically studied the multiferroic properties of the RMn2O5 compounds byusing powder X-rays diffraction and powder neutron diffraction (PND) under pressure. We have determinedthe magnetic structure of the pressure induced commensurate magnetic (PCM) phase and drawn the p − Tphase diagram. Based on a subtle energy balance among the exchange interaction J1, the R-Mn exchangeinteraction J6 and the anisotropy of the rare earth, we have proposed a mechanism for stabilizing thedifferent magnetic phases as a function of the pressure for the different compounds with R = Dy, Gd andSm. The enhanced J1 under pressure at room temperature from the X-ray diffraction study further confirmsthis mechanism. An additional explanation has been proposed for the special case of the PrMn2O5. Theseresults certainly pave the way to fully understand the origin of the pressure influence in the RMn2O5 family

La plupart des matériaux étudiés en physique de la matière condensée sont à base de fermions massifs vérifiant les relations de dispersion paraboliques usuelles. Récemment, sont apparus un certain nombre de matériaux dotés de relations de dispersion linéaires : le graphène, système purement bidimensionnel et les isolants topologiques, composés tridimensionnels à base de Bismuth où les fermions de Dirac surfaciques coexistent avec les fermions massifs volumiques. À côté de ces deux grandes familles de matériaux de Dirac, on trouve le composé organique α-(BEDT-TTF)2I3, un système quasi-bidimensionnel du point de vue du transport électronique en raison de sa structure cristalline lamellaire et qui présente une phase de Dirac sous forte pression hydrostatique (P>1,5 GPa). Cette phase de Dirac est singulière puisque ses cônes de Dirac sont inclinés, et donc fortement anisotropes, et qu'ils émergent aux côtés d'une bande de porteurs de charge massifs. Ce travail de thèse porte ainsi sur l'étude, à la fois expérimentale et théorique, des effets des spécificités de la phase de Dirac du α-(BEDT-TTF)2I3 sur son transport électronique en régime quantique. Il examine notamment plusieurs modèles théoriques pour tenter d'interpréter les oscillations quantiques apériodiques mesurées dans le composé organique, ainsi que l'impact de l'inclinaison des cônes de Dirac. Les effets de dopage, surfacique et volumique, sur le α-(BEDT-TTF)2I3 sont également discutés. / The physics of most of the materials studied within condensed matter are based on massive fermions which verify the usual parabolic dispersion relations. Recently, a certain number of materials with linear dispersion relation have appeared: graphene, purely bidimensional and topological insulators, tridimensional compounds based on Bismuth where the surfacic Dirac fermions coexist with bulk massive fermions. Alongside these two families of Dirac materials, there is the organic α-(BEDT-TTF)2I3 compound, a quasi-bidimensional system from an electronic transport point of view because of its lamellar crystalline structure and which exhibits a Dirac phase under high hydrostatic pressure (P>1,5 GPa). This Dirac phase is singular: the Dirac cones are tilted, and highly anisotropic, and they emerge with a massive band. This work is then focus on the study, experimentally and theoretically, of the effects of the α-(BEDT-TTF)2I3 Dirac phase specificities on its electronical transport in quantum regime. It examines particularly several theoretical models to understand the aperiodic quantum oscillations measured in the organic compound, and the impact of Dirac cones tilting. Doping effects, surfacic and in the bulk, on the α-(BEDT-TTF)2I3 are also discussed.

Dans les analyses de sûreté du futur réacteur à fusion ITER, on anticipe un accident de perte de vide susceptible de mettre en suspension des particules produites et déposées sur les parois du tore. L’objectif de cette thèse est de fournir des données expérimentales fiables afin de développer et valider un modèle de mise en suspension (MES), prenant en compte la basse pression et prévoyant les fractions de particules mobilisées lors d’un tel évènement. Pour ce faire, des expériences ont été effectuées en fonction des paramètres clés — diamètre des particules, vitesse de frottement et masse volumique — entrant dans le mécanisme de MES. L’analyse de la granulométrie des particules de tungstène produites en tokamak met en évidence des diamètres allant de 0,1 à 10 µm. Les résultats expérimentaux de MES de dépôts monocouche sont en bon accord avec le model Rock’nRoll lorsque les particules sont uniquement mobilisée par le fluide. Cependant, une mobilisation des particules fines par agglomération, non prise en compte dans les modèles de MES, a été mise en évidence. Mes expériences ont aussi révélé l’importance de la structure (porosité et épaisseur) des dépôts multicouches dans le mécanisme de MES avec, là encore, une mobilisation par agglomération de particules. L’effet de la basse pression dans la mise en suspension a été étudié entre 10 et 1 000 mbar et doit se poursuivre à plus basse pression. Mes résultats de MES montrent une réduction du frottement dans les forces aérauliques à basse pression. Enfin, les mesures de la cinétique du phénomène de MES ont mis en évidence trois zones distincts avec un effet à court terme, un effet à long terme et une zone de transition qui devront être pris en compte dans un calcul de MES. / In ITER, a loss of vacuum accident is likely to re-suspended particles produced and deposited on the torus walls. The thesis purpose is to provide reliable experimental data to develop and validate a re-suspension model, taking into account the low pressure and predicting the amount of particles mobilized during such event. Experiences were carried out as a function of key parameters — particle diameter, friction velocity and density of the atmosphere — entering in the re-suspension mechanism. The size distribution of tungsten particles specific to fusion reactors was obtained from a collection in the AUG tokamak: modes at 0,8 µm and at 1,6 µm. The adhesion forces, adjustment parameters of most re-suspension models, were measured by Atomic Forces Microscopy (AFM). Experimental data of re-suspension of monolayer and multilayers deposits were acquired in two wind-tunnels: BISE-II (Saclay) and AWTS-II (Aarhus). For the monolayer deposits, the re-suspended particle fractions were measured by size bins, for friction velocities of 1.0 and 1.5 m.s-1 at 1,000 mbar, and of 1.0 m.s-1 at 300 mbar. Regarding the multilayers deposits, the re-suspension was measured for five surrounding pressures (25, 60, 10, 300 and 1,000 mbar), constituting a valuable data base for the development of a re-suspension model taking into account the mobilisation by particle clustering and the effect of a low pressure. Finally, measurements of the MES phenomenon kinetic highlighted three distinct regions with a short-term effect, long-term effect and a transition region which must be taken into account in a MES calculation.

Ce travail de thèse porte sur une série d’échantillons de composition nominale AgBiSe2-xSx (avec x= 0 à 2), appartenant à la famille des chalcogénures ternaires de type I-V-VI₂. Les analyses structurales et thermiques ont mis en évidence une solution solide complète sans gap de miscibilité, et des transitions de phase pour toutes les compositions. Nous avons pu obtenir des composés monophasés à la fois des phases hexagonale et cubique, et notre étude de DRX en température à mis en évidence une phase rhomboédrique pour certaines compositions (x=1 à 2 dans AgBiSexS2-x). Les résultats de DSC ont confirmé la présence de transitions de phase pour toutes les compositions, avec un déplacement des températures de transition en fonction de la fraction de soufre/sélénium. Notre étude de DRX sous pression de l’échantillon AgBiSe₂ a montré une transition de phase induite par la pression d’une phase hexagonale à rhomboédrique puis cubique. Suite à cette observation, l’application d’une pression chimique, par la substitution de 30% du Bi par du Sb a été utilisée avec succès pour stabiliser la phase cubique pour toutes les compositions. Le dopage par Nb des échantillons substitués par l’antimoine l’a pas eu d’influence sur la nature des phases stables à l’ambiante en comparaison aux échantillons non dopés. Nous avons ensuite étudié l’influence du dopage sur les propriétés de transport. Les valeurs négatives de S pour toutes les compositions indiquent un comportement de semi-conducteur de type n dans la gamme (50-300K). Par ailleurs, nos mesures ont montré à a fois de très faibles valeurs de κ mais aussi une décroissance de ∣S∣ et ρ avec l’augmentation de la fraction de Nb. Ces résultats devraient permettre d’optimiser le facteur de puissance pour améliorer les valeurs de ZT. Enfin, une étude en collaboration avec une équipe chinoise a permis d’obtenir une valeur de ZT de 1.3 à 890K dans un composé AgPbmSnSe₂. / Here, we report on a series of samples with nominal compositions AgBiSe2-xSx (with x= 0 to 2) belonging to the class of ternary chalcogenides of type I-V-VI₂. The structural and thermal analysis result shows a complete solid solution without miscibility gap and phase transitions for all compositions. We have succeeded in obtaining single phase compounds, of both hexagonal and cubic phase, and the high temperature XRD study showed the rhombohedral phase too for selected compositions (x=1 to 2 in AgBiSexS2-x). The DSC results confirmed the presence of the phase transitions for all compositions, with a shift of the temperature of transition as a function of the sulfur/selenium fraction. The high pressure XRD investigation of the compound AgBiSe₂ showed a pressure induced phase transition from hexagonal-to-rhombohedral-to-cubic phase. In this respect, chemical pressure with 30% Sb on the Bi site has been successfully applied to stabilize the cubic phase for all compositions. Nb doping in the Sb-substituted samples does not show any change in the phase behavior at RT in comparison with the undoped samples. The influence of doping on transport properties was analyzed. The negative value of S for all compositions indicates n-type semiconducting behavior over the range (50-300K). Further, the results not only shows very low value of κ but the ∣S∣ and ρ value also decreases for each composition from Nb fraction 0.02 to 0.04. This gives us the opportunity to optimize the power factor in order to improve the ZT value. At last, collaborative study with Chinese team showed that ZT of 1.3 at 890 K can be achieved for AgPbmSnSe2+m (m = 50).

Le marché des capteurs de pression pour le secteur aéronautique est mature mais encore en forte croissance, caractérisé par une forte valeur ajoutée, et générateur d'une forte demande en innovation. Par exemple, le rapprochement des systèmes de mesure vers les zones chaudes de l'avion nécessite de revoir l'architecture du capteur, dont l'élément sensible.Pour répondre à ces besoins, nous avons développé un capteur de pression intégrant une détection du mouvement d'un microrésonateur sur membrane avec des nanofils en silicium piezorésistifs. Une version simplifiée de microrésonateur sans ces nanojauges de déformation a été conçue, modélisée, fabriquée puis caractérisée afin d'en valider le bon fonctionnement. En parallèle, les caractéristiques électro-thermo-mécaniques et de bruit de nanojauges couplées à des résonateurs M&NEMS issus de précédents travaux ont été étudiées. Nous avons ainsi montré qu'un nanofil en compression harmonique longitudinale à basse fréquence se comporte comme un ressort-amorti pouvant dominer la réponse harmonique du résonateur MEMS, malgré ses dimensions minuscules. De plus, nous avons montré pour la première fois que la réponse harmonique d'un résonateur pouvait être ajustée « in-situ » à l'aide du phénomène de rétro-action pieozorésistive en modifiant uniquement la polarisation des nanofils. Enfin, les performances théoriques du capteur de pression ont été estimées à partir de données expérimentales relevées sur différents types de résonateurs M&NEMS. Ces performances théoriques sont satisfaisantes vis-à-vis des spécifications du capteur, mais nécessiteront néanmoins d'être validées expérimentalement. / The market of pressure sensors for aeronautics is mature but still strongly growing, defined by a strong added value and a large innovation need. Bringing pressure sensors closer to hot parts of the plane, requires, for example, to re-consider the sensor architecture, including the sensitive element.In order to comply with these requirements, we have developed a resonant pressure sensor with motion detection by Si piezoresistive nanowires. A simplified version of the resonator without these nanogauges has been modelled, fabricated and characterized to confirm its good operation. In parallel, electro-thermo-mechanical and noise characteristics of nanogauges coupled to M&NEMS resonators arising from previous works have been studied. We have notably demonstrated that the damped-spring behavior of an harmonically longitudinally stressed nanowire at low frequency could govern the MEMS resonator response, despite its tiny dimensions. Moreover, we have shown for the first time that the resonator response could be tuned “in situ” owing to the piezoresistive back action phenomenon only by acting on the nanowire biasing.Eventually, the theoretical performances of the resonant pressure sensor have been estimated from experimental data on different kind of M&NEMS resonator. These theoretical performances satisfy the sensor specifications; nevertheless they need to be confirmed experimentally.

Les maladies cardiovasculaires représentent la première cause de mortalité dans le monde. L’hypertension artérielle et l’hypertrophie du ventricule gauche en constituent deux facteurs de risque souvent asymptomatiques. Dans ce contexte, la pression aortique s’impose comme un indicateur de la santé cardiovasculaire reflétant non seulement les propriétés biomécaniques des artères centrales mais aussi la post-charge ventriculaire. La mesure de ce paramètre hémodynamique est donc cruciale pour le diagnostic et la prise en charge thérapeutique. L’objectif de ce travail est d’estimer non-invasivement la pression aortique en couplant l’Imagerie par Résonance Magnétique Cardiovasculaire (IRM-CV) à la modélisation de l’écoulement sanguin. Nous avons ainsi opté pour un modèle biomécanique unidimensionnel (1D) réduit, prenant en compte l’interaction du sang avec la paroi élastique de l’aorte. Ce segment 1D est couplé en sortie à un modèle Windkessel, dit 0D, modélisant l’ensemble du réseau vasculaire en aval de l’aorte. Les paramètres locaux du modèle 1D ainsi que ses conditions aux limites (conditions d'entrée et paramètres du modèle 0D) sont déterminés à partir des données acquises non-invasivement par IRM-CV. Cela permettrait des prédictions 1D spécifiques à chaque sujet/patient. Nous avons évalué la validité du modèle sur des fantômes d’aorte saine et pathologique. Un banc expérimental compatible avec l’IRM a été mis en œuvre; il reproduit au mieux l’écoulement aortique in vivo. Des mesures de pression invasives ont été confrontées à celles prédites par le modèle 1D. Nous avons également évalué la sensibilité du modèle 1D aux paramètres d’entrée. / Cardiovascular (CV) diseases remain the most common cause of death worldwide. Hypertension and left ventricle hypertrophy are two major risk factors associated to such diseases. In this context, aortic blood pressure is considered as a biomarker of increased CV risk and, more generally, a CV health indicator. In fact, it encodes information about biomechanical properties of central elastic arteries and represents left ventricle afterload. Assessment of this hemodynamic parameter is thus crucial for CV disease diagnosis and for evaluating therapeutic benefits. The aim of this work is to non-invasively assess the aortic blood pressure by coupling CV Magnetic Resonance Imaging (CV-MRI) to blood flow modeling. We thus developed a reduced one-dimensional (1D) flow model taking into account the fluid-structure interaction. A Windkessel (or zero-dimensional (0D)) model describing the arterial tree downstream of the aorta was coupled to the 1D segment. Both 1D model parameters and boundary conditions (inlet condition and 0D model parameters) were non-invasively determined using CV-MRI data. This gives the opportunity of deriving subject- or patient-specific blood flow models. To validate our approach, we applied our model to both healthy and pathologic aorta phantoms. Each phantom was mounted in an experimental setup reproducing as well as possible in vivo aortic flow and compatible with the MRI environment. Invasive pressure recording was compared to predicted pressure waves. We also performed a sensitivity analysis of our reduced 1D model.

La modélisation des hydrosystèmes souterrains est devenue un outil crucial dans la gestion des ressources d'eaux souterraines ainsi que pour la surveillance des sites contaminés. L'objectif de ce travail de thèse est de modéliser l'écoulement d'une phase non-aqueuse liquide dense (DNAPL) dans les sols, et de développer un code pour la simulation des écoulements triphasiques de fluides incompressibles en milieux poreux. Le modèle mathématique pour les écoulements multiphasiques de fluides en milieux poreux est généralement constitué d'une équation de pression et de deux équations de saturation. Notre approche est fondée sur une formulation en pression globale : elle permet un découplage partiel des équations de pression et de saturations, et elle est plus efficace en termes de résolution numérique. Le nouveau modèle est discrétisé selon un schéma IMPES. Dans ce travail de thèse, la méthode des Eléments Finis Discontinus de Galerkine est combinée à un schéma de Godunov généralisé pour la résolution de la partie convective de l'équation de saturation. Un écoulement diphasique non miscible avec effets gravitaires importants et sans capillarité a été simulé. Une analyse fonctionnelle démontre que le profil de saturation de la phase non-aqueuse entrante dépend essentiellement du rapport de la vitesse totale sur la différence de densité entre la phase non aqueuse et l'eau. Le code développé a permis de simuler un drainage gravitaire à grande échelle. Enfin, un modèle numérique non-linéaire d'écoulement triphasique de fluides utilisant la Méthode des Lignes est introduit. Les causes d'oscillations instables du système en zone elliptique sont examinées. Des méthodes de relaxation et la construction d'un modèle de perméabilités relatives vérifiant la condition de Différentielle Totale sont envisagées. / Numerical simulation has become a crucial tool in addressing water-resource management and other environmental problems such as polluted sites monitoring. The aim of this work is to model the flow of a dense non aqueous phase liquid (DNAPL) in the subsurface by developing a numerical code to simulate three-phase (DNAPL, water, and gas), incompressible flow in porous media. The mathematical model for multiphase flow in porous media is generally composed of a system of one pressure and two saturation equations. Our approach is based on a global pressure model : it leads to a partial decoupling of the pressure and the saturation equation and is more efficient from the computational point of view. The new model is discretized by a Mixed Hybrid Finite Elements Method (MHFEM), Discontinuous Galerkin Finite Elements (DGFEM), IMPES resolution method. In this work, the DGFEM scheme is combined with a generalised Godunov scheme to solve the convective part of the saturation equation. An immiscible two-phase flow with predominant gravity effects and whithout capillary effects has been modelled. It has been shown that the saturation profile of a displacing non-aqueous phase liquid (NAPL) in an initially water-saturated porous medium depends strongly on the ratio between the total specific discharge and the density difference between the NAPL and water. The 2D-code enabled a simulation of a large-scale gravity drainage. Finally, a non-linear three-phase 1D flow formulation using Method of Lines (MOL) has been introduced. Unstable oscillatory behavior of the system when the initial state are in the elliptic region of the ternary diagram is examined. Non-equilibrium formulation and construction of relative permeability model satisfying the Total-Differential are foreseen.