The effect of the soil organic status (SOS) on the dynamics and impact of a copper contamination was investigated in a coupled field and mesocosm study with a loamy vineyard soil that had been amended with conifer compost (CC) or not amended (NA) during a previous long-term field experiment. Soil mesocosms were contaminated at 240 mg Cu kg-1 and incubated for 24 months. Cu distribution and dynamics were assessed in the solid matrix at the microscale by size fractionation of soils and in the soil solution by measuring total and free exchangeable copper concentrations (Cu2+). Copper bioavailability, CuBio, was also measured with a whole-cell biosensor. The impact of copper on soil bacterial community was evaluated through the monitoring of the amount of copper-resistant bacteria and through the variations in bacterial community structure using ARISA (Automated-Ribosomal-Intergenic-Spacer-Analysis). Results showed that copper distribution, speciation and bioavailability are strongly different in the NA and CC soils, demonstrating that the organic status of soils largely controls the solid and liquid speciation of copper as well as its availability to microorganisms. Cu was shown to be dominantly distributed in the smallest size fractions (<20µm) of both control and amended soils and also in the coarser fraction (>250µm) of the CC soil. The coarser and finest size fractions of the soil are also the ones that release more Cu2+ and CuBio, explaining thus the important amount of Cu-resistant bacteria inhabiting these fractions and the differentiated temporal impact on the structure of soil bacterial community. The distribution of cultivable bacteria varied strongly between the two soils and was found to be well correlated with the distribution of added OM that controls thus bacterial community structure. The preferential impacts of copper observed in the smallest size fractions of the non amended soil demonstrate that copper toxicity and impact is also controlled by the reactivity of the soil fractions. This reactivity controls especially the release and the liquid speciation of Cu and thus bacteria-metal contact. A clear relationship between copper speciation, bioavailability, distribution and impact was established in the present study and will permit better predicting the fate and impact of metals in soils, by accounting for microscale control of metal impact / The effect of the soil organic status (SOS) on the dynamics and impact of a copper contamination was investigated in a coupled field and mesocosm study with a loamy vineyard soil that had been amended with conifer compost (CC) or not amended (NA) during a previous long-term field experiment. Soil mesocosms were contaminated at 240 mg Cu kg-1 and incubated for 24 months. Cu distribution and dynamics were assessed in the solid matrix at the microscale by size fractionation of soils and in the soil solution by measuring total and free exchangeable copper concentrations (Cu2+). Copper bioavailability, CuBio, was also measured with a whole-cell biosensor. The impact of copper on soil bacterial community was evaluated through the monitoring of the amount of copper-resistant bacteria and through the variations in bacterial community structure using ARISA (Automated-Ribosomal-Intergenic-Spacer-Analysis). Results showed that copper distribution, speciation and bioavailability are strongly different in the NA and CC soils, demonstrating that the organic status of soils largely controls the solid and liquid speciation of copper as well as its availability to microorganisms. Cu was shown to be dominantly distributed in the smallest size fractions (<20µm) of both control and amended soils and also in the coarser fraction (>250µm) of the CC soil. The coarser and finest size fractions of the soil are also the ones that release more Cu2+ and CuBio, explaining thus the important amount of Cu-resistant bacteria inhabiting these fractions and the differentiated temporal impact on the structure of soil bacterial community. The distribution of cultivable bacteria varied strongly between the two soils and was found to be well correlated with the distribution of added OM that controls thus bacterial community structure. The preferential impacts of copper observed in the smallest size fractions of the non amended soil demonstrate that copper toxicity and impact is also controlled by the reactivity of the soil fractions. This reactivity controls especially the release and the liquid speciation of Cu and thus bacteria-metal contact. A clear relationship between copper speciation, bioavailability, distribution and impact was established in the present study and will permit better predicting the fate and impact of metals in soils, by accounting for microscale control of metal impact

Au vu de leurs différentes propriétés, les matériaux cimentaires sont largement considérés dans les différents projets de gestion de déchets radioactifs. Leurs propriétés mécaniques, leurs faibles coefficients de transport ainsi que leur capacité à fixer les principaux radionucléides sont les principaux avantages qui en font un des meilleurs choix pour la conception des barrières ouvragées.Pour les études de sûreté, leur durabilité est capitale. Au cours de la vie d’un tel dépôt,via l’infiltration d’eau ou les interfaces chimiquement agressives avec les argiles, les différents matériaux vont subir des perturbations physicochimiques qui vont altérer leurs structures et potentiellement compromettre leurs fonctions de sûreté. L’étendue de ces perturbations, fondamentale pour l’étude de sûreté, est contrôlée par les propriétés de transport de ces matériaux.Pour modéliser proprement ces phénomènes, il faut pouvoir coupler les évolutions géochimiques des matériaux tout en évaluant le transport à travers ceux-ci. C’est le but de différents codes de transport réactif, qui utilisent une loi de rétroaction pour modifier les propriétés de transport lors d’une modification de microstructure. Le problème est qu’il n’existe pas de loi de rétroaction adaptée aux matériaux cimentaires, qui possèdent une structure poreuse complexe du nanomètre jusqu’à plusieurs micromètres. En général, des lois empiriques de type Archie sont utilisées. Toutefois, même l’utilisation de lois plus sophistiquées ne permet pas de reproduire sensiblement les évolutions liées à la structure porale. Cette loi de rétroaction est probablement la principale raison pour laquelle les résultats de simulation ont du mal à reproduire lesrésultats expérimentaux. Le but de cette thèse est de proposer une meilleure loi de rétroaction et de l’intégrer dans un code de transport réactif.Pour ce faire, trois approches complémentaires ont été mises en oeuvre. La première, expérimentale,consiste en la réalisation des matériaux cimentaires les plus simples possibles :des phases C-S-H pures et une pâte de ciment modèle. Ces matériaux sont ensuite caractérisés finement :leurs propriétés de transport sont évaluées et une description fine de leur microstructure est obtenue. L’approche expérimentale consiste ensuite en la dégradation (par lixiviation et carbonatation sous eau) de la pâte de ciment modèle, afin de comprendre l’impact de ces dégradations sur la microstructure et les propriétés de transport.La deuxième partie, numérique, consiste en l’obtention d’un volume élémentaire représentatif de la pâte de ciment modèle, basée sur les caractérisations expérimentales. Différentes analyses de sensibilité et de propriétés de transport permettent de comprendre les liens entre les différents paramètres et les propriétés effectives. Ensuite, l’approche numérique modélise les dégradations.Ces approches numériques démontrent pourquoi les approches empiriques fonctionnent dans certains cas, et pas dans d’autres.La dernière partie dédiée à la modélisation mathématique développe une approche d’homogénéisation statistique de la diffusion, basée sur une description du phénomène à l’échelle du pore. Cette étude met en évidence des paramètres clés qui contrôlent les propriétés effectives de diffusion.C’est ce pour quoi il est démontré que cette approche, en plus d’être très adaptée aux matériaux cimentaires, est applicable à un large spectre de microstructures. Les paramètres mis en évidences ont intrinsèquement sensibles aux propriétés de percolation et de connectivités de la structure poreuse, qui sont centrales pour la compréhension des propriétés effectives de transport ainsi que l’impact des dégradations. La finalité de la thèse consiste en le couplage de ces différentes approches et en l’incorporation de celles-ci dans un code de transport réactif. Les résultats obtenus en utilisant différentes lois de rétroaction sont comparés entre eux. L’utilisation de lois de rétroaction basée sur l’étude tri-dimensionnelle de la microstructure améliore la comparaison aux résultats expérimentaux. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La déformation de torsion que subit un profil aérodynamique a une importance capitale car elle a une influence directe sur la valeur des incidences locales et donc sur la valeur locale des densités de portance et de traînée. L'amélioration des performances aérodynamiques passe donc par la connaissance et la maîtrise de ce vrillage. Cette thèse se propose d'y contribuer. Une des méthodes développées actuellement par de nombreux auteurs consiste à munir le profil d'actionneurs permettant de le déformer en torsion de manière à compenser tout ou partie, voire même contrer, la déformation « naturelle » de la structure. Cette méthode, dite de contrôle actif, est certes très efficace, mais elle présente des limitations car elle nécessite l'introduction d'une quantité d'énergie qui peut être importante. La méthode que nous proposons ici pour maîtriser le vrillage du profil consiste à modifier ses conditions d'équilibre interne. En solidarisant ou en désolidarisant des cloisons à l'intérieur du profil, il est possible de déplacer le centre de torsion des sections du profil sans modifier sa forme extérieure. Ces modifications internes induisent donc une modulation du moment de torsion et donc une modulation du vrillage. Ce processus ne demande que très peu d'énergie. A partir d'un profil simple, des simulations ont permis de montrer le potentiel théorique du système proposé. Trois démonstrateurs, de complexité croissante, ont également été réalisés pour évaluer les capacités du contrôle « réactif » de la torsion. La technique a été validée par la deuxième démonstration. Malheureusement, le troisième démonstrateur, beaucoup plus complexe, n'a pas permis, à l’heure actuelle, d'obtenir la validation finale. / The torsional deformation of aerodynamic profiles has to be considered with care because it induces a change in the angle of attack and therefore changes in the local densities of lift and drag forces. The improvement of the aerodynamic performances does require a good knowledge and control of the twist of the airfoil. A method currently developed by a lot of authors consists in inserting in the airfoil some actuators whose action tends to increase or reduce the ‘natural’ deformation of the structure. This method, named active control, is very effective but it has some limitations because it needs a level of energy which can be high. The method we propose to control the twist of the airfoil consists in modifying the internal elastic equilibrium of the structure. By joining or disjoining some walls inside the profile, it is possible to shift the shear center of the profile without any change of its external shape. So, these internal modifications induce variations of the torsional moment and therefore a variation of the twist angle. The process is no energy consuming. By means of a simple profile, simulations have been performed to show the theoretical potential of the proposed system. Three demonstrators have also been designed with increasing complexity to evaluate the feasibility of the ‘reactive’ control of the twist. The technique has been validated by the second demonstrator. Unfortunately, the third demonstrator, much more complex, has not shown the final demonstration.

Les humains doivent sans cesse s’adapter à des environnements incertains, changeants et ouverts. Pour ce faire, il est nécessaire d’explorer, d’ajuster et d’exploiter plusieurs task-sets, c’est-à-dire des associations sensorimotrices flexibles entre des stimuli, des actions et des résultats. Collins et Kœchlin ont proposé un modèle computationnel qui contrôle la création, l’apprentissage, le stockage, la récupération et la sélection de tels task-sets pour guider le comportement (Collins & Kœchlin, 2012, PloS biology). Le modèle met à jour les fiabilités d’un ensemble de task-sets, c’est-à-dire leur capacité à prédire correctement les conséquences des actions. Cette mise à jour des fiabilités est réalisée par inférence bayésienne en intégrant les résultats des actions et l’information contextuelle. Elle permet d’arbitrer entre l’exploitation du task-set le plus fiable et l’exploration de nouveaux task-sets. En l’absence d’information contextuelle, la fiabilité des task-sets appris est maintenue et mise à jour dans le cortex frontopolaire (Donoso, Collins & Kœchlin, Science, 2014). Ce travail de thèse a pour but d’élucider les mécanismes neuraux permettant le monitorage et la récupération de task-sets stockés en mémoire, que ce soit selon les indices contextuels ou les résultats des actions. Pour ce faire, nous avons élaboré une expérience d’IRM fonctionnelle dans laquelle des sujets sains doivent apprendre, par essais et erreurs, plusieurs task-sets associés à divers indices contextuels, puis réutiliser les task-sets appris. Les conditions expérimentales varient de façon non prédictible de telle sorte que : (i) des task-sets précédemment appris doivent être réutilisés soit avec le même indice contextuel, soit avec un indice contextuel nouveau ; (ii) de nouveaux task-sets doivent être appris soit avec de nouveaux indices contextuels, soit avec des indices connus. Les résultats comportementaux montrent que les sujets apprennent, maintiennent, mettent à jour et réutilisent un répertoire grandissant de task-sets tel que le prédit le modèle computationnel. Plus précisément : (i) les indices contextuels connus sont utilisés de façon proactive (avant l’exécution d’une action) pour sélectionner le task-set correspondant ; (ii) lorsque les indices contextuels sont inconnus, les sujets sélectionnent le task-set de façon réactive, selon les résultats des actions. Les résultats d’imagerie révèlent que la fiabilité des task-sets est mise à jour dans le cortex frontopolaire et le cortex préfrontal dorso-latéral. De plus, le cortex préfrontal latéral est impliqué dans le processus de sélection proactif et réactif. Cependant, les récupérations proactives et réactives dépendent de réseaux distincts : (i) d’une part la récupération proactive repose sur un réseau ventral qui inclut le cortex préfrontal ventro-médian, le striatum et l’hippocampe ;(ii) d’autre part, la récupération réactive repose sur un réseau frontal incluant notamment le cortex frontopolaire. / Humans need to adapt to uncertain, changing, and open-ended environ- ments. In such situations, decision-making involves exploring, adjusting and ex- ploiting multiple task-sets – defined as flexible sensorimotor mappings associating stimuli, actions, and expected outcomes. Collins and Kœchlin proposed a computational model that controls the crea- tion, learning, storage, retrieval, and selection of such task-sets for driving action (Collins & Kœchlin, 2012, PloS biology). The model monitors the reliability of a collection of concurrent task-sets - i.e., the ability of alternative task-sets to correctly predict action outcomes. Task-set reliability is updated in a Bayesian manner according to outcomes and contextual information and arbitrates between exploiting the most reliable task- set or exploring new ones to drive action. It has recently been shown that, without contextual information, the reliability of alternative learned task-sets is monito- red in frontopolar cortex (Donoso, Collins & Kœchlin, Science, 2014). The goal of this study is to investigate the neural mechanisms that subserve the monitoring and retrieval of stored task-sets according to both contextual cues and action outcomes. We designed an fMRI experiment requiring healthy human subjects to learn by trials and errors and to switch between multiple task-sets associated with va- rious contextual cues. Experimental conditions varied unpredictably such that: (i) previously learned task-sets re-occurred with either the same or new contextual cues, (ii) new task-sets that needed to be learned occurred with new cues or pre- viously encountered ones. Behavioral results and model fits show that subjects learned, monitored and switched across an expanding repertoire of task-sets as predicted by the compu- tational model. More specifically : (i) Known contextual cues were used proactively (before performing any action) to select the corresponding task-set ; (ii) When previously learned task-sets re-occurred with unknown contextual cues, subjects selected the stored task-set reactively based on action outcomes. Model-based fMRI results revealed that task-set reliability is updated in the frontopolar cortex and the lateral prefrontal cortex. Moreover, lateral prefrontal cortex is engaged in the selection process in both cases. However distinct networks are involved depending on whether the retrieval is cue or outcome-based: (i) on the one hand, proactive retrieval relies on a ventral pathway including ventromedial prefrontal cortex, striatum and bilateral hippocampus ;(ii) on the other hand, reactive retrieval relies on a frontal network including frontopolar cortex.

Afin de minimiser la concentration en CO2 dans l'atmosphère une solution consiste à le séquestrer dans les réservoirs géologiques. Pour évaluer les risques à long terme, il est nécessaire de quantifier les couplages entre les processus réactionnels et les modifications structurales et hydrodynamiques. Dans cette optique, nous avons construit deux dispositifs expérimentaux permettant d'injecter des saumures chargées en CO2 dans les conditions de stockage (T < 200 °C et P < 200 bar) et mis en oeuvre un protocole expérimental utilisant la microtomographie RX et l'analyse des roches et des fuides pour quantifier les variations des paramètres physiques et chimiques. Dans le cas des réservoirs carbonatés, on observe, près du puits d'injection, une forte variabilité des relations k-phi en fonction du régime de dissolution contrôlé par la chimie locale du fluide, ainsi que par les conditions initiales. A plus grande distance, on observe des processus de précipitation diminuant fortement la perméabilité. L'étude des roches de couverture fracturées (argilite) a montré qu'une percolation alternée d'une saumure chargée en CO2 et de CO2 gaz augmentait la perméabilité de fracture. Dans le cas des roches silicatées, la précipitation de carbonates est mise en évidence aussi bien dans les grès à zéolites que dans les frittés de dunite de San Carlos. Cependant, dans les grès à zéolites, la précipitation d'une phase argileuse est observée dans les chemins d'écoulement et engendre une forte diminution de la perméabilité.

Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire s'articulent autour de la problématique du mouvement en robotique mobile. Il s'agit de développer des outils algorithmiques permettant à un robot mobile non holonome de planifier puis exécuter des mouvements dans un environnement encombré d'obstacles. L'originalité de ces travaux réside dans deux préoccupations omniprésentes : la généricité des approches proposées et l'applicabilité dans les conditions réelles de l'expérimentation. La plus grande partie de ces travaux sont d'ailleurs intégrés dans diverses plate-formes robotiques.

Le but de ce travail était de développer des sondes oligonucléotidiques liées à des marqueurs fluorescents émettant des signaux modifiés lors de l'hybridation avec des séquences complémentaires. Des conjugués ODNs-cyanines originaux ont été développés. L'influence de différents paramètres sur le signal fluorescent émis par la sonde ont été étudiés : position de liaisons des marqueurs à l'ODN (5'- ou internucléotidique), structure des cyanines, stéréochimie. Un nouveau réactif de phosphorylation des ODNs a été mis au point et utilisé pour la synthèse des conjugués marqués en position 5'.<br> D'autres conjugués comportant à leur extrémité 5' deux marqueurs identiques possédant des propriétés intercalantes : thiazole orange, pyrène ou pérylène ont été obtenus. Les interactions entre les deux marqueurs varient lors de l?hybridation de la sonde avec la séquence complémentaire, induisant une modification du signal fluorescent dont la nature et l'intensité dépendent du marqueur considéré

Ce mémoire présente mes recherches de modélisation appliquée à la valorisation matière et au stockage de déchets industriels et radioactifs. Le dénominateur commun consiste au couplage avec le code HYTEC des réactions chimiques et des processus hydrodynamiques dans l'optique de la prédiction de la durabilité des géomatériaux soumis aux aléas de leur environnement industriel ou naturel et, réciproquement, du relargage de polluants et leur migration dans les sols et les aquifères. Travaux de recherche publiés Dans une première partie orientée numérique, une validation de HYTEC par intercomparaison de codes est développée autour de la dissolution oxydative de UO2 et de la migration d'uranium en subsurface. Les possibilités de numérisation des tests de lixiviation au laboratoire sont également discutées. Différentes recherches découlant de l'application de HYTEC sont ensuite présentées en détails. L'évolution de l'interface ciment/argile est modélisée dans le cadre d'études de performance des barrières d'un stockage de déchets radioactifs et de l'analogue anthropique du tunnel de Tournemire ; ce qui permet une hiérarchisation des processus physico-chimiques en jeu. Les processus physico-chimiques de tests d'altération d'éprouvettes de pâtes de ciment par des champignons sont analysés en mettant l'accent sur l'hydrolyse et la complexation des acides carboxyliques d'origine biologique. La modélisation des termes-sources et des cinétiques de vieillissement visant à décrire la libération des polluants est discutée en prenant l'exemple de l'altération des pastilles de combustibles nucléaires usés en conditions de stockage par dissolution radiolytique, effet inhibiteur des produits et décroissance radioactive d'une part, et l'exemple de l'effet de la fracturation sur le confinement des déchets stabilisés en décharge d'autre part. Les recherches associées à la valorisation routière de laitiers d'aciérie et de mâchefers d'incinération d'ordures ménagères (MIOM) clôt ce mémoire. Un test de lixiviation est simulé dans le premier cas. Le second cas consiste en l'évolution de la chimie des lixiviats de deux routes pilotes construites en MIOM, avec un retour d'expérience inédit en terme de durée (10 ans). Perspectives de recherche Dans le contexte du système multi-barrières d'un stockage de déchets radioactifs, une perspective immédiate est la modélisation des transitoires, notamment l'effet d'un gradient thermique (T) et de la phase de resaturation en eau (H) sur les interactions chimiques (C). Des expériences en cellules de diffusion comprenant de la bentonite Febex compactée, du fer métal (interactions fer/argile) ou du béton (interactions ciment/argile) sont en cours de modélisation. Une autre perspective est la modélisation des effets d'environnement sur les matrices de déchets vitrifiés en privilégiant le modèle mécanistique GRAAL du CEA basé sur l'interphase réactive passivante. Dans le cadre de la modélisation de la biodégradation des géomatériaux, les effets de différents types d'acides biogéniques sur des ciments CEM-I et CEM V sont à l'étude de même que la réactivité fer-argile catalysée par des bactéries sulfato et ferri-réductrices. HYTEC est également en cours d'application pour mieux caractériser les mécanismes chimiques mis en jeu lors des traitements des sols à la chaux dans le contexte de la durabilité des propriétés géotechniques.

Cette thèse porte sur l'étude rhéocinétique de deux systèmes époxy/amine, DGEBA/DETDA et DGEBA/IPD pour le rotomoulage réactif. Les paramètres cinétiques du mécanisme auto-catalytique et non catalytique de la réticulation isotherme ont été identifiés par une méthode inverse à l'aide des résultats du suivi cinétique par spectroscopie proche infra rouge (PIR). La différence du comportement rhéocinétique entre les deux systèmes est attribuée à la différence de réactivité intrinsèque des groupes amines mis en jeu et l'importance de l'effet de substitution (réactivité des amines primaires par rapport aux amines secondaire) des deux durcisseurs. Une nouvelle méthode de détermination de l'effet de substitution a été établie, en utilisant les taux de conversion de l'époxy et de l'amine primaire mesurées par PIR. L'analyse des phénomènes de vitrification et gélification des deux systèmes a permis d'établir le diagramme Temps-Température-Transformation (TTT). La comparaison de la rotomoulabilité des deux systèmes a été effectuée par l'ajout des courbes d'iso-viscosité sur le diagramme TTT. L'écoulement au cours du rotomoulage a été modélisé par un écoulement à surface libre sous gravité d'un fluide réactif à l'intérieure d'un cylindre horizontal en rotation autour de son axe principal. Dans le cas des fluides de viscosité faible, la méthode lagrangienne de Smoothed Particle Hydrodynamics SPH, a été appliquée en utilisant une expression adaptée de la viscosité.

Cette thèse de doctorat aborde le problème de l'ordonnancement réactif des installations de traitement de surface. L'émergence, sur le marché industriel, d'entreprises implantées dans des pays à faible coût de production et la réduction de l'horizon de planification de la production, imposent une révision du mode de pilotage. Depuis une décennie, des chercheurs travaillent sur le pilotage réactif, mode d'organisation dans lequel aucune décision n'est prise à l'avance. Ce mode de pilotage a l'avantage de répondre aux aléas de production et aux commandes volatiles, tout en assurant de bonnes performances. Il s'oppose principalement au pilotage prédictif dans lequel l'affectation des tâches aux différentes ressources se fait a priori. Le traitement de surface est une étape de la production des pièces consistant à modifier la structure physico-chimique de la surface des pièces par immersion dans différents produits chimiques. Les pièces sont transportées par des ponts roulants, ressource généralement critique. Les temps de traitement, commençant avec l'immersion par le pont et se terminant par la reprise du pont, sont généralement bornés, ce qui impose au problème des contraintes temporelles fortes non présentes dans d'autres problèmes d'ordonnancement. Cette thèse propose d'appliquer le mode de pilotage réactif à ces installations fortement contraintes. Après avoir démontré l'impossibilité d'une telle approche, parce qu'elle ne permet pas d'assurer la qualité des traitements appliqués aux produits, nous proposons une nouvelle solution au problème par l'utilisation couplée d'un ordonnancement réactif donnant la flexibilité recherchée et un ordonnancement prédictif assurant la qualité des produits. Cette thèse se termine par deux applications connexes à ce problème : la définition de la topologie d'une installation de traitement de surface à l'aide d'un algorithme génétique et l'aide au lancement des produits dans une telle installation. La validation du concept scientifique développé à été réalisée dans un premier temps par simulation de flux. Le réalisme de la solution proposée à été montré par le déploiement de ces travaux au niveau industriel.