Les suies et leur caractérisation constituent des sujets de recherche très actuels dans divers domaines tels que le diagnostic de la combustion, la combustion numérique, l’optique atmosphérique, l'environnement et les applications de santé. Notre étude se concentre sur les propriétés radiatives des agrégats de suie issus de flammes de combustion ; notre objectif est de déterminer l’effet de la présence de suies sur le transfert de chaleur par rayonnement pour la simulation d'applications industrielles à haute température impliquant la combustion de gaz. Les études actuelles de modélisation du transfert de chaleur par rayonnement à travers les mélanges gazeux chargés de suies ne considèrent que l'absorption comme phénomène d'interaction rayonnement-matière. Des corrélations généralisées sont utilisées pour déterminer les propriétés radiatives des suies, soit sur la base de morphologies générées numériquement, soit plus simplement à partir de la taille moyenne des suies, de leur dimension fractale et de leur fraction volumique. Cependant, lorsque la taille de l'objet atteint l'ordre de grandeur des longueurs d'onde du rayonnement incident, l'interaction matière-rayonnement est susceptible d’être plus complexe du fait du phénomène de diffusion au niveau de l’agrégation qui ne peut plus être ignoré.Dans notre travail, nous établissons une méthodologie complète assortie d’une chaîne de calcul allant de la définition d'une morphologie de suie réaliste jusqu'au calcul du transfert de chaleur par rayonnement. À cette fin, des observations de suies émises par des flammes propane / air, méthane / air et méthane / oxygène sont effectuées par Microscopie Electronique à Balayage (MEB). La tomographie MEB est appliquée pour la première fois sur une suie issue d’une flamme propane / air, en combinaison avec la Microscopie Electronique en Transmission (MET) pour les observations. Des techniques d'analyse fractale 2D et 3D sont utilisées pour étudier les propriétés fractales d’agrégats de suie virtuels (générés numériquement) et de l'objet obtenu par la tomographie. Les propriétés radiatives des suies sont ensuite calculées en utilisant notre propre code d’Approximation Dipolaire Discrète (ADD – Discrete Dipole Approximation, ou DDA, en anglais). Une attention particulière est accordée à la modélisation ADD des suies en raison de l’indice optique complexe élevé de leur matériau constitutif, et aux méthodes numériques d’intégration directionnelle car les moyennes directionnelles des propriétés radiatives sont nécessaires pour les simulations ultérieures de transfert radiatif. La morphologie et les propriétés radiatives de l’agrégat de suie réaliste (tomographié) sont comparées à celles d'agrégats de suie numériques représentatifs, générés par un algorithme d’agrégation amas-amas limitée par la diffusion (Diffusion Limited Cluster-Cluster Aggregation, ou DLCCA, en anglais). Les compatibilités et les écarts entre les propriétés radiatives sont examinés, et les différences entre agrégats numériques représentatifs d’une part et agrégat réaliste d’autre part en termes de propriétés radiatives sont soulignées. Enfin, l'effet de la présence et de la morphologie des suies sur le transfert de chaleur par rayonnement est étudié par la résolution de l'équation du transfert radiatif en utilisant la méthode des ordonnées discrètes (Discrete Ordinates Method, ou DOM, en anglais) dans un mélange gazeux chargé de suies et dans une configuration académique 1D de plaques parallèles isothermes. / Soot and its characterization are of interest to researchers from various domains such as combustion diagnostics, numerical combustion, atmospheric optics, environmental and health applications. In this study, the main interest is on the radiative properties of soot aggregates issued directly from combustion flames in order to determine the effect of the presence of soot on the radiative heat transfer in the simulation of high temperature industrial applications involving gas combustion. Current studies modeling the radiative heat transfer through sooty gaseous media consider only the absorption as the main phenomenon of material-radiation interaction. Generalized correlations are used to determine the radiative properties of soot: these radiative properties are either computed over numerically generated aggregate morphologies or simply as a function of the soot average size, the fractal dimension and the volume fraction. However, the material-radiation interaction is susceptible to be more complex and morphology dependent at the aggregate level because of multiple scattering when the size of the object reaches the order of magnitude of the incident radiation wavelengths.In our work, we investigate the possibility to establish a computational methodology and workflow, starting from the definition of a realistic soot morphology up to the computation of the radiative heat transfer. To that end, observations of soot issued from propane/air, methane/air and methane/oxygen flames are performed using Scanning Electron Microscopy (SEM). SEM tomography is applied for the first time on soot issued from a propane/air flame, combined with Transmission Electron Microscopy (TEM) observations. 2D and 3D fractal analysis techniques are used to investigate the fractal properties of virtual (numerically generated) soot clusters and also of the tomography reconstructed objects. The radiative properties of soot are then computed using our in-house developed DDA (Discrete Dipole Approximation) code. Special attention is paid to the DDA modeling of soot because of the high complex extinction index of the material, and to the directional integration numerical methods because direction-averaged radiative properties are required for the subsequent radiative heat transfer simulations. The morphology and the radiative properties of the realistic morphology are compared to the ones of representative soot aggregates numerically generated by a DLCCA (Diffusion Limited Cluster-Cluster Aggregation) algorithm. The similarities and discrepancies on the radiative properties are investigated, and the differences between representative virtual aggregates on the one hand and the tomography reconstructed object on the other hand in terms of radiative properties are highlighted. Finally the effect of the presence and of the morphology of soot on the radiative heat transfer within a sooty gaseous mixture in a 1D isothermal parallel plate configuration is investigated by the resolution of the radiative transfer equation using DOM (Discrete Ordinates Method).

L’imagerie moléculaire occupe une place majeure dans le domaine de la recherche préclinique. Parmi les modalités existantes, les techniques optiques fondées sur la détection d’un rayonnement visible ou proche infrarouge sont les plus récentes et sont principalement représentées par les méthodes de tomographie optique de luminescence. Ces méthodes permettent une caractérisation 3D d’un milieu biologique par la reconstruction de cartes de concentration ou la localisation de marqueurs luminescents sensibles à des processus biologiques et chimiques se déroulant à l’échelle de la cellule ou de la molécule. La tomographie de luminescence se fonde sur un modèle de propagation de la lumière dans les tissus, un protocole d’acquisition du signal en surface du milieu et une procédure numérique d’inversion de ces mesures afin de reconstruire les paramètres d’intérêts. Ce travail de thèse s’articule donc autour de ces trois axes et apporte un élément de réponse à chacun des problèmes. L’objectif principal de cette étude est d’introduire et de présenter des outils d’évaluation des performances théoriques d’une méthode de tomographie optique. L’un des aboutissements majeurs est la réalisation de reconstructions tomographiques expérimentales à partir d’images acquises par un imageur optique conçu pour l’imagerie planaire 2D et développé par la société Quidd. Dans un premier temps nous abordons la théorie du transport en milieu diffusant afin de poser les concepts et outils sur lesquels vont s’appuyer l’ensemble des travaux. Nous présentons particulièrement deux modèles de propagation différents ainsi que les méthodes de résolution et les difficultés théoriques qui leur sont liées. Dans une deuxième partie nous introduisons les outils statistiques utilisés pour caractériser les systèmes tomographiques et leur résolution potentielle. Nous définissons une procédure et nous l’appliquons à l’étude de quelques situations simples en tomographie de luminescence. La dernière partie de ce travail présente la mise au point d’une procédure d’inversion. Après avoir présenté le cadre théorique dans lequel cette procédure s’inscrit nous la validons à partir de données numériques avant de l’appliquer avec succès à des mesures expérimentales. / Molecular imaging is a major modality in the field of preclinical research. Among the existing methods, techniques based on optical detection of visible or near infrared radiation are the most recent and are mainly represented by luminescence optical tomography techniques. These methods allow for 3D characterization of a biological medium by reconstructing maps of concentration or localisation of luminescent beacons sensitive to biological and chemical processes at the molecular or cellular scale. Luminescence optical tomography is based on a model of light propagation in tissues, a protocol for acquiring surface signal and a numerical inversion procedure used to reconstruct the parameters of interest. This thesis is structured around these three axes and provides an answer to each problem. The main objective of this study is to introduce and present the tools to evaluate the theoretical performances of optical tomography methods. One of its major outcomes is the realisation of experimental tomographic reconstructions from images acquired by an optical imager designed for 2D planar imaging and developed by the company Quidd. In a first step we develop the theory of transport in scattering medium to establish the concept on which our work will rely. We present two different propagation models as well as resolution methods and theoretical difficulties associated with them. In a second part we introduce the statistical tools used to characterise tomographic systems. We define and apply a procedure to simple situations in luminescence optical tomography. The last part of this work presents the development of an inversion procedure. After introducing the theoretical frameworkwe validate the procedure fromnumerical data before successfully applying it to experimentalmeasurements.

Ce travail s’inscrit dans le cadre duprojet européen FREEZEWAVE (ERA-NetSUSFOOD) et porte sur l’étude et lamodélisation d’un procédé de congélationassistée par micro-ondes. Il a pour objectif unemeilleure compréhension des phénomènesphysiques associés à ce procédé. Un modèlecouplant thermique, changement de phase etélectromagnétisme a été développé. Une étudenumérique préliminaire a permis d’appréhenderles interactions complexes entre micro-ondes etmatière durant le changement de phase,notamment l’importance de la diminution despropriétés diélectriques sur la modification desphénomènes de résonance entrainant ledéplacement des « points chauds » et sur laquantité de chaleur générée.Un gel modèle a été caractérisé puis utilisé pourvalider le modèle sur un pilote développé pourl’étude. La micro-tomographie à rayon X apermis la mesure de la taille des cristaux et amis en évidence, lors d’une congélationconventionnelle, l’impact du tempscaractéristique de congélation et du gradient detempérature sur la taille des cristaux de glace.Cette étude a permis de constater une nettediminution de la taille des cristaux de glace lorsd’une congélation assistée par micro-ondes parrapport à une congélation conventionnelle. EnfinIl a été montré que la réduction de taille descristaux n’était pas due aux oscillations detempérature provoquées par des créneaux depuissance micro-ondes mais à la quantitéd’énergie apportée / This work was performed in thecontext of the European project FREEZEWAVE(ERA-net SUSFOOD) and focuses on studyingand modelling the microwave assisted freezingprocess. The main objective was to acquire abetter understanding of the correspondingphysical phenomena. A model coupling thermal,phase change and electromagnetism wasdeveloped. A preliminary numerical studypermitted to grasp the complex interactionsbetween microwaves and matter, especially theimportance of the dielectric properties reductionon resonance phenomena, leading to the movingof “hot spots”, and on the generated heat.A methylcellulose gel was characterised andused for the model validation on a prototype pilotspecially designed for this study. A protocolbased on X ray tomography was developed todetermine the ice crystal size. It highlighted, fora conventional freezing process, that thethermal gradient and characteristic freezing timeimpacts the ice crystals sizes.In the case of microwave assisted freezing, thestudy permitted to show a clear decrease in icecrystal size compared to conventional freezing.Finally, it has been shown that the ice crystalsize reduction was not a consequence oftemperature oscillations due to microwavespulses but the consequence of the energyquantity brought to the system by microwaves.

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Die kontrastmittel- gestützte Late Enhancement- MRT ermöglicht die Darstellung myokardialer Veränderungen wie z.B. Ödem, Nekrose oder Fibrose. Ziel dieser Arbeit war es die semiautomatische Late Enhancement- Quantifizierung im Programm VPT 3.0 mit der manuellen Late Enhancement- Quantifizierung im Viewing- Programm zu vergleichen. Es wurden Late Enhancement- MRT- Datensätze von Patienten mit ischämischen (Myokardinfarkt) bzw. nicht- ischämischen Kardiomyopathien (Morbus Fabry, Morbus Hodgkin, Aortenklappenstenose) analysiert. Die Quantifizierung des Late Enhancement- Signals erfolgte manuell im Viewing- Programm und semiautomatisch unter Anwendung von VPT 3.0. Der Vergleich der Ergebnisse aus der manuellen Analyse und der semiautomatischen Analyse der Daten von Patienten nach Myokardinfarkt, mit kardialer Beteiligung bei Morbus Fabry und bei Z.n. anteriorer Mantelfeldbestrahlung bei Morbus Hodgkin, zeigte eine hohe Übereinstimmung sowie eine gute Korrelation der Werte beider Methoden. Eine valide Late Enhancement- Quantifizierung bei Patienten mit Aortenklappenstenose war sowohl in der manuellen, wie auch in der semiautomatischen Methode nicht möglich. Dies ist unter anderem auf das kleinfleckige, diffus flächige Verteilungsmuster im Rahmen der hier auftretenden konzentrischen Hypertrophie zurückzuführen. Des Weiteren konnte eine geringe Intraobservervariabilität aufgezeigt werden. Das semiautomatische Programm VPT3.0 ermöglicht eine genaue, mit der manuellen Methode gut korrelierende, Quantifizierung von Late Enhancement bei ischämischen und nicht- ischämischen Kardiomyopathien. Davon ausgenommen ist die Aortenstenose. / Contrast agent-based late enhancement mri allows the depiction of myocardial changes e.g. edema, fibrosis or necrosis. The purpose of this thesis was to compare semi- automatic quantification of late enhancement using VPT3.0 with manual quantification using viewing- program. Late enhancement mri data of patients with ischemic (myocardial infarction) and non-ischemic cardiomyopathy (fabry's disease, hodgkin's lymphoma and aortic stenosis) were analyzed. The quantification of late enhancement signal was accomplished manually using viewing program and semi-automatically using VPT 3.0. The comparison of the results from the analysis of patients‘ data suffering from myocardial infarction, cardiac involvement in fabry’s disease and after anterior mantle field irradiation for hodgkin’s lymphoma, showed high correlation for both methods. A valid quantification of late enhancement in patients with aortic stenosis was not possible in most cases. This can, in part, be attributed to the blotchy and patchy pattern of the fibrotic changes appearing due to concentric hypertrophy. Additionally, a low intraobserver variability was demonstrated. The semi- automatic program VPT 3.0 provides an accurate, with the manual technique well- correlated method of quantifying late enhancement in ischemic and nonischemic cardiomyopathies, excluding aortic stenosis.

MRT und CT liefern komplementäre Informationen über die Strukturen der Cochlea. Um die genaue Lage der Elektrode nach Implantation eines CIs beurteilen zu können, wurden in der vorliegenden Arbeit präoperative MRT-Datensätze und postoperative CT-Datensätze mit dem frei erhältlichen Programm "3D-Slicer" fusioniert. Nach 1350 erfolgten Implantationen am Universitätsklinikum Würzburg konnte bei 16 Ohren die Qualität der Fusion beurteilt und bei 15 Ohren die intracochleäre Lage der CI-Elektroden evaluiert werden. Die manuelle Fusion der Datensätze wurde in einer reproduzierbaren Vorgehensweise umgesetzt und war der automatischen Registrierung überlegen. Bildfusion und -analyse ließen sich umso präziser und sicherer durchführen, je besser die Bildqualität und je kürzer der zeitliche Abstand zwischen der Akquisition von MRT und CT waren. Da die Cochlea bei Geburt bereits ausgewachsen ist, war die Fusion selbst bei den Kindern möglich, deren Schädel in der Zwischenzeit gewachsen war. Aufgrund der seltenen Indikation eines postoperativen CTs und mangelnder Standardisierung der Bildgebung konnte eine Analyse lediglich bei 15 der insgesamt 1350 Ohren mit CI durchgeführt werden. In diesen Fällen ließ sich die Fusion jedoch sehr gut durchführen. Die Sicherheit bei der Beurteilung der Elektrodenlage nimmt in den einzelnen Abschnitten der Cochlea von basal nach apikal ab. Unabhängig davon waren die Entscheidungen für die Elektrodenlage in der Scala tympani mit einer größeren Sicherheit gefällt worden als die für die Lage in der Scala vestibuli. Die genaue Elektrodenlage konnte im Rahmen dieser Studie zwar nicht anhand histologischer Schnitte bewiesen werden, jedoch stimmen die in den fusionierten Bildern analysierten Insertionsstellen mit den in den OP-Berichten dokumentierten Angaben überein. / MRI and CI offer complementary information on the temporal bone's structures. Preoperative MRIs and postoperative CTs were registered with the free programm "3D-Slicer" in order to evaluate the intracochlear position of the electrode of cochlear implants. Manual registration was performed in a reproducible procedure

L’objectif principal de la thèse était d’identifier les processus limitants et les phénomènes de dégradation intervenant lors du cyclage d’un accumulateur Li/S, et d’expliciter l’évolution des performances électrochimiques au cours du temps. Pour ce faire, une cellule électrochimique a été développée permettant de réaliser des caractérisations à l’ESRF par diffraction et absorption des rayons X en mode operando. Ces deux techniques complémentaires ont permis de mettre en évidence des changements morphologiques importants et des cinétiques de réactions limitées par le transport de matière au sein de la structure 3D de l’électrode positive de soufre. L’oxydation/réduction de l’électrode négative de lithium a également été caractérisée, permettant de mettre en évidence une évolution hétérogène de l’interface lithium/électrolyte, fonction de la densité de courant, induisant une diminution des performances électrochimiques en cyclage. / The main objective was to identify the degradations phenomena and the limiting processes occurring while cycling Li/S accumulators to therefore put in relation the electrode morphology, the cell design, the electrochemical performances and the degradations phenomena. A new design of operando cell has been developed to be suitable with ESRF experiments. Operando Absorption and X-ray Diffraction tomography technics were performed. Thanks to both technics, the morphological changes and transport limitation kinetics along the 3D positive electrode have been evidenced. In addition, the lithium electrode/electrolyte interface has been characterized and heterogeneous stripping/plating has been evidenced, leading to low electrochemical performances while cycling.

En TAO des ondes sont transmises dans le milieu marin conduisant à l'observation de plusieurs versions du signal émis diversement atténuées et retardées. On s'intéresse ici au problème de l'estimation de ces temps de retard. Les méthodes de type maximum de vraisemblance présentent l'inconvénient de nécessiter la connaissance a priori du nombre de trajets et sont sensibles à une mauvaise initialisation des paramètres. Afin de s'affranchir de ces limitations, on propose une approche bayésienne basée sur la prise en compte d'une information a priori concernant les amplitudes des trajets reçus. On propose alors 2 méthodes différentes de déconvolution. La première utilise comme information la sortie d'un récepteur quadratique et conduit à la minimisation d'un critère simple et de faible complexité. Dans la seconde méthode proposée, le signal est observé après le filtrage adapté. On introduit un modèle Bernoulli Gaussien et le problème est résolu en utilisant des simulations de Monte-Carlo. La mise en œuvre de ces deux méthodes sur des données réelles impose de prendre en compte les distorsions subies par le signal au niveau des transducteurs d'émission et de réception et éventuellement lors de la propagation. On indique comment cette méconnaissance de la forme d'onde peut être résolue et on met en évidence l'amélioration des résultats obtenus par cette prise en compte. Enfin, l'évolution modérée des temps de retard du canal de propagation entre des mesures successives permet d'envisager après la déconvolution trace par trace un traitement bidimensionnel de l'image obtenue en juxtaposant les traces déconvoluées successives. L'intérêt principal de la méthode ainsi obtenue est de ne pas considérer le nombre de trajets de la propagation constant. L'ensemble des méthodes développées est testé sur des données synthétiques, puis sur 2 types de données réelles.

Cette thèse porte sur la tomographie micro-ondes appliquée à la détection du cancer du sein. Les aspects algorithmiques ainsi que ceux reliés à la configuration du montage de mesure y sont traités.<br /><br />Le temps nécessaire à la reconstruction d'une image étant critique pour d'éventuelles applications cliniques de la tomographie micro-ondes, nous proposons, en première partie, une série d'algorithmes qui offrent un coût de calcul diminué par rapport aux méthodes concurrentes. La méthode « current source inversion » (CSI) est utilisée comme point de départ de la réflexion. On identifie certaines faiblesses de cet algorithme et on en propose deux généralisations, plus rapides et plus robustes. Deux nouvelles familles de méthodes, s'attaquant à différents goulots d'étranglement des méthodes CSI généralisées, sont aussi proposées. Elles sont basées sur deux nouvelles formulations du problème direct. La première est mathématiquement équivalente à celle d'origine alors que la seconde est basée sur des approximations.<br /><br />En ce qui a trait à la configuration du montage de mesures, on montre que la résolution des images reconstruites peut être significativement améliorée en ayant recours à la compression du sein. On propose aussi un montage qui exploite les propriétés des guides d'ondes diélectriques. Celui-ci permet de mesurer le champ dans l'air plutôt que dans un liquide d'adaptation, ce qui ouvre la porte au développement de montages plus compacts.

Les méthodes tomographiques habituellement employées en sismologie nécessitent des enregistrements de séisme. Or de larges zones sur Terre sont asismiques : faute de séisme nous ne pouvons les étudier avec une bonne résolution. <br /><br />Nous testons ici une approche radicalement différente : il s'agit d'imager la croute terrestre à partir d'enregistrements de bruit de fond sismique. En effet, la corrélation entre deux points A et B d'un bruit blanc généré en tout point du milieu est la fonction de Green complète du milieu entre A et B. On pourrait ainsi mesurer la vitesse des ondes sismiques entre n'importe quel couple de points de la surface. <br /><br />Nous présentons tout d'abord la théorie formalisant le lien entre corrélation de bruit et fonction de Green. Nous étudions ensuite l'origine du bruit de fond sismique sur la bande de période 5-40s afin de voir si il respecte ou non les exigences de la théorie. Après avoir évalué la précision des mesures de la vitesse des ondes de surface réalisées grace aux corrélations de bruit, nous étudions les Alpes. Enfin nous montrons que nos résultats peuvent etre amélioré en<br />recorrélant les corrélations.