Les teneurs en pesticides mesurées dans les eaux de drainage agricole peuvent atteindre 10 µg/L voire 395 µg/L. En Lorraine, des Zones Tampons Végétalisées Agricoles (ZTVA) ont été installées en sortie de drains agricoles afin de limiter le transfert de ces eaux de drainage vers la rivière. L’objectif de ce travail était d’évaluer l’influence de l’hydraulique sur l’épuration des pesticides et métabolites en phases dissoute et particulaire des eaux de drainage, en discriminant les processus associés. Pour cela, une approche multi-échelle intégrant des expérimentations au laboratoire en batch et en bacs pilotes ainsi qu’un monitoring pluriannuel de deux ZTVA sur le terrain (un fossé et une mare) a été mise en place. Les expériences de traçages in-situ ont montré que quel que soit le débit, la ZTVA peut être divisée en différentes zones hydrauliques : un chenal principal et des zones isolées, qui se comportent différemment vis-à-vis de l’épuration. Les efficacités d’épuration dans les deux ZTVA varient de (i) -1176% à 96% pour les pesticides dissous, (ii) -20% à 3% pour les métabolites (chloroacétanilides) à l’état dissous, et (iii) -580% à 79% pour les pesticides sous forme particulaire. L’adsorption sur les sédiments permet l’épuration des pesticides à l’état dissous dont le coefficient d’adsorption (Koc) varie de 364 à 1424 L/g (entre 7 et 65% d’épuration), et est favorisé au sein des zones isolées. Cependant, ce processus est réversible et la désorption peut expliquer les efficacités négatives mesurées sur le terrain. Par ailleurs, les pesticides plus hydrophiles (Koc varie de 54 à 401 L/g) et les métabolites (Koc varie de 0 à 0.77 L/g) sont peu épurés (entre -20 et 8% d’épuration). Enfin, les pesticides entrant dans la ZTVA sous forme particulaire sont épurés via la sédimentation des matières en suspension, plus importante dans les zones isolées que le chenal principal. Ce processus est réversible, pouvant conduire à la resuspension des sédiments. Par ailleurs, les débits entrants vont fluctuer au cours de l’année, pouvant entrainer une variation de l’épuration des pesticides. En effet, les études en batch et en bacs pilotes ont permis de souligner l’influence de l’hydrodynamique (débits, etc) sur l’épuration des pesticides à l’état dissous. Ces ZTVA jouent donc un rôle de puits (adsorption, sédimentation) et de source (désorption, resuspension) vis-à-vis de certains pesticides à l’état dissous ou particulaire, en lien avec l’hydrodynamique de la ZTVA / Pesticides amounts measured in agricultural drained water can reach 10 µg/L up to 395 µg/L. In Lorraine, Constructed Wetlands (CW) were set up between drained fields and the river to limit pesticide release. The aim of this study was to evaluate the influence of hydraulic on the mitigation of pesticides and metabolites in both dissolved and particulate phases of drained water, by discriminating associated processes. To do so, a multi-scale approach was performed by integrating both laboratory experiments, such as batch and dynamic conditions in pilots, and a plurennial monitoring of two different ZTVA (ditch and pond). In-situ tracing experiments highlighted that the volume of CW was not homogeneous, independently of the flow rate. CW are divided in two hydraulic zones: a main channel and isolated areas. Moreover, these two zones behave differently regarding pesticides mitigation. Annual mitigation efficiency in both of the CW studied, vary between (i) -1176 % and 96 % for dissolved pesticides, (ii) -20 % and 3 % for dissolved metabolites (chloroacetanilides), and from (iii) -580 % to 79 % for particulate pesticides. Adsorption on sediments allows the mitigation of dissolved pesticides whose adsorption coefficient (Koc) varied from 364 to 1424 L/g (mitigation ranging from 7 to 65 %), and occurred mainly in isolated areas. However, this process is reversible and desorption can explain negative efficiency measured on the field. Additionally, hydrophilic pesticides (Koc between 54 and 401 L/g) and metabolites (Koc between 0 and 0.77 L/g) are few or not mitigated (mitigation ranging from -20 and 8 %). Finally, pesticides entering CW under particulate phase are mitigated through sedimentation of total suspended solids, higher in isolated areas than in main channel. This process is also reversible, leading to sediments resuspension. Otherwise, inlet flow rates vary throughout the year, which could allow a variation of pesticide mitigation. Indeed, batch and pilots studies highlighted the influence of hydrodynamic (flow rate, etc) on mitigation of dissolved pesticides. CW act as a sink (adsorption and sedimentation) and a source (desorption and resuspension) towards specific dissolved or particulate pesticides and related to hydrodynamic of CW

Glucose and ketones are important energy substrates in the human body and brain. Their use is highly regulated depending on energy status which can vary according to multiple factors such as type of cell, fed or fasted state, type of diet, or health state. Use of either substrate is also subject to multiple homeostatic feedback loops. Energy substrate availability has implications in several disorders including declining cognitive function in the elderly. While glucose availability is known to decrease in elderly with cognitive deficits, it is unclear whether this also occurs in healthy elderly, either in the body or brain. Also unknown is whether, in healthy elderly, the use of ketones as energy substrates is affected, and whether ketones could be used as an alternative energy substrate in situations of a decline in glucose availability. A clearer understanding of the use of glucose and ketones in aging is necessary to determine whether declining energy substrate availability that may occur in the elderly is a contributing factor to cognitive deficits, a result of cognitive pathology, or simply a feature of the physiological aging process. Objective. The overall goal of the laboratory where this research was carried out is to ascertain whether alternate energy sources to glucose, i.e. ketones, may help alleviate the risk of declining cognitive function during aging. The specific objective of the research project presented in this thesis was to evaluate the metabolism of glucose and ketones in the healthy elderly compared to young or middle age subjects during mild, short-term ketosis induced by a ketogenic breakfast. Results. Elderly people in relatively good health have a similar capacity to produce ketones and to oxidize [superscript 13]C-glucose and [superscript 13]C-β-hydroxybutyrate as middle-aged or young adults. Discussion. The results of this project encourage further exploration of whether ketones could be used as and alternative energy substrate to glucose as, at least in healthy elderly, there is no impedance of raising plasma ketones in response to a ketogenic intervention. // Résumé : Introduction. Le glucose et les cétones sont des substrats énergétiques importants pour le corps et le cerveau humain. Leur utilisation est spécifiquement régulée selon I'état énergétique qui varie en fonction du type de cellule, de I'état nourrie ou à jeun, du type de diète, de I'état de la santé. L'utilisation est également régulée par des voies de rétrocontrôle homéostatique. La disponibilité des substrats énergétiques est impliquée dans plusieurs désordres, dont le déclin des fonctions cognitives, chez les personnes âgées où une diminution de la disponibilité du glucose est démontrée. Cependant, il n'est pas encore connu si cette diminution est présente chez les personnes âgées en bonne santé ; soit dans le corps ou le cerveau. La capacité d'utiliser les cétones comme substrats énergétiques chez les personnes âgées saines et la possibilité d'utiliser les cétones comme substrat énergétique alternatif dans le cas d'un déclin de la disponibilité de glucose sont inconnues. Une meilleure compréhension de I'utilisation du glucose et des cétones sera nécessaire pour clarifier si une diminution de la disponibilité des substrats énergétique contribue au déclin cognitif, se manifeste à la suite des pathologies cognitives, ou encore est simplement une caractéristique du processus physiologique du vieillissement. Objectif. L'objectif principal du laboratoire est de déterminer si les sources d'énergie alternatives au glucose, c'est-à-dire les cétones, pourraient ralentir le déclin cognitif chez les personnes âgées. L'objectif du projet de recherche de ce mémoire était d'évaluer le métabolisme du glucose et des cétones chez les sujets âgés, d'âge moyen, et jeune après la prise d'un déjeuner induisant une faible cétogénèse de courte durée. Résultats. Les personnes âgées en santé ont une capacité similaire au sujet d'âge moyen et jeune à produire des cétones et à oxyder le [indice supérieur 13]C-glucose et le [indice supérieur 13]C-β- hydroxybutyrate. Perspectives. Les résultats de ce projet incitent à continuer à explorer si les cétones pourraient être utilisés comme substrats énergétiques afin de contourner le problème d'un déclin de I'utilisation du glucose, car il n'y a aucun obstacle dans la production des cétones suite a une intervention cétonique chez des sujets âgées en bonne santé.

En Haute-Normandie, où l'essentiel de la ressource en eau potable provient de la Nappe de la Craie, les captages d'eau sont souvent affectés par des phénomènes de turbidité, induisant un risque sanitaire considérable pour les populations, en période de fortes pluie. Ce phénomène est lié à la nature karstique de l'aquifère de la Craie. Les forages réalisés en plaine alluviale de la vallée de Seine sont moins atteints par la turbidité. Nous étudions les modalités du transport des particules depuis un point d'engouffrement sur le plateau (perte) jusqu'à un exutoire naturel (source karstique), et un exutoire artificiel en plaine alluviale (forage AEP). La recherche développée dans cette thèse consiste d'une part en l'élaboration d'une méthodologie de mesure in situ de la charge solide en suspension, et d'autre part en une analyse théorique, axée sur l'expérimentation et la modélisation, du transport de particules (transport et dépôt) en milieu poreux à forte perméabilité. Dans tous les cas, une comparaison traceur dissous/particules est réalisée. Le transport de particules jusqu'à la source se fait sur un mode typiquement karstique. Les phénomènes de dépôt et de relargage apparaissent importants en regard du transfert direct. Le transit jusqu'au forage est caractérisé par un mode de transport différent, non karstique, que l'on attribue à l'influence de l'interface Craie/alluvions, celle-ci se comportant à l'échelle du terrain comme un milieu poreux piégeant une quantité importante de particules. Les expérimentations en laboratoire corroborent cette hypothèse.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail à la fois expérimental et numérique s'inscrit dans le cadre des études menées sur le captage des polluants sur les machines tournantes et porte plus particulièrement sur la caractérisation de la dispersion des fines particules d'usinage : i.e. ces particules sont assimilées à un traceur passif du fait de leur temps de réponse aérodynamique négligeable. L'objectif recherché à travers cette étude est de développer une méthode numérique de conception des captages des polluants sur machines d'usinage. Le premier travail a donc consisté à réaliser un dispositif expérimental recréant une situation similaire à une opération de meulage, mais dans un cadre parfaitement contrôlé. L'écoulement retenu est celui engendré par un cylindre en rotation dans une veine d'essai ventilée. Un polluant particulaire, représenté par des microbilles de verre sphériques, est généré dans la veine d'essai (en utilisant un système d'ensemencement en particules), recréant ainsi les effets aérauliques des plus grosses particules d'usinage. Un gaz traceur, représentant la fraction fine de particules, est injecté simultanément avec le jet de particules via un capillaire placé à la source. Les propriétés du jet de particules obtenu sont caractérisées par vélocimétrie par suivi de particules (PTV) afin d'obtenir des données d'entrée et de validation pour les simulations numériques. La méthode de suivi de particules, mise au point dans le cadre de cette étude reste robuste même dans les zones fortement chargées en particules (i.e. la région source du jet). Le champ de vitesse de la phase gazeuse a quant à lui été caractérisé par vélocimétrie par images de particules (PIV), au moyen d'un code développé spécifiquement (Belut 2006 [4]). La dispersion d'un gaz traceur (hexafluorure de soufre - SF6) émis simultanément avec le jet de particules est ensuite étudiée expérimentalement : la dispersion d'un tel gaz est en effet jugée représentative de celle des plus fines particules d'usinage dont le temps de réponse aérodynamique est négligeable. Enfin, une modélisation complète du banc d'essai est réalisée afin de permettre une comparaison avec les résultats expérimentaux pour ainsi progresser dans la validation des modèles utilisés pour décrire la dispersion d'un traceur gazeux représentatif des fines particules. Le logiciel commercial Fluent est employé pour les simulations numériques / This study based at the same time in experimental and numerical aspect, is part of the framework to understand deeply the capture of pollutants on rotating machines and focuses especially on the characterization of the dispersion of fine particles generated by machining operations : i.e. these particles are assimilated as a passive tracer due to their negligible aerodynamic response time. The main objective covered by this study is to develop a numerical method of close capture exhausts systems for machining devices. The first task was to achieve an experimental device re-creating a similar grinding operation in a perfectly controlled environment. The flow used is defined as the one generated by a rotating cylinder in a ventilated test rig. A pollutant of particles, represented by spherical glass beads, is produced inside the test rig (by using a seeding system of particles), recreating therefore the aerodynamic effects of largest machining particles. A tracer gas, representing the fraction of fine particles, is injected simultaneously with the jet of particles through a capillary tube placed at the source. The properties of the jet of particles obtained are characterized by particle tracking velocimetry (PTV) allowing then to obtain data input and validation of numerical simulations. This particle tracking technic, developed in this study remains as robust method even in heavily loaded particles (i.e. the source region of the jet). The velocity field of the gas phase has meanwhile been characterized by particle image velocimetry (PIV), using a code developed specifically for this assay (Belut 2006 [4]). The dispersion of a tracer gas (sulfur hexafluoride - SF6) emitted simultaneously with the jet of particles is then studied experimentally : the dispersion of such a gas is indeed considered representative of finest particles which aerodynamic response time is negligible. Finally, a complete modeling of the experimental test rig is performed to allow comparison with experimental results in order to progress in the validation of models used to describe the dispersion of a tracer gas representative of finest particles. The commercial soft ware FLUENT is used for numerical simulations

Les modèles physiologiques toxicocinétiques (PBPK pour Physiologically-Based PharmacoKinetic) permettent de décrire la biodistribution d'une substance (c'est-à-dire, son administration, distribution, métabolisme, et excrétion) au sein d'un organisme. Cependant, l'ajustement d'un modèle PBPK à des données expérimentales peut se révéler difficile en raison de la complexité du modèle, du nombre important de paramètres à estimer, et de la nature des données toxicocinétiques (généralement peu nombreuses, éparses et entachées d'erreur de mesure). Pour pallier à ces difficultés, nous proposons de développer deux protocoles expérimentaux facilitant la paramétrisation des modèles PBPK, par l'apport d'informations complémentaires sur les paramètres des modèles : la collecte de données sur la distribution spatio-temporelle d'une substance dans l'organisme par des techniques d'imagerie, et l'utilisation de traceurs non-toxiques lors d'études toxicocinétiques. <br />Pour notre premier protocole, nous avons appliqué l'analyse d'image au développement d'un modèle PBPK décrivant la biodistribution d'un agent de contraste, Vistarem®. Grâce à la modélisation des données recueillies par imagerie par résonance magnétique, nous avons pu caractériser la vascularisation du corps entier et celle d'une tumeur greffée, ainsi qu'évaluer statistiquement les effets d'un traitement antiangiogénique. <br />Ensuite, nous avons introduit l'utilisation de traceurs explorateurs lors d'études toxicocinétiques. Nous avons développé des protocoles d'exposition à une substance toxique et à un traceur non-toxique pour les humains. Sur la base d'expositions simulées, nous avons montré qu'en administrant aux sujets deux substances, il est possible de réduire la dose d'exposition du toxique (par 4 dans notre exemple d'application) tout en maintenant la précision sur l'estimation des paramètres d'intérêt. L'inconvénient majeur de ce protocole d'exposition est la lourdeur des calculs induits (la calibration de deux modèles PBPK est nécessaire). Afin de réduire la complexité des calculs engendrés, nous avons proposé d'appliquer des techniques d'agrégation de systèmes d'équations différentielles. L'essentiel de ces techniques est de réduire un système tout en conservant sa dynamique. Sur des exemples simples, nous avons montré leur potentiel en toxico/pharmacocinétique. <br />Chacun des deux protocoles développés dans ce travail inclut, en plus de la substance d'intérêt, l'utilisation d'une substance "annexe". Notre travail montre que l'utilisation de cette substance annexe permet de renforcer la connaissance sur l'anatomie et la physiologie du sujet considéré. Ceci conduit donc à une meilleure détermination de l'action de la substance d'intérêt. Une suite logique de notre travail serait de coupler ces deux protocoles, c'est-à-dire de développer des protocoles d'exposition à une substance toxique et à une substance visualisable par une technique d'imagerie quantitative.

Ce travail a un double but : <br />1) Observer et identifier les mécanismes physiques via lesquels, dans les matériaux poreux homogènes, les lois microscopiques du transport par diffusion induisent généralement des lois de transport effectives macroscopiques très simples, quelque soit la complexité du réseaux poreux sous jacent.<br />2) Contribuer à développer le cadre d'interprétation des expériences RMN de Gradient de Champ Pulsé (GCP) pour la mesure de l'autodiffusion dans les fluides confinés dans les systèmes poreux.<br />Nous étudions le cas académique de la diffusion Fickienne sans adsorption. Nous observons le transport à échelle de longueur fixée, en suivant la cinétique avec laquelle "s'affaisse" par diffusion l'amplitude G(q,t) de "profils de concentration sinusoïdaux" de vecteur d'onde q variable. Vis à vis de la RMN cette approche revient à étudier le propagateur de diffusion G(q,t) - grandeur mesurée par l'expérience - de manière non traditionnelle, c'est à dire, à q fixé en fonction du temps t. A q donné, 3 régimes de temps sont mis en évidence : un régime de temps court de diffusion non confinée, un régime de temps intermédiaire renseignant sur la diffusion à l'échelle de longueur 2pi/q, et un régime de temps long sensible à la "dimensionnalité" de l'espace poral.<br />Nous caractérisons la cinétique d'affaissement aux temps intermédiaires par un coefficient e diffusion D(q). Son étude théorique et expérimentale en fonction de q dans des systèmes périodiques et/ou désordonnés simples fait apparaître clairement trois phénomènes lors du passage micro-macro : une première interaction avec l'interface, une différentiation brutale du rôle des différents pores, puis une diffusion anormale due à cette différentialité, susceptible de perdurer aux échelles macroscopiques, et suivie par un retour au régime "Fickien".<br />Une expérience macroscopique de traceur est enfin proposée et développée pour observer ces phénomènes de diffusion anormale dans quelques systèmes modèles.

Cette étude porte sur la caractérisation physico-chimique, la quantification et le traçage des émissions particulaires métalliques d'une UIOM dans l'air ambiant. Les techniques utilisées (traitement des données in situ ; modèles de mélange : UMNIX et CMB ; extractions séquentielles, spectrométrie d'absorption des rayons X (XAS)) s'accordent pour : - identifier la source « UIOM » par deux profils (Zn–Ca et Ba–Cu–Fe–Zn–Pb–Ca) ; - estimer sa contribution à environ 25% de la contribution totale des sources ; - montrer une variabilité saisonnière en terme de profil et de contribution ; - montrer que certains éléments émis sont facilement mobilisables. Cette première approche XAS sur des particules atmosphériques montre que le zinc et le plomb se trouvent dans un environnement atomique composé de calcium, de silicium et d'aluminium. Les signatures isotopiques du plomb définissent un pôle « UIOM » et confirment la localisation du centre ville hors de la zone d'influence du panache de l'usine.

Les études du transfert de solutés dans les sols réalisées en laboratoire (colonnes de sol) ne sont pas totalement représentatives des conditions de terrain (variabilité spatiale, structuration du sol...). D'un autre côté, les études de terrain à grande échelle permettent difficilement de quantifier les flux et les mécanismes. Une approche intermédiaire est proposée, avec un Iysimètre (l,7m3) de sol peu remanié, sur lequel on contrôle les conditions aux limites imposées. On utilise un flux hydrique constant de l'ordre de 1mm/h. Des solutés sont introduits sous forme de créneaux de concentration. Les espèces utilisées sont: 2H2O, H 2 18, I-, CL-, Br-, comme traceurs, et atrazine, K+, NH4+, N03-, comme espèces interactives et/ou réactives. L'analyse des courbes d'élution obtenues permet, l'identification des mécanismes prépondérants et le chiffrage des paramètres pertinents. Les outils utilisés pour cela sont les modèles fondés sur la convection-dispersion (CD et MIM), le modèle convectif à fonction de transfert lognormale (CLT), et le modèle couplé transport-chimie IMPACT. Les résultats montrent qu'une partie de l'eau ne participe pas à l'écoulement. Ainsi, les hypothèses classiquement admises dans le modèle CD sont dans ce cas invalidées. L'exclusion anionique provoque une sortie précoce des traceurs anioniques par rapport aux traceurs isotopiques. L'ammonium apporté est majoritairement nitrifié. Le potassium subit des échanges cationiques avec le calcium et le magnésium. Dans nos conditions d'essai, la restitution de l'atrazine à la sortie du monolithe est importante et sa dégradation faible. La dernière expérience est réalisée en interrompant l'alimentation en eau avant l'apparition des solutés à la sortie. Le prélèvement de 400 échantillons de sol au sein du Iysimètre donne une image des distributions de teneur en eau et de concentration, qu'on peut comparer aux courbes d'élution. L'interprétation révèle une forte variabilité spatiale et tend à suggérer l'occurrence d'écoulements préférentiels que l'utilisation de colonnes de petite taille peut occulter.

Dans cette thèse, je m'intéresse à des modèles stochastiques de particules sur réseaux qui suivent une dynamique de Glauber avec contraintes cinétiques (KCSM), et particulièrement aux modèles Est et FA-1f. Ces modèles sont apparus en physique pour l'étude des systèmes vitreux. Dans ce document se trouve d'abord un résumé en français de son contenu. Puis viennent trois chapitres présentant le cadre dans lequel mes travaux s'inscrivent et montrant à la fois leurs contributions et à quelles notions et techniques ils font appel. Je centre ma présentation des KCSM sur les objets et résultats qui ont joué un rôle direct dans mes recherches. Mes articles sont regroupés en annexe avec éventuellement quelques extensions retranchées pour la publication. Le premier chapitre est une introduction aux KCSM. Le deuxième chapitre présente des résultats hors équilibre pour les KCSM. J'expose d'abord des résultats de relaxation locale ; pour le modèle FA-1f il s'agit d'un travail commun avec N. Cancrini, F. Martinelli, C. Roberto et C. Toninelli. J'étudie ensuite la progression d'un front dans le modèle Est, et montre un théorème de forme ainsi qu'un résultat d'ergodicité pour le processus vu du front. Ce résultat repose sur la quantification de la relaxation locale du processus vu du front plutôt que sur des arguments classiques de sous-additivité. Le dernier chapitre explore des questions liées à la dynamique des KCSM à basse température (soit à haute densité). Je rappelle des résultats asymptotiques sur le trou spectral des modèles Est et FA-1f et propose quelques heuristiques et conjectures. Je m'intéresse ensuite au comportement à basse température du coefficient de diffusion d'un traceur dans un KCSM, dans l'optique de donner des réponses rigoureuses à des questions posées dans la littérature physique.