La simulation haute-fidélité des coeurs de réacteurs nucléaires nécessite une évaluation précise du flux neutronique dans le coeur du réacteur. Ce flux est modélisé par l’équation de Boltzmann ou équation du transport neutronique. Dans cette thèse, on s’intéresse à la résolution de cette équation par la méthode des ordonnées discrètes (SN) sur des géométries cartésiennes. Cette méthode fait intervenir un schéma d’itérations à source, incluant un algorithme de balayage sur le domaine spatial qui regroupe l’essentiel des calculs effectués. Compte tenu du très grand volume de calcul requis par la résolution de l’équation de Boltzmann, de nombreux travaux antérieurs ont été consacrés à l’utilisation du calcul parallèle pour la résolution de cette équation. Jusqu’ici, ces algorithmes de résolution parallèles de l’équation du transport neutronique ont été conçus en considérant la machine cible comme une collection de processeurs mono-coeurs indépendants, et ne tirent donc pas explicitement profit de la hiérarchie mémoire et du parallélisme multi-niveaux présents sur les super-calculateurs modernes. Ainsi, la première contribution de cette thèse concerne l’étude et la mise en oeuvre de l’algorithme de balayage sur les super-calculateurs massivement parallèles modernes. Notre approche combine à la fois la vectorisation par des techniques de la programmation générique en C++, et la programmation hybride par l’utilisation d’un support d’exécution à base de tâches: PaRSEC. Nous avons démontré l’intérêt de cette approche grâce à des modèles de performances théoriques, permettant également de prédire le partitionnement optimal. Par ailleurs, dans le cas de la simulation des milieux très diffusifs tels que le coeur d’un REP, la convergence du schéma d’itérations à source est très lente. Afin d’accélérer sa convergence, nous avons implémenté un nouvel algorithme (PDSA), adapté à notre implémentation hybride. La combinaison de ces techniques nous a permis de concevoir une version massivement parallèle du solveur SN Domino. Les performances de la partie Sweep du solveur atteignent 33.9% de la performance crête théorique d’un super-calculateur à 768 cores. De plus, un calcul critique d’un réacteur de type REP 900MW à 26 groupes d’énergie mettant en jeu 1012 DDLs a été résolu en 46 minutes sur 1536 coeurs. / High-fidelity nuclear reactor core simulations require a precise knowledge of the neutron flux inside the reactor core. This flux is modeled by the linear Boltzmann equation also called neutron transport equation. In this thesis, we focus on solving this equation using the discrete ordinates method (SN) on Cartesian mesh. This method involves a source iteration scheme including a sweep over the spatial mesh and gathering the vast majority of computations in the SN method. Due to the large amount of computations performed in the resolution of the Boltzmann equation, numerous research works were focused on the optimization of the time to solution by developing parallel algorithms for solving the transport equation. However, these algorithms were designed by considering a super-computer as a collection of independent cores, and therefore do not explicitly take into account the memory hierarchy and multi-level parallelism available inside modern super-computers. Therefore, we first proposed a strategy for designing an efficient parallel implementation of the sweep operation on modern architectures by combining the use of the SIMD paradigm thanks to C++ generic programming techniques and an emerging task-based runtime system: PaRSEC. We demonstrated the need for such an approach using theoretical performance models predicting optimal partitionings. Then we studied the challenge of converging the source iterations scheme in highly diffusive media such as the PWR cores. We have implemented and studied the convergence of a new acceleration scheme (PDSA) that naturally suits our Hybrid parallel implementation. The combination of all these techniques have enabled us to develop a massively parallel version of the SN Domino solver. It is capable of tackling the challenges posed by the neutron transport simulations and compares favorably with state-of-the-art solvers such as Denovo. The performance of the PaRSEC implementation of the sweep operation reaches 6.1 Tflop/s on 768 cores corresponding to 33.9% of the theoretical peak performance of this set of computational resources. For a typical 26-group PWR calculations involving 1.02×1012 DoFs, the time to solution required by the Domino solver is 46 min using 1536 cores.

Ce travail de thèse porte sur l'utilisation des NanoDiamants Photoluminescents (NDPs) pour des applications en bio-imagerie. Les nanodiamants (NDs) sont photoluminescents grâce à la présence de centres colorés azote-lacune (NV) dans leur maille cristalline. Le manuscrit est divisé en deux parties. La première concerne l'étude des propriétés optiques des centres colorés NV dans des NDs. Après l'optimisation de la concentration des centres NV, nous comparons la photoluminescence des NDPs à celle des nanoparticules semi-conductrices commerciales; nous concluons qu'elle peut être équivalente, même supérieure dans le cas des NDPs. Pour augmenter le contraste d'imagerie intracellulaire des NDPs, nous avons étudié l'excitation à 2-photons des centres NV. Lors de cette étude avec un laser impulsionnel, nous avons découvert que le signal de photoluminescence des NDPs excité à un photon chute très fortement lorsque l'impulsion infrarouge est simultanée de l'excitation visible. Nous avons étudié la façon d'utiliser cet effet pour l'imagerie de super-resolution. La deuxième partie porte sur l'étude des applications des NDPs comme sondes pour la bio-imagerie. Dans le but d'utiliser des NDPs comme véhicules de biomolécules, nous avons étudié leurs mécanismes d'internalisation et avons élucidé leur localisation intracellulaire, en inhibant des voies différentes d'internalisation et par des expériences d'immunofluorescence. De plus, nous avons montré que les NDPs ne sont pas toxiques pour des cellules en culture. Un premier essai de vectorisation a été mené avec de NDPs couverts d'ADN plasmidique.

Ce travail de thèse vise à mettre en place un système d'extraction de réseau routier en milieu urbain à partir d'image satellite à très haute résolution. Dans ce contexte, nous avons proposé deux méthodes de localisation de routes. La première approche est fondée sur la procédure de conversion de l'image vers un format vectoriel. L'originalité de cette approche réside dans l'utilisation d'une méthode géométrique pour assurer le passage vers une représentation vectorielle de l'image d'origine et la mise en place d'un formalisme logique fondé sur un ensemble de critères perceptifs permettant le filtrage de l'information inutile et l'extraction des structures linéaires. Dans la deuxième approche, nous avons proposé un algorithme fondé sur la théorie des ondelettes, il met particulièrement en évidence les deux volets multi-résolution et multi-direction. Nous proposons donc une approche de localisation des routes mettant en jeux l'information fréquentielle multi directionnelle issue de la transformée en ondelette Log-Gabor. Dans l'étape de localisation, nous avons présenté deux détecteurs de routes qui exploitent l'information radiométrique, géométrique et fréquentielle. Cependant, ces informations ne permettent pas un résultat exact et précis. Pour remédier à ce problème, un algorithme de suivi s'avère nécessaire. Nous proposons la reconstruction de réseaux routiers par des courbes NURBS. Cette approche est basée sur un ensemble de points de repères identifiés dans la phase de localisation. Elle propose un nouveau concept, que nous avons désigné par NURBSC, basé sur les contraintes géométriques des formes à approximer. Nous connectons les segments de route identifiés afin d'obtenir des tracés continus propres aux routes.

La vectorisation de la poussée d'une tuyère propulsive supersonique axisymétrique est étudiée par le biais d'une injection fluidique transversale dans sa partie divergente. Cette étude menée dans le cadre du programme PERSEUS du CNES a été motivée par la recherche d'une solution alternative au pilotage conventionnel de la poussée par actionneurs mécaniques. Le travail de la thèse, tout en s'appuyant sur des approches expérimentale et numérique, comprend essentiellement une large étude paramétrique concernant principalement la position de l'injection, la forme de la tuyère, la nature et le débit du fluide injecté. L'analyse des résultats montre que pour certaines configurations optimales, des angles de déviation pertinents peuvent être obtenus pour des taux d'injections modérés. L'analyse numérique étendue aux écoulements chauds multi-espèces, plus proches des applications réelles, a montré que la vectorisation fluidique reste très performante lors de l'injection de produits de combustion dans le divergent.

L’ingénierie protéique servant autrefois à comprendre les relations structures-fonctions des protéines connait un tournant majeur depuis plusieurs années. L’ingénierie protéique évolue pour créer des nouvelles fonctions protéiques : c’est la naissance de l’ingénierie protéique moderne. L’objectif de ma thèse a consisté à mettre en place et caractériser deux approches indépendantes d’ingénierie protéique dans le domaine du vaccin et du diagnostic. Le premier projet consistait à générer des ligands protéiques à partir d‘échafaudages moléculaires (des alternatifs aux anticorps) en couplant le ribosome display au NGS et en développant des outils d’analyses bio-informatiques. Des sélections contre des cibles protéiques d’origine bactérienne et virale ont conduit à l’identification de ligands Affibodies affins (µM au nM). Leur caractérisation a validé leur potentiel comme outil de recherche et de réactif diagnostique. Ces études ont permis de valider la plateforme de génération des ligands mise en place, en augmentant l’exploration de l’espace de diversité des interactions des ligands. Le second projet portait sur le développement d’une plateforme de présentation et de vectorisation à partir de particules d’encapsuline. Elles ont été génétiquement modifiées pour présenter de manière répétée à leur surface l’ectodomaine de la protéine de matrice M2 (M2e) du virus Influenza A H1N1 tout en encapsulant une protéine hétérologue : l’eGFP. Les nanoparticules modifiées sont correctement formées et encapsulent l’eGFP. Des souris immunisées par ces particules induisent une réponse anticorps spécifique contre l’épitope M2e et l’eGFP. L’utilisation de ces nanoparticules comme plateforme vaccinale de présentation et de vectorisation est prometteuse et ouvre la voie pour d’autres applications en biotechnologie / In the past, protein engineering used to understand function and structure relationship. But since few years, protein engineering was used to create new protein functions: modern protein engineering was born. The aim of my thesis was to set up and characterize two approaches of protein engineering in diagnostic and vaccine field. The first project was to generate artificial binder using protein scaffolds as an alternative to antibodies by coupling ribosome display (RD) to NGS and developing bio-informatics tools. Screening and selection against bacterial and viral targets have led to affibody binder’s identification with an affinity range from µM to nM. Their characterization has validated their potential as research tools and protein reagents for diagnostic assay. Coupling ribosome display to high throughput sequencing as means to directly identify selected binder coding sequences, enormously enhance binder discovery depth. The second project was to generate an innovative nanocarrier based on encapsulin nanoparticle, for customized peptide display and cargo protein vectorization. Encapsulin particles from T.maritima were genetically modified for simultaneous display of the matrix protein 2 ectodomain of the influenza H1N1 A virus and heterologous protein eGFP packaging. Genetically engineered encapsulin nanoparticles were well-formed and abled to efficiently load eGFP. Immunogenicity studies revealed antibody responses against both the surface epitope and the loaded cargo protein. Taken together, this display system is a versatile tool for rational vaccine design and paves the way for new applications in the research fields of vaccine, antimicrobial research and other biotechnological applications

La curcumine est un polyphénol de couleur jaune extrait du rhizome de la plante (Curcuma longa). Identifié comme un principe actif du curcuma, cette épice est largement consommée compte tenu de ses propriétés antioxydantes, antimicrobiennes et antitumorales. Cependant, sa solubilité et sa biodisponibilité restent limitées en raison de son hydrophobicité et diminuent de ce fait les applications potentielles dans les domaines nutraceutique et pharmaceutique. L’objectif de ce travail s’est focalisé sur l’étude des propriétés physico-chimiques de cette molécule vectorisée sous forme liposomale. Différentes formulations de nanovecteurs préparées à partir de lipides polaires plus ou moins riches en acides gras polyinsaturés à longue chaîne variables, issus de source marine ou végétale, ont été utilisées pour modifier la fluidité membranaire des vecteurs. Ces travaux ont permis d’optimiser le pourcentage d’encapsulation de cette biomolécule et d’étudier les effets de cytotoxicité et de sa biodisponibilité sur différentes lignées cellulaires (MCF7, cellules embryonnaires de neurones corticaux). Les résultats montrent des effets significatifs lors de l’utilisation de nanoliposomes formulés avec de la lécithine marine, protégés par un enrobage de polymère de chitosane. Les analyses physicochimiques de taille par diffraction de la lumière (zetasizer, nanosight), de stabilité (mesure de la taille et la mobilité électrophorétique), de structure par microscopie électronique en transmission et la libération de la molécule vectorisée, ont permis de mieux comprendre les effets des interactions polymère-phospholipides et le relargage de la curcumine encapsulée dans les conditions environnementales drastiques de digestion gastrique et intestinale. Une caractérisation multi-échelle est proposée afin d’améliorer la compréhension des différentes propriétés du nanovecteur et du principe actif qu’il vectorise, ainsi que les interactions possibles entre eux. Les techniques utilisées sont la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), les rayons X, ainsi que la microscopie électronique en transmission / Curcumin, a yellow lipid-soluble natural pigment, a hydrophobic polyphenol derived from the rhizome of Curcuma longa, has been identified as the active principle of turmeric. Curcumin has already become a research focus due to its numerous biological and pharmacological benefits such as antioxidant, antitumor, anti-inflammatory, antimicrobial properties and other desirable medical benefits. However, due to its low absorption, the poor bioavailability of curcumin limits its clinical use. The objective of this work has focused on the study of the physicochemical properties of this molecule encapsulated in form of liposome. Different formulations of nanocarriers prepared from polar lipids more or less rich in polyunsaturated fatty acids with variable long chain, derived from vegetable or marine source, have been used to modify liposomes membrane fluidity. These works have allowed to optimize the encapsulation efficiency of the curcumin and to study its bioavailability and cytotoxicity effects on different cell lines (MCF7, embryonic cortical neurons). The results show significant effects when using nanoliposomes formulated with marine lecithin, protected by chitosan as the coating polymer. The physico-chemical analyses of the size by light scattering (Zetasizer, NanoSight), the stability (measurement of the size and the electrophoretic mobility), the structure by transmission electron microscopy and the release of the encapsulated molecule, allowed to better understand the effects of polymer-phospholipid interactions and the release of encapsulated curcumin in drastic environmental conditions of gastric and intestinal digestion. A multiscale characterization is proposed in order to improve the understanding of the various properties of the active agent (curcumin) and the nanovector, as well as the possible interactions occuring between them. The techniques used are Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-rays, Rheometer and Transmission Electron Microscopy

Ces travaux visent à déterminer l‘intérêt de deux types de nanosystèmes (NS) coeur-couronne dans des applications dermatologiques ou cosmétiques. Les nanocapsules lipidiques (LNC) sont obtenues par une méthode déjà décrite dans la littérature. Leur formule est modifiée pour incorporer un actif cosmétique d‘intérêt. Les nanocapsules d‘alginate (ANC) sont développées au moyen de plans d‘expériences. Elles sont composées d‘un coeur huileux et d‘une coque d‘alginate de calcium gélifiée obtenue par gélification ionique de surface d‘une nanoémulsion. Des méthodes basées sur le phénomène de fluorescence nous permettent de mettre en évidence l‘endocytose des ANC par les kératinocytes. Leur contenu est rapidement libéré dans le cytoplasme. Une étude sur différents modèles ex vivo montre que les deux nanosystèmes permettent aux molécules encapsulées d‘atteindre les couches vivantes de l‘épiderme. ANC et LNC sont stables plusieurs mois dispersées dans des formes galéniques semi-solides. Ces deux NS sont donc adaptés à la délivrance de molécules actives dans la peau. / Two types of core-shell nanosystems have been evaluated for dermatological and cosmetic applications. Lipid nanocapsules (LNC) are obtained by a method that has already been described in the literature. Their composition is adapted for incorporation of a specific cosmetic ingredient. Alginate nanocapsules (ANC) are developed with the aid of experimental design. They consist of a triglyceride core with a rigid calcium alginate shell obtained by ionic gelation of the surface of a nanoemulsion. By incorporating fluorophores into these nanosystems, they can be studied by advanced spectral fluorescence imaging methods. We were thus able to show that ANC are first internalized into keratinocytes by endocytosis, and once inside the cells, their contents are rapidly released into the cytoplasm. A study of different ex vivo skin model systems has shown that both nanosystems enable active substances to reach the living epidermis. When incorporated into gels similar to those used as galenic forms for topical administration, LNC and ANC remain stable for months. They can thus be used as vectors for delivering active substances to the skin.

La vectorisation de la poussée d'une tuyère propulsive supersonique axisymétrique est étudiée par le biais d'une injection fluidique transversale dans sa partie divergente. Cette étude menée dans le cadre du programme PERSEUS du CNES a été motivée par la recherche d'une solution alternative au pilotage conventionnel de la poussée par actionneurs mécaniques. Le travail de la thèse, tout en s'appuyant sur des approches expérimentale et numérique, comprend essentiellement une large étude paramétrique concernant principalement la position de l'injection, la forme de la tuyère, la nature et le débit du fluide injecté. L'analyse des résultats montre que pour certaines configurations optimales, des angles de déviation pertinents peuvent être obtenus pour des taux d'injections modérés. L'analyse numérique étendue aux écoulements chauds multi-espèces, plus proches des applications réelles, a montré que la vectorisation fluidique reste très performante lors de l'injection de produits de combustion dans le divergent. / Secondary injection into the divergent section of a supersonic rocket nozzle is investigated for the fluidic thrust vectoring effects. The study was conducted in the framework of CNES PERSEUS program and was motivated by the need for an alternative vectoring solution aimed for a small space launcher. The thesis work, based on the combined experimental and numerical approaches, essentially comprises of a wide parametric study mainly concerning the position of the injection, the shape of the primary and injection nozzles, flow regime, gas thermophysical properties and injected fluid mass-flow-rate. The analysis shows that for some optimal configurations, pertinent deflection angles can be obtained using the moderate injection rates. Furthermore, the study was extended to the hot flow multi-species investigation, simulating a case closer to the real applications. This numerical analysis indicated that the fluidic vectoring method remains effective with injection of combustion products into the divergent section of a propulsive rocket nozzle.

Ce travail de thèse vise à mettre en place un système d’extraction de réseau routier en milieu urbain à partir d’image satellite à très haute résolution. Dans ce contexte, nous avons proposé deux méthodes de localisation de routes. La première approche est fondée sur la procédure de conversion de l’image vers un format vectoriel. L’originalité de cette approche réside dans l’utilisation d’une méthode géométrique pour assurer le passage vers une représentation vectorielle de l’image d’origine et la mise en place d’un formalisme logique fondé sur un ensemble de critères perceptifs permettant le filtrage de l’information inutile et l’extraction des structures linéaires. Dans la deuxième approche, nous avons proposé un algorithme fondé sur la théorie des ondelettes, il met particulièrement en évidence les deux volets multi-résolution et multi-direction. Nous proposons donc une approche de localisation des routes mettant en jeux l'information fréquentielle multi directionnelle issue de la transformée en ondelette Log-Gabor. Dans l’étape de localisation, nous avons présenté deux détecteurs de routes qui exploitent l’information radiométrique, géométrique et fréquentielle. Cependant, ces informations ne permettent pas un résultat exact et précis. Pour remédier à ce problème, un algorithme de suivi s’avère nécessaire. Nous proposons la reconstruction de réseaux routiers par des courbes NURBS. Cette approche est basée sur un ensemble de points de repères identifiés dans la phase de localisation. Elle propose un nouveau concept, que nous avons désigné par NURBSC, basé sur les contraintes géométriques des formes à approximer. Nous connectons les segments de route identifiés afin d’obtenir des tracés continus propres aux routes. / The aim of this thesis is to establish a road network extraction system in urban areas from very high resolution satellite images. In this context, we proposed two approaches to locate roads. The first one is based on the process of converting the image into a vector form. The originality of this approach lies in the use of a geometric method to ensure the shift into a vector representation of the original image and the establishment of a logical formalism based on a set of perceptual criteria. It allows the filtering of unnecessary information and extracting linear structures. In the second approach, we proposed an algorithm based on the wavelet theory, it particularly highlights the two axis multi-resolution and multi-direction. Thus, we introduce a road localization approach, which manage the frequency multidirectional data resulting from the transform using the Log-Gabor wavelet. In the localization step, we presented two road detectors, which are capable of exploiting the radiometric, geometric and frequency data. However, this data cannot allow accurate and precise results. To overcome this drawback, a tracking algorithm is needed. We propose the reconstruction of road networks by NURBS curves. This approach is based on a landmark set of points identified in the localization phase and presents a new concept, noted by NURBSC. NURBSC is based on the geometrical constraints of shapes to be approximated. We connect road segments identified in order to obtain continuous road network.

L’objectif de cette thèse a été d’optimiser la réponse immunitaire anti-tumorale induite par les cellules dendritiques (DC) et les cellules iNKTs, en réponse à la prise en charge du KRN7000 (a-galactosyl-céramide) par la molécule CD1d située sur les DCs. Le premier axe de travail visait à synthétiser de nouveaux analogues du KRN7000, en fonctionnalisant la position C6 du sucre et en greffant un groupement phényl sur l’une des chaînes grasses. Les études in vitro ont montré que les modifications apportées par rapport au KRN7000 n’ont pas altéré la prise en charge des molécules obtenues par les DCs. Dans tous les cas, une sécrétion de cytokines a pu être observée. Des études complémentaires visant à décrire le profil cytokinique in vivo sont en cours. Le second axe a consisté en la mise au point d’une stratégie de vectorisation du KRN7000 afin de favoriser sa présentation aux DCs, en l’associant à des molécules d’intérêt comme un peptide spécifique d’une tumeur, une molécule de ciblage des DCs ou des ligands des TLRs. Dans les conditions utilisées, le phénomène d’anergie induit classiquement par l’administration répétée du KRN7000 n’a pas pu être levé. Cependant, nous avons montré d’une part que le KRN7000 vectorisé dans les liposomes est toujours pris en charge par les cellules dendritiques, et d’autre part qu’une réponse immunitaire se traduisant par la production de cytokines par les cellules iNKTs est induite. / The aim of this project was to optimize the anti-tumor immune response induced by dendritic and iNKTs cells, in response to KRN7000 (a-galactosyl-ceramide), which interacts with CD1d molecule situated on DCs. At first we synthesized new analogues of KRN7000, by functionalizing the C6 position of the carbohydrate moiety and by grafting a phenyl group on one of the fatty chain. In vitro studies indicated that chemical modifications of KRN7000 did not alter its interaction with CD1d. In all cases, cytokine secretion was observed. Further studies are in progress to describe the in vivo cytokine profile. In a second step, we developed liposomal constructs incorporating KRN7000 to optimize its presentation to DCs. Some constructions containing KRN7000 were able to associate a peptide, a targetting molecule of DCs or TLR ligands. Even if the anergy phenomenon induced by repeated administrations of KRN7000 could not be regulated by the use of liposomes, we have shown that encapsulated KRN7000 is still supported by DCs and that an immune response resulting in cytokines secretion by iNKT cells is induced.