Ce mémoire de thèse s'intéresse au comportement du béton sous chargement triaxial sévère. L'étude est réalisée dans le contexte plus général de la compréhension du comportement du béton sous impact, ce qui induit des états de contraintes triaxiales de très haute intensité. Afin de reproduire des niveaux de contraintes très élevés avec des chemins de chargement bien contrôlés, des essais triaxiaux statiques sont réalisés sur des échantillons de béton au moyen d'une presse triaxiale de très grande capacité. Nous nous sommes intéressés à l'influence des granulats, qui occupent environ 40% du volume du béton. Plus précisément, les effets de la forme et de la composition chimique des granulats sont étudiés pour des compression triaxiale entre 0 et 650 MPa de confinement . On considère à la fois la réponse macroscopique et les modes de rupture. La forme des granulats semble peu influencer le comportement du béton, alors que les effets de leur composition sont assez importants, quelque soit le confinement. La deuxième partie de la thèse est consacrée à une modélisation numérique du béton. L'objectif principal de ce travail numérique est de développer un modèle très simple en termes de lois d'interaction et d'introduire l'hétérogénéité du béton au niveau mésoscopique. Un modèle mésoscopique du béton est ainsi établi dans le cadre des éléments discrets. On étudie l'influence des propriétés des granulats et de l'interface graulats/mortier sur les courbes contrainte-déformation et les mécanismes d'endommagement. D'autre part, l'influence des vides est étudiée en utilisant des échantillons mono-phasiques avec différentes caractéristiques des vides. Un comportement complexe non linéaire, résultant de la présence, des vides est observé. Par ailleurs, les résultats numériques complètent, et permettent de mieux comprendre, les résultats expérimentaux. / This PhD thesis focuses on identifying concrete behavior under high triaxial loading. The study is carried out within a more general context of understanding the behavior of concrete under impact, which induces very high-intensity triaxial stress states. In order to reproduce very high stress levels with well-controlled loading paths, static triaxial tests are carried out on concrete samples by means of a very high-capacity triaxial press. We are interested in the influence of coarse aggregates, which occupy approximately 40% of the concrete volume. More specifically, the effects of coarse aggregate shape and composition on concrete behavior for triaxial compression tests ranging from 0 to 650 MPa of confinement are investigated. Both macroscopic response and failure patterns are concerned. Coarse aggregate shape seems to have only a slight influence on concrete behavior while the effects of coarse aggregate composition are quite important over whole range of confining pressures. The second part of the thesis is devoted to a numerical modeling of concrete. The main objective of this numerical work is to develop a very simple model in terms of interaction laws and introduce concrete heterogeneity at the mesoscopic level. A mesoscopic model of concrete is thus established within the discrete element framework. The effects of coarse aggregate and aggregate/mortar interface properties on the stress-strain curves and damage mechanisms in a concrete sample are investigated. On the other hand, the influence of voids is studied using one-phase samples having different void properties. A complex, nonlinear behavior of a numerical specimen arising from the void structuring is observed. The numerical results complete and allow better understanding of experimental observations.

La présence de Composés Organiques Halogénés Volatils (COHV) dans les eaux souterraines est particulièrement problématique car celle-ci peut les contaminer pendant des dizaines d’années. Le traitement de ces sites, dont les pollutions sont souvent mixtes et complexes, nécessite de développer des techniques fiables. Particulièrement dans le contexte d’un aquifère hétérogène, les techniques classiques souffrent du faible potentiel de balayage de la pollution par les agents remédiant. La génération de mousse in situ est une technique de dépollution innovante permettant de contrôler la mobilité de ces agents. La démarche générale du travail de thèse porte sur le développement de l’injection de mousse et son applicabilité dans le contexte d’un site industriel en activité contaminé par des solvants chlorés. L’originalité de ce travail porte sur l’utilisation de la mousse comme agent confinant (hydrauliquement) d’une zone source au sein même de l’usine. Le premier objectif de cette thèse consiste en la définition de l’origine de la pollution et des processus responsables du transport des composés dissous dans un système aquifère multicouche et hétérogène. Dans ce cadre, un modèle de transport en 3 dimensions a été développé et contraint à partir de données géologiques (structure 3D), hydrogéologiques (piézométrie, mesure de vitesse), et chimiques (solvant chlorés et ions majeurs). Cette combinaison d’approches a eu un impact réel sur la compréhension de la dynamique hydrogéologique du système souterrain présent au droit du site d’étude, et a permis de définir la zone d’injection de mousse. En parallèle des travaux de caractérisation du site, un travail expérimental en laboratoire a permis de définir les mécanismes à l’origine de la réduction de la perméabilité relative à l’eau par l’injection de mousse. Au travers d’une approche multi échelle, ces travaux ont notamment permis de (i) définir une formulation (concentrations en tensio-actifs et composition) et les paramètres d’injection (qualité de mousse, débit d’injection, mode d’injection) pour générer une mousse favorable à la réduction de la saturation en eau (colonne 1D). Cette baisse de saturation ayant conduit à une réduction de la perméabilité à l’eau d’un facteur supérieur à 100. (ii) D’estimer le comportement de la mousse le long d’un profil d’injection et son impact sur la réduction de la saturation en eau à quelques centimètres d’un point d’injection (pilote 2D décimétrique). (iii) De vérifier l’applicabilité en 3D du système d’injection développé et de suivre les évolutions de l’impact de la mousse dans un aquifère (essai sur un piézomètre réel). Enfin, un test d’injection de mousse en continu pendant 96h au droit de la zone source du site industriel contaminé a été réalisé. La réalisation d’un essai de pompage (post injection) au centre de la zone confinée, couplé à des mesures de flux de polluant (pré et post injection) et implémenté dans un modèle 2D, ont permis de mettre en évidence l’impact réel de la mousse sur un rayon supérieur à 2m avec une réduction du flux de polluant en aval hydraulique d’un facteur 4,5. Les différents travaux de laboratoire et de modélisation mettent en évidence les avancées et limites de la technique développée et permettent de proposer des voies d’amélioration. / The presence of Volatile Organic Compounds (VOCs) in groundwater is particularly problematic because it can contaminate them for decades. The treatment of these sites, whose pollution is often mixed and complex, requires the development of reliable techniques. Particularly in the context of a heterogeneous aquifer, conventional techniques suffer from the low potential for pollution sweeping by remedying agents. In situ foam generation is an innovative technique to control the mobility of these agents. The general approach of the thesis concerns the development of foam injection and its applicability. in the context of an industrial site in activity contaminated by chlorinated solvents. The originality of this work concerns the use of foam as a confining agent (hydraulically) of a source zone within the plant itself. The first objective of this thesis is to define the origin of pollution and the processes responsible for the transport of dissolved compounds in a multilayered and heterogeneous aquifer system. In this context, a 3-dimensional transport model has been developed and constrained based on geological data (3D structure), hydrogeological data (piezometry, groundwater velocity measurement), and chemical data (chlorinated solvent and major ions). The combination of these approaches had a real impact on the understanding of the hydrogeological dynamics of the underground system present at the study site, and allowed us to define the foam injection zone. In parallel with site characterization, experimental work in laboratory allows to define the mechanisms responsible for reducing the water-relative permeability by injecting foam. Through a multi-scale approach, we (i) define a formulation (surfactant concentrations and composition) and injection parameters (foam quality, injection rate, injection mode ) to generate a foam favorable to the reduction of water saturation (column 1D). This saturation decrease led to a reduction of the water relative permeability by a factor greater than 100. (ii) Estimate the behavior of the foam along an injection profile and its impact on the reduction saturation in water a few centimeters from an injection point (2D decimetric pilot). (iii) Verify the 3D applicability of the developed injection system and to follow the evolutions of the impact of the foam in an aquifer (test on a real piezometer). Finally, a continuous foam injection test during 96 hours at the source zone of the contaminated industrial site was carried out. Conducting a pumping test (post injection) in the center of the confined zone, coupled with contaminant fluxes measurements (pre and post injection) and implemented in a 2D model, highlighted the real impact of the injected foam over a radius greater than 2m with a reduction of the flow of pollutant downstream by a factor 4.5. The various laboratory and modeling work highlight the advances and limitations of the developed technique and make it possible to propose ways of improvement.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Avaliou-se o desempenho produtivo, caracterÃsticas quantitativas das carcaÃas e viabilidade econÃmica de cordeiros do grupamento genÃtico Pantaneiro terminados em quatro sistemas de produÃÃo: 1) Pastagem de Brachiaria brizantha cv piatÃ, vedada e suplementaÃÃo energÃtica proteica fornecida na proporÃÃo de 2% do peso corporal (VED); 2) Pastagem de Brachiaria brizantha cv piatà em plantio consorciado com sorgo e suplementaÃÃo energÃtica proteica fornecida na proporÃÃo de 2% do peso corporal (ILP); 3) Confinamento com suplementaÃÃo energÃtica proteica fornecida na proporÃÃo de 2% do peso corporal e silagem de sorgo fornecida na proporÃÃo de 1,5% do peso corporal (COF2); e 4) Confinamento com suplementaÃÃo energÃtica proteica fornecida na proporÃÃo de 4% do peso corporal e silagem de sorgo fornecida na proporÃÃo de 1,5% do peso corporal (COF4) Foram utilizados 100 cordeiros com peso mÃdio de 17,85  2,50 kg e 70  15 dias de idade. Adotou-se o delineamento inteiramente casualizado, com quatro sistemas de terminaÃÃo e vinte e cinco animais por sistema. Os animais foram pesados quinzenalmente para ajuste da suplementaÃÃo energÃtica proteica e do volumoso. A duraÃÃo do experimento foi determinada pelo tempo necessÃrio para que a mÃdia dos animais de um sistema acumulassem dois milÃmetros de espessura de gordura subcutÃnea. A anÃlise econÃmica foi baseada no cÃlculo da margem bruta e lÃquida, sendo os custos operacionais efetivos, operacionais totais e a receita bruta a base para a anÃlise da viabilidade econÃmica. Foram gerados cenÃrios para a avaliaÃÃo de sensibilidade da viabilidade econÃmica. Os valores mÃdios do peso vivo final e ganho de peso total dos animais terminados no ILP foram superiores quando comparados aos valores obtidos no COF2, enquanto que entre os sistemas de terminaÃÃo VED e COF4, estas caracterÃsticas nÃo diferiram (P>0,05). Os cordeiros terminados em VED, ILP e COF4 apresentaram as maiores mÃdias de peso de carcaÃa quente e carcaÃa fria quando comparados aos animais terminados no COF2. No entanto, os maiores rendimentos de carcaÃa quente e carcaÃa fria foram identificados nos animais terminados no COF4 em relaÃÃo aos demais sistemas de terminaÃÃo. Para o Ãndice de compacidade de carcaÃa, os animais terminados no COF4 obtiveram valores superiores aos observados no COF2. A avaliaÃÃo do resultado econÃmico revelou que houve retorno econÃmico para os sistemas de terminaÃÃo, com exceÃÃo do COF2, sendo a terminaÃÃo de cordeiros em integraÃÃo lavoura pecuÃria mais rentÃvel. Portanto, baseado nas condiÃÃes em que foi conduzido o estudo, e de acordo com as anÃlises e discussÃes apresentadas nesse trabalho conclui-se que: o ILP por proporcionar produÃÃo de forragem e produÃÃo de grÃos aliado à atividade pecuÃria, necessitando de menor Ãrea para terminaÃÃo de cordeiros e ganho de peso semelhante aos demais sistemas, foi o sistema com melhor resultado econÃmico, sendo indicado como opÃÃo para a terminaÃÃo de cordeiros na regiÃo Centro-Oeste do PaÃs. / The aim of this study was to evaluate the productive performance and carcasses quantitative characteristics and economic viability of lambs of the Pantaneiro genetic group in four production systems: 1) grazing B. brizantha cv Piata, sealed protein and energy supplementation supplied in a proportion of 2% body weight (SEL); 2) grazing B. brizantha cv Piata intercropped with sorghum and protein and energy supplementation supplied in a proportion of 2% body weight (CLI); 3) Confinement with protein and energy supplementation supplied in a proportion of 2% body weight and sorghum silage in the ratio of 1.5% of body weight (COF2); and 4) Confinement with protein and energy supplementation supplied in a proportion of 4% body weight and sorghum silage in the ratio of 1.5% of body weight (COF4). We used 100 lambs with 17.85  2.50 kg of body weight and 70  15 days of age. A completely randomized design was used, with four finishing systems and twenty-five animals per system. Animals were weighed fortnightly for protein and energy supplementation feed adjustment. The duration of the experiment was determined by the time required for animals to accumulate two millimeters thickness of subcutaneous fat. Economic analysis was based on the calculation of gross margin, and variable costs and gross revenues the basis of economic analysis. Experimental systems generated scenarios for assessing economic viability. Average values of final body weight and total weight gain in the animals finished under CLI were higher when compared to the values obtained in COF2, while in SEL and COF4 finish systems these characteristics did not differ (P> 0.05). Lambs finished in SEL, CLI and COF4 had the highest average of hot and cold carcass weight compared to animals finished in COF2. Nevertheless, higher yields of hot and cold carcass have been identified in animals finished in COF4. We identified significant difference (P <0.05) for carcass compactness index in animals finished in COF4 with higher values than those observed in animals finished in COF2. Evaluation of the economic results showed that there were economic return for the termination systems, except for COF2, and the termination of lambs in Crop- Livestock Integration were more profitable. Therefore, based on the conditions under which the study was conducted, and according to the analyzes and discussions presented in this work we concluded that: the CLI for providing forage and grain production combined with livestock activity, requiring smaller area for termination lambs and weight gain similar to other systems, was the system better economic results and is indicated as an option for termination of lambs in the Midwest region of the Country.

La migration cellulaire possède deux volets antagonistes ; nécessaire à plusieurs processus physiologiques tels que la réponse immunitaire, elle peut également induire la mort d’un organisme en permettant les cellules cancéreuses d’envahir des organes sains. In vivo, la migration s’effectue dans des milieux complexes et confinés qui imposent une forte déformabilité aux cellules migratoires. Récemment, divers études ont montré que le noyau impose la limite de la déformabilité cellulaire lors de la migration en 3D (Wolf et al. JCB, 2013; Harada et al. JCB, 2013). Il a, en effet, été montré que la migration cellulaire peut être augmentée en diminuant la rigidité nucléaire (Wolf et al. JCB, 2013). Cependant, il existe une limite de rigidité nucléaire en dessous de laquelle la migration cellulaire peut être inhibée via l’inhibition de la survie cellulaire (Harada et al. JCB, 2013). Les cellules cancéreuses qui migrent à des vitesses relativement faibles (µm/heure) et ont des noyaux rigides surmontent la limite imposée par la déformation nucléaire en dégradant et élargissant le milieu extracellulaire. Les cellules immunitaires telles que les neutrophiles qui migrent rapidement (10 µm/mn) et ont des noyaux mous sont connus pour mourir aux sites d’infections. Les cellules dendritiques, de la famille des cellules immunitaires, ont une fonction de présentation d’antigènes qui requiert à la fois une grande capacité migratoire et de survie. Elles représentent donc un modèle cellulaire intéressant pour l’étude de la déformation nucléaire chez les cellules qui migrent rapidement et survivent longtemps. Durant mon doctorat, j’ai étudié le mécanisme grâce auquel les cellules dendritiques déforment leurs noyaux afin de migrer de manière efficace en milieux confinés tout en préservant un haut taux de survie. J’ai utilisé un système expérimental nouveau et original consistant en des microcannaux avec des constrictions (Heuzé et al. MMB, 2011). Ces canaux, combinés à des manipulations génétiques et de la video microscopie nous ont permis de montré que les cellules dendritiques possèdent un mécanisme spécifique, indépendant de celui utilisé pour leur migration, leur permettant de déformer leurs noyaux tout en migrant dans des milieux hautement confinés. Ce mécanisme est basé sur la génération d’un réseau d’actin, autour du noyau, nucléé par Arp2/3 et indépendant du moteur Myosin II. Ce réseau d’actine co-localise avec des sites de rupture de la Lamin A/C. De plus, réduire la quantité de Lamin A/C dans les cellules dendritiques inhibe la formation de ce réseau d’actin perinucléaire. Basés sur ces résultats, nous avons proposé un nouveau mécanisme de déformation du noyau lors de la migration en milieux confinés basé sur Arp2/3 qui, en nucléant un réseau d’actine autour du noyau permet de casser la lamin A/C diminuant ainsi la tension de surface nucléaire et permettant le passage noyau. / Cell migration has two opposite faces; necessary for many physiological processes such as immune response, it can also lead to the organism death by allowing metastatic cells to invade new organs. In vivo migration often occurs in complex 3D environments which impose high cellular deformability. Recently, cellular deformability during 3D migration has been shown to be limited by the nucleus (Wolf et al. JCB, 2013). For instance, cell migration can be increased by decreasing nuclear stiffness. However, below a given nuclear stiffness 3D cell migration can be reduced as a result of impaired cell survival (Harada et al. JCB, 2014). Cancer cells which display slow migration and have rather stiff nuclei have been shown to overcome the physical limits of 3D migration through adhesion combined to matrix degradation or high actomyosin contraction (Wolf et al. JCB, 2013). Immune cells such as neutrophils which are fast moving cells with soft nuclei have been reported to die at sites of infection. Interestingly, dendritic cells function as antigen presenting cells requires high migratory ability as well as high survival. They thus constitute an interesting model for studying nuclear deformation in fast moving and long lived cells. During my PhD, I studied the mechanism by which dendritic cells deform their nuclei to achieve proper migration in highly confining space while preserving a high survival rate. I used an original micro fabricated experimental set up (Heuzé et al. MMB, 2011) consisting of microchannels with constrictions to mimic cellular transmigration. Those channels combined with genetic manipulation and live cell imaging followed by image processing were used to assess the mechanism dendritic cells use to deform their nucleus, which we found to be specific and not required for cell motility per se. I showed that dendritic cells overcome the physical limitation imposed by nuclear deformation through small gaps by nucleating an Arp2/3 based actin network around the nucleus. Surprisingly, the formation of this actin network is independent of myosin II based contraction. This actin accumulation around the nucleus co-localized with sites of nuclear Lamin A/C breakage. Moreover, Lamin A/C depletion in dendritic cells leads to the disappearance of this actin ring and the release of the need for Arp2/3 for nuclear deformation. We thus propose a new mechanism of nuclear squeezing through narrow gaps based on an Arp2/3 nucleated actin meshwork which, by transiently breaking the Lamin A/C network, releases the nuclear surface tension and allows nuclear thus cell passage through micrometric constrictions. Lamin A/C repolymerization around the nucleus at the exit of constrictions would then restore nuclear stiffness, allowing cell survival. Interestingly, this actin accumulation around the nucleus was also observed in vivo in migrating macrophages but not in HL-60 derived neutrophils. Taken together, our data suggest that the Arp2/3 based nuclear squeezing mechanism would be a general feature of highly migratory cells which need to survive long enough to accomplish their functions.

Dans cette thèse nous avons proposé un modèle robuste permettant d’expliquer la propagation de bulles dans des systèmes composés de plusieurs cavités de taille micrométrique. Notre modèle s’applique d’abord à deux cavités placées côte à côte, où l’une d’entre elle contient une bulle vibrante provoquant le mouvement de la paroi séparant les deux cavités. Un système d’équations modélisant ce système a été établi. Nous montrons que le choix des conditions initiales contrôle le déclenchement de l’onde de cavitation. En effet, le déphasage entre la vibration de la bulle et de la membrane vibrante donne les conditions nécessaires et suffisantes pour expliquer les observations expérimentales. En s’appuyant sur les résultats théoriques, nous avons développé un modèle macroscopique numérique, très phénoménologique, permettant la propagation de bulles de cavitation et la formation de clusters de bulle. / In this thesis, a robust model is proposed towards explaining bubbles propagation within systems composed by several micrometric cavities. Our first model is based on two cavities placed side by side, one of which contains a vibrating bubble which sets into motion the wall separating the two cavities. A system of equations modeling this system is proposed. It has been proved that the choice of the initial conditions controls the cavitation wave initiation. Indeed, the phase shifts between the bubble vibration and the vibrating membrane gives the necessary and sufficient conditions to explain the experimental observations. In this framework, we have developed a phenomenological and numerical macroscopic model, allowing the propagation of cavitation bubbles and the formation of bubble clusters.

Dans les tissus, les cellules génèrent et sont soumises en permanence à des forces mécaniques. Les perturbations biochimiques à l'intérieur des cellules, ainsi que les altérations de leur environnement mécanique peuvent modifier l'équilibre physiologique et mener à des pathologies, comme le cancer. Bien que les propriétés mécaniques puissent être modifiées à l'échelle du tissus, la compréhension de la mécanique au niveau de la cellule unique demeure importante. En particulier, la différenciation, la migration des cellules immunitaires et le caractère invasif d'un cancer dépendent fortement des propriétés mécaniques des cellules uniques. Les déformations mécaniques peuvent induire un changement de la surface et du volume cellulaires. Nous nous intéressons particulièrement à la régulation du volume cellulaire chez les cellules mammifères dans le contexte de déformations à différentes échelles de temps. Jusqu'à présent, la régulation du volume dans ce contexte n'a été que très peu étudiée, en raison de la difficulté d'obtention de mesures précises, et du fait que le volume de la cellule est généralement considéré comme constant. Nous avons développé une méthode de mesure du volume cellulaire reposant sur l'exclusion de fluorescence, qui nous permet d'effectuer des mesures de volume précise au niveau de la cellule unique. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur la régulation du volume cellulaire au cours de l'étalement dynamique sur un substrat (échelle de temps : minutes). Nous avons démontré qu'il existe différents régimes de régulation du volume lors de l'étalement : les cellules réduisent, augmentent ou ne modifient pas leur volume, en fonction de l'état du cortex d'actomyosine et de la vitesse d'étalement. Nous avons constaté que les cellules s'étalant plus vite ont tendance à perdre davantage de volume. Notre hypothèse est que lors d'une extension rapide de lamellipode dépendante d'Arp2/3, l'actine tire sur la membrane et génère une tension et l'activation de transport ionique, s'accompagnant d'une perte de volume compensatoire. L'inhibition de la polymérisation de l'actine ou de sa ramification dépendante d'Arp2/3 réduit la vitesse d'étalement et ainsi la perte de volume. Nous avons ensuite montré que l'inhibition de la contractilité augmente la vitesse d'étalement et la perte de volume. Cependant, l'inhibition d'Arp2/3 dans des cellules à faible contractilité conduit à un étalement rapide sans perte de volume. En effet, l'inhibition d'Arp2/3 induit des bulles de membranes, une déformation rapide n'induirait donc pas de perte de volume car la cellule peut relâcher la tension en dépliant la membrane. Nous avons également montré que la régulation du volume en réponse à une compression mécanique rapide (échelle de temps : millisecondes) indépendante de l'adhérence dépend également de l'état du cortex d'actomyosine. Les cellules perdent jusqu'à 30% de leur volume lorsqu'elles sont confinées, car la membrane plasmique est attachée au cortex et ne peux pas être dépliée en réponse à l'augmentation de la tension. La perturbation du cortex d'actine induit le détachement de la membrane et limite la perte de volume. Enfin, nous avons montré que la réponse du volume à un choc osmotique (échelle de temps : secondes) est plus que complexe que décrite dans la littérature. Nos données indiquent qu'au niveau de la cellule unique, la réponse initiale du volume au changement de l'osmolarité extérieure n'est pas un processus passif uniforme. En utilisant la technique du choc osmotique, nous avons également confirmé que les cellules ont un large excès de membrane repliée dans des réservoirs. Nos résultats montrent que le volume et l'aire cellulaires sont couplés par l'homéostasie de la tension de surface, et, étant donné que les déformations induisent une augmentation de la tension de surface, elles conduisent à des modifications du volume et de l'aire de la cellule. / The field of biomechanics significantly progressed in the last two decades. The importance of the feedback between biochemical signaling and physical properties was revealed in many studies. Cells within tissues constantly generate and experience mechanical forces. Biochemical perturbations inside the cells as well as alterations in the mechanical environment can shift the tiny balance of normal physiological state and lead to pathologies, e.g. cancer. Although the mechanical properties of individual cells can alter when they are within the tissues, the understanding of single cell mechanics is still important. Differentiation, immune cell migration, and cancer invasion strongly depend on the mechanical properties of individual cells. Mechanical deformations can lead to a change in cell surface area and volume. We are particularly interested in single mammalian cell volume regulation in the context of deformations of different timescales. For the moment, volume regulation in this context was out from the research interest, probably due to the difficulties of accurate measurements, and cell volume often considered as a constant parameter. We developed a method for cell volume measurements based on a fluorescent exclusion that allowed us to perform precise volume measurements of individual live cells. In the present study, we mainly focused on cell volume regulation while dynamic spreading on a substrate (timescale – minutes). We demonstrated that there are different regimes for volume regulation while spreading: cells decrease, increase or do not change volume, and a type of the regime depends on the state of the actomyosin cortex and spreading speed. We obtained that faster-spreading cells tend to lose more volume. Our hypothesis is that during fast Arp2/3-driven lamellipodia extension actin pull on the membrane that generates tension and activation of ion transport and regulatory volume loss. Inhibition of actin polymerization or Arp2/3-dependent actin branching decreases spreading speed and volume loss. Next, we showed that inhibition of contractility increases spreading speed and volume loss. However, inhibition of Arp2/3 complex in cells with low contractility leads to fast spreading without volume loss. Our explanation is that inhibition of Arp2/3 induces cell blebbing and even fast deformation does not lead to volume loss as a cell can relax tension by membrane unfolding. We also showed that volume regulation in response to fast mechanical compression (timescale – milliseconds) independent of adhesion also depends on the actomyosin cortex state. Control cells lose up to 30% of volume under confinement, as the cell membrane is attached to the cortex and cannot be unfolded in response to the tension increase. Disruption of actin cortex leads to membrane detachment and prevents volume loss under confinement. Additionally, we showed that cell volume response to the osmotic shock (timescale – seconds) is more complex than it used to be known in the literature. For instance, our data indicate that at the level of individual cells initial volume response to the change of external osmolarity is not a uniform passive process. Using osmotic shock technique, we also confirmed that cells have a large excess of membrane folded in reservoirs. Taken together, our data show that cell volume and surface area are coupled through surface tension homeostasis and as deformations induce surface tension increase, they lead to change volume and surface area.

Ce manuscrit est consacré à l'étude de la mécanique classique et la mécanique quantique en présence d'un champ magnétique. En mécanique classique, nous utilisons un Hamiltonien pour décrire la dynamique d'une particule chargée dans un domaine soumis à un champ magnétique. Nous nous intéressons ici à deux problèmes classiques de physique : le problème de confinement et le problème de scattering. Dans le cas quantique, nous étudions le problème spectral du laplacien magnétique au niveau semi-classique dans des domaines de dimension deux: sur une variété Riemanienne compacte à bord et dans ℝ ². En supposant que le champ magnétique ait un unique minimum strictement positif et non-dégénéré, nous pouvons décrire les fonctions propres par les méthodes WKB. Grâce au théorème spectral, nous pouvons estimer efficacement les vraies fonctions propres et les fonctions propres approchées localement proche du minimum du champ magnétique. Dans ℝ ², sous l'hypothèse additionnelle d'une symétrie radiale du champ magnétique, nous pouvons montrer que les fonctions propres du laplacien magnétique décroissent de manière exponentielle à l'infini avec une vitesse contrôlée par la fonction phase de la procédure WKB. De plus, les fonctions propres sont très bien approchées dans un espace à poids exponentiel. / This manuscript is devoted to classical mechanics and quantum mechanics, especially in the presence of magnetic field. In classical mechanics, we use Hamiltonian dynamics to describe the motion of a charged particle in a domain affected by the magnetic field. We are interested in two classical physical problems: the confinement and the scattering problem. In the quantum case, we study the spectral problem of the magnetic Laplacian at the semi-classical level, in two-dimensional domains: on a compact Riemmanian manifold with boundary and on ℝ ². Under the assumption that the magnetic field has a unique positive and non-degenerate minimum, we can describe the eigenfunctions by WKB methods. Thanks to the spectral theorem, we estimated efficiently the true eigenfunctions and the approximate eigenfunctions locally near the minimum point of the magnetic field. On ℝ ², with the additional assumption that the magnetic field is radially symmetric, we can show that the eigenfunctions of the magnetic Laplacian decay exponentially at infinity and at a rate controlled by the phase function created in WKB procedure. Furthermore, the eigenfunctions are very well approximated in an exponentially weighted space.

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Résumé : Plusieurs tremblements de terre passés ont montré que face aux séismes, les ponts peuvent être les points faibles d’un réseau de transport. Néanmoins, les retours des expériences postsismiques ainsi que les études théoriques et expérimentales effectuées par les chercheurs et les ingénieurs de la pratique ont permis de faire évoluer les règles de l'art relatives au comportement sismique des ponts. Un des résultats de cette évolution est le dimensionnement basé sur la performance sismique (DBPS). En bref, le DBPS tente de concevoir des structures qui atteindront un état limite de performance déterminé lorsqu’ils sont soumis à un séisme d’une intensité donné. Toutefois, dans l'optique du DBPS, il est primordial de situer les états limites des composantes principales des ponts, principalement des piliers, de manière mesurable plutôt que phénoménologique. Lors du développement de courbes de fragilité des ponts au Québec, il est apparu que les états limites des piliers de ponts n'étaient pas clairement définis. Un programme de recherche expérimental a donc été conçu pour déterminer les états limites des piliers de pont en béton armé. Le projet comprend l’essai d’un poteau en béton armé à échelle réelle soumis à des cycles de chargement latéral en plus d’une charge axiale constante représentative du niveau de chargement réel. Le poteau reproduit les propriétés exactes des piliers du pont Chemin des Dalles (Trois-Rivières, Québec). Ce projet de recherche vise à améliorer l’évaluation de la fragilité sismique des ponts actuels du réseau routier québécois et à optimiser le dimensionnement sismique des futures structures selon l’approche basée sur la performance sismique. En particulier, le projet cherche à répondre aux incertitudes importantes qui subsistent sur la description quantitative des états limites des piliers de ponts en béton armé, particulièrement au niveau des déformations associées. / Abstract : Several past earthquakes have shown that bridges can be the weak points of a transport network. Nevertheless, returns of the post-seismic experiences as well as theoretical and experimental studies made by researchers and practice engineers allowed the art rules evolution related to the seismic behavior of bridges. One result of this evolution is the seismic performance based design (DBPS). In brief, the DBPS tries to design structures which will reach a certain limit state of performance when they are submitted to an earthquake of a given intensity. However, in the optics of the DBPS, it is essential to define the limit states of the main components of bridges, mainly for columns, in a measurable way rather than phenomenological. During the development of the fragility curves of bridges in Québec, it seemed that the limit states of the bridges columns were not clearly defined. An experimental research program was thus designed to determine the limit states of the reinforced concrete bridge columns. The project includes the testing of a large-scale reinforced concrete bridge column submitted to lateral cycles load in addition to a constant axial load which represented the real dead load level. The column reproduces the exact properties of the Chemin des Dalles bridge columns (Trois-Rivières, Québec). This research project aims to improve the evaluation of the seismic fragility of existing bridges of Québec road network and optimize the seismic design for future structures according to the performance based seismic approach. In particular, the project seeks to address the significant uncertainties which remain on the quantitative description of the limit states of the reinforced concrete bridge columns, particularly at the associated deformations level.

L'objectif de ces travaux de thèse concerne l'étude de l'apport de la chimie supramoléculaire à différents niveaux de la science membranaire. Lors de la première partie de nos travaux, nous avons étudié les capacités d'auto-organisation dynamique de molécules bolaformes. Des études de caractérisations ont permis de déterminer différentes structures, dont la formation de canaux ioniques ou aqueux pour certaines. Les capacités de transport de ces molécules auto-assemblés au sein de bicouches lipidiques a été déterminé. Une autre étude concerne l'utilisation d'un milieu hydrophobe, par des interactions supramoléculaire de type forces de Van der Waals, pour confiner de nouvelles fonctionnalisations dans des matériaux mésoporeux. Différents matériaux, dont les utilisations varient avec les molécules confinées, ont été obtenus et caractérisés par plusieurs méthodes d'analyses. Suite à ces résultats, nous avons spécifiquement étudié et optimisé l'utilisation de matériaux silicés électrodéposés sur la surface d'électrodes, puis fonctionnalisés par des chaînes alkyles, pour former des capteurs électrochimiques en étudiant le cas du fullerène. / The main objective of this study concerns the contribution of supramolecular chemistry at different level of membrane science. During the first part of our work, we have studied the dynamic self-organizing capacities of bolaform molecules. Different characterization techniques allowed us to define different structures, including ion or water channels for some of them. Transport capacities of those self-assembling molecules through lipid bilayers have been determined by several tests. Another study is about the use of a hydrophobic environment, by supramolecular interactions such as Van der Waals forces, to confine new functionalization inside mesoporous materials. Different materials, which use is determined by the confined molecules, have been obtained and characterized by several analysis methods. Furthermore, we have studied and optimized the use of electrodeposited silice materials on electrodes surface, then functionalized by alkyl groups, to form electrochemical captors by studying specifically the fullerene case.