L'objectif principal de la présente dissertation est d'étudier le rôle des fissures pointues sur le comportement mécanique des cristaux sous charge à l'échelle atomique. La question d'intérêt est la façon dont un cristal pur, qui contient une seule fissure en équilibre mécanique, se déforme. Deux métaux ont été considérés: l'aluminium, qui est ductile à toute température, et le fer, transformé de ductile en fragile à une température décroissante inférieure à T=77K. Les forces de cohésion dans les deux métaux ont été modélisées via les potentiels phénoménologiques "n-body". A (010)[001] mode I nano-crack a été introduit dans le réseau cristallin parfait de chacun des métaux étudiés en utilisant des déplacements appropriés attribués par l'élasticité anisotrope. A T=0K, des configurations de fissures à l'équilibre ont été obtenues par minimisation d'énergie avec un type mixte de conditions aux limites. Les deux modèles ont révélé que les configurations de fissures restaient stables sous une gamme finie de contraintes appliquées en raison de l'effet de piégeage en treillis. La présente thèse propose une nouvelle approche pour interpréter le comportement mécanique intrinsèque des deux systèmes métalliques sous le chargement. En particulier, la réponse ductile ou fragile d'un système cristallin peut être déterminée en examinant si la barrière de piégeage en treillis d'une fissure préexistante est suffisante pour provoquer le glissement de dislocations statiques préexistantes. Les résultats des simulations ainsi que les données expérimentales démontrent que, selon le modèle proposé, l'aluminium et le fer sont ductiles et fragiles à T=0K, respectivement. / The principal aim of the present dissertation is to investigate the role of sharp cracks on the mechanical behaviour of crystals under load at the atomic scale. The question of interest is how a pure crystal, which contains a single crack in mechanical equilibrium, deforms. Two metals were considered: aluminium, ductile at any temperature below its melting point, and iron, being transformed from ductile to brittle upon decreasing temperature below T=77K. Cohesive forces in both metals were modeled via phenomenological n-body potentials. A (010)[001] mode I nano-crack was introduced in the perfect crystalline lattice of each of the studied metals by using appropriate displacements ascribed by anisotropic elasticity. At T=0K, equilibrium crack configurations were obtained via energy minimization with a mixed type of boundary conditions. Both models revealed that the crack configurations remained stable under a finite range of applied stresses due to the lattice trapping effect. The present thesis proposes a novel approach to interpret the intrinsic mechanical behaviour of the two metallic systems under loading. In particular, the ductile or brittle response of a crystalline system can be determined by examining whether the lattice trapping barrier of a pre-existing crack is sufficient to cause the glide of pre-existing static dislocations on the available slip systems. Simulation results along with experimental data demonstrate that, according to the model proposed, aluminium and iron are ductile and brittle at T=0K, respectively.

Le sujet de thèse abordé dans ce mémoire s'inscrit dans la thématique du LE²P sur l'autonomie énergétique des réseaux de capteurs. Ce travail est axé sur la partie réception et redressement du transfert de l'énergie sans fil pour l'apport d'énergie à des capteurs nomades. Ce procédé n'est pas nouveau et prend son origine dans les années 1950. Les connaissances dans l'appréhension de ce processus sont nombreuses pour certains guides d'onde tels que le microruban. Mais la nécessité de perçages dans ces structures de guide d'onde peut être contraignante et causer des disparités dans une chaîne de construction. Ceci a motivé les travaux présentés dans ce mémoire qui utilise une technologie de guide d'onde coplanaire (CPW) peu exploitée. Ainsi, la conception d'un tel dispositif passe par la maîtrise d'un point de vue conceptuel et expérimental de cette technologie. La démarche consiste à utiliser ce guide d'onde coplanaire en minimisant les effets négatifs que peut engendrer ce dernier, pour s'abroger du besoin de perçage et faciliter la réalisation des dispositifs de redressement en limitant le nombre d'interactions humaines. / The thesis subject dealt in this report lies in the LE²P framework on the energy sustainability of wireless sensor network. This work is dedicated to the reception and rectifying part of wireless power transfer to give energy sustainability to nodes in a sensor network. This process is not new and originate from the years 1950. The behavior of this process is since well-known in several waveguide such technology as microstrip. But the need of drill in those waveguide circuit may be inconvenient and lead to discrepancy from one circuit to another. This was the motivational keystone to the work address in this report which uses coplanar waveguide (CPW) over microstrip. The conception of such devices goes through a good conceptual and experimental understanding of the waveguide technology. The approach in this document consists of using coplanar waveguide while minimizing its drawbacks, in order to avoid drilling in the substrate and ease the realization of the rectifying part by limiting the human interaction.

L’alimentation des systèmes communicants à partir des sources d’énergies existantes dans l’environnement est une solution pertinente pour prolonger leur autonomie énergétique. Cela peut permettre de s’affranchir des sources d’énergie embarquées comme les piles et les batteries, qui présentent une durée de vie limitée, nécessite un remplacement périodique et un coût de recyclage. Parmi les sources d’énergies récupérables, les ondes électromagnétiques et les vibrations mécaniques sont considérées parmi les plus prometteuses en raison de leur disponibilité notamment dans les milieux urbains. Notre contribution porte sur l’étude et la réalisation d’un dispositif de récupération d’énergie vibratoire par transduction électrostatique. Ce type de système, basé sur une variation de capacité, nécessite une tension de pré-charge provenant d’une source auxiliaire. Afin d’éviter les matériaux piézoélectriques et les électrets caractérisés par une durée de vie limité, la phase d’initialisation a été assurée par une rectenna (Rectifying antenna).Deux rectennas ont été développées pour assurer la pré-charge du transducteur électrostatique. Une première structure bi-bande (2.45 GHz et 1.8 GHz) basée sur un anneau hybride a été proposée. Elle permet, non seulement d’augmenter la puissance RF captée, mais aussi de simplifier les problèmes d’adaptation. Une tension de 320 mV et un rendement de 40.6 % ont été mesurés, respectivement pour des densités surfaciques de puissance de 1.13 et 1.87 µW/cm2 aux fréquences 1.85 et 2.45 GHz. Une deuxième structure élévatrice de tension en topologie Cockcroft-Walton a été conçue et caractérisée expérimentalement. Une tension de 1.06 V a été mesurée pour une densité surfacique de puissance de 1.55 µW/cm².Un dispositif de récupération d’énergie mixte électromagnétique vibratoire complet a été par la suite étudié, conçu et caractérisé expérimentalement. Le transducteur électrostatique a été couplé à un circuit de conditionnement de Bennet pré-chargé par la rectenna. Une tension de 23 V a été obtenue à la sortie du système pour une tension de pré-charge de 0.5 V (1.55 µW/cm²) et à partir d’une vibration mécanique de fréquence 25 Hz et une accélération 1.5g.Une modélisation du transducteur électrostatique adaptée à différentes structures a été proposée. En se basant sur les équivalences mécaniques électriques, un modèle électrique équivalent est déduit en utilisant le logiciel LTspice de façon à étudier le comportement du système et prévoir la tension et la puissance récupérée.Mots clés : récupération d’énergie, rectenna, antenne microruban, circuit de conversion RF-DC, transducteur électrostatique, circuit de conditionnement de Bennet, modélisation / Energy harvesting is an attractive solution to power supply low-power electronics and wireless communication devices avoiding the use of power sources like batteries which have a limited life, requires periodic replacements and have a cost of recycling. Among the available ambient energy sources, electromagnetic waves and mechanical vibrations are the most suitable because of their availability particularly in the urban areas. Our contribution focuses on the study and implementation of a vibrational energy harvesting device using the electrostatic transduction. This system, based on a capacitance modulation, requires a voltage pre-charge given by an auxiliary source. To avoid electret or piezoelectric materials characterized by a limited lifetime, the initialization step was provided by a rectenna (Rectifying antenna).A new structure of dual-band rectenna (2.45 GHz and 1.8 GHz) based on a hybrid ring has been proposed. It allows to increase the received RF power but also to simplify the matching circuit. It experimentally achieves 320 mV voltage and 40 % efficiency when the power densities are 1.13 and 1.87 mW/cm2 at 1.85 and 2.45 GHz, respectively. A Cockcroft-Walton voltage multiplier rectenna was also designed and experimentally characterized. A voltage of 1.06 V was measured at a power density of 1.55 mW/cm².A macro-scale electrostatic vibration harvester (e-VEH), wirelessly pre-charged with a 2.45 GHz Cockcroft-Walton rectenna, was studied, designed and experimentally characterized. The e-VEH uses the Bennet doubler as conditioning circuit. A voltage of 23 V across the transducer terminal has been measured when the vibration harvester is excited at 25 Hz and 1,5g of external acceleration. An energy of 275 µJ and a maximum power of 0.4 µW are available across the load. ‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬A lumped element model of the electrostatic transducer has been proposed. Based on mechanical/electrical equivalent equations, an equivalent electrical circuit is derived using the LTspice simulator to study the behavior of the system and provide the voltage and the power converted.Keywords: Energy harvesting, rectenna, microstrip antenna, RF-to-dc converter, electrostatic transduction, Bennet’s doubler, modélization

J'ai réalisé pour cette thèse des travaux expérimentaux à l'aide de la microscopie et de la spectroscopie électronique portant sur l'étude de nanostructures plasmoniques et de nanocristaux semi-conducteurs. Le but étant d'etudier leurs propriétés optiques sur des dimensions spatiales de l'ordre du nm. A cette échelle il est possible d'observer le champs proche électrique associé aux modes de résonances plasmons de surface supportées par des nanostructures métalliques. Ainsi j'ai pu étudier l'effet de la présence de rugosités sur des nano-bâtonnets d'or et constater que leur présence modifiait localement la structure du champs proche électrique. Des mesures combinées par spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) et de cathodoluminescence ont permis de comparer les réponses mesurées en champs proches à celle effectuées en champs lointain. Une étude faite par EELS portant sur le couplage entre deux nano-bâtonnets métalliques positionnés bout à bout et séparés par une distance de quelques dizaines de nanomètres a permis de cartographier la localisation de modes hybridés séparément sur chaque branche. Enfin des études comparatives de cathodoluminescence et de photoluminescence sur des points quantiques isolés ont permis de constater l'équivalence de l'information collectées par ces deux techniques sur ce type d'émetteurs de lumière / For this thesis, I have realised some experimental works using electron microscopy and electron spectroscopies for the study of plasmonic nanostructures and semiconductor nanocrystals . The aim being to study their optical properties with spatial resolutions of the order of a few nm. At this level it is possible to observe the electric near-field associated to the localised surface plasmon resonances supported by metallic nanostructures . So I was able to study the effect due to the presence of roughness on single gold nanorods and I have found that their presence locally alterate the structure of the electric near-field . Combined measurement of electron energy loss spectroscopy (EELS ) and cathodoluminescence spectroscopy were used to compare the near-field and far-field responses respectively. A study by EELS on the coupling between two metal nanorods positioned end to end and separated by a disance of tens of nanometers was used to map the localisation of hybridised modes separately on each branch of the dimers. Finally, comparative studies of cathodoluminescence and photoluminescence on single quantum dots have shown the equivalence of the information collected by these two techniques for such light emitters

La quantité d'énergie disponible dans les batteries et le nombre limité de cycles de recharge compliquent singulièrement la conception de réseaux de capteurs sans fil (WSN) autonomes. La récupération d'énergie dans l'environnement direct des nœuds et un stockage d'énergie à base de supercondensateurs sont aujourd'hui considérés comme solutions potentielles pour atteindre une durée de vie du réseau théoriquement infinie. Un gestionnaire d'énergie (PM pour ''Power Manager'') est embarqué dans chaque nœud afin de permettre un fonctionnement en neutralité énergétique (ENO), ce qui veut dire que les énergies récupérées et consommées par un nœud sont équivalentes sur le long terme. Dans cette thèse, nous proposons de nouveaux PMs qui adaptent dynamiquement l'intervalle de réveil des nœuds en fonction de l'énergie récupérée. La faible complexité de nos PMs, leur indépendance vis-à-vis du type de source d'énergie récupérée et leur faible empreinte mémoire facilitent leur implantation sur une plate-forme réelle de réseaux de capteurs sans fil. Par ailleurs, lorsque l'on considère un réseau multi-sauts, une variation trop fréquente de l'intervalle de réveil peut s'avérer pénalisante pour l'établissement de rendez-vous entre les nœuds et risque de fortement dégrader la qualité de services globale. Nous proposons donc un gestionnaire d'énergie (WVR-PM) qui limite autant que possible ces variations et qui permet d'améliorer le débit de près de 60% par rapport aux PMs de l'état de l'art tout en diminuant de 45% l'énergie consommée par une communication réussie. / The limited energy and recharge cycles of batteries are crippling the design of autonomous Wireless Sensor Networks (WSNs). To overcome this issue, everlasting harvested energy and supercapacitor-based energy storage are considered as potential solutions to achieve a theoretically infinite lifetime. A Power Manager (PM) is embedded in each WSN node to respect the Energy Neutral Operation condition (ENO), which means harvested energy is equal to consumed energy for a long period. In this thesis, a set of PMs are proposed for energy harvesting WSN nodes to adapt their average consumed energy by changing the wake-up interval according to the available harvested energy. Our PMs are low complexity, independent of energy sources, small memory footprint and therefore, can be easily implemented on a real EH-WSN node. Another issue addressed in this thesis when considering a multi-hop EH-WSN is the effect of wake-up interval variations to the global QoS. Due to its low harvested energy, a relay node is impractical to synchronize with a transmitter if its wake-up interval regularly changes, therefore degrading the global QoS. A new power manager, named Wake-up Variation Reduction power manager (WVR-PM) is proposed to reduce the variations of the wake-up interval. By using WVR-PM, the throughput of a multi-hop EH-WSN can be improved up to 59% compare to state-of-the-art PMs while the average consumed energy for one successful communication is reduced by 45%.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux appendiculaires, et plus particulièrement à l'espèce Oikopleura dioica, qui appartiennent au groupe du mésozooplancton. Toutes leurs particularités découlent principalement de leurs caractéristiques anatomiques et physiologiques : ils sécrètent une extra-structure, appelée logette, dans laquelle ils vivent dont ils contrôlent le contenu qualitatif et quantitatif en nourriture. Nous avons développé un modèle détaillant les processus liés à l'acquisition d'énergie chez Oikopleura dioica, à savoir la filtration, l'ingestion et l'assimilation. Le modèle proposé reproduit plusieurs données de la littérature, et notamment l'accumulation de nourriture dans la logette, tout en proposant une formulation originale de l'ingestion et de l'assimilation. Les résultats suggèrent qu'à de faibles valeurs de concentration alimentaire la taille des pelotes fécales n'ait pas la même proportionnalité par rapport à la taille de l'organisme qu'à des valeurs de concentration plus importantes. Egalement, il apparaît que la logette constitue une structure pouvant retarder d'une heure et demie le début de la perception d'une période de rupture alimentaire du milieu par l'organisme. En utilisant la théorie des budgets dynamiques d'énergie (DEB), nous avons élaboré un modèle standard ne représentant pas explicitement les logettes ni leurs effets sur les processus d'acquisition de l'énergie. Nous avons ensuite, sur la base de ce premier modèle sans logette, décliné une seconde version du modèle représentant explicitement les logettes ainsi que leurs effets sur les processus d'acquisition de l'énergie. / In this thesis, we studied the appendicularian, specifically the species Oikopleura dioica, which are members of the mesozooplankton group. Their particular features are due to their anatomical and physiological characteristics: they secrete an extra-corporal structure, called house, where they live and use as food reservoir. As such, they control its qualitative and quantitative content. We developed a model detailing the processes of filtration, ingestion and assimilation. We formulated an original mathematical representation of the physiology of this organism which integrates the current knowledge about the above-mentioned processes. The simulations results were used to investigate the mechanisms involved in the production of fecal pellets. The results suggest that the proportionality between fecal pellet size and organism size is not the same for low and high values of environmental food concentration. Moreover the house could delay of about one and half hours the organism perception of the beginning of an alimentary interruption.Using the Dynamic Energy Budget (DEB) theory, we developed a standard model which does not take into account the house production nor its impacts on energy acquisition processes. We then proposed a second version of the model which explicitly represents the houses and their effects on energy acquisition process. The results about sizes simulations are significantly different between the two model versions.

Internet est un véritable écosystème. Il se développe, évolue et s’adapte aux besoins des utilisateurs en termes de communication, de connectivité et d’ubiquité. Dans la dernière décennie, les modèles de communication ont changé passant des interactions machine-à-machine à un modèle machine-à-contenu. Cependant, différentes technologies sans-fil et de réseaux (tels que les smartphones et les réseaux 3/4G, streaming en ligne des médias, les réseaux sociaux, réseaux-orientés contenus) sont apparues pour améliorer la distribution de l’information. Ce développement a mis en lumière les problèmes liés au passage à l’échelle et à l’efficacité énergétique; d’où la question: Comment concevoir ou optimiser de tels systèmes distribués qui garantissent un accès haut débit aux contenus tout en (i) réduisant la congestion et la consommation d’énergie dans le réseau et (ii) s’adaptant à la demande des utilisateurs dans un contexte connectivité quasi-permanente? Dans cette thèse, nous nous intéressons à deux solutions proposées pour répondre à cette question: le déploiement des réseaux de caches et l’implantation des protocoles économes en énergie. Précisément, nous proposons des modèles analytiques pour la conception de ces réseaux de stockage et la modélisation de la consommation d’énergie dans les réseaux d’accès sans fil. Nos études montrent que la prédiction de la performance des réseaux de caches réels peut être faite avec des erreurs relatives absolues de l’ordre de 1% à 5% et qu’une proportion importante soit 70% à 90% du coût de l’énergie dans les cellules peut être économisée au niveau des stations de base et des mobiles sous des conditions réelles de trafic. / Internet is a real ecosystem. It grows, evolves and adapts to the needs of users in terms of communication, connectivity and ubiquity of users. In the last decade, the communication paradigm has shifted from traditional host-to-host interactions to the recent host-to-content model; while various wireless and networking technologies (such as 3/4G smartphones and networks, online media streaming, social networks, clouds, Big-Data, information-centric networks) emerged to enhance content distribution. This development shed light on scalability and energy efficiency issues which can be formulated as follows. How can we design or optimize such large scale distributed systems in order to achieve and maintain high-speed access to contents while (i) reducing congestion and energy consumption in the network and (ii) adapting to the temporal locality of users demand in a continuous connectivity paradigm? In this thesis we focus on two solutions proposed to answer this question: In-network caching and Power save protocols for scalability and energy efficiency issues respectively. Precisely, we propose analytic models for designing core cache networks and modeling energy consumption in wireless access networks. Our studies show that the prediction of the performance of general core cache networks in real application cases can be done with absolute relative errors of order of 1%–5%; meanwhile, dramatic energy save can be achieved by mobile devices and base stations, e.g., as much as 70%–90% of the energy cost in cells with realistic traffic load and the considered parameter settings.

Cette thèse est consacrée à l'étude expérimentale par spectroscopie pompe-sonde femtoseconde des propriétés optiques hors-équilibre de solutions micellaires de nanotubes de carbone. Les propriétés des nanotubes de carbone sont profondément affectées par leur géométrie unidimensionnelle. Les interactions coulombiennes exaltées du fait du confinement quantique des électrons à une dimension donnent naissance à des excitons fortement liés. L'analyse des spectres d'absorption transitoire par la méthode des moments permet une étude des interactions entre excitons. La relaxation des excitons s'avère gouvernée par les collisions entre excitons, limitées par la diffusion à 1D dans le nanotube. La présence d'excitons dans une sousbande conduit à un décalage uniforme vers le bleu de l'ensemble des transitions excitoniques et à un élargissement de même ampleur. Ainsi, les interactions croisées entre excitons de sousbandes différentes sont de même amplitude qu'entre excitons de même sousbande, en accord avec une modélisation simple.Par ailleurs, les nanotubes sont constitués uniquement d'atomes de surface, ce qui leur confère une forte sensibilité à l'environnement. Cette sensibilité est mise à profit dans des composés hybrides où la fonctionnalisation non-covalente par des colorants ouvre une nouvelle voie d'excitation des nanotubes. Notre étude montre que le transfert d'énergie entre les colorants et les nanotubes permet une excitation monochromatique efficace et uniforme de l'ensemble des espèces de nanotubes. Une fois l'exciton transféré au nanotube, sa relaxation s'avère ensuite identique à celle observée dans les nanotubes nus. / This thesis is devoted to the experimental study by femtosecond pump-probe spectroscopy of micellar solutions of carbon nanotubes. The properties of carbon nanotubes are greatly affected by their 1D geometry. Quantum confinement of electrons in 1D leads to enhanced coulomb interactions giving rise to strongly bound excitons. Many-body effects between excitons is investigated by the moment method analysis of the transient absorption spectra. The relaxation of excitons is controlled by diffusion-limited collisions between excitons. The presence of excitons in the lowest subband results in a broadening and an uniform blue-shift of the excitonic energy spectrum. Intra and intersubband interactions turn out to be of the same magnitude, in agreement with a simple mean field theory of excitonic interactions.Moreover, the one-layer structure of nanotubes results in strong interaction with the environment. We take advantage of the environmental sensitivity of nanotubes in hybrid compounds where the non-covalent functionalization with dyes opens a new extrinsic monochromatic excitation channel of the nanotubes through an efficient and ultrafast energy transfer between dyes and nanotubes. Once the exciton transferred to the nanotube, its relaxation is similar to the one observed in bare nanotubes.

Pour augmenter la durée de vie des réseaux de capteurs sans fil, une solution est d'améliorer l'efficacité énergétique des protocoles de communication. Le regroupement des nœuds du réseau de capteurs sans fil en cluster est l'une des meilleures méthodes. Cette thèse présente propose plusieurs améliorations en modifiant les paramètres du protocole de référence LEACH. Pour améliorer la distribution énergétique des "cluster-heads", nous proposons deux protocoles de clustering centralisés k-LEACH et sa version optimisée k-LEACH-VAR. Un algorithme distribué, appelé e-LEACH, est également proposé pour réduire l'échange d'information périodique entre les nœuds et la station de base lors de l'élection des "cluster-heads". Par ailleurs, le concept l'équilibrage énergétique est introduit dans les métriques d'élection pour éviter les surcharges des nœuds. Ensuite, nous présentons une version décentralisée de k-LEACH qui, en plus des objectifs précédents, intègre la consommation d'énergie globale du réseau. Ce protocole, appelé, k-LEACH-C2D, vise également à favoriser la scalabilité du réseau. Pour renforcer ce dernier et l'autonomie des réseaux, les deux protocoles de routage "multi-hop" probabiliste, dénotés FRSM et CB-RSM construisent des chemins élémentaires entre les "cluster-heads" et la station de base. Le protocole CB-RSM forme une hiérarchie des "cluster-heads" pendant la phase de formation des clusters, en mettant un accent sur l'auto-ordonnancement et l'auto-organisation entre les "cluster-heads" pour rendre les réseaux le plus "scalable". Ces différents protocoles reposent sur l'idée de base que les nœuds ayant l'énergie résiduelle la plus élevée et la plus faible variance de consommation de l'énergie deviennent "cluster-head". Nous constantans le rôle central de la consommation du nœud dans nos différentes propositions. Ce point fera l'objet de la dernière partie de cette thèse. Nous proposons une méthodologie pour caractériser expérimentalement la consommation d'un nœud. Les objectifs visent à mieux appréhender la consommation pour différentes séquences d'état du nœud. Enfin, nous proposons un modèle global de la consommation du nœud. / To increase the lifetime of wireless sensor networks, a solution is to improve the energy efficiency of the communication's protocol. The grouping of nodes in the wireless sensor network clustering is one of the best methods. This thesis proposes several improvements by changing the settings of the reference protocol LEACH. To improve the energy distribution of "cluster-heads", we propose two centralized clustering protocols LEACH and k-optimized version k-LEACH-VAR. A distributed algorithm, called e-LEACH, is proposed to reduce the periodic exchange of information between the nodes and the base station during the election of "cluster-heads". Moreover, the concept of energy balance is introduced in metric election to avoid overloading nodes. Then we presented a decentralized version of k-LEACH, which in addition to the previous objectives, integrates the overall energy consumption of the network. This protocol, called k-LEACH-C2D, also aims to promote the scalability of the network. To reinforce the autonomy and networks, both routing protocols "multi-hop" probability, denoted CB-RSM and FRSM build elementary paths between the "cluster-heads" and elected the base station. The protocol, CB-RSM, forms a hierarchy of "cluster-heads" during the training phase clusters, with an emphasis on self-scheduling and self-organization between "cluster-heads" to make the networks more scalable. These protocols are based on the basic idea that the nodes have the highest residual energy and lower variance of energy consumption become "cluster-head". We see the central role of consumption of the node in our proposals. This point will be the last part of this thesis. We propose a methodology to characterize experimentally the consumption of a node. The objectives are to better understand the consumption for different sequences of the node status. In the end, we propose a global model of the consumption of the node.

La compréhension des mécanismes physiologiques mis en jeu en réponse à l’hypoxie aigüe et chronique ainsi que leur retentissement global sur l’énergétique cardiaque nécessite l’application d’approches globales. L’approche intégrative développée par notre équipe, l’Analyse Modulaire du Contrôle (MoCA) permet une description quantitative de l’ensemble des interactions au sein d’un système biologique complexe décomposé en différents modules liés par des intermédiaires communs, ce qui en fait un outil puissant pour l’étude des interactions au sein de l’énergétique cardiaque, normale ou pathologique. Dans cette thèse, MoCA a été appliquée sur des coeurs isolés de souris contrôles et de souris soumises à une hypoxie chronique de 21 jours, perfusés en conditions d’oxygénation normale ou avec un milieu dont la concentration en oxygène dans le milieu a été réduite. Après exposition à l’hypoxie chronique, les coeurs sont caractérisés par une réponse (élasticité) plus importante des processus d’apport en énergie face à une variation des intermédiaires énergétiques (PCr, ATP, Pi), et ceci malgré une diminution de la masse mitochondriale. De plus, contrairement aux coeurs sains, aucune modi?cation de l’activité contractile et de la concentration d’intermédiaires énergétiques n’a été mesurée sur les coeurs hypoxiques après diminution de la concentration en oxygène dans le milieu de perfusion. Ces résultats suggèrent une adaptation fonctionnelle de l’ensemble de la bioénergétique cardiaque après exposition à l’hypoxie chronique, l’augmentation de l’élasticité des processus d’apport en énergie permettant de compenser en partie les altérations énergétiques induites par un dé?cit en oxygène. / An important issue in the comprehension of the link between molecular events developed in pathologies such as chronic hypoxia adaptation, is the development of new experimental strategies aimed at the study of the integrated organ physiology. Our Modular Control Analysis (MoCA), gives quantitative information on the internal control and regulation of integrated heart energetics on the basis of a supply-demand system and is therefore of particular interest to better understand the overall effect as well as the relative importance of the various modi?cations developed during pathologies. In this thesis, MoCA was applied on isolated hearts of control and chronic hypoxic mice perfused with high or low oxygen in the medium. Despite a severe mitochondrial alteration after chronic hypoxia exposure, a surprizing higher response of energy supply (elasticity) to energetic intermediates changes (PCr, ATP, Pi) was detected in chronic hypoxic hearts. Moreover, chronic hypoxic hearts energetics was unchanged by oxygen reduction while a strong concomitant decrease in heart contractile activity and in PCr concentration, was measured in control hearts. As suggested by these results, this increase in energy-supply elasticity could be considered as an adaptive mechanism developed after chronic hypoxia counteracting hypoxia-induced altered cardiac energetics.