Depuis 2000, l'implantation d'un groupe nutrition dans l'équipe d'Yves Malthièry a mis l'accent sur les anomalies du métabolisme énergétique mitochondrial dans les situations hypercataboliques. Cela se positionne dans un contexte de santé où l'hypercatabolisme affecte 20 à 40 % des patients hospitalisés, et 30 à 80 ù des patients atteints de cancer. Le développement d'une alimentation fonctionnelle et susceptible de moduler certaines de ces anomalies, tout particulièrement par la qualité des lipides (acides gras de la série n-3, produit de la mer et de la filière lin-colza-soja) est la finalité de ces recherches.<br />Les principaux résultats obtenus au sein de notre laboratoire montrent que dans un modèle de rat hypercatabolique ( rat traité par dexamethasone), une partie de la perte d'énergie est induite par un dysfonctionnement mitochondrial ( Dumas 2003 ; Roussel 2003, 2004). L'origine de ce dysfonctionnement n'est pas clairement établie et nous envisageons dans ce contexte qu'il puisse être soit à l'origine de perturbation de grandes fonctions cellulaires (protéolyse, protéosynthèse, glycolyse, négolucogenèse, production et épuration des radicaux libres), soit être la conséquence d'une demande d'énergie accrue pour ces grandes fonctions.<br />La situation de perte de poids, qu'elle soit volontaire ou involontaire, est une parfaite illustration de stress énergétique. Dans ce contexte, l'organisme doit s'adapter de manière à répondre à des besoins importants en énergie sans pour autant disposer de plus de ressources, ou au contraire, l'organisme doit adapter ses besoin et optimiser son utilisation des ressources disponibles car celles-ci sont diminuées. Il est donc intéressant dans ce contexte de positionner la mitochondrie comme un élément centrale de cette régulation et d'étudier son fonctionnement ainsi que le contexte métabolique qui l'entoure pour comprendre comment l'organisme prganise sa réponse face au stress énergétique.<br />La Mitoligo a donc été développée dans le but de permettre l'étude du transcriptome de l'homme et du rat en se focalisant sur les grandes fonctions énergétiques. Cet outil nous permet d'étudier le métabolisme mitochondrial dans sa globalité. Il est ainsi possible d'établir un profil transcriptomique de la chaine respiratoire mais également de toutes les fonctions du métabolisme périphérique et notamment des voies métaboliques impliqués dans la production de substrats pour la chaine respiratoire.

Dans les réseaux sans fil distribués où plusieurs antennes ne peuvent pas être intégrées dans un même nœud de communication, les techniques MIMO (Multiple Input Multiple Output) coopératives permettent d'exploiter le gain de la diversité spatio-temporelle pour augmenter les performances ou réduire l'énergie consommée pour les communications. Dans cette thèse, des stratégies MIMO coopératives sont proposées pour les réseaux de capteurs sans fil (RCS), où la consommation d'énergie est la contrainte la plus importante. Leur avantage en termes de taux d'erreur et de consommation d'énergie sur les techniques mono-antenne (SISO), même multi-étapes, et sur les techniques de relais, est clairement mis en évidence. Une sélection du nombre d'antennes d'émission et de réception, optimale en termes d'efficacité énergétique, est également proposée en fonction des distances de transmission. Les inconvénients du MIMO coopératif, comme les imperfections de synchronisation à l'émission ou les bruits additifs en réception, qui affectent leurs performances dans les réseaux sans fil distribués, sont abordés. Deux nouvelles techniques de réception coopérative basées sur le principe de relais, ainsi qu'une nouvelle technique de combinaison spatio-temporelle sont proposées afin d'augmenter l'efficacité énergique de ces systèmes MIMO coopératifs. Enfin, des comparaisons de performance et de consommation d'énergie entre les techniques MIMO coopératives et de relais montrent que leur utilisation dépend beaucoup de la topologie du réseau et de l'application. Une stratégie d'association est proposée pour exploiter simultanément les avantages des deux techniques de coopération.

Le contrôle précis des boucles de régulation existantes sur une machine frigorifique est essentiel à son bon fonctionnement. Il existe plusieurs méthodes de régulation parmi lesquelles on retrouve la plus ancienne et la plus connue : la commande PID (Proportionnelle, Intégrale et Dérivée). Malgré la simplicité apparente des relations mises en jeu, le régulateur PID est assez délicat à ajuster sur des processus présentant de fortes perturbations comme les installations frigorifiques. L'objectif du travail présenté est de mettre en œuvre une commande prédictive fonctionnelle (PFC) afin de réguler la surchauffe en sortie d'évaporateur, la pression de condensation et la puissance frigorifique sur une installation munie d'un compresseur à vitesse variable. L'utilisation d'une commande PFC nécessite de réaliser une prédiction de l'évolution à venir de la sortie du procédé. C'est un modèle interne qui fait office de modèle de connaissance. En assimilant le procédé à un système du premier ordre, la mise en œuvre de cette commande ne nécessite que trois paramètres : un gain statique, une constante de temps et un retard pur. L'originalité de la démarche développée a consisté à réaliser une modélisation physique de la machine afin de déterminer les paramètres précédents par une approche macroscopique. Une bibliothèque de modèles physiques a été élaborée permettant de simuler le comportement de différents évaporateurs, condenseurs, compresseurs ou vannes de détente. La commande développée a ensuite été implantée sur un automate industriel programmable et des expériences ont été réalisées sur deux machines différentes. La première est constituée de deux échangeurs à tubes et calandre et d'un compresseur à pistons, alors que la seconde comprend un évaporateur à plaques, une batterie à ailettes et un compresseur à vis.

Depuis 2007, plus de la moitié de la population mondiale vit en ville. La forte densité de population et d'activité entraîne une augmentation des besoins en climatisation des bâtiments en été. L'augmentation des températures due à l'effet d'îlot de chaleur urbain est principalement liée à l'aménagement urbain et aux flux de chaleurs anthropiques causés par l'utilisation des systèmes de chauffage et de climatisation. En agissant sur l'aménagement urbain, comme la densité de construction, l'albédo de surface ou les espaces verts, le microclimat urbain peut être amélioré ; ce qui permet ainsi de réduire les besoins énergétiques des bâtiments. Nous proposons dans ce manuscrit un modèle pour calculer les besoins énergétiques des bâtiments à l'échelle d'un quartier en prenant en compte l'interaction entre le microclimat urbain et les bâtiments. L'objectif est de décrire d'une part les ambiances intérieures du bâtiment, telles qu'elles sont modélisées dans les codes de thermique dynamique du bâtiment, et d'autre part, l'environnement extérieur tel qu'il est modélisé dans les codes de micro-météorologie. Pour travailler à cette échelle,la description détaillée de tous les transferts thermiques à l'intérieur et à l'extérieur de chaque bâtiment n'est pas appropriée. Ainsi, un modèle réduit de bâtiment est couplé avec un modèle simplifié de microclimat urbain. Le modèle de bâtiment est basé sur la méthode des facteurs de pondération et permet de prendre en compte les gains internes, l'inertie de l'enveloppe et les échanges radiatifs et convectifs à l'intérieur du bâtiment. Il est couplé à un modèle radiatif en milieu urbain, basé sur la méthode des radiosités, et un modèle zonal tridimensionnel de la canopée urbaine. Après avoir présenté ces modèles, ils sont appliqués sur un cas d'application, à savoir le quartier Pin Sec de la ville de Nantes. Différents scénarios d'aménagement urbain sont simulés sur une année afin d'analyser l'influence de l'aménagement urbain sur les besoins énergétiques des bâtiments.

La recherche de la performance énergétique dans les bâtiments est devenue un objectif sociétal et réglementaire. De nos jours, un bâtiment doit assurer des conditions de confort, tout en limitant son impact énergétique et environnemental. Les demandes de performances sont telles qu’il n’est plus possible d’appliquer des solutions standards à l’ensemble du bâtiment. Un critère énergétique doit donc être pris en compte au plus tôt dans la conception, ce qui exige dès l’esquisse un travail de plus en plus lourd et complexe. Pour faciliter la prise en compte du critère énergétique, nous avons choisi une approche d’optimisation valorisant la mise en œuvre de la simulation énergétique du bâtiment (quelque soit la méthode de simulation choisie) afin de fournir un outil d’aide à la décision au concepteur à partir du métré et de l’esquisse. La thèse consiste au développement d’une méthodologie commençant par le développement d’un algorithme d’optimisation valorisant la construction séquentielle d’un Kriging sur des paramètres globaux du bâtiment qui permet de rendre le temps de calcul nécessaire compatible avec le contexte de conception d’un bâtiment. Le méta-modèle de Kriging construit peut ensuite être valorisé pour restituer les solutions optimales, permettre l’exploration de l’espace de solutions respectant les contraintes, et mettre en valeur la sensibilité énergétique du bâtiment face aux différents paramètres d’entrée. Le concepteur peut alors faire des choix constructifs optimisés, tout en conservant un certain espace de liberté, ou encore réaliser des modifications à postériori. La dernière étape consiste à inverser la relation liant les paramètres globaux choisis à l’ensemble des données élémentaires de l’ouvrage. L’ensemble de la démarche est appliqué au cas d’une cellule monozone de référence. / Contribution to the use of surrogate models for constrained optimization of energy criteria: application to building design

Nous nous intéressons au traitement tertiaire d'eaux issues de stations d'épuration traitant des eaux usées domestiques, en vue de leur réutilisation en particulier pour l'irrigation. Les opérations de séparation membranaires sont aujourd'hui les plus souvent considérées pour ce type de traitement, avec par exemple l'osmose inverse couplée à de l'ultrafiltration en pré traitement. Ces solutions présentent les inconvénients propres à ces technologies, inconvénients qui restent à lever au plan scientifique mais aussi au plan technologique. Notre objectif initial était de reconstruire totalement le schéma de procédé de réutilisation des eaux, à partir de son analyse globale. Nous avons pu réaliser seulement trois des étapes de ce travail : L'analyse de l'efficacité de techniques de modification de surface de membranes d'ultrafiltration en vue de rendre le colmatage réversible. L'analyse de la faisabilité d'utiliser la distillation membranaire pour traiter des eaux usées en sortie de station d'épuration traditionnelles ou par bio réacteurs à membranes, dont nous avons fait une évaluation expérimentale à partir d'eaux de complexité croissante, allant jusqu'au traitement d'eaux prélevées directement en sortie de station. Les résultats prometteurs de ces essais ont été complété par une recherche de points de fonctionnement de la distillation membranaire, par une analyse classique de bilans matière et d'énergie, dont l'originalité est la prise en compte du facteur de conversion comme paramètre opératoire. / We are interested in polishing steps of waters from sewage treatment plants dealing with domestic wastewater, with a view to their re-use, in particular for irrigation. Membrane separation operations are today most often considered for this type of treatment, with, for example, reverse osmosis coupled with ultrafiltration as a pretreatment. These options present the disadvantages peculiar to these technologies, disadvantages which still need to be sorted out scientifically but also at the technological level. Our initial objective was to completely reconstruct the water reuse flow sheet, based on its overall analysis. We were able to achieve only three of the stages of this work: Analysis of the efficiency of surface modification techniques of ultrafiltration membranes in order to make them fouling resistant. The analysis of the feasibility of using membrane distillation to treat wastewater discharged from traditional sewage treatment plants or by bio-membrane reactors, of which we have made an experimental evaluation based on waters of increasing complexity, up to the treatment of water taken directly from the treatment plant. The promising results of these tests lead us to define operating points for membrane distillation, by a classical analysis of material and energy balances, in which the stage cut-off was considered as an operational parameter.

L’intérêt pour les propriétés thermiques de matériaux nanostructurés est croissant. Ces matériaux sont conçus pour être inclus dans les dispositifs micro-électroniques et les systèmes micro électromécaniques (MEMS) dont le comportement et la fiabilité dépendent fortement de l’évacuation de la chaleur générée. Les matériaux multicouches diélectrique/métal sont de bons candidats pour la conversion thermoélectrique et leur utilisation est envisagée pour diminuer les températures maximales dans les systèmes microélectroniques. La diminution de l’épaisseur des couches permet de diminuer la conductivité thermique, conduisant à un plus grand facteur de mérite de conversion thermoélectrique. Cette diminution est due à la diminution de la conductivité thermique intrinsèque de chaque couche lorsque leur épaisseur décroit jusqu’à des dimensions du même ordre de grandeur que le libre parcours moyen des porteurs de chaleur et à l’influence croissante de la conductance d’interface. La prédiction de la conductivité thermique de tels systèmes passe donc par une simulation fiable du transfert de chaleur aux interfaces. La dynamique moléculaire (DM) est un outil particulièrement bien adapté à ce type d’études. Cependant les résultats des simulations dépendent fortement des potentiels interatomiques utilisés. La comparaison des propriétés prédites à l’aide des différents potentiels interatomiques avec les valeurs expérimentales permet de valider les potentiels pour prédire les propriétés concernées. Dans le premier chapitre, les fonctions mathématiques et les paramètres utilisés dans les potentiels interatomiques sont explicités. Dans le deuxième chapitre, l’objectif est de proposer une méthodologie pour sélectionner les potentiels les plus appropriés pour les études de transfert de chaleur. Cette méthodologie est illustrée pour le Si qui est le semi-conducteur le plus utilisé au sein de dispositifs microélectroniques et MEMS ainsi que pour l’Au, l’Ag et le Cu qui sont les métaux les plus souvent considérés. La conductivité thermique du Si massif est calculée, en utilisant la dynamique moléculaire hors d’équilibre (DMNE) avec trois potentiels parmi les cinq évalués précédemment pour valider cette évaluation. Le système diélectrique/métal qui a été le plus étudié avec la dynamique moléculaire mais également de manière expérimentale jusqu’à présent est certainement le système Si/Au. Les films de Cu et Ag sur des substrats de Si orienté sont les principales combinaisons dans les circuits intégrés de grande échelle. Une paramétrisation du potentiel de type MEAM est développée pour calculer les interactions Si/Au, Si/Ag et Si/Cu dans la troisième partie de ce travail. Les potentiels croisés sont utilisés pour prédire la conductance d’interface et développer les courbes de densité d’états pour les interfaces Si/Au Si/Ag et Si/Cu. / Interest in thermal properties of nanostructuredmaterials is growing. These materials are designed to be included in microelectronic devices and micro electromechanical systems (MEMS) whose behavior and reliability depend strongly on the dissipation of generated heat. Multilayer materials dielectric/metal are good candidates for thermoelectric conversion and their use is considered to reduce the maximum temperatures in microelectronic systems. The decrease in the thickness of the layers reduces the thermal conductivity, leading to a larger figure of merit of thermoelectric conversion. This decreasing is due to the decrease of intrinsic thermal conductivity of each layer when the thickness decreases to the dimensions of the same order of magnitude as the mean free path of heat carriers and bigger influence of the interface conductance. Predicting the thermal conductivity of such systems therefore requires a reliable simulation of heat transfer at interfaces. Molecular dynamics is a tool particularly well suited to this type of study. However the simulation results depend strongly on interatomic potentials used. The comparison of properties predicted using different interatomic potentials with experimental results validates the potential for predicting the properties concerned. In the first chapter, the mathematical functions and parameters used in the interatomic potentials are explained. In the second chapter, the objective is to propose a methodology to select the most appropriate potential for studying heat transfer. This methodology is illustrated for Si, the semiconductor most used in microelectronic devices and MEMS as well as for Au, Ag and Cu which are the metals most often seen. The thermal conductivity of bulk Si is calculated using the nonequilibrium molecular dynamics with three potential among the five previously evaluated to confirm this assessment. The system dielectric/metal that has been most studied with molecular dynamics but also experimentally is certainly the system Si/Au. The Cu and Ag films on oriented Si substrates are in the main combinations of large-scale integrated circuits. A parametrisation of MEAM cross-potential is developed to calculate interactions Si/Au, Si/Ag and Si/Cu in the third part of this work. The cross-potentials are used to predict the interfacial thermal conductance and to predict the density of states curves for the interfaces Si/Au Si/Ag and Si/Cu.

Les espèces endothermes amphibies font face à de fortes contraintes durant leurs séjours en mer dont l’augmentation des coûts de thermorégulation. La recherche alimentaire du manchot royal (Aptenodytes patagonicus) s’étend sur plusieurs jours alternant des plongées profondes de chasse et des périodes de repos à la surface de l’eau correspondant à deux stratégies de thermorégulation différentes. Durant les plongées, l’hypothermie des tissus suggère une économie d’énergie visant à augmenter la durée d’apnée. Cependant, l’utilité de la réaugmentation des températures corporelles durant les périodes de repos reste méconnue. Alors que la digestion débute durant les plongées, nous supposons que le stockage des acides gras dans les tissus adipeux périphériques ne peut se faire que par le retour à normothermie de ces tissus. Nous avons testé cette hypothèse en maintenant des individus équipés d’enregistreurs de températures (périphériques et interne) dans une piscine d’eau de mer afin d’étudier les variations de températures en fonction de l’état nutritionnel des manchots. De plus, nous avons mesuré, par respirométrie, les dépenses énergétiques en fonction des températures corporelles. Enfin, nous avons étudié les variations de flux sanguins à l’aide de thermographie infra-rouge afin de comprendre le retour à normothermie des tissus périphériques et les coûts énergétiques associés. / The energetic cost of foraging activities in King Penguin (Aptenodytes patagonicus) consists to reach favourable areas, realizes depth diving to attempt fish patch and resting in high latitude cold water. Several studies have shown that resting in cold water could be represent a more expensive cost than realized depth diving. Indeed, this paradox is probably linked with contrasting thermoregulation processes. During daylight, a general hypothermia occurs and is believed to reduce energy expenditure. At sunrise occurs a re-warming to normothermia, contributing to increase heat-loss during the night. We hypothesise an energetic conflict between thermoregulation and digestive processes. During daylight, the organism may be unable to assimilate the end product of prey digestion (free fatty acids) inside the peripheral subcutaneous adipose tissues (SAT), because skin is no more blood perfused. During the night, re-warming and re-connecting to blood circulation peripheral tissues could be inevitable to end the assimilation of FFA inside the SAT. In a first step, we have reproduced the conditions of a resting night at sea and events of rewarming skin temperature, using a sea water tank in which king penguins equipped with internal temperature loggers were maintained several days. In a second step, we have tested a generalisation of our hypothesis studying body temperature variations on penguins fast and feed. Finally, we have measured the cost to maintain normothermia in cold water with respirometry measures and investigated peripheral vasodilation with body temperature variations and infrared thermography.

Dans cet étude, un modèle de complexité réduite des interactions et rétroactions du système couplé climat-économie-biosphère est construit avec le minimum de variables et d'équations nécessaires. Le Coupled Climate-Economy-Biosphere (CoCEB) est un modèle d’évaluation intégrée (IAM pour Integrated assessment model) du changement globale. Alors que beaucoup IAM traitent les coûts de réduction des émissions (abattement) simplement comme une perte non productive de revenu, cet étude considère également les activités d’abattement comme un investissement dans l'efficacité énergétique globale de l'économie et dans la diminution de l’ « intensité carbone » du système énergétique. L’étude montre que ces efforts aident à l’abattement du changement climatique et ont un effet positif sur l’économie. La plupart des IAM actuels se concentrent principalement sur le secteur énergétique pour les mesures d’abattement, et ne tiennent compte des émissions provenant de l'utilisation des terres que comme un forçage exogène. Le CoCEB a donc été étendu en ajoutant une équation pour la biomasse ses échanges de carbone. Cela permet d’étudier les aspects économiques de la séquestration de carbone du au contrôle du déboisement dans les forêts, et aussi à l’application généralisée des technologies de capture et stockage du carbone (CCS). L’étude confirme que ces mesures réduisent l’impact du changement climatique sur la croissance économique, mais ces résultats restent très dépendants des grandes incertitudes sur le cout des CCS et du contrôle de la deforestation. Ce modèle est un cadre formel qui représente de façon simple les différents éléments du système couplé et leurs interactions, il rassemble les différentes estimations des coûts afférents aux mesures de mitigation et permet de les comparer de façon cohérente. / The goal of this study is to build a global reduced-complexity model of coupled climate-economy-biosphere interactions, which uses the minimum number of variables and equations needed to capture the fundamental mechanisms involved and can thus help clarify the role of the different mechanisms and parameters. The Coupled Climate-Economy-Biosphere (CoCEB) model takes an integrated assessment approach to simulating global change. While many integrated assessment models treat abatement costs merely as an unproductive loss of income, the study considered abatement activities also as an investment in overall energy efficiency of the economy and decrease of overall carbon intensity of the energy system. The study shows that these efforts help to abate climate change and lead to positive effects in economic growth. Due to the fact that integrated assessment models in the literature mainly focus on mitigation in the energy sector and consider emissions from land-use as exogenous, the global climate-economy-biosphere (CoCEB) model was extended by adding a biomass equation and the related exchanges of CO2 and used to investigate the relationship between the effects of using carbon capture and storage (CCS) and deforestation control, and the economy growth rate. These measures are found to reduce the impacts of climate change and positively affect the economy growth. These results remain nevertheless sensitive to the formulation of CCS costs while those for deforestation control were less sensitive. The model developed brings together and summarizes information from diverse estimates of climate change mitigation measures and their associated costs, and allows comparing them in a coherent way.

Les infections intra-mammaires (IMI) responsables de mammites, sont une cause importante de maladie, de mortalité et de pertes de production chez les ruminants laitiers. Le péri-partum est une période où la fréquence des mammites est significativement plus élevée. Parmi les facteurs de risques, le déficit énergétique, fréquent au début de la lactation, est souvent évoqué. Cependant, les bases mécanistiques de l’éventuelle relation entre IMIs et déficit énergétique sont encore peu comprises. L’objectif de ma thèse était ainsi d’évaluer la relation éventuelle entre le déficit énergétique et la prédisposition aux mammites en utilisant la brebis laitière comme modèle. Mes travaux ont montré que les brebis génétiquement prédisposées aux mammites ont également une sensibilité accrue au déficit énergétique et à la cétose. / Intramammary infections and mastitis are a leading cause of diseases, death and production losses in dairy ruminants. Increased susceptibility to mastitis during the peripartal period has been yet widely documented. Negative energy balance is frequent in early lactation and considered as a known risk factor for mastitis. The relationship between energy balance and mastitis susceptibility however remained unclear and poorly described. The aim of my thesis was to examine the relation between a negative energy balance and susceptibility to mastitis in dairy ewes. In particular, my research works showed an enhanced susceptibility to energy restriction in mastitis-susceptible ewes.