Ce travail est le produit d’une collaboration entre le LMFA (Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique, École Centrale de Lyon – France), Snecma et le Cerfacs. Il vise à étudier l’écoulement se développant dans le compresseur haute-vitesse axial de 3.5 étages CREATE (Compresseur de Recherche pour l’Etude des effets Aérodynamique et TEchnologique – vitesse de rotation : 11543 tr/min, vitesse en tête de rotor 1 : 313 m/s), conçu et construit par Snecma et étudié au LMFA sur un banc d’essai de 2 MW. Pour étudier l’écoulement, des mesures stationnaires de pression et température, de la vélocimétrie laser et des mesures rapides de pression statique et totale ont été utilisées. L’analyse se concentre sur deux aspects principaux : l’étude de l’écoulement aux points de fonctionnement stables, avec un intérêt tout particulier pour les interactions rotor-stator, et l’étude des instabilités apparaissant dans la machine à faibles débits.La description de l’écoulement instationnaire aux points stables est faite par le biais de mesures de pression statique en parois, de pression totale et de vitesse, mais également de température totale, entropie et angle d’incidence du fluide. Il est montré que la complexité et l’instationnarité de l’écoulement dans un compresseur multiétagé augmente fortement à l’arrière de la machine à cause des interactions entre les roues fixes et mobiles. Ainsi, une méthode d’analyse modale basée sur la décomposition de Tyler et Sofrin a été développée pour analyser ces interactions. Elle est d’abord appliquée aux mesures de pression afin d’extraire les contributions de chaque roue. Il est ainsi montré que les interactions complexes de pression dans CREATE peuvent être réduites à trois principaux types d’interactions. La méthode de décomposition est enfin appliquée au champ d’entropie dans toute la machine extrait de calculs CFD URANS réalisés par le Cerfacs, afin d’évaluer l’impact des interactions sur les performances de CREATE en terme de génération de pertes.La dernière partie de ce travail est dédié à l’analyse des instabilités apparaissant dans CREATE à faible débit. Il est montré que des ondes de pression tournantes apparaissent aux points stables et augmentent en amplitude à mesure qu’on se rapproche de la ligne de pompage, jusqu’à atteindre une taille critique induisant l’apparition d’une cellule de décollement tournant sur toute la hauteur de veine. Cette cellule entraîne la machine en pompage en seulement quelques tours. L’étude de ces ondes de pression, et la compréhension de leur véritable nature sont réalisées grâce à l’application d’un modèle analytique aux mesures expérimentales. Une description précise du déclenchement et du cycle du pompage est également faite grâce aux mesures de pression statique au dessus des rotors. Un système de contrôle anti-pompage développé au laboratoire et basé sur la détection de l’amplitude des ondes de pression est finalement décrit. / The present work is a result of collaboration between the LMFA (Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique, Ecole Centrale de Lyon – France), Snecma and the Cerfacs. It aims at studying the flow in the 3.5-stages high-speed axial compressor CREATE (Compresseur de Recherche pour l’Etude des effets Aérodynamique et TEchnologique - rotation speed: 11543 RPM, Rotor 1 tip speed: 313 m/s), designed and built by Snecma and investigated at LMFA on a 2-MW test rig. Steady measurements, as well as laser velocimetry, fast-response wall static and total pressure measurements have been used to experimentally investigate the flow. The analysis focuses on two main aspects: the study of the flow at stable operating points, with a special interest on the rotor-stator interactions, and the study of the instabilities arising in the machine at low mass flow rates.The description of the unsteady flow field at stable operating points is done through measurements of wall-static pressure, total pressure and velocity, but also total temperature, entropy and angle of the fluid. It is shown that the complexity and unsteadiness of the flow in a multistage compressor strongly increases in the rear part of the machine, because of the interactions between steady and rotating rows. Therefore, a modal analysis method developed at LMFA and based on the decomposition of Tyler and Sofrin is presented to analyze these interactions. It is first applied to the pressure measurements, in order to extract the contributions of each row. It shows that all the complex pressure interactions in CREATE can be reduced to three main types of interactions. The decomposition method is then applied to the entropy field extracted from URANS CFD calculations performed by the Cerfacs, in order to evaluate the impact of the interactions on the performance of the machine in term of production of losses.The last part of this work is devoted to the analysis of the instabilities arising in CREATE at low mass flows. It shows that rotating pressure waves appear at stable operating points, and increase in amplitude when going towards the surge line, until reaching a critical size provoking the onset a full span stall cell bringing the machine to surge within a few rotor revolutions. The study of these pressure waves, and the understanding of their true nature is achieved through the experimental results and the use of some analytical models. A precise description of the surge transient through wall-static pressure measurements above the rotors is also provided, as well as a description of a complete surge cycle. An anti-surge control system based on the detection of the amplitude of the pressure waves is finally proposed.

La thèse se concentre sur l’étude des impacts de la directive européenne concernant les Marchés d’Instruments Financiers (MIF) et de sa révision (MIF II et MiFIR) sur le processus de découverte des prix. Selon Schreiber et Schwartz (1986), celui-ci est défini comme l´incorporation de l´information nouvelle dans le prix des actifs et la recherche de l´équilibre par le marché. Cette directive clé a pour objectif d´augmenter la concurrence et l´efficience au niveau des marchés européens tout en assurant la protection des investisseurs, ceci via une augmentation de la transparence et une exigence de politique de meilleure exécution des ordres de la part des firmes d´investissement. Plus particulièrement, l´étude se focalise sur les actions françaises du CAC40 qui peuvent désormais être échangées en dehors du marché national réglementé, Euronext Paris. Les plateformes multilatérales de trading, les internalisateurs systématiques et les dark pools sont des alternatives qui ont été introduites par la directive. En l´absence de consolidation du marché européen dans son ensemble et en présence d’une fragmentation spatiale des ordres de bourse, le risque est que certaines places d´échanges reçoivent plus d´ordres d´achat et d´autres, plus d´ordres de vente. Certains pensent que la technologie devrait lier des marchés spatialement fragmentés. Cependant, si suffisamment de flux d´ordres est retiré du marché réglementé et transparent, ce dernier pourrait ne plus assurer la découverte des prix car les prix et les quantités d´équilibre n´auraient pas été découverts par le marché dans son ensemble. De plus, même en présence d´un marché consolidé au niveau spatial, une fragmentation temporelle peut subsister. Elle correspond à la fracturation du flux d’ordres dans le temps, rendant la rencontre des ordres d´achat et de vente plus compliquée. […] La thèse apporte tout d’abord un éclairage sur les enjeux et les implications de la directive sur l’efficience des marchés européens. Dans le premier chapitre, nous proposons un cadre d´évaluation de la directive. Une sélection des principaux travaux académiques est réalisée dans le domaine de la microstructure des marchés afin d´identifier les problématiques restant sans réponse et les enjeux pour sa révision en cours (MIF II). Ensuite, une revue de la littérature sur le processus de découverte des prix du marché est opérée par la mise en lumière des principaux travaux théoriques, méthodologiques et empiriques. Les deux principales fonctions d´un marché sont de fournir de la liquidité et de permettre la découverte des prix. Cependant, la fonction de découverte des prix a souvent été un objectif de régulation négligé par rapport aux objectifs de transparence et de concurrence. […] / The thesis focusses on the impacts of the European Markets in Financial Instruments Directive (MiFID) and its revisions (the MiFID II and the MiFIR) on the price discovery process. According to Schreiber and Schwartz (1986), the price discovery process is defined as the incorporation of new information into the prices of assets and the search for an equilibrium by the market participants. This key directive aims to increase competition and efficiency at the European level without neglecting investor protection by increasing transparency and by requiring a best execution policy for the execution of client orders from investment firms.The study specifically highlights the CAC40 stocks, which, with the implementation of the MiFID, can be exchanged outside the regulated domestic market (Euronext Paris). The directive has introduced Multilateral Trading Facilities (MTFs), Systematic Internalisers (SI) and Dark Pools as alternative trading venues.In absence of an overall consolidation of the European market and in presence of a spatial fragmentation of orders, there is a risk that some exchange places may receive more buy orders and others more sell orders. Technology should bind spatially fragmented markets; however, if enough of the order flow were removed from the regulated and transparent market, it would be unable to ensure the price discovery because the equilibrium prices and quantities would not befound by the overall market. In addition, even in the presence of a consolidated market at the spatial level, temporal fragmentation may still exist. […]The first chapter studies the challenges and the implications of the MiFID on the efficiency of the European financial markets. This research proposes a regulatory framework to assess the directive. A selection of the principal academic work in the microstructure research area has been carried out in order to identify the remaining unanswered issues and challenges for the current revision of the MIF. The second chapter proposes a literature review of the concept of price discovery by highlighting the principal theoretical, methodological and empirical academic research. The two main functions of a market are to provide liquidity and to allow price discovery. However, the price discovery function has often been a neglected regulatory objective in comparison to transparency and competition objectives. It is important to assess the impacts of fragmentation on the quality of the market after the implementation of the MiFID. The object of study is the price discovery accuracy in the post-crisis context of more high-frequency and algorithmic trading. At this level, the thesis first offers a quantification of the degree of spatial and temporal fragmentation of CAC40 shares in the post-MiFID context. This study shows an increase in fragmentation. Furthermore, the quality of the market is evaluated from a price discovery perspective through the study of an indicator developed by Ozenbas et al. (2002, 2011) called the normalised volatility ratio. The study confirms the existence of a price discovery risk at the opening of the market before and after the implementation of MiFID. The potential causes of price discovery accuracy have been studied using three types of variables that characterise each transaction. The number of ransactions and the proportion of high-frequency traders on the buy side for the first half-hour of the day are significant variables for price discovery accuracy. In the post-MiFID scenario, spatial fragmentation does not significantly affect the market quality of CAC40 shares. At this level, temporal fragmentation seems to be a greater determinant. […]

Le saumon atlantique (Salmo salar) est une espèce tant emblématique que menacée à l’échelle internationale, au même titre que la plupart des espèces de poissons diadromes. La présence de barrages, en entraînant une rupture de la continuité écologique des cours d’eau, participe à ce déclin. Le remplacement du barrage en porte à flot sur l’estuaire du Couesnon (Normandie, France) par un barrage procédant à des lâchers d’eau à l’étale de basse mer, est susceptible d’impacter l’abondance et la dynamique migratoire des saumons. Pour étudier les remontées de saumons adultes sur ce fleuve, un échosondeur à faisceau partagé a été installé en amont du barrage et a enregistré en continu tous les passages de saumons lors des périodes estivales de 2010 à 2014. L’hydroacoustique, méthode non intrusive et indépendante des conditions de turbidité de l’eau, permet l’acquisition d’informations difficilement accessibles par d’autres techniques. Pour évaluer la réelle influence du barrage sur les migraticours d’eau voisin dont l’estuaire est libre, à l’aide d’un outil hydroacoustique bénéficiant de larges innovations technologiques, une caméra acoustique DIDSON. Les méthodologies développées soulignent les avantages et les limites des deux outils, mettant en lumière le gain d’information apporté par les caméras acoustiques. L’interprétation des résultats met en évidence que si le fonctionnement du barrage n’impacte pas le maintien de la population sur ce fleuve, la dynamique migratoire des saumons y est modifiée. Cette étude souligne les grandes capacités d’adaptation des saumons atlantique / The Atlantic salmon (Salmo salar) is as emblematic as in a global decline, as most of the diadromous fish species. Dams have direct consequences on the river ecological continuity and indirect effects, such as the modification of the hydrological and hydrosedimentary dynamics which affects these populations. In Normandy (France), the Couesnon River’s estuary flood-gate dam has recently been replaced by a new dam proceeding to water releases at low tide stall. This functioning may decrease the salmon abundance or disturb their migration dynamic on this river. To study the dam influence, a split-beam echosounder has been settled upstream the dam and has recorded Philippe BOëTpermanently the salmon migrations during the summer period from 2010 to 2014. The hydroacoustic methods, non-intrusive and independent from the turbidity conditions, provide useful information, neither available nor quantifiable with other existing monitoring technics. To evaluate the disturbance of the estuarine damthe migration dynamic of the same species has also been monitored on a nearby river, the Sélune River, whose estuary is free-flowing. The hydroacoustic tool settled on this river, a DIDSON, belongs to the acoustic camera generation and benefits from recent technological improvements. The defined methodologies highlight the advantages and limits of both tools, revealing the information gain brought by the acoustic cameras. A dam functioning influence on the Atlantic salmon migration has been revealed, but no negative impact has been described on the salmon annual recruitment level. This study

Ce travail présente une étude de la dynamique interfaciale de gouttes oscillantes dans une plage étendue de fréquences, en particulier dans le domaine des hautes fréquences. Nous avons développé une méthode de caractérisation de la dynamique des oscillations de gouttes, en présence d’un forçage externe imposé, sous la forme de variations de volume périodiques de faible amplitude sur une goutte attachée à l’extrémité d’un capillaire. Cette méthode permet d’identifier les modes d’oscillation des gouttes et d’en mesurer les fréquences et les taux d’amortissement. Cette méthode a été appliquée à différents systèmes liquide-liquide, en l’absence ou en présence de surfactants. Dans ce dernier cas, elle permet d’évaluer l’effet du comportement viscoélastique des interfaces sur la dynamique des oscillations. Ainsi 3 types d’interfaces ont été identifiés. Pour les interfaces de premier type (heptane/eau sans ajout de surfactant), chaque mode propre est modélisé par un oscillateur linéaire peu amorti. Les fréquences propres et les taux d’amortissement sont bien prédits par la théorie linéaire. Les interfaces de types 2 et 3 sont obtenues en ajoutant du pétrole brut à la phase dispersée. Les surfactants naturellement présents dans le pétrole (asphaltènes, résines) s’adsorbent à l’interface et lui confèrent des propriétés viscoélastiques. Pour les interfaces jeunes (type 2, moins de 20 minutes de vieillissement), les fréquences propres mesurées restent bien prédites par la théorie, qui considère des interfaces non contaminées, tandis que les taux d’amortissement sont de loin supérieurs aux valeurs théoriques. D’autre part, les interfaces vieillies (type 3) présentent des modes propres différents avec des fréquences de résonance supérieures à celles des interfaces jeunes. Dans ce cas, la dynamique de l’interface à haute fréquence est régie par l’élasticité du réseau formé par les espèces amphiphiles du pétrole brut. Les oscillations libres d’une goutte en ascension dans une phase externe stagnante, pour un système liquide-liquide sans ajout de surfactants, ont été étudiées. Les valeurs mesurées de la fréquence d’oscillation des 4 premiers modes sont en adéquation avec la théorie linéaire. Cependant les valeurs mesurées du taux d’amortissement sont très élevées par rapport aux valeurs théoriques, pour une interface non contaminée. En effet, des espèces résiduelles adsorbées à l’interface provoquent l’apparition d’un gradient de tension interfaciale par effet Marangoni et par suite une production de vorticité plus intense dans les couches-limites, ce qui conduit à l’augmentation de l’amortissement des oscillations. / We present an experimental study of oscillating drop interfacial dynamics at a wide frequency range, especially at high frequency. A characterization method of drops oscillation dynamics has been developed. The oscillations are generated by imposing low amplitude periodic variation of volume to a drop which is attached to a capillary tip. The present method is based on the identification of the drop eigenmodes and the determination of their frequencies and damping rates. It has been applied to characterize several liquid-liquid systems. Three types of interface have been identified. For interfaces of type 1 (heptane/water without added surfactant), each eigenmode is modelled by a weakly damped linear oscillator. Eigenfrequencies and damping rates are well predicted by the linear theory. Interfaces of Types 2 and 3 are obtained by adding crude oil to the disperse phase. Oil native surfactants (asphaltenes, resins) adsorb on the drop interface and provide the latter with viscoelastic behaviour. For young interfaces (type 2 with aging time below 20 minutes), eigenfrequencies remain well predicted by the theory, which deals with non contaminated interfaces, whereas the measured damping rates are significantly higher than the theoretical values. On the other hand, aged interfaces (type 3) exhibit different eigenmodes, of which eigenfrequencies are much higher than the resonance frequencies measured for the young interfaces. At high frequency, the dynamics of aged interfaces are governed by the elasticity of the network constituted by the crude oil amphiphilic species, while the dynamics of young interfaces are governed by interfacial tension. Freely decaying oscillations of a rising drop in a liquid at rest without added surfactant were also considered. Measured frequencies for the first four eigenmodes are in good agreement with the linear theory. However, measured damping rates are much higher than the theoretical rates for non contaminated interfaces. In fact, residual adsorbed species at the heptane/water interface induce Marangoni effects and thus gradients of interfacial tension. Therefore, vorticity production within the boundary layers is enhanced, which explains the observed increase of the oscillation damping rates.

L'objectif de cette thèse est de tirer parti d'une illumination totalement ou partiellement contrôlée pour enrichir l'acquisition vidéo de contenus tel que la reconstruction de la forme et de l'apparence. Aujourd'hui de nombreux travaux ont tenté d'atteindre cet objectif. Certains utilisent une illumination contrôlée et séquentielle pour obtenir des reconstructions de haute qualité de la forme et de la réflectance. En revanche, ces méthodes requièrent des dispositifs coûteuses et/ou ne fonctionnent pas en temps réel. Dans cette thèse, nous visions un système d'acquisition à bas coût, rapide et mobile, qui se veut non-seulement le moins intrusif possible mais aussi simple d'utilisation. La première contribution présentée dans cette thèse est une application de la méthode bien connue, intitulée stéréo photométrie, à la vidéo. De plus, comme une fréquence de trame élevée est nécessaire à une telle application, nous proposons une méthode permettant l'utilisation d'une illumination séquentielle avec des caméras rapides de type "electronic rolling shutter". Malgré les résultats intéressants obtenus, la qualité des reconstructions de l'apparence et de la forme n'étaient pas à la hauteur de nos espérances. De plus, la stéréo photométrie est une méthode qui, de nature, n'est pas très adaptée aux applications visées dans cette thèse. Pour notre seconde contribution, nous proposons une méthode de reconstruction de la forme (géométrie) ainsi que de la réflectance diffuse à partir d'une image (d'une séquence) en utilisant un système de capture hybride composé d'un capteur de profondeur (Kinect), d'une caméra grand public et d'un flash. L'objectif est de montrer qu'en combinant une acquisition RGB-D (image couleur + profondeur) avec illumination séquentielle, on peut obtenir une reconstruction qualitative de la forme et de la réflectance d'une scène dans le cas où l'éclairage n'est pas connu. Un couple d'images est capturé : une image non flashée (image sous une illumination ambiante) et une image flashée. Une image dont l'illumination ne provient que du flash (image flash pure) peut être calculée en soustrayant l'image non flashée de l'image flashée. Nous proposons un nouvel algorithme temps réel, qui, basé sur un modèle local d'illumination de notre flash et de l'image flash pure, améliore l'information de forme fournie par le capteur de profondeur tout en retrouvant les informations de réflectance diffuse. Notre dernière contribution concerne la composition automatique d'éclairage. L'éclairage est un élément clé de la photographie. Les professionnels travaillent régulièrement avec des systèmes d'éclairage complexes afin de capturer directement des images esthétiques. Récemment, certains photographes ont tenté une nouvelle approche : plutôt que photographier une scène directement sous un éclairage complexe, ils capturent la scène sous plusieurs éclairages simples, permettant ainsi un post-traitement permettant combiner les différentes illuminations de la scène. Cette approche apporte une nouvelle dimensionnalité intéressante au post-traitement. Cependant la combinaison des images requiert des compétences en matière de photographie, et l'acquisition sous différentes conditions d'éclairage n'en est pas moins fastidieuse. Nous proposons une méthode totalement automatisée, qui, à partir d'un modèle 3D (forme et albedo) reconstruit à partir de capture d'une scène réelle, produit virtuellement les images correspondant aux différentes conditions d'éclairages. Ensuite, ces images sont combinées automatiquement, à l'aide d'un algorithme génétique, pour correspondre à un style d'éclairage fourni par l'utilisateur sous forme d'une image cible de son choix. / The objective of this thesis is to take advantage of controlled illumination to enrich a video acquisition with shape and reflectance reconstructions. Today, a lot of works have tried to meet this objective. Some of them take advantage of sequential controlled illumintation to recover high quality shape and reflectance, however they either require a costly and very cumbersome fixed setup, and/or do not run in real-time. Our aim is a low cost, fast, mobile and simple acquisition setup which has to be the less intrusive possible so as to provide a greater ease of use. The first contribution of this thesis focuses on the application of the well known photometric stereo method to a video acquisition. Moreover, as a high frame rate is required by such an application, a method using sequential illumination with high frame rate cameras (electronic rolling shutter cameras) is also considered. Despite the interesting results provided by photometric stereo, we found that this latter did not provide enough qualitative results. Moreover, by its nature, photometric stereo is not really suitable for the range of applications targeted. We propose, as a second contribution, a method for recovering the shape (geometry) and the diffuse reflectance from an image (or video) using a hybrid setup consisting of a depth sensor (Kinect), a consumer camera and a partially controlled illumination (using a flash). The objective is to show how combining RGB-D acquisition with a sequential illumination is useful for shape and reflectance recovery. A pair of two images are captured : one non flashed (image under ambient illumination) and a flashed one. A pure flash image is computed by subtracting the non flashed image from the flashed image. We propose a novel and near real-time algorithm, based on a local illumination model of our flash and the pure flash image, to enhance geometry (from the noisy depth map) and recover reflectance information. Finally, our last contribution concerns an automatic method for light compositing, using rendered images. Lighting is a key element in photography. Professional photographers often work with complex lighting setups to directly capture an image close to the targeted one. Some photographers reversed this traditional workflow. Indeed, they capture the scene under several lighting conditions, then combine the captured images to get the expected one. Acquiring such a set of images is a tedious task and combining them requires some skill in photography. We propose a fully automatic method, that renders, based on a 3D reconstructed model (shape and albedo), a set of images corresponding to several lighting conditions. The resulting images are combined using a genetic optimization algorithm to match the desired lighting provided by the user as an image.

Les processus compensatoires qui accompagnent les atteintes du système dopaminergique (DA-ergic) nigrostrié illustrent les capacités adaptatives du cerveau adulte. Cette neuroplasticité permet le maintien de la transmission dopaminergique pendant un certain temps de sorte que les symptômes moteurs cardinaux de la Maladie de Parkinson (MP), qui se caractérise par une dégénérescence progressive des neurones DA-ergiques de la substantia nigra (SN), ne se manifestent qu'après une perte neuronale très importante. De ce fait, le diagnostic présymptomatique est une question cruciale pour le développement de traitements neuroprotecteurs. Un autre exemple de neuroplasticité est illustré par la production de nouveaux neurones dans le cerveau adulte (neurogenèse adulte). Cette neurogenèse s’observe principalement dans deux zones: le continuum zone sous-ventriculaire (SVZ)-bulbe olfactif (OB) et le gyrus denté (DG) de l'hippocampe, et se trouve altérée chez les patients parkinsoniens. Ces dernières années, le traitement chirurgical par la stimulation à haute fréquence (SHF) du noyau sous-thalamique (NST) s'est avéré être une option thérapeutique très efficace pour ces patients. Dans ce contexte, mon travail de thèse a été axé sur l’étude de la neuroplasticité dans différents modèles de la maladie de Parkinson et de son traitement avec les objectifs principaux: 1) Développer un modèle de MP présymptomatique; 2) étudier les mécanismes compensatoires impliquant le système nigrostrié; 3) Déterminer les effets de la SHF-NST sur la neurogenèse adulte dans la SVZ-OB et le DG.Dans la première étude, nous avons développé des modèles expérimentaux de la MP à différents stades, basés sur l’administration de MPTP chez la souris. Nous avons montré que le passage du stade avancé présymptomatique au stade symptomatique précoce correspondant au seuil d’atteinte des systèmes DA-ergiques associé à l’apparition des déficits moteurs, se caractérise par : (a) une diminution de DA dans les terminaisons striatales épargnées par la lésion; (b) une augmentation de DA et d’expression de la tyrosine hydroxylase dans les cellules de la SN; (c) une augmentation du renouvellement de la DA dans le striatum et une augmentation moindre dans la SN.La deuxième étude est basée sur un modèle de lésion DA-ergique extensive par injection intranigrale de 6-hydroxydopamine chez le rat, imitant les stades tardifs de la MP. Nous avons étudié séparément les étapes de prolifération et de survie des nouvelles cellules sur des animaux non lésés et des animaux lésés avec ou sans SHF subchronique (8 jours) du NST. Nous avons pu montrer une régulation spécifique des étapes de prolifération et de survie suite à la lésion dopaminergique, et des effets stimulateurs de la SHF du NST sur la survie des cellules néoformées, suggérant un effet neuroprotecteur de ce traitement. / The compensatory processes that accompany a lesion of the nigrostriatal dopaminergic (DA-ergic) system serve to maintain its function and illustrate adult brain neuroplasticity. The typical motor symptoms of Parkinson’s diseases (PD), characterized by progressive degeneration of DA-ergic neurons of substantia nigra (SN), appear only after substantial neuronal loss. Therefore presymptomatic diagnosis is a crucial issue for future neuroprotective therapies. Another good manifestation of neuroplasticity is adult neurogenesis, known to persist in two areas: the subventricular zone (SVZ) – the olfactory bulb (OB) continuum, and the dentate gyrus (DG) of the hippocampus, and to be altered in PD. In recent years, the surgical treatment by high frequency stimulation (HFS) of the subthalamic nucleus (STN) has proven to be an efficient therapeutic option for PD patients. In this context, my PhD work was focused on neuroplasticity under the functional deficiency of the nigrostriatal DA-ergic system (parkinsonism) and its treatment with the following main objectives: 1 - Develop a model of presymptomatic parkinsonism; 2 - study compensatory mechanisms in nigrostriatal system; 3 - Characterize the effects of subchronic STN HFS on adult neurogenesis. In the first part, we have developed models of presymptomatic parkinsonism based on MPTP administration in mice, as defined by sub-threshold DA depletion and degeneration of DA-ergic axons in the striatum followed by a loss of DA-ergic cell bodies in the SN (advanced presymptomatic stage). In the early symptomatic stage, these parameters reach a threshold that is associated with the appearance of motor deficiency. We have shown that the transition from the advanced presymptomatic stage to the early symptomatic stage is characterized by: (a) a decrease of DA content in surviving DA-ergic axons in the striatum; (b) an increase of DA content and TH-expression in surviving neuronal cell bodies in the SN; (c) an increase of DA turnover in the striatum and much less increase in the SN. The last part of my work is based on extensive DA lesion in rats, using intranigral 6-hydroxydopamine injection mimicking late PD stages, to determine a possible effect of STN-HFS on adult neurogenesis. We have completed series of animals with DA lesion either sham implanted or subsequently treated for 8 days by STN-HFS to be compared with unlesioned rats, and studied selective phases of neurogenesis: proliferation and survival. This study demonstrates selective regulation of cell proliferation and survival following DA depletion and provides the first evidence that prolonged STN-HFS might have a neuroprotective action as shown by the selective increase in survival of newly formed cells following this treatment.

Milieu où les ultrasons se propagent environ 10% plus rapidement qu’au sein des tissus environnants, le cristallin est connu pour être la source majeure d’aberrations de phase du milieu oculaire. De fait, l’échographie ophtalmique trans cornéenne est affectée par ses effets qui se manifestent sur les B-scans par une dégradation marquée de la résolution spatiale et du contraste, accompagnée de plus, d’importantes distorsions, particulièrement notables au niveau du fond de l’œil. Face à ce problème et en vue de l’arrivée prochaine de barrettes US HF dans la pratique ophtalmologique, un beamforming adapté a été développé au cours de cette thèse. Basé sur un lancer de rayon à 2 points fixes, il permet le calcul de délais de focalisation qui compensent les aberrations induites par le cristallin, en prenant en compte les effets réfractifs à son interface avec les humeurs. Les résultats obtenus in vitro et ex vivo avec une barrette 20MHz et un échographe de recherche (ECODERM) sont rapportés. / In ophthalmic ultrasonography the crystalline lens is known to be the main source of phase aberration, as ultrasounds (US) propagate about 10% faster than in the surrounding intra-ocular medium. Hence, it impairs significantly both spatial and contrast resolution of axial B-scans, and in addition causes important distortion, especially on the ocular fundus. To deal with this issue and in view of the next coming of US arrays in ophthalmologic practice, we developed in this thesis an adapted beamforming (BF) free from crystalline lens aberrations. It lies on a two point ray tracing approach to compute focusing delays that take into account crystalline lens aberrations including refraction at the interface. Initially developed considering a uniform US velocity in the lens, the adapted BF has been extended to consider the velocity gradient that exists in the real lens. In vitro and ex vivo results obtained with a 20 MHz linear array driven by a US research scanner (the ECODERM) are reported.

Considéré pendant très longtemps uniquement pour son rôle moteur, dans les deux dernières décennies le noyau subthalamique (NST) a fait l'objet d'études portant sur son rôle dans les processus cognitifs et motivationnels. Nous avons étudié les effets de la lésion du NST sur la prise de décision et le jeu pathologique. Nous avons observé, que la lésion du NST diminuait la prise de risque lors de choix incertain ou lors du jeu pathologique. Nous avons trouvé que la lésion du NST diminuait les comportements compulsifs lorsqu’un choix était mis en jeu. Enfin, nous avons observé que la lésion de la zona incerta avait des effets opposés à celle du NST sur la prise de risque. Nous avons montré que la SHF du NST bloquait le processus de ré-escalade de prise de d’héroïne. Dans un troisième temps, nous avons effectué des enregistrements électrophysiologiques dans une tâche comportementale. Nous avons montré que différentes populations de neurones codaient les différentes récompenses, quel que soit leur nombre ou leur nature. De plus, nous avons montré que : lors du remplacement d'une récompense, les neurones du NST se réorganisaient pour coder différemment une même récompense en fonction du contexte, répondaient spécifiquement aux erreurs dans la réalisation de la tâche spécifiques de la récompense attendue et enfin que les neurones du NST étaient capables de coder l’omission de la récompense. L'ensemble de ce travail apporte un éclairage sur l'implication du NST dans les processus motivationnels et décisionnels en en faisant notamment une cible potentielle dans le traitement de la dépendance aux drogues d’abus, au jeu pathologique et des troubles obsessionnels compulsifs. / Considered for a long time only for his motor role in the last two decades the subthalamic nucleus (STN) has been studied for its role in cognitive and motivational processes. We studied the effects of the STN lesion in decision making and pathological gambling. We observed that the lesion of STN decreased risk taking during uncertain when choosing or pathological gambling. We found that the lesion of STN decreased compulsive behaviors when a choice was put in. Finally, we observed that the lesion of shingles incerta had the opposite effect to that of the STN on risk taking. We have shown that STN HFS blocking the process of re-escalation of taking heroin. Thirdly, we performed electrophysiological recordings in a behavioral task. We showed that different populations of neurons encode different rewards, regardless of their number or nature. In addition, we showed that: when replacing a reward, the STN neurons reorganized differently to encode the same reward depending on the context, specifically meet the errors in the implementation of the specific task of the expected reward and finally STN neurons were capable of encoding the omission of reward. This work highlights the involvement of the STN in motivational and decision making process in particular a potential target in the treatment of addiction to drugs of abuse, pathological gambling and obsessive compulsive disorder.

Avec un encombrement minimal et rendement de 99% les transformateurs planars haute fréquence sont des solutions technologiques importantes pour les systèmes de conversion et de conditionnement de l’énergie électrique en électronique de puissance. L’objectif de l’étude consiste à rechercher un modèle du composant permettant à la fois de simuler son comportement dans un circuit d’électronique de puissance et d’optimiser ses performances lors de sa conception. Les modèles proposés prennent en compte les propriétés physiques et géométriques du composant. Les validations sont basées sur des confrontations avec les mesures. Une autre motivation forte de ce travail est que les modélisations numériques doivent prendre en compte simultanément les effets des courants induits et les capacités parasites, ce qui conduit, en haute fréquence, à des besoins prohibitifs en termes de capacité mémoire ou de temps de calcul. En se limitant aux transformateurs planar. La modélisation (dite LEEC) présentée ici s’appuie sur une discrétisation à échelle intermédiaire : spire par spire, c’est-à-dire couche par couche. Elle assemble deux approches analytiques déjà introduites par l’équipe : la première traite les aspects électrocinétiques (incluant les courants induits) et magnétiques et l’autre les aspects électrostatiques. Les circuits à constantes localisées basés sur la méthode LEEC montrent un très bon accord avec toutes les mesures jusqu’à 40 MHz. Des outils numériques sont aussi développés pour faciliter l’obtention de ces différents circuits en partant : soit de la description du composant, soit de mesures d’impédances. Pour compléter, la représentation des capacités d’un transformateur quelconque, développée en plusieurs étapes par l’équipe, est résumée et des précautions expérimentales originales appliquées à l’impédancemétrie sont exposées dans le détail. D’autres travaux visant à élargir le champ d’application de la méthode LEEC sont également présentés. / With a small footprint and volumes and 99% efficiency the high frequency Planar transformers are solutions for major power conversion systems in power electronics. The objective of the study is to find Models to both simulate its behavior in a power electronics circuit and optimize its performance during its design. The proposed models take into account the physical and geometrical properties of the component. Validations are based on confrontation with measurements. Another strong motivation of this work is the numerical modeling must take into account both the effects of induced currents and parasitic capacitances, this level of modeling needs prohibitive sizes in terms of memory and computation time. Modeling (called LEEP) presented here is based on a intermediate scale discretization: turn by turn (conducting layer by conducting layer). It combines two analytical approaches already introduced by our team: the first deals with aspects electrokinetic (including induced currents) and magnetic and electrostatic aspects. Lumped circuits based on the method LEEC show a very good agreement with measurements up to 40 MHz. Software tools are also being developed to facilitate the achievement of these circuits either from the component description, or impedance measurements. In order to complete the modeling the capacitive behavior of any transformer is presented (historical development by our team is also shown in details). New experimental precautions and methodology for impedance measurements is detailed in this work. Other works aiming to extend the LEEC model are also shown.

Transistor Quantique InAs à Electrons Chauds: Fabrication submicronique et étude à haute fréquenceL'objectif de cette thèse est le développement de la technologie d'un transistor à électrons chauds constitué d'une hétérostructure quantique InAs/AlSb et exploitant un transport électronique résonant ultrarapide, le QHET (Quantum Hot Electron Transistor). Ce travail a permis l'étude approfondie de ses propriétés et performances à haute fréquence. L'étude aborde tous les aspects, de la conception, la croissance épitaxiale, la technologie de fabrication à la caractérisation statique et dynamique. Ce travail de thèse s'est effectué principalement à l'Institut d'Electronique du Sud (IES), sous la direction de Roland Teissier, et pour partie à l'Institut d'Electronique de Microélectronique et Nanotechnologie (IEMN) sous la direction de Mohamed Zaknoune. Nous avons, dans premier temps, mis en œuvre à l'IES une technologie double mésa afin de fabriquer les transistors avec l'émetteur de 10x10µm². La technologie en grande dimension est aisément réalisable et surtout reproductible. Elle nous a permis de travailler sur un grand nombre de structures transistor fabriquées par epitaxie par jets moléculaires (EJM) sur substrats InAs, afin d'en étudier le transport électronique et d'optimiser leur dessin. Le premier résultat marquant a été d'augmenter le gain statique jusqu'à une valeur de 15 grâce à une modification de la structure de l'émetteur qui une injection plus efficace puis l'utilisation d'une base fine de 85Å, qui améliore le temps de transit. Dans un deuxième temps, nous avons travaillé au sein de l'IES sur l'évolution de la technologie vers des dimensions intermédiaires dont la dimension la plus petite est de 1 µm de largeur. Cette technologie nous a donné une amélioration de performance des QHET grâce à la réduction des résistances et des capacités parasites des composants. Nous avons aussi travaillé à l'IEMN pour développer une technologie submicronique qui permet d'atteindre une largeur d'émetteur de 0.3 µm grâce à l'utilisation de la lithographie électronique. Cette technologie de fabrication plus performante nous a permis de mieux comprendre le fonctionnement du QHET. Et d'atteindre une régime de fonctionnement à forte densité de courant jusqu'à près de 1MA/ cm². Enfin, nous avons développé la structure et la technologie qui vont nous permettre d'évaluer la réponse à haute fréquence des QHET. Un point important a été de à disposer de la structure active du transistor sur un substrat isolant qui permette de réduire les éléments parasites durant la mesure en fréquence. Nous avons développé deux solutions : le transfert de substrat et la croissance métamorphique directement sur un substrat GaAs isolant.Les composants fabriqués par transfert de susbtrat présentent des valeurs de fréquence de transition FT de 77GHz et de fréquence d'oscillation FMAX de 88GHz. Les échantillons métamorphiques ont démontré de meilleures performances avec un FT de 170GHz et un FMAX supérieur à 200GHz. Ces résultats constituent les meilleurs dynamiques de transistors à électrons chauds à température ambiante. Ces études ont également fait progresser la compréhension du transport à haute fréquence dans ces composants. Ils permettent de comprendre les limitations actuelles et de proposer des pistes d'amélioration. / This work aims to develop a new high speed transistor in a vertical transport configuration that exploits the favourable transport properties of III-V semiconductor heterostructures based on InAs. This transistor is similar to a heterojunction bipolar transistor (HBT), but has theoretical assets to overcome the fundamental high speed limits of electron transport in HBT. Our approach uses the concept of hot electron transistor in an original InAs/AlSb quantum heterostructure, that we called a quantum hot electron transistor (QHET) or quantum cascade transistor (QCT). This research was almost done in Southern Electronics Institute (IES) under supervision of Dr. Roland Teissier and other work was realized in Micro-Nanotechnology Electronics Institute (IEMN) under supervision of Dr. Mohamed Zaknoune. The QHET is a unipolar vertical transport device made of a InAs/AlSb quantum heterostructure. Its first advantage over npn HBTs is the low base sheet resistance of 250 Ω/□ , accessible with moderate n-type doping levels (typically 1018 cm-3), which is a key parameter for high speed operation. Secondly, electron transport in the short (typically 100nm) bulk InAs collector is mostly ballistic with calculated transit times much shorter than in InP-based devices. We already developed the design and technology of QHET and demonstrated its resonant transports at cryogenic temperature and its improved static operation in smaller device. From these results, we come to develop our QHET structures to achieve high current gain. Using quantum design of thin base, the current gain is about 15. We fabricated QHET with emitter width scaled down to 0.3µm, using a state of the art electron beam lithography process. The junctions are defined using selective chemical etching. The base contact is self-aligned on the emitter contact. We achieved base resistance lower than 50Ω, comparable to state of the art HBTs. The small dimension allowed reaching the high current density regime of up to 1 MA/cm² required for high frequency operation. The static current gain is about 10, but could be increased up to 14 using a new quantum design. The collector breakdown voltage is greater than 1.2 V.Towards high frequency measurement, the substrate must be non-conducting material but InAs substrate is not available. Two technologies were proposed: transferred substrate and metamorphic substrate. For transferred substrate technology, we obtained a response of cutoff frequency of 77 GHz for FT and 88 for FMAX. For metamorphic substrate technology, we performed the growth of the transistor structures on a semi-insulating GaAs substrate. We used a thin GaSb buffer layer for metamorphic growth of the active part of the transistor, with an adequate growth procedure that allows forming mainly 90° misfit dislocations at the interface between the GaAs and GaSb. This technique permits more convenient and reliable processing of the devices, as compared to use of the more standard AlSb thick buffer layer. The frequency response was determined from S-parameters measured with a network analyser up to a frequency of 70 GHz. The measured gains, after de-embedding of the connection parasitic for a device with 0.5x4µm² emitter for JC=350kA/cm² (Ic= 6.0mA, Ib= 0.7mA, Vce=1.3V). The frequency dependence is not conventional on this device, with a resonance in the current gain close to 10 GHz and a slope different from -20 dB/decade for Mason's unilateral gains. Nevertheless, we could extract the cut-off frequencies FT=172 GHz from H21 and FMAX =230 GHz using -20dB/decade extrapolation of maximum stable gain (MSG). The present results confirmed the validity of this novel device concept. In addition, this is the first demonstration of the ability of a hot electron transistor to operate at high frequency at room temperature.