La connectivité marine est le transfert de larves et/ou d'individus entre des habitats marins éloignés. Grâce à la connectivité, les populations marines éloignées peuvent faire face à la pression de l'habitat en s'appuyant sur le transfert qui vient des populations éloignées de la même espèce. Le transfert entre les populations éloignées dans l'océan est possible par le transport dû aux courants. Cependant, il est pas encore clair si le champ des courants détermine totalement la persistance des espèces marines ou si la démographie locale joue un rôle. Les mesures in situ de la connectivité sont extrêmement difficiles. Par conséquence, notre connaissance de la connectivité est déduite des simulations numériques de dispersion. Le but de cette thèse est de préciser si la persistance de la connaissance du champ des courants et d’étudier l'effet des paramétrisations numériques dans l'estimation de la connectivité. Premièrement, je compare la théorie des graphes et le modèle de métapopulation pour déterminer si les courants ont un rôle prédominant. Cela permet d'identifier quelles mesures de la théories des graphes identifient de manière fiable les sites reproductifs importants pour la persistance en s'appuyant sur la connaissance des seuls courants. Deuxièmement, j’étudie les avantages et les lacunes de différents schémas de fermeture de turbulence. Ceci permet de préciser quel schéma reproduit mieux l'activité de turbulence dans des modèles numériques. Troisièmement, j'étudie les mécanismes générateurs de turbulence aux limites du fond. Ceci permet de connaître le coefficient de traînée effectif dû aux flux sur la topographie brute et de mieux estimer les flux turbulents. / Marine connectivity is the transfer of larvae and/or individuals between distant marine habitats. Thanks to connectivity, distant marine population can face habitat pressure by relying on the transfer from distant populations of the same species. The transfer between distant populations in the ocean is made possible by the transport due to the currents. However, it is still not clear if the current field totally determines the persistence of the marine species or if the local demography plays a role. Crucially, in situ measurements of connectivity are extremely difficult. Therefore, our knowledge about connectivity is inferred from numerical dispersal simulations. The aim of this thesis is to clarify if we can deduce the persistence from the knowledge of the current field and to investigate the effect of numerical turbulence parameterizations in estimating connectivity. Firstly, I compare graph theory and metapopulation model to determine if currents have a predominant role. This allows to identify which graph theory measures reliably identifies reproductive sites important for persistence by relying on the knowledge of currents only. Secondly, I investigate the advantages and shortcomings of different turbulence closure models. This allows to clarify which TCS better reproduces turbulence activity in numerical models. Thirdly, I investigate generating mechanisms of bottom boundary turbulence. This allows to know the effective drag coefficient due to flow over rough topography and better estimate turbulent fluxes.

Les images de télédétection sont des images de la surface de la Terre acquises par des satellites ou des avions. Ces images sont de plus en plus disponibles et leur technologies évoluent rapidement. On peut observer une amélioration des capteurs existants, mais de nouveaux types de capteurs ont également vu le jour et ont montré des propriétés intéressantes pour le traitement d'images. Ainsi, les images multispectrales et radar sont devenues très classiques.La disponibilité de différents capteurs est très intéressante car elle permet de capturer une grande variété de propriétés des objets. Ces propriétés peuvent être exploitées pour extraire des informations plus riches sur les objets. Une des applications majeures de la télédétection est la détection de changements entre des images multi-temporelles (images de la même scène acquise à des instants différents). Détecter des changements entre des images acquises par des capteurs homogènes est un problème classique. Mais le problème de la détection de changements entre images acquises par des capteurs hétérogènes est un problème beaucoup plus difficile.Avoir des méthodes de détection de changements adaptées aux images issues de capteurs hétérogènes est nécessaire pour le traitement de catastrophes naturelles. Des bases de données constituées d'images optiques sont disponible, mais il est nécessaire d'avoir de bonnes conditions climatiques pour les acquérir. En revanche, les images radar sont accessibles rapidement quelles que soient les conditions climatiques et peuvent même être acquises de nuit. Ainsi, détecter des changements entre des images optiques et radar est un problème d'un grand intérêt en télédétection.L'intérêt de cette thèse est d'étudier des méthodes statistiques de détention de changements adaptés aux images issues de capteurs hétérogènes.Chapitre 1 rappelle ce qu'on entend par une image de télédétection et résume rapidement quelques méthodes de détection de changements disponibles dans la littérature. Les motivations à développer des méthodes de détection de changements adaptées aux images hétérogènes et les difficultés associiées sont présentés.Chapitre 2 étudie les propriétés statistiques des images en l'absence de changements. Un modèle de mélange de lois adapté aux ces images est introduit. La performance des méthodes classiques de détection de changements est également étudiée. Dans plusieurs cas, ce modèle permet d'expliquer certains défauts de certaines méthodes de la literature.Chapitre 3 étudie les propriétés des paramètres du modèle introduit au chapitre 2 en faisant l'hypothèse qu'ils appartiennent à une variété en l'absence de changements. Cette hypothèse est utilisée pour définir une mesure de similarité qui permet d'éviter les défauts des approches statistiques classiques. Une méthode permettant d'estimer cette mesure de similarité est présentée. Enfin, la stratégie de détection de changements basée sur cette mesure est validée à l'aide d'images synthétiques.Chapitre 4 étudie un algorithme Bayésien non-paramétrique (BNP) qui permet d'améliorer l'estimation de la variété introduite au chapitre 3, qui est basé sur un processus de restaurant Chinois (CRP) et un champs de Markov qui exploite la corrélation spatiale entre des pixels voisins de l'image. Une nouvelle loi a priori de Jeffrey pour le paramètre de concentration de ce CRP est définit. L'estimation des paramètres de ce nouveau modèle est effectuée à l'aide d'un échantillonneur de Gibbs de type "collapsed Gibbs sampler". La stratégie de détection de changement issue de ce modèle non-paramétrique est validée à l'aide d'images synthétiques.Le dernier chapitre est destiné à la validation des algorithmes de détection de changements développés sur des jeux d'images réelles montrant des résultats encourageant pour tous les cas d'étude. Le modèle BNP permet d'obtenir de meilleurs performances que le modèle paramétrique, mais ceci se fait au prix d'une complexité calculatoire plus importante. / Remote sensing images are images of the Earth surface acquired from satellites or air-borne equipment. These images are becoming widely available nowadays and its sensor technology is evolving fast. Classical sensors are improving in terms of resolution and noise level, while new kinds of sensors are proving to be useful. Multispectral image sensors are standard nowadays and synthetic aperture radar (SAR) images are very popular.The availability of different kind of sensors is very advantageous since it allows us to capture a wide variety of properties of the objects contained in a scene. These properties can be exploited to extract richer information about these objects. One of the main applications of remote sensing images is the detection of changes in multitemporal datasets (images of the same area acquired at different times). Change detection for images acquired by homogeneous sensors has been of interest for a long time. However the wide range of different sensors found in remote sensing makes the detection of changes in images acquired by heterogeneous sensors an interesting challenge.Accurate change detectors adapted to heterogeneous sensors are needed for the management of natural disasters. Databases of optical images are readily available for an extensive catalog of locations, but, good climate conditions and daylight are required to capture them. On the other hand, SAR images can be quickly captured, regardless of the weather conditions or the daytime. For these reasons, optical and SAR images are of specific interest for tracking natural disasters, by detecting the changes before and after the event.The main interest of this thesis is to study statistical approaches to detect changes in images acquired by heterogeneous sensors. Chapter 1 presents an introduction to remote sensing images. It also briefly reviews the different change detection methods proposed in the literature. Additionally, this chapter presents the motivation to detect changes between heterogeneous sensors and its difficulties.Chapter 2 studies the statistical properties of co-registered images in the absence of change, in particular for optical and SAR images. In this chapter a finite mixture model is proposed to describe the statistics of these images. The performance of classical statistical change detection methods is also studied by taking into account the proposed statistical model. In several situations it is found that these classical methods fail for change detection.Chapter 3 studies the properties of the parameters associated with the proposed statistical mixture model. We assume that the model parameters belong to a manifold in the absence of change, which is then used to construct a new similarity measure overcoming the limitations of classic statistical approaches. Furthermore, an approach to estimate the proposed similarity measure is described. Finally, the proposed change detection strategy is validated on synthetic images and compared with previous strategies.Chapter 4 studies Bayesian non parametric algorithm to improve the estimation of the proposed similarity measure. This algorithm is based on a Chinese restaurant process and a Markov random field taking advantage of the spatial correlations between adjacent pixels of the image. This chapter also defines a new Jeffreys prior for the concentration parameter of this Chinese restaurant process. The estimation of the different model parameters is conducted using a collapsed Gibbs sampler. The proposed strategy is validated on synthetic images and compared with the previously proposed strategy. Finally, Chapter 5 is dedicated to the validation of the proposed change detection framework on real datasets, where encouraging results are obtained in all cases. Including the Bayesian non parametric model into the change detection strategy improves change detection performance at the expenses of an increased computational cost.

L'océan Austral est une région clé pour la compréhension de la circulation océanique globale et du climat. C'est dans cette région qu'une large majorité des eaux de la planète est ventilée dans la couche de surface avant d'être réexpédiée dans l'océan profond. Ainsi la couche de surface de l'océan Austral est un élément central pour la compréhension de la circulation océanique planétaire. Malgré leur rôle fondamental dans la circulation océanique globale et dans le climat, la structure et les caractéristiques de la couche de mélange sont encore mal comprises dans la région Antarctique en raison d'un manque important d'observations in-situ. Cependant, le programme international MEOP (2004) a conduit au déploiement de milliers de capteurs hydrologiques sur des éléphants de mer, et offre une couverture spatiale de données inédites couvrant l’ensemble du cycle saisonnier. Dans cette thèse, nous exploitons ce jeu de données ainsi que d'autres plus conventionnels, afin de décrire les propriétés climatologiques et la dynamique de la couche de mélange sous la glace de mer en Antarctique. Les transferts verticaux entre la couche de mélange et l’océan plus profond, associés à la circulation de retournement y sont décrits aux échelles de temps saisonnières et inter-annuelles. Les résultats soulignent et quantifient le rôle primordial des flux d’eau douce, issus de la glace de mer et des précipitations, sur la transformation de masses d’eau sous la banquise. Nos conclusions suggèrent que des changements dans l’intensité de ces flux d’eau douce pourraient directement affecter les budgets de densité de la couche de mélange et impacter la circulation de retournement globale. / The Southern Ocean is a key region for the understanding of the global ocean circulation and for the climate as a whole. In this region, a large majority of the ocean’s water masses are ventilated in the surface layer, before being sent back to the deep ocean. The surface layer of the Southern Ocean is therefore a central element for understanding the global ocean circulation. Despite their fundamental role in the global ocean circulation and climate, the structure and characteristics of the mixed-layer are still poorly understood in the Antarctic Polar Region due to a significant lack of in-situ observations.However, the international MEOP program (2004) has led to the deployment of thousands of hydrological sensors on Elephant Seals and offers a unique spatial coverage of new data that cover the entire seasonal cycle. In this thesis, we exploit this dataset and other more conventional data, to bring a new perspective on this unknown region. Based on these observations, we describe the climatological properties and dynamics of the mixed-layer under Antarctic sea-ice. The vertical transfers between the mixed-layer and the deep ocean, associated with the meridional overturning circulation, and the hydrographic variations of the water masses in the mixed-layer, are described at seasonal and inter-annual time scales. The results highlight the critical role of freshwater fluxes, induced by sea-ice and precipitations, on the transformation of water masses under the sea-ice. Our findings suggest that changes in the intensity of these freshwater fluxes would directly affect the buoyancy budgets of the mixed-layer and impact the large-scale overturning circulation.

Les pesticides de nouvelle génération sont le plus souvent épandus à de faibles doses et en mélange. Peu d’études se sont intéressées jusqu’à présent à l’effet de ces mélanges sur la biodégradation et la toxicité de chaque pesticide et/ou métabolite. Le but de ces travaux de thèse était d’étudier les voies de biotransformation de chacun des trois herbicides d’un mélange constitué de mésotrione (β-tricétone), nicosulfuron (sulfonylurée) et S-métolachlore (chloroacétanilide) utilisé sur les cultures de maïs, ainsi que la toxicité (test Microtox ® ) des herbicides et de leurs métabolites, seuls et en mélanges. L’identification des métabolites de la mésotrione chez la souche Bacillus megaterium Mes11 et une étude de protéomique différentielle ont suggéré l’implication de nitroréductases dans la première étape de la biotransformation de cet herbicide, rôle confirmé ensuite par la caractérisation structurelle et fonctionnelle de deux enzymes capables de transformer la mésotrione : les nitroréductases NfrA1 et NfrA2, appartenant à la sous-famille NfsA-FRP des Nitro-FMN réductases. La voie de biotransformation du nicosulfuron a, quant à elle, été étudiée chez la souche Pseudomonas fluorescens SG-1 isolée à partir de sol agricole, capable de transformer cet herbicide par co-métabolisme. Cette biotransformation conduit à la formation de deux métabolites majoritaires issus du clivage de la liaison sulfonylurée du nicosulfuron, l’un deux (l’ADMP, 2-amino-4,6-diméthoxypyrimidine) présentant une toxicité 20 fois supérieure à celle de la molécule mère. Nous avons également étudié qualitativement et quantitativement la biotransformation de la mésotrione et du nicosulfuron par la souche Mes11 séparément ou en mélange, et en présence ou non de S-métolachlore Les résultats ont montré un effet négatif de la mésotrione sur la biotransformation du nicosulfuron et un effet positif du S-métolachlore sur la biotransformation de la mésotrione. Tous les mélanges d’herbicides testés ont montré des effets synergiques pour la toxicité vis-à-vis de A. fischeri, tandis que les mélanges de métabolites (avec ou sans S-métolachlore) étaient majoritairement synergiques ou antagonistes. La dernière partie des travaux de thèse est focalisée sur le développement d’une technique préventive de traitement de la pollution par les pesticides d’origine agricole (bioprophylaxie). Nous avons fait la preuve de concept de cette technique par une étude en microcosmes de sol. L’épandage simultané de l’herbicide 2,4-D (acide 2,4-dichlorophénoxyacétique) et de la souche Cupriavidus necator JMP134 capable de le minéraliser a en effet permis de réduire le temps de demi-vie de ce composé d’un facteur 3, tout en conservant son activité herbicide. / The new-generation pesticides are often sprayed at low dosages and in mixtures. Up to now, a few studies focused on the effect of these mixtures on the biodegradation and the toxicity of each pesticide and/or metabolite. The aim of this Ph.D. work was to study the biotransformation of each herbicide of a mixture composed of mesotrione (β-triketone), nicosulfuron (sulfonylurea) and S-metolachlor (chloroacetanilide) applied on maize crops, as well as the toxicity (Microtox® test) of the herbicides/metabolites alone or in mixture. The identification of mesotrione metabolites by the strain Bacillus megaterium Mes11 and a differential proteomic approach suggested the role of nitroreductases in the first step of mesotrione biotransformation. This was confirmed by the structural and functional characterization of two enzymes able to biotransform mesotrione: the NfrA1 and NfrA2 nitroreductases, belonging to the NfsA-FRP sub-family of Nitro-FMN reductases. The biotransformation pathway of nicosulfuron has been elucidated for the strain Pseudomonas fluorescens SG-1 isolated from an agricultural soil and able to co-metabolically biotransform nicosulfuron. Two major metabolites resulting from the cleavage of the sulfonylurea bridge were identified, one of them (ADMP, 2-amino-4,6-dimethoxypyrimidine) presenting a 20-fold higher toxicity than the parent compound. The simultaneous biotransformation of mesotrione and nicosulfuron by the strain Mes11 was also qualitatively and quantitatively studied, showing a negative effect of mesotrione on nicosulfuron biotransformation, and a positive effect of S-metolachlor on mesotrione biotransformation. All parent compound mixtures tested resulted in synergistic effects towards A. fischeri, while metabolite mixtures (with or without S-metolachlor) were mostly synergistic or antagonistic. The last part of the PhD work was devoted to the development of a preventive technique for the treatment of pollutions caused by agricultural pesticides (bioprophylaxis). We made the proof of concept of this method by using a soil microcosm study. The simultaneous spreading of 2,4-D (2,4-dichlorophenoxyacetic acid) herbicide and the strain Cupriavidus necator JMP134 able to mineralize it allowed a 3-fold reduction of 2,4-D half-life in soil, while preserving its herbicide activity.

Les travaux entrepris dans le cadre de cette thèse portent sur l’étude de la représentativité du vieillissement thermique accéléré par rapport au vieillissement en conditions d’usage de mélanges de polyéthylènes utilisés comme isolant de câbles qualifiés K1 de dernière génération dans les bâtiments réacteurs des centrales nucléaires. L’influence de l’état physique des constituants du mélange pendant le vieillissement sur les cinétiques et les mécanismes de vieillissement est également étudiée. Le matériau est un mélange de deux polyéthylènes : un polyéthylène linéaire (PE) et un polyéthylène ramifié (PEcB) réticulé au peroxyde. Une approche basée sur l’analyse multi-échelle (moléculaire, microstructurale, macromoléculaire et macroscopique) a été mise en place. Plusieurs températures de vieillissement ont été choisies afin de faire varier l’état physique de l’un ou des deux polyéthylènes du mélange au cours du vieillissement. Les résultats à l’échelle moléculaire montrent les mêmes produits d’oxydation et les mêmes cinétiques pour le PE et le PEcB. En revanche, on observe une oxydation plus rapide du mélange 5050. Les cinétiques d’oxydation obéissent à une loi d’Arrhenius pour des vieillissements compris entre 80°C et 110°C, mais l’extrapolation à la température d’utilisation (60°C) n’est pas représentative du résultat expérimental. L’état physique (solide ou fondu) des échantillons au moment du vieillissement n’explique pas la non-représentativité des vieillissements accélérés. Les variations des propriétés mécaniques peuvent être reliées à l’évolution de la microstructure de chaque polymère et de leur architecture macromoléculaire au cours du vieillissement thermo-oxydant. Néanmoins, il apparaît difficile de corréler l’évolution de la structure chimique au cours du vieillissement avec l’évolution des propriétés mécaniques. Cette étude souligne l’importance de l’approche multi-échelle pour avoir une compréhension globale des phénomènes de vieillissement. / This work is devoted to the study of the representativeness of accelerated thermal ageing compared to ageing in use conditions of polyethylene blends used as insulant in the lastest-generation K1 qualified cables in nuclear power plants’ reactor buildings. The influence of the physical state of the components in the blends during ageing on the kinetics and ageing mechanisms is also studied. The material is a blend of two polyethylenes: a linear polyethylene (PE) and a branched polyethylene (PEcB) crosslinked with peroxides. An approach based on the multi-scale analysis (molecular, microstructural, macromolecular and macroscopic) was set up. Several ageing temperatures were chosen in order to vary the physical state of one or both polyethylenes in the blend during ageing. The results at molecular scale show the same oxidation products and kinetics for PE and PEcB. However, one can observe a faster degradation for the 5050 blend. The oxidation kinetics obey the Arrhenius law for thermal ageing between 80°C and 110°C, but extrapolation to the operating temperature (60°C) is not representative of the experimental data. The physical state (solid or molten) of the samples during thermal ageing does not explain the non-representativeness of accelerated ageing. The variations of mechanical properties can be linked to the evolution of the microstructure of each polymer and of their macromolecular architecture during thermo-oxidative ageing. Nevertheless, it is difficult to correlate the evolution of the chemical structure during ageing with the evolution of the mechanical properties. This study emphasizes the importance of the multi-scale analysis in order to have a comprehensive understanding of the ageing phenomena.

Nous présentons dans cette thèse une méthode générique et automatique pour la localisation et la caractérisation de lésions cérébrales telles que les tumeurs primaires à partir de multiples contrastes IRM. Grâce à une récente généralisation des lois de probabilités de mélange par l'échelle de distributions gaussiennes, nous pouvons modéliser une large variété d'interactions entre les paramètres IRM mesurés, et cela afin de capter l'hétérogénéité présent dans les tissus cérébraux sains et endommagés. En nous basant sur ces lois de probabilités, nous proposons un protocole complet pour l'analyse de données IRM multi-contrastes : à partir de données quantitatives, ce protocole fournit, s'il y a lieu, la localisation et le type des lésions détectées au moyen de modèles probabilistes. Nous proposons également deux extensions de ce protocole. La première extension concerne la sélection automatique du nombre de composantes au sein du modèle probabiliste, sélection réalisée via une représentation bayésienne des modèles utilisés. La seconde extension traite de la prise en compte de la structure spatiale des données IRM par l'ajout d'un champ de Markov latent au sein du protocole développé. / We present in this thesis a generic and automatic method for the localization and the characterization of brain lesions such as primary tumor using multi-contrast MRI. From the recent generalization of scale mixtures of Gaussians, we reach to model a large variety of interactions between the MRI parameters, with the aim of capturing the heterogeneity inside the healthy and damaged brain tissues. Using these probability distributions we propose an all-in-one protocol to analyze multi-contrast MRI: starting from quantitative MRI data this protocol determines if there is a lesion and in this case the localization and the type of the lesion based on probability models. We also develop two extensions for this protocol. The first one concerns the selection of mixture components in a Bayesian framework. The second one is about taking into account the spatial structure of MRI data by the addition of a random Markov field to our protocol.

L’expérience Double Chooz a pour but la mesure précise de l’angle de mélange θ₁₃. Son évaluation repose sur l’étude de la disparition des antineutrinos produits par les réacteurs de la centrale de Chooz, disparition due au phénomène d’oscillation des neutrinos. Deux détecteurs identiques composés de liquide scintillant permettent d’effectuer une mesure relative, diminuant ainsi les incertitudes systématiques. Le détecteur proche, qui fournit la normalisation du flux de neutrinos émis, est en cours d’installation, son achèvement est prévu pour le printemps 2014. Le détecteur lointain, sensible à l’effet de θ₁₃, est situé à un kilomètre environ et prend des données depuis 2011. Dans cette première phase de l’expérience, les données acquises par le détecteur lointain sont comparées à une prédiction du flux de neutrinos émis par les réacteurs pour estimer le paramètre θ₁₃. Au sein de cette thèse, l’expérience Double Chooz et son analyse sont présentées. Une attention particulière est portée à l’étude des bruits de fond et au rejet de signaux parasites constitués de flashs lumineux émis par les photo-multiplicateurs. Les flux de neutrons aux interfaces entre les différents volumes du détecteur affectent la définition du volume d’interaction et partant l’efficacité de détection. L’étude détaillée de ces effets de bord est présentée. Dans le cadre de l’expérience Double Chooz, des études ont été menées afin d’améliorer la prédiction des flux de neutrinos émis par les réacteurs. Ces travaux ont mis à jour un déficit des taux de neutrinos observés dans les expériences passées à courtes distances des réacteurs. Ce déficit pourrait s’expliquer par une oscillation vers une saveur stérile. Le projet Stereo a pour but d’observer la distorsion — caractéristique de l’oscillation — du spectre des neutrinos en énergie et en distance de propagation. Cette thèse s’attache à présenter le concept du détecteur, les simulations réalisées, ainsi que les études de sensibilité. Les différents bruits de fond et les blindages envisagés pour s’en prémunir sont enfin discutés. / The Double Chooz experiment aims to measure the θ₁₃ mixing angle through the disappearance—induced by the oscillation phenomenon—of anti-neutrinos produced by the Chooz nuclear reactors. In order to reduce systematic uncertainties, the experiment relies on the relative comparison of detected signals in two identical liquid scintillator detectors. The near one, giving the normalization of the emitted flux, is currently being built and will be delivered in spring 2014. The far detector, sensitive to θ₁₃, is located at about one kilometer and is taking data since 2011. In this first phase of the experiment, the far detector data are compared to a prediction of the emitted neutrino flux to estimate θ₁₃. In this thesis, the Double Chooz experiment and its analysis are presented, especially the background studies and the rejection of parasitic signals due to light emitted by photo-multipliers. Neutron fluxes between the different detector volumes impact the definition of the fiducial volume of neutrino interactions and the efficiency of detection. Detailed studies of these effects are presented. As part of the Double Chooz experiment, studies were performed to improve the prediction of neutrino flux emitted by reactors. This work revealed a deficit of observed neutrino rates in the short baseline experiments of last decades. This deficit could be explained by an oscillation to a sterile state. The Stereo project aims to observe a typical signature of oscillations: the distortion of neutrino spectra both in energy and baseline. This thesis presents the detector concept and simulations as well as sensitivity studies. Background sources and the foreseen shielding are also discussed.

La détection et quantification d’agent biologique occupe une place prépondérante dans la prévention et la détection des dangers possibles pour la santé publique (épidémie ou pandémie), l’environnement ainsi que d’autres risques contextuelles (bioterrorisme, armes biologique ou chimiques…etc.). Par conséquent, le développement d’un système portable et à moindre coût permettant de détecter ces dangers constitue l’axe de recherche pluridisciplinaire de la collaboration entre différents laboratoires de l’UPMC (Paris 6) et « RWTH university » à Aachen en Allemagne. Dans ce projet, nous avons étudié les aspects pluridisciplinaires d’un microsystème (LoC) électromagnétique de détection immunologique basé sur l’utilisation de nanoparticules magnétiques (MNP). En raison de leur extractabilité et de leur triabilité, les MNP sont adaptées à l'examen d'échantillons biologiques, servant de marqueurs pour des réactions biochimiques. La plupart des techniques classiques de détection existantes sont basées sur des méthodes colorimétrique, fluorescence ou électrochimique qui souffrent en majorité de problème de temps d’analyse et de sensibilité. A cet égard, Les méthodes d’immuno-détection magnétiques constituent une alternative prometteuse. Cette détection est effectuée à l’aide des MNP qui sont spécifiquement bio-fonctionnalisés en surface afin d’être liée à la cible (virus, anticorps…etc). La nouvelle méthode magnétique de mélange de fréquence permet la détection et la quantification de ces MNP avec une grande dynamique. Dans cette thèse, l’effort est dirigé vers la miniaturisation de ce système. Pour ce faire, nous avons développé un ensemble d’outils analytiques et de simulations multiphysiques afin d’optimiser les dimensions des parties électromagnétique (bobines planaires) et microfluidiques. Par la suite, des prototypes de cette structure de détection à partir de bobines en circuits imprimés et de réservoirs microfluidiques en PDMS sont dimensionnés et réalisés. Les performances de ces prototypes ont été évaluées en termes de limite de détection de MNP, linéarité et plage dynamique. En outre, ces prototypes ont permis de valider les outils de dimensionnement réalisés. Une limite de détection de nanoparticules magnétiques de 15ng/mL a été mesurée avec un volume d'échantillon de 14 μL correspondant à une goutte de sang. Finalement, la validation du système quant à l’immuno-détection est abordée avec un état de l’art et le développement d’une procédure de fonctionnalisation biochimique de surface ainsi que des premiers tests pour sa validation. / The detection and quantification of a biological agent or entity has become paramount to anticipate a possible health threat (epidemic or pandemic), environmental threat or to combat other contextual threats (bioterrorism, chemical and biological weapons, drugs). Consequently, developing a portable cost effective device that could detect and quantify such threats is the research focus of the joint multidisciplinary project between UPMC (Paris 6) laboratories and RWTH university in Aachen, Germany. In the framework of this project, we have studied the multidisciplinary aspects of an electromagnetic microsystem for immunologic detection based on magnetic nanoparticles (MNP) in a microfluidic lab-on-chip (LoC). Because of their extractability and sortability, magnetic nanoparticles are adapted for examination of biological samples, serving as markers for biochemical reactions. So far, the final detection step is mostly achieved by well-known immunochemical or fluorescence-based techniques which are time consuming and have limited sensitivity. Therefore, magnetic immunoassays detecting the analyte by means of magnetic markers constitute a promising alternative. MNP covered with biocompatible surface coating can be specifically bound to analytes, cells, viruses or bacteria. They can also be used for separation and concentration enhancement. The novel frequency mixing magnetic detection method allows quantifying magnetic nanoparticles with a very large dynamic measurement range. In this thesis, emphasis is put on the miniaturized implementation of this detection scheme. Following the development of analytical and multiphysics simulations tools for optimization of both excitation frequencies and detection planar coils, first multilayered printed circuit board prototypes integrating all three different coils along with an adapted microfluidic chip has been designed and realized. These prototypes have been tested and characterized with respect to their performance for limit of detection (LOD) of MNP, linear response and validation of theoretical concepts. Using the frequency mixing magnetic detection technique, a LOD of 15ng/mL for 20 nm core sized MNP has been achieved with a sample volume of 14 μL corresponding to a drop of blood. Preliminary works for biosensing have also been achieved with a state of the art of surface functionalization and a developed proposed biochemical immobilization procedure and preliminary tests of its validation.

Image hybride née de la contamination de l'image film par l'image vidéographique puis par l'image numérique, l'image malsaine du cinéma américain des années quatre-vingt-dix découle des modifications technologiques de la fin du XXe siècle. De fait, d'un point de vue esthétique, l'image malsaine, située habituellement aux abords de l'éthique de la représentation, n'est pas le résultat d'une sentence morale administrée par un regardant à un regardé, mais doit être traitée comme métaphore médicale capable de mettre en lumière les rapports dangereux qu'ont pu avoir, entre elles, les différentes natures d'images. L'image malsaine esquisse, dans ces rapports, dans ces mélanges qu'elle met en jeu, le cinéma du futur et réinvente la matière comme le langage du cinéma traditionnel américain. Modification du code génétique de l’image, naissance d'une représentation du corps numérique, ou encore volonté insatiable de mélanger toutes sortes de visuels pour créer des compositions hors normes, autant de facteurs qui poussent l'image cinématographique des années quatre-vingt-dix à se réinventer. L'image était déjà abjecte, grotesque, perverse voire pornographique dans le cinéma américain des années soixante-dix, elle deviendra, hybride, mutante et in fine malsaine lors des années quatre-vingt-dix. / Hybrid image born of the contamination of the film image by the video image and then by the digital image, the unhealthy image of the American cinema during the nineties stemmed from the technological changes of the end of the 20th century. Indeed, from an aesthetic point of view, the unhealthy image, usually close to the borders of the ethics of representation, cannot be the result of a moral sentence administered by a looking at a watched. It cannot follow from a judgment of value, difficult to analyze, but must be treated as a medical metaphor, able to highlight the dangerous relationships that may have existed at the end of the 20th century. Also, she sketches, by reinvent the material and language of the traditional American movie, the cinema of the future. Modification of the genetic code of the image, the birth of a representation of the digital body, or the insatiable des ire to mix all sorts of visuals to create out-of-the-ordinary compositions, a lot of factors that push the nineties cinematographic image to reinvent herself. The image was already abject, grotesque, perverse or even pornographic in the American cinema of the Seventies, it will become, hybrid, mutant, and definitely unhealthy in the nineties.

La Dominance Temporelle des Sensations (DTS) est une méthode d’analyse sensorielle qui mesure la perception temporelle d’un produit au cours de sa dégustation. Pour un panéliste, la DTS consiste à choisir parmi une liste de descripteurs lequel est dominant à chaque instant. Ce travail a pour but la modélisation des données DTS à l’aide de processus stochastiques et propose d’utiliser les processus semi-markoviens (PSM), une généralisation des chaînes de Markov qui permet de modéliser librement les durées de dominance. Le modèle obtenu peut être utilisé pour comparer des échantillons DTS en réalisant un rapport de vraisemblance. Étant donné que les probabilités de transition entre les descripteurs peuvent dépendre du temps, nous proposons d’utiliser des modèles différents par période et nous proposons un algorithme pour déterminer le nombre et les frontières de ces périodes de manière optimale. Le modèle est représenté sous forme d’un graphe montrant les transitions entre descripteurs les plus observées. Finalement, ce travail introduit les modèles de mélange de processus semi-markoviens afin de segmenter le panel en fonction des différences de perception interindividuelles.Les méthodes développées sont appliquées à des jeux de données DTS variés : chocolats, fromages frais et Goudas. Les résultats montrent que la modélisation par un PSM apporte de nouvelles informations sur la perception temporelle, en particulier sur la variabilité de perception au sein d’un panel, alors que les méthodes classiques se focalisent sur une vision moyenne de la perception du panel. De plus, à notre connaissance, ce travail est le premier à proposer l’identification d’un modèle de mélange de processus semi-markoviens. / Temporal Dominance of Sensations (TDS) is a technique to measure temporal perception of food product during tasting. For a panelist, it consists in choosing in a list of attributes which one is dominant at any time. This work aims to model TDS data with a stochastic process and proposes to use semi-Markov processes (SMP), a generalization of Markov chains which allows dominance durations to be modeled by any type of distribution. The model can then be used to compare TDS samples based on likelihood ratio. Because probabilities of transition from one attribute to another one can also depend on time, we propose to model TDS by period and we propose a method to select optimally the number of periods and the frontiers between periods. Graphs built upon the stochastic pattern can be plotted to represent main chronological transitions between attributes. Finally, this work introduces new statistical models based on finite mixtures of semi-Markov processes in order to derive consumer segmentation based on individual differences in temporal perception of a product.The methods are applied to various TDS datasets: chocolates, fresh cheeses and Gouda cheeses. Results show that SMP modeling gives new information about temporal perception compared to classical methods. It particularly emphasizes the existence of several perceptions for a same product in a panel, whereas classical methods only provide a mean panel overview. Furthermore, as far as we know, this work is the first one that considers mixtures of semi-Markov processes.