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La chromatographie mode mixte représente l’une des plus grandes évolutions de ces dernières années dans le domaine des bioséparations. Cette technique repose sur l'intervention de plusieurs types d'interactions au sein d'un seul et même support. Les résines de chromatographie mode mixte HEA, PPA et MEP HyperCel portent des groupements aliphatiques, aromatiques, thiophiliques ainsi que des groupements aminés protonables en différentes positions. Au moyen d’expériences de chromatographie, à l’aide de protéines standards aux propriétés spécifiques et de mélanges complexes, nous avons isolé ces différentes interactions. Nous avons mis en évidence l’intervention majeure d'au moins deux types d'interactions au sein de ces supports : interactions hydrophobes et électrostatiques. Nous avons pu observer le comportement des résines lors de variations de pH, de force ionique, de types de sels et de tampons ou lors de la présence d'autres composés organiques. Nous avons mis en évidence l'intervention combinée de ces types d'interactions lors des différentes phases de chromatographie. Le comportement des résines mode mixte a révélé des sélectivités particulières et dont le contrôle ciblé à l'aide de l'environnement a permis le développement de méthodes de purification efficaces et originales. Nous avons pu ainsi développer des applications telles que la purification de fragment d’anticorps (Fab’2) à partir de culture de cellules d’insectes, la capture de protéine de type MBP à partir d’extrait bactériens et la capture d’anticorps monoclonaux à partir de cellules de mammifères (CHO), et ainsi améliorer les conditions d’utilisation de la chromatographie en mode mixte. / Mixed mode chromatography is the most innovative technique for bioseparation. Mixed mode resins, as the term suggest, involves multiples types of interaction at the same time. HyperCel mixed mode resins, HEA, PPA and MEP, involve aliphatic, aromatic or thiophilic groups as well as protonable amine located in the spacer arm or as a head group. Using classical chromatographic experiments, standards proteins and complex mixtures, we highlighted the two major types of interactions involved: hydrophobic and electrostatic interactions. We specifically influenced these interactions by modifying the environment in terms of ionic strength, pH, salt types, and other compounds. The combination of these interactions during every phase of a chromatographic process has been demonstrated. Mixed mode resins thus offer unique selectivity that can be controlled by the environment. This allowed us to develop several applications from antibodies fragments capture from insect cells, to the purification of MBP-tagged proteins, through monoclonal antibody capture from CHO cells. We thus enhanced mixed mode chromatography.

Ce travail porte sur de nouvelles explosions de cycles (orbites périodiques), l'étude de leur structure par l'analyse qualitative, leur mise en évidence par simulation numérique (Auto, Xpp) et la discussion de leur pertinence dans des modèles mathématiques dans les neurosciences. De telles explosions se produisent dans les systèmes dynamiques lents-rapides. La plupart des neurones sont excitables, dès 1940, Hodgkin identifia trois classes fondamentales d'axones excitables distinguées par leurs réponses à un courant injecté d'amplitude variable. A l'aide de la fonction de Lambert, nous étudions la transition entre les types I et II par des explosions de cycle incomplètes, initiées par une bifurcation de Hopf singulière et qui se terminent dans une bifurcation homocline dans des systèmes une variable rapide/une variable lente. Vient ensuite une étude poussée du système de Hindmarsh-Rose. Il s'agit d'un système deux variables rapides/une variable lente qui produit des oscillations en salves (ou bursting). Nous généralisons la notion d'ensembles candidats-limites-périodiques (clp) aux systèmes tridimensionnels, il s'agit des ensembles invariants du système à la limite singulière. A l'aide de ces derniers, nous obtenons une description très fine de la déformation du cycle limite jusqu'à l'addition d'un nouveau spike au burst. Nous finissons par une étude de la minimalité du modèle de F. Clément et J.-P. Françoise. Ce dernier est un système 4D qui modélise l¿activité des neurones à GnRH. Nous étudions un système une variable rapide/deux variables lentes qui reproduit certaines des caractéristiques du modèle 4D, notamment des Mixed-Modes oscillations. / This thesis is focussed on the analysis of novel explosions of limit cycles (periodic orbits). We provide a study of their structure by qualitative analysis, exhibit evidences of their existence by numerical simulations (Auto, Xpp) and propose a discussion of their relevance in mathematical modeling for neurosciences. Such explosions occur in the slow-fast dynamical systems. Most of neurons are excitable, Hodgkin (1940) identified three fundamental classes of excitable axon distinguished by their responses to a current of variable amplitude injected. Using the Lambert function, we study the transition between types I and II by incomplete explosion of cycle. This explosion, produced by a planar vector field with one fast/one slow variable, is initiated by a singular Hopf bifurcation and ends via a homoclinic bifurcation. The next chapter proposed a study of the Hindmarsh-Rose system. This system, composed of one fast/ two slow variables, is well known to produce square wave bursting oscillation. We generalize the notion of candidate-limit-perodic sets (CLP-sets) to three-dimensional systems. A CLP-set is an invariant set of the system in the singular limit. Using these, we get a very acurate description of the limit cycle deformation under the variation of a parameter until the addition of a new spike to burst. Finally, we propose a study fot the minimality of the model introduced by F. Clement and J.-P. Françoise. The latter is a 4D system that models the activity of GnRH neurons. We study a system composed by one fast /two slow variables that reproduces some of the features of the 4D model, including Mixed-Modes oscillations.

Les rails de Chemins de fer sont soumis à de la fatigue de roulement due au passage répété des roues de train, ce qui induit différents types de fissures, telles que les Squats. Ces fissures sont soumises à un chargement de mode mixte non-proportionnel I + II + III, dans des proportions variables le long du front, avec des phases de compression, ce qui rend la prédiction de leur trajet et de leur vitesse délicate.La cinétique de fissuration en mode I a été déterminée dans de l’acier à rail R260, pour des rapports R positifs et négatifs, ainsi que la cinétique de mode mixte II & III corrigée des effets de frottement. Les Facteurs d’Intensité des Contraintes (FICs) effectifs ont été obtenus à partir des sauts de déplacements dans le plan et hors plan mesurés en surface, le long de la fissure. De ces lois cinétiques, il ressort que ni le mode I seul, ni les modes de cisaillement seuls ne peuvent expliquer la fissuration des rails. C’est donc la combinaison des trois modes, suivant des trajets de chargement complexes, qui en est responsable.Des essais de fissuration par fatigue en mode mixte non-proportionnel I + II ont ensuite été réalisés, suivant des trajets de chargement représentatifs de ceux subis par les squats. La stéréo corrélation d’images a été utilisée pour obtenir les champs de déplacements en pointe de fissure. Les méthodes classiques de mesure des FICs à partir de champs de déplacements n’étant pas adaptées, du fait des efforts de contact et frottement entre les lèvres de fissure, de nouvelles méthodes ont été développées. Les trajets et vitesses de fissuration ont été étudiés au regard de ces FICs effectifs. Il apparait que la prédiction du trajet à partir du critère de la contrainte tangentielle maximale n’est pas très fiable, mais peut être améliorée par la prise en compte de la plasticité en pointe de fissure ainsi que des efforts de contact/frottement entre les lèvres de fissure. Les vitesses de propagation obtenues se corrélèrent bien avec une combinaison des trois FICs effectifs dans une loi de type « Paris ».De ces essais, il ressort que du fait de la rugosité de la fissure, l’enchevêtrement d’aspérités et le frottement réduisent considérablement les FICs effectifs. Et cela même en l’absence de compression normale, ce qui ne peut être modélisé par une simple loi de Coulomb. De plus, l’usure des lèvres de fissure a aussi une forte influence sur les FICs effectifs. Le challenge pour les applications structurelles est donc non seulement de choisir le critère de bifurcation et la loi cinétique les plus appropriés, mais également de prendre en compte la rugosité et l’usure des lèvres de fissure, afin d’estimer correctement les FICs effectifs à utiliser dans ces modèles.Pour les applications industrielles, une approche d’ingénieur, simplifiée, a été proposée afin de prendre en compte le frottement induit par la rugosité dans l’estimation des trajets de chargements effectifs à partir des trajets nominaux. Cette approche a été validée sur des essais de mode mixte séquentiel I + II & III. / Rails are submitted to Rolling Contact Fatigue due to repeated passages of train wheels, which induces several types of cracks, such as Squat-type cracks. Those cracks undergo non-proportional mixed-mode I + II + III loading, including compression phases, in variable proportions along the crack front, making the prediction of their paths and growth rates a challenge.Mode I crack growth kinetics, for positive and negative R ratios, were first determined in R260 steel, as well as friction-corrected crack growth kinetics for fully-reversed combined mode II and III. The effective Stress Intensity Factors (SIFs) were deduced from the measured in-plane and out-of-plane crack face sliding displacements. From those kinetic laws, it was deduced that neither pure mode I, nor pure shear mode loadings can explain the crack growth rates observed in rails. A combination of those three loading modes, according to complex loading paths had thus to be prospected.Non-proportional mixed-mode I + II fatigue crack growth tests were then performed, following representative loading paths. Stereo digital image correlation was used to measure the near-tip displacement field. Post-treatment methods generally used to deduce the effective SIFs from these fields were inappropriate because of contact and friction stresses along the crack face. New methods were thus developed. The crack paths and growth rates were analyzed, using the effective SIFs. Crack path prediction by the maximum tangential stress criterion was found not to be very reliable, but substantially improved when crack tip plasticity and the presence of contact and friction stresses along the crack faces were taken into account. The measured crack growth rates correlated well with a combination of the three effective SIFs in a Paris-type law.From these experiments, it appears that due to crack face roughness, asperities interlocking and friction substantially reduce the effective SIFs, even without any normal compression, which cannot be captured by a simple Coulomb’s law. Besides, crack faces wear also has a large influence on the effective SIFs. The challenge for structural applications is thus not only to choose the most appropriate bifurcation criterion and crack growth law, but also to take crack face roughness and wear into account, in order to estimate the correct effective SIFS to use in these models.For industrial applications, a simple engineering approach was proposed to integrate roughness-induced friction in the estimation of the effective loading path from the nominal one. This approach was validated on sequential mixed-mode I + II & III experiments.

Introduction Oligonucleotides are short nucleic acid chains, usually 19-27mer long. They bind to their corresponding chain, making a specific inhibition possible. In pharmaceuticals, this can be used to inhibit the expression of a gene or protein of interest. Oligonucleotides are usually analyzed based on separation using both hydrophobic and ion-exchange properties. In this project, the possibility to use a mixed-mode column to separate these oligonucleotides and their impurities were explored. Method Liquid chromatography is used as the separation method and the method of detection is both mass spectrometry and UV. Three different columns are evaluated; C18, DNAPac RP, and mixed-mode RP/WAX. Results and discussion Different compositions of mobile phases and gradients are evaluated based on a literature study. Triethylamine, triethylammonium acetate, ammonium formate, hexafluoroisopropanol is used along with both methanol and acetonitrile. Phosphate buffer is evaluated on LC-UV. The results from the C18 column displays a good separation of the oligonucleotides, whilst the DNAPac RP is not as sufficient using the same mobile phases. The mixed-mode column provides good separation and selectivity using phosphate buffer and UV detection. Conclusion Mixed-mode column has the potential to be used for separation of oligonucleotides and one future focus would be to make the mobile phase compatible with mass spectrometry. Phosphate buffer and UV detection seems to be the go-to mobile phase using mixed-mode column even though MS is a more powerful tool for the characterization and identification of oligonucleotides. This provides a hint about the challenge in making the mobile phase MS compatible.

Usage of mixed mode is popular among researchers mainly because of its flexibility and possibility of lowered costs, time and response bias. Therefore engagement in analysis of potential differences and problems is necessary mainly in mapping effects of these combinations. My diploma thesis focuses on possibilities of equivalence of mixed mode PAPI and CAPI collection of data. I use Multi-Group Confirmatory Factor Analysis (MG CFA) for analysing the equivalence of measurement. This is quite unusual method for analysing a mixed-mode and few researchers used it till now. Most of the studies focused on differences in answers of respondents caused by mode effect or cognitive process of answering the questions. Key words: Mixed mode design, equivalence, confirmatory factor analysis, CAPI and PAPI, mode effect

Pour valider expérimentalement les modèles de fissuration et d'endommagement du béton, pour identifier leurs paramètres et pour mieux caractériser le comportement du béton lors de la propagation des fissures en mode mixte, des nouveaux essais multiaxiaux sont développés. Inspiré de travaux de Nooru-Mohamed (1992) et Winkler (2001), des essais riches et discriminants sont réalisés à l'aide de techniques expérimentales modernes. Le chargement est appliqué en utilisant une machine d'essai à 6 degrés de liberté asservie par un système de pilotage 3D. Pendant tout le déroulement d’essai, l'état de fissuration est analysé par corrélation d'images numériques, ainsi que les conditions limites cinématiques. Avec le dispositif expérimental proposé plusieurs histoires de chargement sont analysées : des chargements multiaxiaux proportionnels et non-proportionnelles, avec et sans refermeture de fissure. Les résultats expérimentaux sont confrontés à des simulations numériques réalisées avec des modèles d'endommagement non-locaux (i.e., à gradient) et avec un modèle de la mécanique linéaire de la rupture couplé avec une technique X-FEM. Le travail souligne l'importance de l'utilisation de conditions aux limites précises, estimées à partir de mesures de champ pour effectuer des simulations numériques qui reproduisent au mieux les résultats expérimentaux. En outre, il est démontré que la réorientation et la bifurcation de la fissure sont essentielles afin de créer des essais de propagation de fissures vraiment discriminants. Basé sur ces résultats expérimentaux, un nouveau type d’essai est finalement proposé. Cet essai hybride consiste à résoudre un problème inverse pour définir les conditions aux limites qui imposeront un trajet de fissuration voulu. Cette nouvelle technique permet une exploration plus complète du comportement mécanique complexe du béton en un seul essai. / To experimentally validate concrete damage and fracture models, identify their parameters and better characterize the concrete behaviour during mixed-mode crack propagation, multiaxial tests are developed. Inspired by former works of Nooru-Mohamed (1992) and Winkler (2001), rich and discriminating tests are performed by using state of the art techniques, where the experimental boundary conditions are directly measured during crack propagation. The loadings are applied using a hexapod testing machine controlled by a 3D displacement system and the cracking state is analysed via digital image correlation.With the proposed experimental setup several loading histories are analysed: proportional multiaxial loading histories and non-proportional ones, with and without crack closure and friction. The experimental results are confronted with numerical simulations performed with nonlocal (i.e., gradient) damage models and with a linear elastic fracture model coupled with the X-FEM framework. The present work underlines the importance of using accurate boundary conditions, estimated from full field measurements, to perform numerical simulations that reproduce the experimental results. Moreover it is shown that crack reorientation and crack branching is vital to create discriminant crack propagation tests.Based on these experimental results a innovative hybrid test is proposed, where the boundary conditions leading to a given crack path are found by solving an inversed problem. This new discriminating concrete fracture test is able to fully investigate its complex mechanical behaviour within a single run.

Les avalanches de plaque représentent un risque naturel majeur dont la prévision demeure très difficile. Le manque de lois constitutives fiables à l’échelle du matériau rend difficiles les tentatives de modélisation de ce phénomène. Plus spécifiquement, la réponse mécanique de la neige durant et après la rupture, dans des régimes de chargements rapides , demeure relativement méconnue. La nature particulièrement fragile du matériau au sein de ce régime de déformation rend ardue la réalisation d’expériences et complique l’observation à l’échelle microstructurale.Dans ce travail de thèse, un modèle numérique de neige fondé sur la Méthode des Éléments Discrets a été développé en tant qu’alternative aux expériences. Le modèle nous permet de simuler la réponse de la neige à des chargements mécaniques en tenant compte de la microstructure réelle du matériau grâce à l’intégration d’images acquises par microtomographie à rayons X en entrée du modèle. La neige est considérée comme un matériau granulaire cohesif, et une méthode originale a été développée afin de modéliser la forme de chaque grain. Les grains individuels sont ensuite assemblés pour reconstituer la matrice de la neige grâce à la prise en compte de lois de contact cohésives.Le modèle a été utilisé afin d’explorer la réponse mécanique macroscopique de différent échantillons de neige à un chargement mixte normal-cisaillant. Trois modes de rupture ont été observés dans tous les échantillons de neige testés, en fonction du niveau de contrainte normale appliquée : une rupture en cisaillement localisée pour des niveaux de contrainte normale faibles (mode A), un effondrement normal induit par rupture en cisaillement à des niveaux intermédiaires de contrainte normale (mode B) et un effondrement normal pour des valeurs de contrainte normale élevées (mode C). Ces différents modes de rupture produisent une enveloppe de rupture fermée dans l’espace des contraintes, ce pour les différents types de neige étudiés.Les mécanismes internes conduisant à l’effondrement normal des échantillons ont été étudiés plus en détail à l’échelle microscopique. Il a été montré que ce mode de rupture était associé à un mécanisme de flambement des chaînes de force. En outre, la stabilité de ces chaînes de force semble être contrôlée par les contacts entre les éléments des chaînes et les grains environnants. La rupture de ces contacts, observée dans les modes B et C, autorise le développement du flambement des chaînes de force et aboutit à l’effondrement volumique. / Dry slab snow avalanches represent a major natural hazard that is extremely difficult to manage. Attempts to model this phenomenon are hindered by the lack of a constitutive law that would describe the mechanical behaviour of snow on a material scale. In particular, relatively little is known on the failure and post-failure response of snow at high loading-rates. The highly fragile nature of the material in this deformation regimerenders experimental investigation difficult and complicates observation at the microstructural level.As an alternative to experiments, a Discrete Element Method-based numerical model of snow is developed in this thesis. The model enables us to simulate the response of snow to mechanical loading, while accounting for actual snow microstructure by using X-ray attenuation images of snow microstructure as input. Snow is considered as a cohesive granular material and an original methodology is developed in order to model the shape of each grain. Individual grains are bound into the snow matrix by modelling cohesion between neighbouring grains.The model is then used to explore the macroscopic mechanical response of different snow samples to mixed-mode loading. Three typical modes of failure are observed in all tested snow samples, depending on the level of applied normal stress: a localized shear failure at low normal stress (mode A), a shear failure-induced volumetric collapse at intermediate levels of normal stress (mode B), and a normal failure and collapse for high values of normal stress (mode C). The observed failure modes result in closed failure envelopes and no qualitative difference is observed between the mechanical responses of different snow types.The internal mechanisms that lead to volumetric collapse are further examined on the microscale. Force chain buckling is identified as a trigger of this material instability. Additionally, force chain stability appears to be controlled by the contacts between the force chain members and the surrounding grains. The failure in these contacts, which is evidenced in modes B and C, allows force chain buckling to develop and results in subsequent volumetric collapse.

The presented thesis is devoted to the experimental and numerical analysis of concrete fracture under the mixed-mode I/II load. This phenomenon was analysed on various concrete grades and types which are used in the fabrication of precast concrete structural elements. Subsequently, the Brazilian disc test with central specimen was used in experimental and numerical parts. The numerical part employs both linear elastic fracture mechanics (LEFM) approach and non-linear material model to assess the concrete fracture and failure under the mixed mode I/II load. The LEFM part is dedicated to evaluation the geometry functions and higher order terms of the Williams’ expansion, while the non-linear analysis is dedicated to crack initiation and propagation throughout the specimen using the concrete damage plasticity model. The experimental part is dedicated to the analysis of the mixed mode-mode I/II fracture resistance by the generalised tangential stress (GMTS) criterion with focus set on the governing role of the critical distance rC. Furthermore, the experimental part validates the applicability of the Williams’ expansion on the concrete. For this, experimentally measured displacements by digital image correlation technique were used to calculate the Williams’s expansion terms. Lastly, the thesis deals with the influence of the aggressive environment on the material’s fracture toughness and on the fracture resistance under the mixed mode I/II has been studied.

My work has focused on a variety of different types of diamond-based, core-shell particles. These particles are formed with inert cores and poly(allylamine)/nanodiamond shells. Their intended purpose is to form an LC stationary phase that is stable from pH 1 – 14 and at elevated temperatures. At the beginning of my studies, the particles that had been made in the Linford laboratory were pH stable, but irregular and had poor mechanical stability. Since that time, I have worked to improve the particles by using more spherical zirconia and carbon cores, and I have improved their mechanical stability via chemical crosslinking with epoxides. I have performed van Deemter and van’t Hoff analyses to understand the properties of these columns. Efficiencies greater than 100,000 N/m are routinely achieved with these carbon/nanodiamond-based phases. In addition I contributed to two patents that show innovations in diamond functionalization. My contributions involved reduction of an oxidized diamond surface with LiAlH4 prior to functionalization with isocyanates. I also wrote some application notes for the Flare mixed-mode column, which was recently introduced to the market and contains particles comprised of a carbon core and a polymer/nanodiamond shell. These application notes show the gradient separations of four essential oils (lavender, melaleuca, peppermint and eucalyptus), and the isocratic separations of various triazine herbicides and a mixture of β2-agonists and amphetamines.This dissertation contains the following sections. Chapter 1 is a review of liquid chromatographic history and theory. It also includes a history of the use of diamonds in liquid chromatography. Chapter 2 is a study on a glassy carbon core - polymer/nanodiamond shell particle made in our laboratory. Stability studies at pH 11.3 and 13 were performed and different analytes were retained and/or separated on the column. Chapter 3 is a study performed on the Flare mixed-mode column. Separations of tricyclic antidepressants, β2-andrenergic receptor agonists, and linear chain alkylbenzenes were demonstrated with this phase. Van Deemter and van’t Hoff studies were also performed to probe the efficiency and selectivity of this column with different classes of analytes. Chapter 4 chronicles, via SEM and van Deemter analysis, the improvements that have taken place in our column after many iterations of improved synthetic methods and new materials. These include better particle uniformity, particle stability, and column efficiency. Three different carbon cores were analyzed, each better than the previous one. Appendices 1 – 6 are application notes published by Diamond Analytics of β2-andrenergic receptor agonists and amphetamines, triazine herbicides, and lavender, melaleuca, eucalyptus and peppermint essential oils. Appendices 7 and 8 are patents that contain ideas and research contributed by the author.