A produção e liberação de substâncias vasodilatadoras pelas células endoteliais requer uma elevação sustentada na concentração intracelular de cálcio; essa elevação é consequente a um influxo de cálcio. Porém, a identidade do (s) canal (is) envolvido (s) nesse influxo ainda não foi (ram) determinada (s) conclusivamente. Existem evidências de que o gene TRPV4 (que codifica uma proteína permeável a cátions, inclusive ao cálcio) é expresso em células endoteliais. Porém, a falta de agentes que modulem especificamente a função dessa proteína não permitiu que o papel do TRPV4 no controle da função endotelial pudesse ser elucidado. Recentemente foram descritos dois novos compostos, o GSK1016790A (GSK) e o HC-067047 (HC), com ação ativadora e bloqueadora seletiva desse canal, respectivamente. Consequentemente, nesta dissertação descrevemos e interpretamos os resultados obtidos em experimentos concebidos para caracterizar o efeito do GSK1016790A (e com fins comparativos o efeito do 4PDD) em artérias isoladas de várias espécies. Para isso, empregamos anéis de artérias suspensos em cubas para órgão isolado para registro da tensão desenvolvida por esses anéis durante a contração isométrica provocada pela adição de fenilefrina; todos os experimentos foram realizados com solução de Krebs contendo diclofenaco (10 M). Inicialmente verificamos mediante imunohistoquímica a presença de imunorreatividade para o TRPV4 no endotélio da aorta torácica de rato. A adição de concentrações isoladas ou cumulativas de GSK produziu relaxamentos dependentes da concentração na aorta torácica de rato (CE50=0,5 nM; IC95%=0,35-0,72 nM; n=7); o 4PDD (1-10 µM), em concentrações isoladas, também produziu relaxamentos na aorta torácica de rato. Resultados semelhantes foram observados para o GSK na aorta torácica de coelho (CE50= 4,3 nM; IC95%=3,58-5,14 nM; n=5), de camundongo (CE50=1,4 nM; IC95%=0,85-2,24 nM; n=3) e de cobaia (CE50=0,2 nM; IC95%=0,12-0,22 nM; n=4). GSK relaxou também a aorta abdominal (CE50=6,5 nM; IC95%=3,71-11,3 nM; n=3) e a artéria femoral de coelho (CE50=17 nM; IC95%=16,8-18,7 nM; n=4); Os relaxamentos produzidos por ambas as drogas apareceram 1-2 min após a adição e atingiram o máximo em 5-8 min, foram reversíveis e não apresentaram taquifilaxia. Em todas as artérias os relaxamentos foram estritamente dependentes de endotélio e da presença de cálcio no meio extracelular. Na aorta torácica de rato, a pré-incubação com HC (5 minutos) aboliu o efeito do GSK sem afetar os relaxamentos produzidos pela acetilcolina. Em todas as artérias testadas os efeitos do GSK e do 4PDD foram revertidos completamente pelo HC (1-3 µM) ou pelo vermelho de rutênio (aorta torácica de rato e artérias de coelho, 1µM, VR). Esses resultados demonstram que os canais TRPV4 estão presentes na célula endotelial e que a sua ativação leva à produção de fatores relaxantes. Como corolário, esses resultados constituem indícios de que os canais TRPV4 podem participar da regulação da função das células endoteliais em situações fisiológicas e/ ou fisiopatológicas. / Production and release of vasodilator substances by endothelial cells require a sustained elevation of intracellular calcium which depends on calcium influx. The identity of the channels involved in this influx remains to be established. There is evidence that the TRPV4 gene (which encodes for a cation permeable channel including calcium) is expressed in endothelial cells; the lack of pharmacologic agents that selectively modulate the activity of TRPV4 channels has hindered the elucidation of its function in endothelial cells. Recently two new compounds, GSK1016790A (GSK) and HC-067047 (HC), which selectively activate or block TRPV4 channels, respectively, were described. This dissertation consists in the description and interpretation of results from experiments conceived to characterize the effect of GSK (and of 4PDD for comparison) in isolated arterial rings from several animal species. To this aim we used arterial rings mounted in isolated organ chambers; we recorded continuously the tension developed by them during isometric contractions elicited by phenylephrine (Phe); all the experiments were conducted using Krebs solution containing diclofenac (10 µM). Initially, we confirmed by immunohistochemistry the presence of anti-TRPV4 immunoreactivity in the endothelium of rat thoracic aorta. In rat thoracic aortic rings pre-constricted with Phe (0.1 µM) the addition of different concentrations of GSK (either single or cumulative concentrations) caused concentration-dependent relaxations (EC50=0.5 nM, 95%CI=0.35-0.72 nM, n=7); 4PDD (in single concentrations) also caused relaxations of rat thoracic aortic rings. Similar results were observed for GSK in thoracic aortic rings from rabbit (EC50=4.3 nM, 95%CI=3.58-5.14 nM, n=5), mouse (EC50=1.4 nM, 95%CI=0.85-2.24 nM, n=3) and guinea-pig (EC50=0.2 nM, 95%CI=0.12-0.22 nM, n=4). GSK also produced relaxations of rings from rabbit abdominal aorta (EC50=6.5 nM, 95%CI=3.71-11.3 nM, n=3) and femoral artery (EC50=17 nM, 95%CI=16.8-18.7 nM, n=4). Relaxations caused by both GSK and 4PDD started 1-2 min after their addition and reached a steady-state in 5-8min; they were reversible after washing-out and did not exhibit tachyphylaxis. In all the studied arteries GSK or 4PDD induced- relaxations were strictly endothelium- and extracellular calcium- dependent. Pre-incubation of rat thoracic aortic rings with HC (1 µM for 5min) abolished the effect of GSK but did not affect relaxations elicited by Ach (1 µM). In all the arterial rings HC (1-3 µM) also completely reverted the relaxations caused by GSK or 4PDD; in rabbit and rat thoracic aortic rings ruthenium red (1 µM) also completely reverted the relaxations caused by GSK or 4PDD. The present findings showing that TRPV4 channels are present in endothelial cells and that their activation results in the production and release of relaxing factors constitute an indication that TRPV4 channels could be involved in the regulation of endothelial cell functions under physiological or patho-physiological conditions.

La thèse se situe dans le domaine de l'optimisation combinatoire, en particulier celui de la<br />modélisation et de la résolution algorithmique. Dans cette thèse, nous étudions deux variantes<br />NP-difficiles de problèmes de type sac-à-dos. Plus précisément, nous traitons le problème de<br />la distribution équitable (le Knapsack Sharing Problem : KSP) et le problème du sac-à-dos<br />généralisé à choix multiple (le Multiple-choice Multidimensional Knapasck Problem : MMKP).<br />Dans la première partie de cette thèse, nous nous intéressons au développement d'algorithmes<br />approchés pour les deux variantes évoquées du problème de type sac-à-dos. La deuxième partie<br />traite essentiellement de la résolution exacte du problème du sac-à-dos généralisé à choix multiple.<br />L'approche exacte que nous proposons est de type séparation et évaluation s'appuyant<br />principalement sur : (i) le calcul des bornes inférieure et supérieure et (ii) l'utilisation de la<br />stratégie par le meilleur d'abord en développant des branches à double noeuds fils et frère.<br />La première partie porte sur l'étude et la résolution approchée des deux problèmes KSP et<br />MMKP. Concernant le problème de la distribution équitable, nous proposons dans un premier<br />temps, une première version de l'algorithme exploitant certaines caractéristiques de la<br />recherche tabou. Dans un deuxième temps, nous développons une deuxième version de l'algorithme dont l'idée principale consiste à tenter de combiner l'intensification de la recherche dans l'espace des solutions et la diversification de la solution obtenue. Nous soulignons la rapidité<br />de la première version et l'efficacité de la deuxième. Ensuite nous nous intéressons au problème<br />de sac-à-dos généralisé à choix multiple. Nous proposons deux heuristiques de recherche locale<br />itérative. Le premier algorithme s'appuie sur une “recherche guidée”. Le deuxième algorithme<br />est une recherche locale que nous appelons réactive avec stratégies de déblocage et de dégradtion améliorantes de la solution et basées sur l'inter-change local.<br /><br />Dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons une méthode de résolution exacte de type séparation et évaluation pour le problème du sac-à-dos généralisé à choix multiple. D'une part, nous nous proposons la réduction du problème initial au problème auxiliaire MMKPaux qui n'est autre que le problème de sac-à-dos à choix multiple MCKP. Nous calculons une borne supérieure pour le MMKPaux et nous établissons le résultat théorique pour lequel une borne supérieure pour le MMKPaux est une borne supérieure pour le MMKP. D'autre part, nous proposons le calcul d'une borne supérieure ainsi qu'une borne inférieure de départ pour le problème étudié qui sont nécessaires pour la réduction de l'espace de recherche. L'étude expérimentale montre l'efficacité de la méthode proposée sur différents groupes d'instances de petite et moyenne taille.<br /><br />Nous expliquons enfin pourquoi cet algorithme exact atteint ses limites de résolution, dˆues<br />principalement à la complexité intrinsèque du modèle étudié. D'autant la résolution dépend de<br />la taille et la densité des instances traitées.

Die Entdeckung von neuen Materialien mit speziellen funktionalen Eigenschaften ist eins der wichtigsten Ziele in den Materialwissenschaften. Das Screening des strukturellen und chemischen Phasenraums nach potentiellen neuen Materialkandidaten wird häufig durch den Einsatz von Hochdurchsatzmethoden erleichtert. Schnelle und genaue Berechnungen sind eins der Hauptwerkzeuge solcher Screenings, deren erster Schritt oft Geometrierelaxationen sind. In Teil I dieser Arbeit wird eine neue Methode der eingeschränkten Geometrierelaxation vorgestellt, welche die perfekte Symmetrie des Kristalls erhält, Resourcen spart sowie Relaxationen von metastabilen Phasen und Systemen mit lokalen Symmetrien und Verzerrungen erlaubt. Neben der Verbesserung solcher Berechnungen um den Materialraum schneller zu durchleuchten ist auch eine bessere Nutzung vorhandener Daten ein wichtiger Pfeiler zur Beschleunigung der Entdeckung neuer Materialien. Obwohl schon viele verschiedene Datenbanken für computerbasierte Materialdaten existieren ist die Nutzbarkeit abhängig von der Darstellung dieser Daten. Hier untersuchen wir inwiefern semantische Technologien und Graphdarstellungen die Annotation von Daten verbessern können. Verschiedene Ontologien und Wissensgraphen werden entwickelt anhand derer die semantische Darstellung von Kristallstrukturen, Materialeigenschaften sowie experimentellen Ergebenissen im Gebiet der heterogenen Katalyse ermöglicht werden. Wir diskutieren, wie der Ansatz Ontologien und Wissensgraphen zu separieren, zusammenbricht wenn neues Wissen mit künstlicher Intelligenz involviert ist. Eine Zwischenebene wird als Lösung vorgeschlagen. Die Ontologien bilden das Hintergrundwissen, welches als Grundlage von zukünftigen autonomen Agenten verwendet werden kann. Zusammenfassend ist es noch ein langer Weg bis Materialdaten für Maschinen verständlich gemacht werden können, so das der direkte Nutzen semantischer Technologien nach aktuellem Stand in den Materialwissenschaften sehr limitiert ist. / The discovery of novel materials with specific functional properties is one of the highest goals in materials science. Screening the structural and chemical space for potential new material candidates is often facilitated by high-throughput methods. Fast and still precise computations are a main tool for such screenings and often start with a geometry relaxation to find the nearest low-energy configuration relative to the input structure. In part I of this work, a new constrained geometry relaxation is presented which maintains the perfect symmetry of a crystal, saves time and resources as well as enables relaxations of meta-stable phases and systems with local symmetries or distortions. Apart from improving such computations for a quicker screening of the materials space, better usage of existing data is another pillar that can accelerate novel materials discovery. While many different databases exists that make computational results accessible, their usability depends largely on how the data is presented. We here investigate how semantic technologies and graph representations can improve data annotation. A number of different ontologies and knowledge graphs are developed enabling the semantic representation of crystal structures, materials properties as well experimental results in the field of heterogeneous catalysis. We discuss the breakdown of the knowledge-graph approach when knowledge is created using artificial intelligence and propose an intermediate information layer. The underlying ontologies can provide background knowledge for possible autonomous intelligent agents in the future. We conclude that making materials science data understandable to machines is still a long way to go and the usefulness of semantic technologies in the domain of materials science is at the moment very limited.

INTRODUCTION : Les greffons de veine saphène interne (GVS) sont encore régulièrement utilisés comme conduits en chirurgie de pontage aorto-coronarien (PAC). Les dommages subis par les segments de veine saphène pendant le prélèvement et le stockage favorisent une dysfonction endothéliale qui se manifeste par une diminution de la production d'oxyde nitrique et/ou par une augmentation du niveau de stress oxydant pouvant entraîner une défaillance du greffon veineux se traduisant par une occlusion. La solution saline héparinée est la solution de préservation de référence malgré plusieurs études démontrant ses effets néfastes sur les GVS. GALA est une solution de préservation de greffons autologues vasculaires spécialement développée pour préserver l'intégrité structurale et fonctionnelle de la couche endothéliale des greffons utilisés en chirurgie de pontages aorto-coronariens. OBJECTIF : Comparer la préservation de l'intégrité des fonctions endothéliales des greffons de veine saphène après le stockage dans la solution GALA versus dans la solution saline héparinée dans le cadre d’une étude contrôlée et randomisée en étudiant la réactivité vasculaire en chambres d’organes. RÉSULTATS : Les segments de GVS d'un total de quinze patients ont été obtenus et divisés en anneaux de 3 mm de largeur. Il n'y avait pas de différences significatives dans les niveaux de contraction en réponse au chlorure de potassium, à la phényléphrine, ni dans les concentrations de phényléphrine nécessaires pour atteindre le niveau de contraction cible entre les anneaux du groupe GALA versus le groupe de saline héparinée. Les courbes dose-réponse du groupe solution GALA ont démontré une amélioration significative des relaxations dépendantes de l'endothélium par rapport au groupe solution saline héparinée. Les contractions et relaxations indépendantes de l'endothélium induites respectivement par la phényléphrine et le nitroprussiate de sodium étaient similaires dans les anneaux de GVS des deux groupes. CONCLUSION : L’utilisation intra-opératoire d'une solution développée spécifiquement pour la préservation de l’intégrité endothéliales présente un potentiel d’avantages cliniques chez les patients qui subissent une chirurgie de PAC. Les observations précédentes suggèrent que la solution GALA pourrait réduire la dysfonction endothéliale associée à la défaillance des greffons veineux et incite des évaluations à long terme plus approfondies dans le cadre d’essais cliniques. / INTRODUCTION: Saphenous vein grafts (SVGs) are still commonly used as conduits for coronary artery bypass grafting (CABG). Injury to SVGs during harvesting and storage promotes endothelial dysfunction, which is attributed to a decrease in production of nitric oxide and/or increased level of oxidative stress that can lead to vein graft failure (VGF). Heparinized saline is still the standard of care intraoperative preservation solution despite several studies demonstrating its detrimental effects on SVGs. GALA is an innovative one-time intraoperative graft storage solution developed to preserve endothelial integrity. OBJECTIVE: To investigate, in a randomized controlled study, endothelial functional integrity of saphenous vein grafts following storage in GALA vs heparinized saline using ex vivo vascular reactivity studies in organ chamber experiments. RESULTS: Segments of saphenous vein grafts from a total of fifteen patients were obtained and divided into 3 mm wide rings for evaluation. There were no significant differences in the levels of contraction in response to potassium chloride and to phenylephrine between groups, nor in the concentrations of phenylephrine needed to achieve the target level of contraction in saphenous vein graft rings. Concentration-response curves of the GALA group demonstrated a significant improvement in endothelium-dependent relaxations compared to the heparinized saline group. Endothelium-independent contractions and relaxations induced by phenylephrine and sodium nitroprusside, respectively, were not altered in saphenous vein graft rings from both groups. CONCLUSIONS: Intraoperative application of a solution developed for graft preservation demonstrated a potential benefit to protect endothelial and vascular functional integrity in saphenous vein grafts of patients undergoing CABG. These data suggest that the GALA solution may reduce endothelial dysfunction associated with vein graft failure and warrant further long-term evaluation in clinical trials.

Ce travail porte sur l'effet tunnel d'aimantation dans des systèmes des aimants moléculaires et implique des aspects numériques et surtout expérimentaux. Les aimants moléculaires sont formés des grandes molécules magnétiques, arrangées dans une structure cristalline ; elles ont le même spin, anisotropie et orientation, les aimants résultants étant tres bien caractérisés. Si la physique quantique d'une molécule isolée est très bien connue, les interactions intermoléculaires ont été négligées jusqu'à présent. Le but de cette thèse est d'établir le rôle de ce couplage dans l'effet tunnel du moment magnétique des agrégats moléculaires. Le travail a nécessité l'utilisation de différentes techniques expérimentales : magnétométrie à SQUID, à micro-SQUID, à micro-sonde de Hall ; les mesures sont faites dans le régime des tres basses températures à l'aide des cryostats à dilution. Nous présentons un premier exemple de dimère moléculaire [Mn4]2 dans lequel l'interaction d'échange antiferromagnétique entre les deux molécules Mn4 ne peut pas être négligée. Chaque monomère réagit comme un champ supplémentaire sur son voisin et induit un décalage des résonances de dimère par rapport aux résonances d'une molécule isolée. À l'aide d'un tel système nous montrons l'existence des états intriqués des deux molécules. Ainsi l'effet tunnel devient un phénomène qui implique des états quantiques des deux molécules à la fois. Nous montrons aussi que, dans ces systèmes, il y a une distribution de constante de couplage inter-moléculaire et que l'interaction d'échange est quasi-isotrope. Les effets quantiques à plusieurs spins sont généralisés ensuite sur un système dimèrique particulier où, en plus de couplage à l'intérieur du dimère, il y a des faibles interactions entre dimères voisins. Dans ce réseau 3D d'aimants moléculaires, les interactions inter-moléculaires sont suffisamment fortes pour se traduire dans des champs de décalage supplémentaires, mais en même temps suffisamment faibles pour ne pas générer un matériaux anti-ferromagnétique macroscopique.

Effets quantiques mésoscopiques d'ions de terres rares faiblement couplés. Quel peut-être l'apport d'ions de terres rares fortement dilués au magnétisme mésoscopique ? Ce travail décrit l'origine d'une dynamique quantique lente du renversement du moment magnétique d'un ion Ho$^(3+)$, en présence d'une forte anisotropie uniaxiale (retournement d'un aimant atomique par effet tunnel sous la barrière d'anisotropie). Dans le monocristal quadratique LiYF$_4$, les mécanismes de relaxation paramagnétique dus aux couplages spin-phonons sont inefficaces à très basse température, et l'allure singulière des cycles d'hystérésis observés à faible vitesse de balayage du champ appliqué selon l'axe de facile aimantation, en marches d'escalier, révèle un effet de mécanique quantique non stationnaire. Ces transitions non adiabatiques correspondent au retournement cohérent du moment électronique et du spin nucléaire d'un ion Ho$^(3+)$ quasi-isolé (couplage hyperfin fort). La dynamique quantique d'un centre tunnel est cependant rendue incohérente par de faibles couplages à l'environnement de spins nucléaires, ceux des ions diamagnétiques de la matrice d'accueil non magnétique. De plus, en présence d'un phénomène dit de goulot d'étranglement des phonons, l'allure des cycles mesurés est fortement modifiée à plus grande vitesse de balayage du champ. Des sauts supplémentaires, attribués à une dynamique quantique à plusieurs ions (relaxations croisées), apparaissent pour d'autres champs résonants. Une interprétation à deux ions démontre que des transitions de co-tunnel à deux ions et des transitions tunnel à un ion décalées par les interactions dipolaires dominent la relaxation dans ce régime tunnel, en accord avec des mesures de susceptibilité alternative à T>1.75K. Les ions dilués de terres rares constituent non seulement une alternative aux aimants moléculaires pour une compréhension plus approfondie du magnétisme mésoscopique, mais ils permettent aussi d'envisager sérieusement l'observation de la cohérence quantique en magnétisme ainsi que l'étude des phénomènes de dissipation/décohérence, notamment dus aux porteurs libres. En outre, la mise en évidence d'une dynamique quantique à plusieurs corps apporte des éléments nouveaux à l'étude de la nature des fluctuations quantiques dans des systèmes complexes, comme dans les verres de spins.

Nous étudions la propagation et l'atténuation du son dans la silice avec deux techniques expérimentales complémentaires, la diffusion Brillouin de la lumière et l'acoustique picoseconde. L'analyse de nouvelles données Brillouin précises obtenues dans une large gamme de températures (4-1300 K), complétées avec les données de la littérature sur un large intervalle de fréquences, montre que le frottement interne résulte de deux principaux mécanismes : l'interaction du son avec les défauts relaxants et avec les modes du bain thermique (anharmonicité). La spectroscopie Brillouin à haute pression (0-6 GPa) révèle l'existence d'une modification structurale à environ 2 GPa à température ambiante. L'atténuation du son est observée pour la première fois autour de 250 GHz avec une nouvelle technique acoustique picoseconde. Ce résultat démontre que l'atténuation du son est encore dominée par l'anharmonicité à l'échelle des longueurs d'onde mésoscopiques. La relation avec un régime de forte atténuation au THz est discutée.

Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν πειραματικά σειρές σύνθετων υλικών πολυμερικής μήτρας, με παράμετρο τον τύπο και την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση. Ως μήτρα χρησιμοποιήθηκε εποξειδική ρητίνη υψηλών προδιαγραφών. Ως ενισχυτική φάση χρησιμοποιηθήκαν μικροσωματίδια, νανοσωματίδια τιτανικού βαρίου και αποφλοιωμένα γραφιτικά νανοεπίπεδα (exfoliated graphite nanoplatelets). Η επιλογή των υλικών είχε ως στόχο να εκμεταλλευτούν σε κοινό σύνθετο σύστημα οι «θετικές» ιδιότητες των συστατικών του, όπως η θερμο-μηχανική σταθερότητα της μήτρας, η υψηλή διαπερατότητα και η σιδηροηλεκτρική συμπεριφορά του τιτανικού βαρίου και οι καλές μηχανικές ιδιότητες μαζί με την υψηλή ειδική αγωγιμότητα των αποφλοιωμένων γραφιτικών νανοεπιπέδων. Παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν τα παρακάτω συστήματα σύνθετων υλικών, για διάφορες περιεκτικότητες σε ενισχυτική φάση: (α) σύστημα μικροσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης, (β) σύστημα νανοσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης, (γ) σύστημα αποφλοιωμένων γραφιτικών νανοεπιπέδων/εποξειδικής ρητίνης, (δ) υβριδικό σύστημα μικροσωματιδίων τιτανικού βαρίου/νανοσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης, (ε) υβριδικό σύστημα αποφλοιωμένων γραφιτικών νανοεπιπέδων/ νανοσωματιδίων τιτανικού βαρίου/εποξειδικής ρητίνης. Την παρασκευή των δοκιμίων ακολούθησε πολύπλευρος χαρακτηρισμός τους. Για λόγους αναφοράς παρασκευάστηκε και μελετήθηκε και δοκίμιο μη ενισχυμένης ρητίνης. Η μορφολογία τους διερευνήθηκε με την τεχνική της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (scanning electron microscopy) και την τεχνική σκέδασης ακτίνων-Χ (x-ray diffraction scattering). Διαπιστώθηκε η επιτυχής διασπορά των νανο-εγκλεισμάτων αλλά και η ύπαρξη μικρών συσσωματωμάτων. Τα φάσματα σκέδασης ακτίνων-Χ πιστοποίησαν την παρουσία των πληρωτικών μέσων που χρησιμοποιήθηκαν σε κάθε κατηγορία σύνθετου συστήματος. Ακολούθησε θερμικός χαρακτηρισμός των σύνθετων υλικών, με στόχο τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσής τους. Η μελέτη της μηχανικής συμπεριφοράς των συνθέτων έγινε υπό στατικές και δυναμικές συνθήκες. Η στατική συμπεριφορά εξετάστηκε με την τεχνική κάμψης τριών σημείων σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Διαπιστώθηκε αύξηση του μέτρου ελαστικότητας με την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση, σε όλες τις κατηγορίες σύνθετων συστημάτων. Παράλληλα, διαπιστώθηκε μείωση της μηχανικής αντοχής με τη συγκέντρωση πληρωτικού μέσου σε όλες τις κατηγορίες σύνθετων υλικών που μελετήθηκαν. Η δυναμική μηχανική απόκριση μελετήθηκε με την τεχνική της δυναμικής θερμικής ανάλυσης (dynamic mechanical thermal analysis) σε ευρύ φάσμα θερμοκρασιών. Τα ενισχυμένα συστήματα παρουσιάζουν αυξημένες τιμές του μέτρου αποθήκευσης, ενώ οι κορυφές της εφαπτομένης απωλειών επιτρέπουν τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης (Tg). Η Tg φαίνεται να διαφοροποιείται ελαφρά με την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση, άλλοτε προς μεγαλύτερες και άλλοτε προς μικρότερες τιμές. Οι διαφοροποιήσεις αυτές εκφράζουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των φάσεων και ίσως την πλήρη ή μη διαβροχή των εγκλεισμάτων από τη μήτρα. Η ηλεκτρική απόκριση των σύνθετων συστημάτων εξετάστηκε με τη μέθοδο της διηλεκτρικής φασματοσκοπίας ευρέως φάσματος, σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων και θερμοκρασιών. Η ανάλυση των πειραματικών δεδομένων έγινε μέσω των φορμαλισμών της ηλεκτρικής διαπερατότητας, του ηλεκτρικού μέτρου και της ειδικής αγωγιμότητας εναλλασσομένου. Η χρήση και των τριών φορμαλισμών προσφέρει τη δυνατότητα εξαγωγής περισσότερων πληροφοριών για τις φυσικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό των συνθέτων. Διαπιστώθηκε η παρουσία δύο διηλεκτρικών χαλαρώσεων που σχετίζονται με την πολυμερική μήτρα. Αυτές αποδίδονται, στη μετάπτωση από την υαλώδη στην ελαστομερική φάση της εποξειδικής ρητίνης (α-χαλάρωση) και στην επαναδιευθέτηση πλευρικών πολικών ομάδων (β-χαλάρωση). Η παρουσία των εγκλεισμάτων στο εσωτερικό της μήτρας εισάγει ηλεκτρική ετερογένεια με αποτέλεσμα την εμφάνιση του φαινομένου διεπιφανειακής πόλωσης (interfacial polarization). Μη δέσμια φορτία συσσωρεύονται στη διεπιφάνεια των φάσεων, όπου σχηματίζουν μεγάλα δίπολα που παρουσιάζουν αδράνεια ως προς τον προσανατολισμό τους, παράλληλα του εφαρμοζόμενου πεδίου. Η διεπιφανειακή πόλωση είναι η πλέον αργή διεργασία και παρατηρείται σε χαμηλές συχνότητες και υψηλές θερμοκρασίες. Το πραγματικό μέρος της ηλεκτρικής διαπερατότητας, όπως και η ειδική αγωγιμότητα παρουσίασαν αύξηση με την περιεκτικότητα σε ενισχυτική φάση, ιδιαίτερα στην περίπτωση των συστημάτων με γραφιτικά νανοεπίπεδα. Η δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας στα συστήματα διερευνήθηκε με χρήση της πυκνότητας ενέργειας υπό σταθερό ηλεκτρικό πεδίο. Διαπιστώθηκε αύξηση της αποθηκευόμενης ενέργειας με αύξηση της περιεκτικότητας σε ενισχυτική φάση. Τη βέλτιστη συμπεριφορά επέδειξε το σύστημα με τη μέγιστη περιεκτικότητα σε γραφιτικά νανοεπίπεδα. Η δυναμική των χαλαρώσεων μελετήθηκε μέσω διαγραμμάτων Arrhenius, από τα οποία προέκυψαν και οι τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης. Η θερμοκρασιακή γειτνίαση των διεργασιών της α-χαλάρωσης και της διεπιφανειακής πόλωσης οδήγησε σε αλληλοεπικάλυψη των διεργασιών. Από τις ενέργειες ενεργοποίησης που υπολογίστηκαν φαίνεται πως στο δοκίμια της μη ενισχυμένης ρητίνης επικρατεί η συνεισφορά της α-χαλάρωσης, ενώ στα σύνθετα συστήματα επικρατεί η συνεισφορά της διεπιφανειακής πόλωσης. Τα σωματίδια του τιτανικού βαρίου υφίστανται δομικό μετασχηματισμό από την πολική τετραγωνική δομή (σιδηροηλεκτρική φάση) στην μη-πολική κυβική δομή (παραηλεκτρική φάση) σε μία κρίσιμη θερμοκρασία, πλησίον των 130οC. Η μετάβαση αποδείχθηκε μέσω των φασμάτων ακτίνων-Χ και είναι περισσότερο έντονη στην περίπτωση των μικροσωματιδίων. Η λειτουργική συμπεριφορά των συστημάτων σχετίζεται με τη θερμικά διεγειρόμενη δομική μετάβαση από τη σιδηροηλεκτρική στην παραηλεκτρική φάση των εγκλεισμάτων τιτανικού βαρίου, τη μεταβολή του προσήμου του θερμοκρασιακού συντελεστή ειδικής αγωγιμότητας και τη δυνατότητα αποθήκευσης ενέργειας. Η συνύπαρξη σε κοντινές θερμοκρασίες των διεργασιών α-χαλάρωσης και διεπιφανειακής πόλωσης μαζί με την κρίσιμη θερμοκρασία μετάβασης των σιδηροηλεκτρικών εγκλεισμάτων, δυσχεραίνει πολύ την διάκρισή τους. Με την εισαγωγή της διηλεκτρικής συνάρτησης ενίσχυσης (dielectric reinforcing function) έγινε δυνατός ο διαχωρισμός των φαινομένων. Επιπλέον, η συνάρτηση διηλεκτρικής ενίσχυσης προσφέρει τη δυνατότητα εξέτασης της λειτουργικής συμπεριφοράς και της δυνατότητας αποθήκευσης ενέργειας, ανεξάρτητα των γεωμετρικών διαστάσεων του υλικού. Τέλος, το σύνολο των αποτελεσμάτων έγινε αντικείμενο συγκρίσεων και συζήτησης. / In this study, series of polymer matrix composite materials were developed and experimentally studied, varying the reinforcing phase content. The employed matrix was a high tech epoxy resin, while reinforcing phase was micro- and/or nano-barium titanate particles, as well as exfoliated graphite nanoplatelets. The choice of the materials was targeting to take advantage in a common composite system of the thermo-mechanical stability of the matrix, the high dielectric permittivity and the ferroelectric behaviour of barium titanate and the enhanced mechanical properties in tandem with the high conductivity of the exfoliated graphite nanoplatelets. The following composite materials systems were fabricated and studied, for various filler contents: (a) barium titante micro-particles/epoxy resin composite system, (b) barium titante nano-particles/epoxy resin composite system, (c) exfoliated graphite nanoplatelets/epoxy resin composite system, (d) barium titante micro-particles/barium titante nano-particles /epoxy resin hybrid composite system, (e) exfoliated graphite nanoplatelets /barium titante nano-partcles /epoxy resin hybrid composite system. The fabrication of the composites was followed by a multiple characterization of the produced specimens. For reference reasons pure resin was also prepared and studied. Systems’ morphology was investigated by means of scanning electronic microscopy and x-ray diffraction scattering. It was ascertained the existence of fine nanodispersions, as well as of small clusters, within the composites. XRD spectra verified the presence of filler in each category of composite systems. Thermal characterization was conducted via differential scanning calorimetry aiming to determine the glass to rubber transition temperature of all studied systems. Mechanical behaviour was investigated under static and dynamic conditions. Static behaviour was determined via three point bending tests at ambient temperature. It was found that modulus of elasticity increases with filler content in all composite systems categories. On the other hand, mechanical strength decreases with filler content. Dynamic response was studied by means of dynamic mechanical thermal analysis in a wide temperature range. Reinforced systems exhibit higher values of storage modulus, while the loss tangent peaks allow the determination of the glass transition temperature Tg. Tg slightly varies with reinforcing phase content, to higher or lower values depending on the type and the amount of filler concentration. These variations express the interactions between the phases of the composites and possibly the uncompleted wetting of the inclusions in some cases. The electrical response of the composite systems was examined by means of broadband dielectric spectroscopy in a wide frequency and temperature range. The analysis of the experimental data was carried out via the dielectric permittivity, electric modulus, and ac conductivity formalisms. The usage of all three formalisms provides the opportunity to extract more information concerning the physical mechanisms occurring within the composites. It was found that two dielectric processes are related to the polymer matrix. These are attributed to the glass to rubber transition of epoxy resin (α-relaxation) and to the re-arrangement of polar side groups of the main polymer chain (β-relaxation). The presence of inclusions within the matrix introduces electrical heterogeneity resulting in the occurrence of interfacial polarization. Unbounded charges accumulate at the interface of the phases, forming large dipoles, which exhibit inertia in orienting themselves parallel to the applied field. Interfacial polarization is the slowest process in the systems and thus it is observed at low frequencies and high temperatures. The real part of dielectric permittivity, as well as, the conductivity increase with reinforcing phase content, especially in the case of the systems with graphite nanoplatelets. The energy storage efficiency was investigated via the density of energy, at constant electric field. It was found that the energy storage capability increases with filler content. Optimum behaviour is displayed by the system with maximum content in graphite nanoplatelets. The dynamics of the relaxations was studied via Arrhenius graphs, from which the values of activation energy were calculated. Interfacial polarization and α-relaxation appear in adjacent temperature ranges, leading in a superposition of both processes. From the calculated values of activation energy it is concluded that in the pure resin specimen the dominating contribution is related to the α-relaxation, while in the composite systems the contribution of interfacial polarization seems to prevail. Barium titanate particles undergo a structural transition from the polar tetragonal structure (ferroelectric phase) to the non-polar cubic structure (paraelectric phase) at a critical temperature closed to 130oC. This transition was proved via XRD spectra and is more intense in the case of barium titanate microparticles. Systems’ functional behaviour is related to the thermally stimulated structural transition from the ferroelectric to the paraelectric phase of barium titanate inclusions, to the change of sign of the temperature coefficient of conductivity, and their ability for energy storage. The coexistence at adjacent temperatures ranges of α-relaxation and interfacial polarization, as well as the critical transition temperature of ferroelectric inclusions, hampers the discrimination of the effects. By introducing the dielectric reinforcing function the discrimination of the processes became possible. Furthermore, the dielectric reinforcing function provides the possibility to examine the functional behaviour and the energy storage efficiency of the systems, neglecting the materials’ geometrical characteristics influence. Finally, experimental results and analysis are compared and discussed.

Cette thèse s'intéresse au calcul de solutions globales de problèmes de commande optimale en boucle ouverte. La méthodologie générale se base sur l'approche par les moments, où un problème d'optimisation est relâché en un problème généralisé des moments, dont une hiérarchie de relaxations semi-définies peut être résolue numériquement. L'approche est tout d'abord appliquée aux problèmes impulsionnels linéaires à temps variant, en modélisant le contrôle par une mesure. Les conditions semi-définies qui en résultent permettent de s'affranchir complètement des difficultés liées à la discrétisation temporelle. Ensuite, en se basant sur le formalisme des mesures d'occupations, la méthode peut être étendue aux systèmes impulsionnels non-linéaires, et fournit une suite monotone de bornes inférieures au coût optimal. Enfin, les résultats précédents peuvent être transposés aux systèmes à commutation, en modélisant chaque mode par une mesure d'occupation associée. Ceci permet d'obtenir des gains substantiels en charge de calcul par rapport à l'approche classique où l'espace de contrôle est mesuré.

La thématique de cette thèse est l'alignement moléculaire. Celui-ci est un sujet très important qui ouvre la voie sur un contrôle beaucoup plus fin de nombreux phénomènes. Ainsi, nous avons développé une nouvelle technique de mesure de l'alignement moléculaire suivant un axe et permettant d'en conserver le signe. Celle-ci est, à l'instar des techniques de mesure de l'alignement moléculaire développées dans l'équipe, basée sur la mesure de variation d'indice de réfraction induite par l'alignement moléculaire. La technique développée ensuite permet également la mesure de l'alignement moléculaire, tout en étant aussi une application de celui-ci puisqu'il permet ici la génération de troisième harmonique. L'alignement moléculaire est également mis en oeuvre dans la dernière étude puisque nous montrons qu'il apporte la résolution nécessaire à l'étude de la thermalisation d'un échantillon moléculaire excité