UPThèses

Au cours des 20 dernières années, la production de gaz naturel a augmenté de plus de 70 % dans le monde. Cela implique qu’à toutes les étapes du transport, des comptages précis soient opérés. L’élargissement du domaine des pressions, pouvant atteindre 70 bar, conduit à des nombres de Reynolds (Re) supérieur à 107, dépassant ainsi les seuils définis par la norme ISO9300. Les opérations nécessitent des incertitudes de mesures inférieures à 0,1 % ce qui, en l’absence de référence pour les Re élevés, est quasiment impossible à tenir dans l’état des connaissances actuelles. La méthode pour l'étalonnage des débitmètres consiste à utiliser des tuyères en régime d'écoulement critique (CFVN). Leur utilisation est le cœur d’activité du laboratoire de Cesame-Exadébit (LNE-LADG) qui est détenteur de l'étalon de débit national. L’un de ces objectifs est l’amélioration constante de l’incertitude de mesure du débit de gaz. Ce travail de thèse vise à contribuer à la compréhension du comportement des écoulements au sein de telles tuyères afin de pouvoir étendre leur utilisation à des gammes plus élevées de Re. Dans un premier temps, l’étude bibliographique a permis d’établir un état complet des connaissances des écoulements dans les tuyères à géométrie cylindrique et des coefficients de décharge (Cd) associés pour les régimes d’utilisation rencontrés en pratique. Pour les régimes à bas Re, déjà bien étudiés, la majorité des études convergent, ce qui a permis d’établir des courbes semi-empiriques d’évolution du Cd. Pour les haut-Re, aucune loi empirique ne permet de décrire la dépendance aux états de surface Dix tuyères cylindriques ont été usinées avec pour chaque diamètre, des niveaux de rugosité (Ra) différents qui ont été caractérisés par des mesures d'état de surface. Chaque pièce a été étalonnée à l'aide des installations de Cesame-Exadébit au moyen de la méthode primaire (pVT,t) donnant l'accès à une large gamme de Re avec des incertitudes de 0,1 %. L'ensemble des résultats expérimentaux obtenus a été comparé à la base de données du laboratoire ainsi qu'aux mesures de la littérature scientifique. Pour Re>106, le Cd atteint une valeur plateau dont la valeur dépend de la rugosité. Cette tendance a été confirmée par des mesures comparatives réalisées dans les installations à haute pression de la PTB. Le modèle empirique élaboré permet de décrire la valeur asymptotique du Cd avec un coefficient Cd, similaire à la rugosité relative bien connue pour les études en guide (Colebrook), et fortement corrélé à la valeur expérimentale du paramètre Ra/d, mesuré dans la partie cylindrique. La seconde partie du travail de thèse est dédiée à la définition et la mise en œuvre d’une stratégie numérique, pouvant permettre de caractériser l’évolution de la structure de l’écoulement et d’identifier les phénomènes physiques, pouvant piloter l’évolution non-monotone du Cd en fonction du Re. Le choix se porte sur OpenFoam pour réaliser des simulations numériques. L'outil est éprouvé dans un premier temps par une confrontation à des cas de référence. Une stratégie numérique adaptée au cas des tuyères en géométrie cylindrique est ensuite proposée. Les résultats numériques montrent l'évolution du Cd dans une tuyère cylindrique qui est comparée, sous différentes conditions initiales, aux mesures expérimentales dans l’ensemble de la gamme des Re. Cette évolution est analysée au regard de la variation de la structure de l’écoulement au col en fonction des conditions amont.

Du fait du manque de nouveaux antibiotiques et de l’augmentation des résistances, il est important de comprendre les mécanismes et la dynamique de ces phénomènes. La modification du lipopolysaccharide (LPS) est le principal mécanisme contribuant à la résistance des bactéries aux polymyxines. Le plasmide portant le gène MCR-1 (Mobile Colistin Resistance) retrouvé chez Escherichia coli et Klebsiella pneumoniae code une phosphoethanolamine transférase capable de modifier le LPS par une addition de phosphoethanolamine sur le lipide A du LPS alors que chez Acinetobacter baumannii résistant aux polymyxines il a été décrit à la fois des modifications du LPS par une phosphoethanolamine et une perte du LPS. Cependant, les interactions entre les différents mécanismes exprimés par ces bactéries à Gram-négatif pour devenir résistantes à la colistine et à la polymyxine B sont encore peu décrit. Les courbes de bactéricidies séquentielles ont étés utilisées comme une approche alternative pour discriminer l’héterorésistance de la population bactérienne (2 sous populations S/R) d’une résistance adaptative (AR) durant le traitement par la colistine ou la polymyxine B. Au cours de ce travail de thèse, nous avons: 1. Confirmé que l’approche des courbes de bactéricidies séquentielles peut discriminer deux modèles pharmacocinétique/pharmacodynamique (PK/PD) semi-mécanistiques décrivant soit une population stable héterorésitante (S/R) soit une population bactérienne instable et homogène dont la résistance s’adapte au cours du temps (AR). 2. Déterminé l’impact de la présence du plasmide MCR-1 sur les mécanismes de résistance chromosomique impliqués dans la résistance adaptative de E. coli and K. pneumoniae aux polymyxines. 3. Déterminé les mécanismes impliqués dans la résistance aux polymyxines dans deux souches cliniques d’A. baumannii, isolées avant et après traitement d’un patient à la colistine. Dans ce travail, une nouvelle approche de courbes de bactéricidies séquentielles a été utilisée et validée afin de pouvoir différencier différents modèles PK/PD semi-mécanistiques. De plus, ce travail a montré que la présence du plasmide MCR-1 favorisait l’activation d’autres mécanismes chromosomiques conduisant à de hauts niveaux de résistances aux polymyxines. Enfin, la polymyxine B montrait une plus faible capacité à induire ces mécanismes chromosomiques conduisant à de hauts niveaux de résistance.

Alors que des progrès ont été réalisés en termes de surveillance et de régulation de nombreux contaminants organiques dans le milieu aquatique, la présence et les risques associés à leurs produits de dégradation suscitent désormais beaucoup d’interrogations. Notamment, peu d'intérêt a été porté aux résidus de médicaments, bien que leur présence et leurs effets néfastes sur les organismes non-ciblés soient avérés. Ce travail apporte des éléments de réponse quant à la contamination de rivières par des produits de dégradation de médicaments (carbamazépine et diclofénac), ainsi qu’une première évaluation des risques environnementaux associés. L’étude de biofilms épilithiques a montré que la contamination n’est pas entièrement régie par les propriétés physico-chimiques des composés ou les régimes hydrologiques des cours d’eau. Par ailleurs, la géographie ainsi que les physico-chimies respectives peuvent expliquer certaines des différences observées entre les rivières étudiées (la Vienne et le Clain). De plus, les rejets de stations de traitement des eaux usées (STEU) jouent un rôle important dans l’enrichissement du milieu en certains composés. La comparaison avec les échantillonneurs passifs intégratifs (POCIS) a révélé la complémentarité ainsi que l’importance des deux types d’échantillonnage (biofilms, POCIS) pour une surveillance plus globale de la qualité du milieu. Ce travail a aussi démontré que des produits de dégradation de médicaments sont présents dans tous les compartiments du milieu aquatique étudiés (i.e. eaux, sédiments, biofilms, Corbicula fluminea), avec des concentrations et des distributions variables qui dépendent de la nature du compartiment, du cours d’eau où l’échantillonnage a été effectué ainsi que de la localisation du site d’échantillonnage par rapport à des zones de rejets (ville ou STEU). Une approche écotoxicologique par QSAR a mis en évidence que le diclofénac et ses produits de dégradation sont plus toxiques que la carbamazépine et ses produits de dégradation pour trois espèces types, représentant les algues vertes, les invertébrés et les poissons. Une évaluation des risques environnementaux (quotient de risque) a montré que l'hydroxydiclofénac, la 2-[(2-chlorophényl)-amine]-benzaldéhyde et la dibenzazépine présentent un risque plus élevé que les autres composés étudiés pour les différents organismes aquatiques. De plus, le risque associé à un mélange de diclofénac et de ses produits de dégradation associés s’avère supérieur à celui des composés considérés individuellement.

La recherche présentée dans cette thèse se concentre sur la conception et l’utilisation d’actionneurs plasma à décharge à barrière diélectrique (DBD) de faible épaisseur et à géométrie complexe afin d’exercer un contrôle d’instabilité sur deux configurations d’écoulement dont la dynamique est régie par des mécanismes d’instabilités primaires et/ou secondaires. Le cas d’une couche limite tridimensionnelle telle que rencontrée sur une aile en flèche est étudié à l’aide de deux stratégies de forçage permettant de manipuler la transition induite par un phénomène d’instabilité stationnaire. Ici, un réseau d’éléments de rugosité discrets (DRE) est installé en amont du forçage par DBD afin de verrouiller l’origine et l’évolution des tourbillons stationnaires transversaux de la couche limite. La première approche de forçage consiste à modifier l’écoulement amont par déformation (UFD). Une seconde approche par modification directe de l’écoulement de base est également introduite (BFM). Un retard de transition est observé indépendamment du forçage réalisé. Cependant, comme les tourbillons transverses sont fortement amplifiés en raison de l’utilisation de DRE, l’action par approche UFD peut conduire à la fois à une atténuation directe des structures fluidiques transverses telle qu’envisagée mais aussi à une action non intentionnelle sur la nature inflectionnelle de l’écoulement de base. La méthode BFM résulte en une interaction directe sur les tourbillons transverses, interactions confirmées par une étude théorique de l’instabilité sous l’effet d’un modèle simplifié d’actionneur DBD. Il s’agit de la première démonstration expérimentale du retard de transition sur une aile en flèche grâce à l’effet d’un actionneur plasma et également à la première preuve de concept expérimentale de la stratégie BFM. Le sillage d’une couche de mélange plane à bord épais et les phénomènes d’instabilité primaire et secondaire responsables pour l’expansion spatio-temporelle du sillage sont également étudiés. Des conditions de forçage fréquentiel puis spatial sont successivement testées et analysées par approche spectrale (décomposition orthogonale spectrale, SPOD) sur des données expérimentales de PIV multi-champs résolues en temps. L’instabilité primaire est excitée par un forçage spatialement homogène pulsé à la fréquence naturellement la plus amplifiée. Ce forçage l’atténue les instabilités aux sous-harmoniques et inhibe l’appariement tourbillonnaires. A l’inverse, le forçage aux sous-harmoniques renforce les phénomènes d’appariement conduisant à un fort taux d’épanouissement de la couche de mélange. Enfin, l’effet d’un forçage modulé spatialement se traduit par un taux d’accroissement variant selon la position transverse et qui traduit à la fois le renforcement et la modulation spatiale des structures à grande échelle. La segmentation du forçage selon l’envergure de la couche de mélange permet toujours de modifier les structures transverses mais en sus, la coalescence des structures longitudinales et transversales est favorisée. Les travaux de recherche réalisés confirment la capacité des actionneurs plasma de type DBD à exercer un forçage modulé à la fois temporellement et spatialement. La large réduction de la puissance électrique consommée dans le cas d’un forçage modulé spatialement permet une amélioration notable de l’efficacité du système de contrôle.

Le procédé de coagulation-floculation est une étape cruciale dans les filières de production d’eau potable. Les sels métalliques sont utilisés comme réactifs pour éliminer les particules en suspension, les colloïdes et la Matière Organique Dissoute (MOD) contenus dans les eaux de surface. Cependant, ils génèrent d’importantes quantités de boues difficilement valorisables. Bien que leurs propriétés floculantes soient reconnues depuis longtemps, les polymères bio-sourcés, comme le chitosan (CS), ne peuvent pas être considérés comme des alternatives viables en replacement de ces sels métalliques. Du fait de leur faible réactivité vis-à-vis des MOD et de l'apport en carbone organique dissous dans les eaux traitées provenant des polymères non réactifs, ils peuvent entrainer des dysfonctionnements dans les procédés situés en aval (colmatage des filtres, formation de sous-produits de désinfection). Dans ce manuscrit, l’association du chitosan avec des particules d’argile (Montmorillonite-MMT) a été étudiée afin de combiner les propriétés floculantes du biopolymère avec les capacités de sorption de l’argile pour former des flocs lestés et ainsi minimiser le relargage de CS dans les eaux traitées. Lors de l’optimisation de la préparation des hybrides CS-MMT dans l’objectif d’éliminer un composé modèle une relation structure-réactivité des hybrides a été démontrée. Le procédé de séchage, lors de la préparation des matériaux, s’est avéré être un paramètre-clé dans la stabilisation des hybrides sensibles à la minéralisation des eaux modèles et naturelles. L’application des hybrides optimisés pour le traitement de deux eaux de rivières (Vienne, Clain) a mis en évidence des différences de réactivité et de sélectivité entre les divers hybrides, FeCl3, CS et MMT. Les hybrides séchés ont ainsi présenté une meilleure élimination des composés de faibles poids moléculaires et peu hydrophobes tandis que les sels métalliques sont plus performants vis-à-vis des composés aromatiques, hydrophobes et de poids moléculaires élevés. Ces hybrides relarguant peu de chitosan résiduel dans les eaux traitées, leur performance peut être améliorée par une augmentation des doses de traitement.

Pseudomonas aeruginosa (PA) et Acinetobacter baumannii (AB) sont responsables d'infections pulmonaires chroniques souvent associées à la formation de biofilms, i.e. des agrégats bactériens piégés dans une matrice riche en polymères anioniques tels que l'alginate ou l’ADN. Au sein de ces biofilms, la diffusion des antibiotiques cationiques (ATB), tels que la tobramycine (TOB) et la colistine (COL), est en partie réduite due aux interactions avec les polymères de la matrice. Les principaux objectifs de cette thèse ont été dans un premier temps de développer un modèle de biofilm pulmonaire mimant ceux retrouvés dans les infections pulmonaires chroniques des patients atteints de mucoviscidose (CF), l'une des principales maladies pulmonaires dans laquelle ces biofilms se développent. Un nouveau système d’administration d'ATB, composé de nanoparticules lipidiques chargées de COL, a été par la suite développé et testé grâce à ce modèle de biofilms pulmonaires. Chez les patients atteints de CF, PA forme des biofilms constitués d'agrégats (50-100 μm) incorporés dans leur mucus pulmonaire. Un modèle de biofilm pulmonaire in vitro composé des polymères présents in vivo (alginate, mucines, ADN) et constitué de PA piégés dans des billes d'alginate, a été développé et évalué à l'aide de la COL et de la TOB. Ce modèle a été optimisé en évaluant l'effet de la taille des billes et du milieu de croissance dans lequel elles ont été dispersées. La modification de la taille des billes de 60 à 1200 µm et l'utilisation d'un milieu de dispersion simulant la composition du mucus pulmonaire ont permis de réduire davantage l'efficacité de la TOB dans ce modèle. Pour des concentrations élevées en TOB, des variants de PA formant de très petite colonies (SCV), également trouvés chez les patients atteints de CF, ont été observés dans le modèle, ce qui suggère une bonne imitation des conditions in vivo. Dans ce modèle, l'efficacité de la COL a été moins affectée que celle de la TOB, et aucune SCV a été observé. Des nanoparticules lipidiques PEGylées chargées de COL et contenant un adjuvant lipophile à la COL tel que le farnésol ont été développées pour augmenter son efficacité contre les biofilms. L'encapsulation de la COL a amélioré son efficacité par un facteur deux dans le modèle de biofilm pulmonaire à PA précédemment développée. Ces nanoparticules ont permis également de restaurer la sensibilité à la COL d'une souche résistant d’AB et ont amélioré son efficacité dans un modèle de biofilm d’AB formé sur une surface abiotique.

La dermatite atopique (DA) est une maladie chronique inflammatoire de la peau qui se caractérise par une altération de la barrière cutanée, une dysfonction dans la réponse immunitaire et une dysbiose du microbiote cutanée associée à une forte colonisation par Staphylococcus aureus. De plus, les patients atteints de DA ont un risque de développer des infections virales, notamment l’eczéma herpétique (EH) causé par le virus herpes simplex (HSV). Cependant, la physiopathologie de l’EH ainsi que le rôle des facteurs de virulence de S. aureus sont peu connus et le lien entre infections virales et bactériennes est non déterminé. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés au rôle des toxines Phenol-Soluble Modulines (PSMs) de S. aureus en utilisant le PSMα3 synthétique et purifié et les sécrétomes de 3 souches de S. aureus, une qui exprime tous les PSMs, une délétée pour les PSMα et une délétée pour l’ensemble des PSMs. Nous avons ainsi mis en évidence, à la fois dans un modèle in vitro de kératinocytes primaires humains et ex vivo d’explants de peau, une induction de l’expression et de la production de médiateurs pro-inflammatoires par les PSMα à des concentrations non lytiques. En revanche, les PSMs de S. aureus ne semblent pas favoriser la réplication de l’HSV. D’autres part, nous étudions les interactions entre les cytokines pro-inflammatoires surexprimées dans la DA et les infections par HSV-1. Ainsi, nous avons mis en évidence, que dans un modèle 3D, trois combinaisons de cytokines surexprimées dans la DA favorisaient la réplication d’HSV-1 ce qui en fait donc des facteurs prédisposant à l’EH. Enfin, à ce jour, peu de traitements contre les infections par HSV existent et de nombreuses résistances à l’acyclovir, traitement le plus fréquent, apparaissent. Nous avons identifié deux cathélicidines, l’une issue du python birman (PB-Cath) et l’autre du rat taupe glabre (HG-Cath) comme de potentiels candidats puisqu’ils réduisent significativement la réplication d’HSV-1 dans des kératinocytes primaires humains.

Le développement de la comptabilité socio-environnementale au cours des dernières années représente un profond changement dans le champ de la comptabilité. Ses promoteurs proposent d'intégrer des éléments concernant le développement durable dans la communication des entreprises. Cette situation offre la possibilité d'étudier les pratiques comptables à un moment où elles ne sont pas encore figées et font encore l'objet de controverses. Notre recherche profite de cette situation pour étudier les processus sociaux qui concourent à façonner les institutions comptables. Nous questionnons plus précisément l'intégration du processus d'appropriation de l'une de ces nouvelles méthodes comptables (la méthode CARE) dans la construction socio-historique. Cette recherche s'inscrit alors logiquement dans le cadre de la théorie de l'appropriation, à laquelle nous proposons d'ajouter une dimension herméneutique. En effet, c'est par cette dimension qu'il est possible d'étudier la compréhension d'un outil à partir des cadres d'interprétations hérités de l'histoire. Cette attention portée à l'historicité nous conduit à proposer une généalogie des méthodes de comptabilité socio-environnementale. Celle-ci nous permet de distinguer le cadre dominant de la comptabilité prométhéenne – qui a vocation à garantir le maintien d'une capacité de production – du cadre critique de la comptabilité orphique qui permet de maintenir les entités écologiques pour elles-mêmes. À partir de cette compréhension théorique, notre étude empirique permet de montrer que, malgré la sensibilité écologique des acteurs, une comptabilité orphique fait systématiquement l'objet de tentative de détournement. Nous en déduisons l'importance des préjugés néoclassiques, c'est-à-dire des précompréhensions de certains concepts au travers du cadre dominant. Les débats scientifiques et politiques semblent toutefois permettre de réduire ces préjugés et conscientiser les choix opérer par les acteurs.

Ce travail vise à contribuer à la compréhension de la dynamique de collaboration des chimistes. Nous appréhendons le comportement collaboratif du chercheur comme non singulier et nous nous attachons à décrire sa multiplicité et son évolution au fil de la carrière scientifique. A partir d'une base de données bibliométrique originale, nous identifions et expliquons les dynamiques collaboratives via l'utilisation de données contextuelles, géographiques et sociales. Alors que beaucoup de travaux se positionnent sur l'étude de la compétitivité du chercheur au travers d'études macro, nous affinons notre perception de la carrière à partir de données micro et longitudinales dans une démarche descriptive et compréhensive. A partir de trois chapitres empiriques issus de diverses méthodologies (méthodologie mixte, économétrie des données de panel, analyse de réseaux sociaux, analyse de données), nous illustrons différentes dynamiques collaboratives reposant sur des relations sociales et des géographies particulières.

La généralisation des énergies renouvelables et leurs intégrations dans les réseaux de faible ou de grande puissance induit des nouveaux challenges dans la gestion et la conduite des systèmes multi-sources. Cette thèse porte sur la modélisation et la commande des convertisseurs multiniveaux hybrides. Les applications visées sont les réseaux multi-sources avec stockage de l'énergie. Les objectifs étant d'assurer deux fonctions principales : la continuité de transfert d'énergie d'une source continue renouvelable vers le réseau électrique et la compensation des fluctuations de puissance sur le bus alternatif. Les travaux de recherche dans ce mémoire ont été menés sur l'étude, la modélisation et la commande de trois structures de convertisseurs DC-AC hybrides. Dans un premier temps, nous avons utilisé des super condensateurs comme système de stockage d'énergie sur le bus DC d'un onduleur à 2-niveaux de tension. Pour répondre à nos objectifs, une commande par retour d'état avec l'intégration de l'écart en utilisant l'approche des inégalités matricielles (LMI) a été mise en place. Cette loi de commande permet d'assurer la stabilité du système avec une tension variable sur le bus continu. Ensuite, l'onduleur classique a été remplacé par un onduleur multi-niveaux à condensateurs flottants. Cette deuxième structure nous a permis de satisfaire les mêmes objectifs avec une tension de sortie de meilleur qualité et une inductance de filtrage plus petite. Grâce à une méthode d'équilibrage par la sélection de l'état redondant, les tensions intermédiaires des condensateurs flottants restent bien équilibrées dans tous les modes de fonctionnement. Enfin, nous avons intégré ce dispositif de stockage dans le convertisseur afin d'avoir un stockage d'énergie interne et non pas sur le bus continu. Pour ce faire, les condensateurs flottants ont été remplacés par des super-condensateurs et 3 nouveaux interrupteurs ont été rajoutés par bras. Un prototype de l'onduleur proposé a été réalisé sein du laboratoire LIAS. Les résultats expérimentaux, issus des trois bancs d'essais, viennent corréler et confirmer l'apport important C.