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2019

Les thèses soutenues en 2019

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  • Exploration à base ontologique de données issues de patients atteints de maladies rares    - Riché-Piotaix Quentin  -  20 décembre 2019

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    Dans le domaine de la génétique des maladies rares, l’analyse de l’exome, c’est-à-dire le séquençage de toutes les parties codantes du génome (soit environ 23 000 gènes), est un outil diagnostic répandu. Les données produites par ces analyses sont conséquentes, il est difficile d’en extraire les variations pathogènes nécessaire au diagnostic. Cette tâche est celle du généticien. Pour faciliter cette étape, les bioinformaticien annotent ces données avec du savoir provenant de sources de données variées choisies par les généticiens. Les généticiens dépendent donc des bio-informaticiens et ne sont pas libres de tester simplement de nouvelles sources de données. Chaque base de données ajoutée au processus d’annotation doit faire l’objet d’un développement de scripts dédiés par le bio-informaticien. Les sources de données utilisées dépendent des habitudes et des connaissances des généticiens, il n’est donc pas possible de prévoir lesquelles seront utilisées. Enfin, le taux de renouvellement de ces sources de données est important, car la génétique est un domaine de recherche actif où il est important d’avoir des données à jour pour obtenir des diagnostics fiables. La tâche du Généticien Biologiste est d’extraire d’une liste de plusieurs dizaines de milliers de variations celles qui sont pathogènes. Il utilise pour cela des approches en filtres successifs, en éliminant les variations qui ne répondent pas à des critères biologiques. Cette approche est fastidieuse, le nombre de filtres étant important ; de plus, elle peut être source de faux négatifs et oblige à de multiples réanalyses pour garantir un résultat exhaustif. Dans ce travail, nous présentons deux contributions. La première est une approche de création d’ontologies à partir d’exports de bases de données et du savoir du généticien. Nous avons testé cette approche en deux temps, tout d’abord en vérifiant la validité de la démarche, puis en créant un prototype (COPUNG) que nous avons fait tester à des utilisateurs experts du domaine. Cette contribution permet d’envisager une liberté plus importante pour le généticien, en lui permettant de créer lui même l’annotation qu’il souhaite sans dépendre du bio-informaticien. La seconde contribution vise à augmenter l’efficacité et l’efficience des généticiens dans leur tâche d’analyse des exomes. Nous présentons ici une approche en priorisation plutôt qu’en filtre, permettant au généticien de définir ses propres règles de priorisation pour trier les variations. Nous avons créé un prototype (GenSCor) permettant de tester l’efficacité de l’approche, que nous avons validé avec des utilisateurs généticiens. Enfin, nous avons utilisé une cohorte de données d’exomes connus pour valider les résultats de ce prototype. Nos premiers résultats ont montré qu’il était possible de faire créer une ontologie à des généticiens experts du domaine. Ces résultats démontrent que le développement d’un annotateur complet plus ouvert et à destination direct des généticiens serait très utile. Dans notre seconde contribution, nous avons obtenu de meilleurs résultats avec notre approche de priorisation qu’avec les différents outils de la bibliographie ainsi qu’avec la méthode manuelle précédemment utilisée, que ce soit en terme d’efficacité ou en termes d’efficience. En effet, les variations pathogènes de notre cohorte ressortent dans 89% des cas parmi les 3 premières variations et dans 100% des cas parmi les 15 premières. Il permet de limiter le nombre de variations à analyser de façon importante, en moyenne 50 par exome. Il est utilisé en routine dans l’analyse d’exomes et de grand panels dans notre laboratoire de diagnostic.

  • Rôle de l'alarmine IL-33 dans un modèle murin d'ischémie-reperfusion hépatique    - Barbier Louise  -  20 décembre 2019

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    Introduction L’IL-33 joue un rôle d’alarmine dans l’initiation de la réponse inflammatoire aux lésions d’ischémie-reperfusion (I/R) rénale, impliquant les lymphocytes “invariant natural killer” (iNKT). Objectifs Déterminer si l’IL-33 agit également comme une alarmine en I/R hépatique et évaluer la contribution de l’IL-33 et des cellules iNKT dans le recrutement des granulocytes neutrophiles et des monocytes/macrophages après IR. Méthodes Nous avons choisi un modèle d’ischémie chaude hépatique par clampage à 70% du foie de souris C57BL/6 sauvages, déficientes en IL-33 (IL-33 KO) ou déficientes en cellules iNKT (Jalpha18 KO). La sévérité des lésions d’I/R a été évaluée par dosage plasmatique des ALAT et analyse histologique des lobes de foie clampés. L’IL-33 a été déterminée dans le sang et le foie, respectivement par ELISA et western blot et sa néo-synthèse par RT-PCRq. Le recrutement des cellules immuno-inflammatoires dans le foie après IR a été analysé par cytométrie en flux. Résultats Chez les souris sauvages, l’IL-33 était constitutivement exprimée dans les cellules endothéliales des sinusoïdes et des veinules portes du foie et était immédiatement libérée pendant la phase d’ischémie dans la circulation sanguine sans néo-synthèse. Quatre heures après la reperfusion, les lésions d’I/R étaient diminuées chez les souris déficientes en IL-33, comparativement aux souris sauvages. Ainsi, dès les premières heures après l’ischémie, l’IL-33 agit comme une alarmine et est en partie responsable des lésions d’I/R. Les lésions d’I/R étaient également diminuées chez les souris déficientes en cellules iNKT, tandis que chez les souris sauvages, les cellules iNKT étaient activées en périphérie (dans la rate) et recrutées localement. Les granulocytes neutrophiles et les monocytes/macrophages étaient recrutés dans le foie après une heure de reperfusion chez les souris sauvages, alors que ce recrutement était significativement réduit chez les souris déficientes en IL-33 et chez les souris déficientes en iNKT, suggérant qu’à la fois l’IL-33 et les iNKT contribuent au recrutement de cellules immuno-inflammatoires. Cet ensemble de résultat est conciliable avec l’existence d’un axe IL-33/iNKT intervenant dans les phases précoces de l’inflammation lors de l’I/R hépatique. Conclusion L’IL-33, en tant qu’alarmine, contribue précocement aux lésions d’I/R hépatique. L’IL-33 pourrait agir en mobilisant les cellules iNKT, lesquelles avec l’IL-33, amplifieraient le recrutement des cellules immuno-inflammatoires. L’IL-33 représente donc une cible thérapeutique essentielle pour réduire les lésions d’I/R en transplantation hépatique.

  • Biopharmaceutical optimization of antibiotic therapy for the treatment of Mycobacterium abscessus pulmonary infections: interest of nebulization and antibiotic combinations    - Mehta Shachi  -  19 décembre 2019

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    Mycobacterium abscessus est une mycobactérie non-tuberculeuse responsable d’infections pulmonaires difficiles à traiter en clinique. Le traitement actuellement recommandé est associé à un taux d’échec élevé et à l'émergence de résistances à la plupart des antibiotiques. Dans le contexte actuel, avec un faible nombre de nouveaux antibiotiques mis sur le marché, il est important de d’optimiser l’utilisation des antibiotiques à notre disposition par des approches pharmacocinétique/pharmacodynamiques (PK/PD). Dans les infections pulmonaires, l'administration directe de médicaments à faible perméabilité tels que la céfoxitine (FOX) et l'amikacine (AMK) dans les poumons sous forme d'aérosols devrait accroître leur efficacité au site d’infection tout en diminuant la toxicité systémique responsable des effets indésirables, particulièrement dans le cas des traitements prolongés. De plus, l'utilisation d'antibiotiques en combinaison pourrait réduire le risque de développement de résistance. Plusieurs points ont été abordés dans cette thèse : 1. Études biopharmaceutiques sur AMK et FOX : Il a été démontré qu'après la nébulisation d'AMK et de FOX, les concentrations pulmonaires étaient presque 1000 fois plus élevées qu'après l'administration intraveineuse des deux antibiotiques, ce qui en fait de bons candidats pour la nébulisation. 2. Étude PK/PD de céfoxitine : un modèle PK/PD semi-mécanique a été mis au point à partir de données pharmacocinétiques in vitro, permettant d'identifier les relations concentration-effet pour deux sous-populations de bactéries tout en tenant compte de la dégradation de la céfoxitine. 3. Étude pharmacocinétique et pharmacodynamique de la bi-combinaison : à l'aide d'un modèle mathématique basé sur un mécanisme et de données obtenues à partir données in vitro, il a été démontré que l'effet combiné d'AMK et de FOX était additif et/ou synergique selon les différentes concentrations. 4. Bi- ou tri-combinaisons : plusieurs tri-combinaisons incluant AMK, FOX et un 3ème antibiotique (incluant clarithromycine, linézolide, clofazimine, ciprofloxacine, moxifloxacine, rifampicine et rifabutine) ont été testés contre une souche de référence, un isolat clinique résistant à la clarithromycine (Ma1611) et un isolat clinique multirésistant (T28). Toutes les tri-combinaisons étaient actives contre la souche de référence. Les combinaisons étaient également actives sur la souche Ma1611 sauf pour les associations avec la clofazimine et la clarithromycine. Aucune combinaison n'était active contre T28. Les bi-combinaisons avec de plus fortes concentrations de FOX et les fluoroquinolones ou les rifamycines étaient efficaces contre T28. Cela suggère une optimisation du schéma thérapeutique pour le traitement des infections pulmonaires à M. abscessus. 5. La tri-combinaison comprenant AMK, FOX et moxifloxacine (MXF) jusqu'à 21 jours contre un isolat clinique résistant à la clarithromycine Ma1611 n'a montré aucun effet supplémentaire de l'utilisation de MXF car la tri-combinaison n'était pas plus efficace que la bi-combinaison d'AMK et FOX.

  • Modélisation stochastique et analyse statistique de la pulsatilité en neuroendocrinologie    - Constant Camille  -  19 décembre 2019

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    L’objectif de cette thèse est de proposer plusieurs modèles probabilistes pour représenter l’activité calcique des neurones et comprendre son implication dans la sécrétion d’hormone GnRH. Ce travail s’appuie sur des expériences réalisées à l’INRA Centre Val-de-Loire. Le Chapitre 1 propose une modélisation continue, où nous étudions un processus markovien de type shot-noise. Le Chapitre 2 étudie un modèle discret de type AR(1) basé sur la discrétisation du modèle du Chapitre 1 et propose une première estimation des paramètres. Le Chapitre 3 propose un autre modèle discret de type AR(1) où les innovations sont la somme d’une variable de Bernouilli et d’une variable gaussienne représentant un bruit, avec prise en compte d’une tendance linéaire. Des estimations des paramètres sont proposées dans le but d’une détection des sauts dans les trajectoires des neurones. Le Chapitre 4 étudie une expérience biologique comportant 33 neurones. Avec la modélisation du Chapitre 3, nous détectons des instants de synchronisation (saut simultané d’une grande proportion des neurones de l’expérience) puis à l’aide de simulations, nous testons la qualité de la méthode utilisée et la comparons à une méthode expérimentale.

  • Optical Image encryption based on apertured FrMT in the Diffraction domain    - Wang Mengmeng  -  18 décembre 2019

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    Cette thèse se concentre sur l'étude de l'introduction de l'ouverture dans la transformation frationnelle de Mellin (TFrM) dans le domaine de diffraction et son application dans le système de cryptage d'images optiques. La faisabilité des schémas de cryptage proposés est vérifiée par une série de simulations numériques. Les travaux principaux sont les suivants: Tout d'abord, un système de cryptage d'images optiques basé sur la transformation fractionnelle de Mellin avec une ouverture dure (TFrM à ouverture dure) a été proposé. La TFrM à ouverture dure peut être effectuée par la transformation log-polar et la transformation fractionnelle de Fourier à ouverture dans le domaine de diffraction. Les longueurs latérales de l'ouverture dure servent de clé pour améliorer la sécurité et augmenter encore l'espace clé du système de cryptage. Cette ouverture dure n'est pas seulement utilisée pour contrôler la quantité de lumière passant la lentille en ajustant sa taille, mais réduit également la fuite de lumière, ce qui, dans une certaine mesure, améliorera la robustesse contre les attaques directes. Deuxièmement, l'ouverture gaussienne, comme une ouverture douce pour équilibrer entre l'ouverture dure et aucune ouverture, est introduite dans la TFrM à ouverture. Avec la TFrM à ouverture gaussienne dans le domaine de diffraction, une transformation de préservation de la réalité est proposée et utilisée pour cryptage d'images. Dans ce schéma de cryptage pour l'image en niveaux de gris, la transformation d’Arnold et l'opération d’XOR bitwise sont également adoptées pour cypter l'image afin d'améliorer la sécurité. Enfin, l'algorithme de cryptage basé sur la TFrM à ouverture gaussian et de préservation de la réalité (TFrMOGPR) utilisé pour l'image couleur est proposé. Outre TFrMOGPR non linéaire, rotation de l'espace couleur, avec brouillage 3D et XOR opération bitwise rend l'algorithme de cryptage d'image de couleur proposé bien performer. Les résultats de la simulation ont montré que les systèmes de cryptage proposés sont capables de résister à différentes attaques communes et robustes contre les attaques de bruit et d'occlusion.

  • Étude des effets potentiels du récepteur MerTK sur le développement des lésions liées à une ischémie/reperfusion rénale chez le rat    - Pelé Thomas  -  18 décembre 2019

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    L'ischémie reperfusion se caractérise par deux phases distinctes : une cessation puis un retour de l’apport sanguin et peut se produire dans certaines situations pathologiques et lors de la transplantation d’organes. Cette séquence d’évènements peut induire la mort cellulaire, la formation de débris cellulaires et de microparticules. Les corps apoptotiques et les microparticules se caractérisent par l’exposition de la phosphatidylsérine sur le feuillet externe de leur membrane. Les cellules lésées suite à l’ischémie reperfusion entraînent, par le relargage de cytokines/chimiokines, l’activation de l’inflammation et le recrutement de leucocytes, tel que les macrophages. Les macrophages permettent l’élimination par phagocytose des débris cellulaires et des microparticules. Il a été établi précédemment que le récepteur tyrosine kinase MerTK, exprimé par plusieurs types cellulaires dont les macrophages, joue un rôle majeur dans la phagocytose. En effet, l’interaction du récepteur MerTK avec son ligand, la protéine S, permet la formation d’un pont entre le macrophage et les phosphatidylsérines exposées par les corps apoptotiques et les microparticules. MerTK contribue aussi à une régulation négative de l’expression de certaines molécules pro-inflammatoires impliquées dans le recrutement leucocytaire. L’objectif de notre étude est de caractériser le rôle de MerTK dans le développement des lésions induites par une ischémie reperfusion rénale mais aussi dans la réparation post-ischémique. Nous avons utilisé un modèle de rats RCS (Royal College of Surgeons) caractérisés par un MerTK défectueux en raison d’une mutation naturelle dans le gène MerTK. La simulation de l’ischémie reperfusion rénale s’effectue par le clampage de l’artère et de la veine rénale. Le sang et les reins prélevés permettent d’évaluer, via des techniques d’ELISA, de Western Blot et de dosages biochimiques, des marqueurs de la fonction et de lésions rénales, d’inflammation et de recrutement leucocytaire. Les lésions histologiques sur des coupes rénales sont mises en évidence par les colorations HES-PAS, et la localisation ainsi que la quantification du recrutement leucocytaire ont été évaluées par la technique d’immunohistochimie. Nous avons par ailleurs utilisé la technique de cytométrie en flux pour quantifier les microparticules d’origine plaquettaires, endothéliales et leucocytaires dans le plasma. Enfin, nous avons étudié le rôle possible de MerTK dans la phagocytose in vitro, par co-incubation de corps apoptotiques avec des monocytes/macrophages, provenant de sang de rats RCS déficients en MerTK ou de rats contrôles exprimant normalement ce récepteur.

  • Rôle de la signalisation calcique dépendante des Store-Operated Channels (SOC) dans les cellules souches neurales adultes et les cellules souches cancéreuses de glioblastomes    - Terrie Élodie  -  17 décembre 2019

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    Des cellules souches neurales (CSN) persistent dans le cerveau adulte et produisent des neurones et des cellules gliales tout au long de la vie de l’individu. Les CSN suscitent un intérêt considérable pour la médecine régénératrice mais leur utilisation thérapeutique potentielle nécessite au préalable d’approfondir les connaissances sur leurs mécanismes de régulation. Les glioblastomes, quant à eux, sont les tumeurs cérébrales les plus fréquentes chez l’adulte et les plus mortelles. Au sein de ces tumeurs, les cellules souches de glioblastomes (CSG) seraient issues de la transformation maligne des CSN et seraient responsable de l’initiation, de la propagation et de la résistance aux traitements des tumeurs. Des analyses transcriptomiques ont suggéré un rôle majeur de la signalisation calcique au sein des CSN et des CSG. Représentant une des voies principales d’entrée du calcium dans la cellule, les canaux calciques SOC (Store-Operated Channels) régulent de nombreux processus cellulaires, y compris la progression tumorale. L’objectif des travaux de cette thèse est d’évaluer le rôle des SOC dans les CSN et les CSG. Nous avons établi par des approches in vitro et in vivo, que les CSN de souris adulte expriment des SOC fonctionnels et que leur inhibition pharmacologique diminue la prolifération et l’autorenouvellement des CSN, propriété indispensable au maintien de la population souche. La deuxième partie de nos travaux montre que les CSG issues de cultures primaires de patients expriment des SOC dont l’inhibition altère la prolifération et l’autorenouvellement de ces cellules. Ainsi, les résultats obtenus lors de cette thèse mettent en évidence un rôle essentiel des SOC dans la régulation de l’autorenouvellement des CSN et des CSG. Les CSG étant responsables de la résistance aux traitements dans le glioblastome, ces travaux ouvrent des perspectives thérapeutiques ciblant les canaux calciques pour contrer cette pathologie au pronostic sombre.

  • Exploiter des superacides pour générer et caractériser des espèces ioniques clés dans le domaine des glycosciences    - Lebedel Ludivine  -  17 décembre 2019

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    La réaction de glycosylation, qui permet de former la liaison glycosidique, joue un rôle clé dans l’accès aux glycanes et glycoconjugués biologiquement actifs qui sont de plus en plus complexes. Très utilisée en glycochimie, les détails du mécanisme de cette réaction font encore l’objet de nombreuses études, en particulier pour évaluer la formation d’une espèce clé, le cation glycosyle. La mise en évidence de ce type d’espèces ioniques est essentielle pour élucider le mécanisme de cette réaction. Néanmoins, l’existence de cet intermédiaire cationique en solution reste à confirmer du fait d’une durée de vie très courte en solution. A partir d’une méthode mise au point au laboratoire utilisant la chimie des sucres et la chimie des superacides combinées à la spectroscopie RMN in situ et à la modélisation moléculaire, ce travail de thèse a consisté à étudier des intermédiaires ioniques furtifs de la réaction de glycosylation. Tout d’abord, plusieurs donneurs de glycosyle possédant différentes substituants sur la position C-2 ont été étudiés en milieu HF/SbF5. Des dérivés 2-halogéno ont notamment permis de générer, stabiliser et observer les cations glycosyles correspondants grâce à une plus grande durée de vie dans le milieu HF/SbF5. Puis, cette méthode a été étendue à d’autres sucres et a mis en évidence différents intermédiaires réactionnels jusque-là théoriques qui ont été caractérisés. Enfin, une analogie a été établie entre les interactions multidentates existant entre le milieu superacide et un cation glycosyle non protégé formé in situ et l’état de transition de l’enzyme Béta-1,3-glucanase, permettant alors de proposer une similarité entre les cations glycosyles générés en milieu superacide et ceux formés dans un environnement enzymatique.

  • Stratégies d'oxygénation non invasives dans l'insuffisance respiratoire aiguë hypoxémique des patients immunodéprimés    - Coudroy Rémi  -  16 décembre 2019

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    L’insuffisance respiratoire aiguë est la première cause d’admission en Réanimation des patients immunodéprimés. Malgré les progrès thérapeutiques, leur mortalité reste très élevée en cas de recours à la ventilation mécanique invasive. La ventilation non invasive (VNI) est recommandée comme traitement de première ligne en raison de la diminution de mortalité rapportée dans les études randomisées anciennes. Récemment, ces bénéfices ont été remis en cause par des essais de plus grande ampleur. Toutefois, il est possible que les réglages de la VNI n’aient pas été optimaux dans ces études, diminuant ainsi son efficacité. Par ailleurs, l’oxygénothérapie nasale à haut débit (OHD) est une technique d’oxygénation récente avec des résultats prometteurs dans de nombreuses situations cliniques. L’objectif final de ce projet était de conduire une étude prospective randomisée multicentrique comparant la VNI avec des réglages optimisés à l’OHD chez les patients immunodéprimés admis en Réanimation pour une insuffisance respiratoire aiguë. Nous avons tout d’abord validé l’hypothèse de recherche du projet, son objectif principal, les calculs d’effectif et le taux de recrutement au moyen d’une étude pilote rétrospective. Puis nous avons élaboré le protocole de VNI à partir d’une revue systématique de la littérature comparant l’efficacité des différents protocoles de VNI publiés. Ensuite, nous avons analysé les facteurs de risque d’échec de la VNI chez les patients hypoxémiques afin d’identifier les paramètres physiologiques respiratoires à surveiller chez les patients traités par VNI. En outre, nous avons identifié les mécanismes responsables des effets physiologiques de l’OHD au moyen d’une étude sur banc puis chez des volontaires sains. Enfin, nous avons sélectionné la méthode d’estimation de la fraction inspirée en dioxygène mesurée au masque la plus fiable en comparant les différentes méthodes existantes dans le but d’affiner les critères d’inclusion du projet. Ces cinq études préliminaires nous ont permis de conduire une étude prospective randomisée dans 30 centres en France et en Italie dans le but de comparer les effets de l’OHD seule délivrée à 60 L/min à son association à la VNI intensive (administrée au moins 12 heures par jour avec une pression expiratoire positive d’au moins 8 cmH2O et un volume courant expiré inférieur à 8 ml/kg de poids prédit) sur la mortalité à 28 jours chez 300 patients immunodéprimés admis en Réanimation pour une insuffisance respiratoire aiguë.

  • Analysis and design of a new 24 GHZ active phase shifter, integrated in a BiCMOS SIGE: C 0.25 µm technology for beamforming applications    - Jadav Bhanu Pratap Singh  -  13 décembre 2019

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    Le travail présenté dans cette thèse consiste à développer un circuit intégré original dans le domaine des ondes millimétriques. Associé à un réseau d'antennes, ce dispositif permettra de réaliser de la formation de faisceaux (« beamforming »), c’est-à-dire qu’il permettra d’orienter et de contrôler le diagramme de rayonnement dans la direction désirée. Pour les ondes millimétriques, cette capacité à orienter le faisceau compense par son gain, les pertes dues à la montée en fréquence. Ce nouveau circuit assure un déphasage RF contrôlable entre l’entrée et la sortie. Il est réalisé à base d'un Oscillateur Contrôlé en Tension (OCT) «triple-push» verrouillé par l’injection d’un signal à 8 GHz. Dans ces conditions, la fréquence du signal de sortie est de 24 GHz. L'objectif de cette thèse a été de concevoir ce déphaseur RF actif, totalement intégré et implémenté avec la technologie BiCMOS SiGe:C 0,25 µm de NXP Semiconductors. Dans la première partie de ce travail, la conception de cette nouvelle architecture d’OCT différentiel «triple-push» à la fréquence de 24 GHz est présentée. Nous verrons que l’OCT «triple-push» est constitué de trois OCT différentiels couplés via des diodes varactors. Les résultats de simulations post-layout valident la méthodologie de conception avec un excellent niveau de réjection de la fréquence fondamentale et de la deuxième harmonique. Par la suite, une nouvelle architecture d'un déphaseur différentiel 120° accordable à la fréquence de 8 GHz est présentée. Ce déphaseur permet d'obtenir à partir d'un seul signal d'entrée, trois signaux de même amplitude et déphasés de 120° entre eux. Le circuit a été implémenté et les différents résultats de simulations post-layout obtenus ont été exposés. Enfin, le circuit global a été conçu et implémenté, en combinant le circuit déphaseur 120° et le circuit OCT «triple-push». Ce dernier est verrouillé par injection par le déphaseur 120°. Les résultats de simulations post-layout valident l’approche originale du système conçu et montrent une variation linéaire du déphasage dans tout le plan de phase. Ce déphaseur actif est destiné à être associé à une antenne élémentaire pour ensuite constituer un réseau antennaire complet qui pourra être utilisé pour la transmission de données, par exemple en technologie 5G.

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