UPThèses

Bien qu’un consensus sur les conséquences du balancement des bras dans la marche humaine semble s’établir, ce n’est pas encore le cas pour ses causes. Ceci est principalement dû à la difficulté de dissocier les parties passives et actives de la génération du balancement des bras, notamment liée à la complexité de l’identification des paramètres nécessaires à la modélisation du corps humain. L’hypothèse que l’étude de la bipédie d’un robot humanoïde, plus simple, pourrait apporter des éléments de réponse à la problématique est le point de départ de cette thèse. Par ailleurs, une optimisation dimensionnelle des bras des robots humanoïdes permettrait d’améliorer la performance dynamique de leur marche et constituerait une aide à la conception. La conduite de ces deux études nécessite de disposer d’un modèle de dynamique directe et inverse permettant la modification à la volée des paramètres inertiels et géométriques afin de pouvoir qualifier leurs impacts. Compte tenu de son utilisation dans les contextes d’identification et d’optimisation, l’évaluation d’un tel modèle doit être la plus rapide possible pour considérer de grands nombres de configurations dans des temps de simulation raisonnables et ainsi pouvoir accorder de la confiance aux valeurs obtenues. Un algorithme de génération de modèles dynamiques symboliques pour les structures polyarticulées ouvertes répondant à ces exigences a donc été écrit et testé sur plusieurs exemples dont deux sont présentés dans cette thèse : • La figure du passement filé effectuée par une gymnaste à la barre, dont la réalisation est très sensible à la finesse du modèle et à la précision des calculs, afin d’évaluer la fidélité du modèle en comparaison à une référence mesurée optoélectroniquement. • La marche du robot humanoïde ORHRO, équipé en simulation de bras aux paramètres modifiables, afin d’étudier le balancement des bras généré passivement par le déplacement de la partie locomotrice ainsi que l’impact de ce balancement sur des critères de stabilité et de déterminer les valeurs optimales des paramètres de conception. Cet algorithme de modélisation dynamique d’arborescence a montré son efficacité à modéliser et simuler des mouvements dynamiques sur des architectures complexes et variées permettant son utilisation dans la synthèse de mouvement et l’optimisation dimensionnelle de mécanismes.

Les biosphères du Protérozoïque sont connues par les fossiles d’organismes à corps mous. Si leur degré de préservation a focalisé l’attention, la compréhension des conditions environnementales et des processus taphonomiques associés n’en est pas moins essentielle. Dans le bassin de Franceville (Gabon),la découverte des plus vieux macro-fossiles connus (2,1 Ga) dans des argilites noires de la carrière de Moulendé sont un exemple remarquable de ce type de préservation. Ces dépôts de milieux calmes et peu profonds ont été peu enfouis et affectés d’une diagenèse d’intensité faible à modérée, ce qui explique l’exceptionnelle préservation des fossiles découverts. Il s’agit d’organismes pluricellulaires de formes lobées et circulaires, de leurs traces et des tapis microbiens associés. A la diversité biogénique s’ajoute la variabilité des processus de conservation : moulage et pyritisation précoce. Pour les macro-fossiles, ces deux processus sont respectivement associés aux formes circulaires et lobées ; la nature même de l’organisme originel a donc directement influencé sa taphonomie. Cette divergence initiale a été accompagnée et/ou suivie de modifications cristallochimiques impactant les minéraux argileux. Tous les fossiles ont subi une alumino-silicification complexe : illitisation et chloritisation. L’illitisation a débuté dès les premières étapes de préservation par moulage, formes circulaires, et s’est poursuivie dans la porosité des autres formes après leur pyritisation. Son intensité a été contrôlée par la disponibilité en K dissous. A l’interface eau-sédiment, le K a été fixé par les micro-organismes des tapis bactériens. A leur disparition par enfouissement, l’illitisation a été progressivement inhibée. Dans les fossiles, son intensité dépend du mode de préservation et de l’évolution de la perméabilité associée. Dans les formes non pyritisées à teneurs en IS élevées, l’illitisation a cessé plus rapidement. Dans les formes pyritisés l’illitisation a été plus poussée, mais moins que dans les argilites, milieu plus ouvert.Par comparaison,les IS sont quasiment absents dans les concrétions. Le mode initial de préservation des organismes a donc indirectement contrôlé l’intensité de l’illitisation. La complexité de la chloritisation tardive se traduit par le grand nombre d’habitus des chlorites. Dans les argilites, les habitus sont associés aux pôles de compositions des ripidolites (chlorites-R) et des diabantites (chlorites-D). Les compositions de pycnochlorites (chlorites-P) sont peu abondantes. Les habitus ovoïdes et en lattes sont des chlorites-R, et les agrégats lamellaires, les lamelles aciculaires et les gerbes des chlorites-D. Les habitus en accordéon et les matrices ont des compositions entre chlorites-D et P. L’origine détritique des formes ovoïdes et des lattes permet de lier les chlorites-R à l’altération continentale de précurseurs de type biotite (teneurs Fe et K élevées). Aussi bien dans les sédiments que les fossiles, les habitus des chlorites-D et P sont des produits secondaires post-illitisation de précipitation directe (gerbes fibroradiées) ou de transformations (accordéon et matrice) aux dépends de précurseurs IS (teneurs en K anomales et présence de quartz secondaire).Dans les concrétions, l’existence d’une paragenèse Si-Al-Fe-Mg montre que la chloritisation s’est produite par précipitation directe dans l’espace poral et non à partir d’IS précurseurs. Les phases argileuses sont des indicateurs fins des conditions physico-chimiques propres à la conservation des organismes à corps mous. Leurs différences géochimiques par rapport aux sédiments hôtes ne sont visibles qu’à l’échelle des micro-sites de fossilisation. Si les analyses globales du sédiment ne permettent pas d’expliquer le mode de préservation de tissus mous, les résultats obtenus dans les micro-sites ne peuvent être extrapolés pour en déduire les conditions environnementales à l’échelle du milieu de sédimentation, même dans un sédiment hôte monotone.

Les pathologies neurovasculaires, au premier rang desquelles les accidents vasculaires cérébraux, sont un enjeu de santé publique pour lequel il est important d’offrir une prise en charge la plus efficace, standardisée, homogène mais aussi personnalisée. Les accidents vasculaires cérébraux sont causés dans 80 % des cas par une ischémie cérébrale (IC), secondaire à l’interruption du flux sanguin cérébral. Lorsqu’un caillot bouche une artère cérébrale, cela conduit à une diminution de la perfusion cérébrale, passant en dessous du seuil d’autorégulation physiologique du débit sanguin cérébral. Cette chute de la perfusion en dessous de seuil entraîne ainsi une diminution de l’apport sanguin en oxygène et métabolites nécessaires à la survie des neurones et du tissu de soutien. Ceci s’appelle l’hypoxémie cérébrale. Ce phénomène conduit rapidement au " silence neuronal ", appelé aussi " zone de pénombre ", puis à la nécrose irréversible, c’est-à-dire à l’infarctus cérébral, par mort neuronale via des mécanismes de dépolarisation, de stress oxy- datif et d’excitotoxicité. Chacune des étapes de la prise en charge des patients est guidée par l’imagerie : de l’imagerie diagnostique initiale guidant le traitement et l’orientation du patient à l’imagerie interventionnelle thérapeutique permettant de lever les occlusions en passant par l’imagerie post thérapeutique immédiate permettant de guider la suite de la prise en charge en permettant de diagnostiquer les complications. Dans un premier temps nous avons réalisé un algorithme d’analyse des artériographies issus d’une décomposition d’ondelettes afin d’évaluer de manière automatisée et quantitative la reperfusion après thrombectomie. Dans un second temps nous avons étudié les conséquences métaboliques de l’ischémie reperfusion en spectroscopie proton et phosphore à l’aide d’un modèle issu d’une régression logistique basée sur des variables catégorielles.

Le Plio-Pléistocène a connu des changements climatiques et écosystémiques cruciaux qui coïncident avec des événements clefs au cours de l'évolution humaine, notamment en Afrique orientale. Dans ce contexte, les implications temporelles, écologiques et comportementales de la transition de l’alimentation des hominidés vers une consommation de tissus animaux assistée par des outils peuvent être étudiées plus avant. Dans la région du Turkana, la formation Shungura, datée entre 3,6 Ma à 1 Ma, bien que riche en faune et en artefacts, n'a jamais été étudiée d'un point de vue zooarchéologique. Cette thèse examine les contextes taphonomiques et paléoenvironnementaux des assemblages de vertébrés contemporains des sites d'occupation humaine dans cette formation. Mon objectif était d'aborder les comportements de subsistance des hominidés anciens, le contexte écologique de l'Oldowayen et de localités acheuléennes récemment découvertes. La première partie se concentre sur les évaluations taphonomiques réalisées tout au long de la séquence de Shungura. Après une analyse préliminaire, l'identification et la description de diverses marques ont été documentées. La formation de Shungura constitue un terrain d'essai parfait pour discriminer divers agents de modification de la surface des os (BSM). Des méthodes zooarchéologiques classiques et la morphométrie géométrique ont été combinées pour traiter de la forte équifinalité entre les BSM anthropiques et non-anthropiques. Les BSM fossiles ont été comparés à des échantillons expérimentaux comprenant des marques de décarnisation anthropiques, des marques de piétinement et des marques de crocodiliens et de carnivores. Pour la caractérisation des morphologies des BSM, j'ai utilisé une approche basée sur l’analyse de Fourier elliptique (EF). Les analyses approfondies des BSM ont révélé que les crocodiles sont des agents actifs dans tous les membres de la formation, étant particulièrement abondants dans les membres C et G. L'activité anthropogénique a été confirmée dans les membres F, G, L. Alors qu'un débat subsiste sur la différenciation des BSM, en particulier dans des contextes où coexistent à la fois des crocodiles et des hominidés, l’approche basée sur l'EF a été en mesure de discriminer efficacement les deux. De même, j’ai été en mesure d'identifier efficacement les activités de boucherie des hominidés dès 2,3 Ma. La deuxième partie de la thèse présente les données paléoenvironnementales entourant l'émergence de l'Oldowan à Shungura (2,3 Ma) en combinant la taphonomie, des données sur la composition de la faune, ainsi que de l'analyse texturale 3D des micro-portraits dentaires (DMTA). Cette partie examine les assemblages fauniques en relation avec les occurrences archéologiques du membre F. J'ai appliqué la DMTA à 5 tribus de bovidés provenant de deux localités fouillées formées immédiatement avant l'apparition de l'Oldowayen. Les résultats de la DMTA montrent des différences intra-locales au sein des Aepycerotini et des Alcelaphini. La DMTA a identifié un comportement alimentaire de consommation de graminées à L 398, alors qu'à OMO 33 ces taxons tendent vers un comportement alimentaire mixte. Les tribus de bovidés de chaque unité des membres E et F ont également été analysées afin de comparer les signaux fauniques au fil du temps, et spatialement entre localités au sein du membre F. Les données sur les bovidés au niveau du membre indiquent qu'il y a eu une évolution vers plus d'aridité et d'ouverture dans le membre F. Les données sur la faune et la DMTA ont fourni des informations supplémentaires sur la façon dont les paléohabitats ont varié à travers les paysages à une résolution temporelle relativement précise. Pour F-0, j'ai observé à la fois une augmentation significative de l'abondance des Alcelaphini et des divergences alimentaires entre les taxons sympatriques. Ainsi, mes résultats suggèrent une variabilité écologique à l'échelle locale dans le membre F plus marquée que dans le membre E.

Introduction : En réanimation, le sommeil est déstructuré, fragmenté et non réparateur. Ce mauvais sommeil est associé à une augmentation de la morbi-mortalité et de la durée du sevrage de la ventilation mécanique. Le sevrage ventilatoire est une période critique qui se complique dans 15% des cas. Les échecs de sevrage ventilatoire ont une physiopathologie complexe et le mauvais sommeil pourrait être impliqué en diminuant l’autonomie respiratoire des patients. Objectifs : (1) Evaluer l’impact de la privation de sommeil sur l’endurance musculaire inspiratoire et manuelle ; (2) Explorer les mécanismes physiologiques en cause chez le sujet sain ; (3) Evaluer chez le patient de réanimation la pertinence des mécanismes mis en évidence chez le sujet sain et proposer des mesures protectrices du sommeil en réanimation. Matériel et Méthodes : Chez le sujet sain, ce travail de thèse a comparé l’endurance inspiratoire et manuelle après sommeil normal et après privation aiguë de sommeil, en explorant la commande cérébrale musculaire, le muscle squelettique et les afférences musculaires. Chez le patient de réanimation, la commande cérébrale inspiratoire a été comparée entre les patients réussissant et les patients échouant leur sevrage ventilatoire. Enfin, la capacité d’un algorithme à distinguer les états de veille et de sommeil des patients de réanimation a été évaluée. Résultats : Une privation aiguë de sommeil diminuait l’endurance inspiratoire de 50% et manuelle de 11% chez des hommes sains. Cette perte d’endurance musculaire était associée à une altération de la commande musculaire corticale prémotrice et à une augmentation de la dyspnée et des afférences motrices pour un effort équivalent. Chez les patients de réanimation, une augmentation de 0,425 µV d’amplitude des potentiels prémoteurs inspiratoires prédisait l’échec de sevrage ventilatoire avec une sensibilité de 100% et une spécificité de 87%. L’analyse automatique de polysomnographies de réanimation par un algorithme de détection automatique du sommeil était bien corrélée à la lecture humaine. Conclusions : Lors d’un exercice, la privation aiguë de sommeil entraine une augmentation des afférences musculaires, inhibant la commande prémotrice corticale et réduisant l’endurance des muscles striés squelettiques. La mesure des potentiels prémoteurs inspiratoires prédit efficacement l’échec de sevrage ventilatoire d’un patient intubé. Ainsi, le mauvais sommeil nuit au sevrage ventilatoire des patients. Mais la détection en direct du sommeil de ces patients ouvre la voie à une protection du sommeil tout au long du nycthémère.

Les troubles du spectre autistique (TSA) sont un ensemble de troubles neurodéveloppementaux caractérisés par deux symptômes principaux : des déficits d’interaction sociale et des comportements stéréotypés et répétitifs. De nombreuses comorbidités ont été associées aux TSA comme la présence de troubles moteurs ou l’hyperactivité. Les TSA ont un impact sociétal important avec une prévalence d’un enfant sur 100. Il n’existe aujourd’hui aucun traitement curatif des TSA, leur prise en charge passant principalement par des thérapies comportementales associées à des traitements pharmacologiques symptomatiques. Ces thérapies sont plus efficaces si implémentées tôt chez l’enfant. Or le diagnostic des TSA est difficile et long, reposant principalement sur une évaluation des capacités sociales conduisant à une grande variabilité de la prévalence selon les méthodes diagnostics utilisées. Ainsi, le premier objectif de ma thèse a été d’étudier la présence de troubles moteurs et de la marche dans un modèle génétique avec une mutation du gène shank3 (SH3) des TSA et d’explorer les mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents. Ceci est d’intérêt afin de proposer d’implémenter en clinique ces mesures pour contribuer à un diagnostic objectif et précoce. La relative simplicité des techniques utilisées actuellement pour caractériser les interactions sociales chez les modèles animaux de TSA ne permet pas une étude prolongée dans le temps de ces déficits ni de déterminer leur nature dans un groupe d’animaux. Ainsi, le second objectif de ma thèse a été la mise en place d’une nouvelle méthode d’étude des interactions sociales, le Live Mouse Tracker (LMT), pour déterminer le comportement social dans un groupe de 4 animaux sur une durée pouvant aller jusqu’à 3 jours. Ceci a été réalisé dans modèle des TSA éprouvé, celui de préexposition prénatale à l’acide valproïque (Dépakine) (VPA). Avec cette procédure, j’ai pu montrer la présence de déficits sociaux chez les femelles VPA qui n’étaient pas détectables auparavant avec la technique du test à 3 chambres (3-CT). J’ai aussi pu caractériser de manière détaillée ces troubles en montrant que les souris VPA présentent principalement des difficultés à établir et renforcer les contacts sociaux mais une fois que ceux-ci ont été mis en place, les souris VPA présentent des interactions sociales similaires aux souris contrôles. De plus, j’ai pu montrer que la présence de souris contrôles avaient un impact positif sur les capacités sociales des souris VPA, mais que la présence de souris VPA avait-elle un impact négatif sur les capacités sociales des souris contrôles. Enfin, j’ai contribué à un travail visant à déterminer l’état de la transmission glutamatergique et dopaminergique dans ce modèle VPA de TSA. Se faisant, j’ai pu montrer que ces deux systèmes majeurs de transmission étaient faiblement impactés par la pathologie. En conclusion, au cours de ma thèse j’ai pu dans un premier temps montrer la présence de troubles significatifs moteurs et de la marche dans un modèle génétique des TSA. Puis dans un second temps j’ai caractérisé le profil social de manière détaillée d’un modèle environnemental des TSA, ainsi que mis en évidence l’importance de l’environnement social sur les capacités sociales des souris.

Cette thèse présente les résultats de travaux sur lLes différentes notions de stabilité utilisées dans la littérature des systèmes dynamiques multidimensionnels. Plus précisément, dans le cadre des modèles 2D de Roesser et de Fornasini-Marchesini, nous analysons les notions de stabilité au sens de Lyapunov, stabilité asymptotique, stabilité(s) exponentielle(s) et stabilité structurelle, ainsi que les relations entre ces différentes propriétés. Le premier chapitre de ce mémoire effectue un certain nombre de rappels concernant les définitions de stabilité et les liens qui existent entre celles-ci, dans le but d'établir un cadre solide en vue d'étendre ces notions du cas 1D au cas 2D. Une fois ces rappels établis, nous présentons les modèles 2D que nous étudions. Le deuxième chapitre dresse la liste des définitions de stabilité utilisées pour les modèles 2D de Roesser et de Fornasini-Marchesini et établit les liens entre ces différentes définitions. Au cours du troisième chapitre, nous proposons une condition nécessaire et suffisante de stabilité asymptotique pour une certaine classe de modèles de Fornasini-Marchesini 2D discrets linéaires. Le quatrième et dernier chapitre propose une étude détaillée d'un modèle 1D non-linéaire qui possède la particularité rare d'être à la fois attractif et instable, et nous généralisons ce modèle particulier au cas 2D afin d'établir quelles propriétés se conservent ou non lorsque l'on passe du cas 1D au cas 2D.

Le contrôle nerveux des fonctions cardiaques implique des structures nerveuses centrales et périphériques dont l’action coordonnée conduit à la modulation des paramètres cardiaques telles que la fréquence cardiaque, la force contractile ou encore la vitesse de conduction de l’influx électrique. Ces mécanismes de régulation font notamment intervenir un ensemble de neurones localisés au sein du tissu cardiaque et formant le système nerveux intracardiaque (SNIC). Initialement, ces neurones furent considérés comme de simples relais parasympathiques. Toutefois, les études menées depuis une trentaine d’années suggèrent une organisation plus complexe de ce système. Elles proposent notamment que le SNIC serait impliqué dans la mise en place de boucles de régulation locales et indépendantes grâce à la présence de neurones sensoriels, d’interneurones ainsi que de neurones moteurs. Cette organisation complexe a notamment conduit certains à proposer le concept de « petit cerveau cardiaque ». Malgré l’ensemble des études menées jusqu’ici, la nature exacte des différents neurones composant les ganglions cardiaques n’a toutefois pas encore été déterminée et cela apparait d’autant plus important au regard de l’éventuelle implication de ces neurones dans la survenue et l’entretien de certaines pathologies cardiaques telles que les arythmies. Les progrès réalisés en matière d’ingénierie génétique offrent désormais la possibilité de décrypter précisément le fonctionnement de ce réseau neuronal intracardiaque et d’étudier plus minutieusement son implication dans les mécanismes pathologiques. Ainsi, l’objectif de cette thèse a donc été d’améliorer notre compréhension du SNIC en étudiant la complexité des cellules qui le composent. Pour cela, nous nous sommes tout d’abord consacrés à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle globale du SNIC de la souris. En effet, bien que ce modèle offre de nombreuses possibilités techniques pour investiguer le rôle et les propriétés des différents types de neurones cardiaques, très peu d’études avaient été conduites sur ce modèle jusqu’à présent. Nos résultats ont permis de déterminer que les ganglions cardiaques de cette espèce regroupent différents profils neurochimiques. De plus, l’étude de leurs propriétés électrophysiologiques nous a également conduit à identifier différents types de neurone caractérisés par des capacités de décharge ainsi que des potentiels d’action distincts. Dans un deuxième temps, nous nous sommes appuyés sur la technologie Cre-Lox pour nous focaliser sur l’étude d’une sous-catégorie précise de neurones cardiaques, identifiée par l’expression de la calbindine. Nous avons notamment montré que cette population présentait des propriétés morphologiques et électrophysiologiques distinctes des autres neurones cardiaques. Enfin, nous nous sommes également intéressés, au sein des ganglions cardiaques, aux cellules non neuronales exprimant le marqueur de pluripotence Sox2 et à leur capacité à initier des mécanismes de neurogenèse in vitro. Nos résultats suggèrent que ces cellules seraient capables de s’engager vers un phénotype neuronal en culture. Le SNIC murin semble donc présenter une complexité moléculaire et fonctionnelle similaire à celle retrouvée dans les autres espèces. L'identification de différentes classes de neurones et l'émergence de cellules potentiellement impliquées dans une neurogenèse au sein de ce système ouvre la voie à de futures études du rôle des différentes populations de neurones cardiaques dans la physiologie et de leur remodelage dans la physiopathologie cardiaque.

Les iminosucres sont des analogues de sucres dans lesquels l'oxygène endocyclique est remplacé par un atome d'azote ; ils sont connus pour leurs activités biologiques et leur pertinence en chimie médicinale. La quaternarisation de la position pseudoanomérique donne accès à une classe importante d’iminsucres C,C-glycosides, qui peuvent être des inhibiteurs sélectifs et puissants des glycosidases et glycosyltransférase. Le principal défi associé à la synthèse d’iminosucres C,C-glycosides est la mise au point de voies de synthèses efficaces et applicables à tous types de sucres permettant ainsi d’accéder à une grande diversité moléculaire et d’accélérer la découverte de molécules d’intérêt biologique. Dans la première partie de ce travail, nous avons exploré une voie de synthèse efficace pour accéder aux iminosucres C,C-glycosides à sept chaînons portant divers groupements modulables. Cette nouvelle méthode implique une réaction en tandem Staudinger/Aza-Wittig sur la 6-azido-6-déoxy-D-pyrano-δ-lactone en série Glu-, Man- et Gal- pour donner l'hémiaminal bicyclique correspondant. Son ouverture avec des réactifs organométalliques fournit des azépanes avec un centre quaternaire en position pseudoanomérique portant deux groupements modulables. La deuxième partie traite l’isomérisation de cycle azépane à travers une réaction de réarrangement β-aminoalcools pour accéder au L-iminosucres et D-iminosucres C,C-glycosides et à six chaînons en série Glu-, Man- et Gal-. La dernière partie a été consacrée à la synthèse des iminosucres bicycliques et spiro en exploitant les substituants en position pseudoanomériques.

Lorsque deux matériaux sont frottés l’un contre l’autre ou simplement mis en contact, ils acquièrent chacun une charge électrique de signes opposés. Ce mécanisme d’acquisition de charge, connu depuis l’antiquité et portant le nom de triboélectricité, n’est toujours pas totalement maitrisé. Différentes explications et plusieurs théories et hypothèses contradictoires existent. C’est pour cela que les recherches sur ce sujet doivent toujours continuer et essayer d’élucider plusieurs mystères et répondre à différentes questions qui persistent autour de la triboélectrification. Le travail mené dans le cadre de cette thèse de doctorat a eu comme un de ses objectif l'étude de l'influence de différents facteurs (temps de traitement, épaisseur du diélectrique, distance inter-électrodes...etc.) de la décharge à barrière diélectrique (DBD) sur l'évolution de la rugosité de surface de plaques de polypropylène exposées à un plasma froid. Ce travail a visé également à mettre en évidence les corrélations qui pourraient exister entre la modification de la rugosité et le potentiel électrique généré par effet triboélectrique à la surface du polypropylène traité par DBD atmosphérique. En effet, le traitement DBD a une influence directe sur la rugosité et sur le potentiel électrique de surface : l'exposition au plasma froid conduit à une surface plus rugueuse, qui se charge mieux par effet triboélectrique que la surface initiale. L’influence de l’humidité ambiante sur le comportement triboélectrique des polymères a également été étudiée, confirmant son influence sur le niveau de charge ainsi que son signe.