UPThèses

La séparation électrostatique désigne l’ensemble des méthodes qui font usage des forces exercées par le champ électrique sur des particules chargées ou polarisées, pour faire le tri des constituants de mélanges granulaires. L'efficacité et la qualité de la séparation électrostatique dépendent de la charge électrique acquise par les particules dans les dispositifs de tribochargement appropriés. L’objectif cette thèse a été de trouver des solutions techniques viables aux problèmes de séparation électrostatique des matériaux plastiques granulaires, pour des applications au recyclage des déchets d’équipements électriques et électroniques. En effet la société CITF, partenaire de cette thèse CIFRE, vise de pouvoir proposer à ses clients des installations capables d’assurer le traitement d’une gamme élargie de mélanges de plastiques granulaires recyclables, avec des rendements de séparation élevés et une meilleure efficacité énergétique. Afin d’atteindre cet objectif, la thèse a dû répondre répondre en amont à plusieurs questions d’intérêt scientifique indéniable : (1) Quels mécanismes physiques (contact particule – particule, contact particule-parois), et quels types de dispositifs de charge (à vibrations, à cylindre tournant, à lit fluidisé,…) pour quels types de mélange de matériaux plastiques granulaires ? (2) Comment évaluer la faisabilité de la séparation triboélectrostatique d’un mélange ? (3) Quelles sont les limites des procédés actuels de séparation triboélectrostatique et quelles sont les solutions pour lever les verrous technologiques ? L’originalité de la démarche repose sur la mise en œuvre de techniques expérimentales de pointe pour une investigation pluridisciplinaire et multi-échelles des phénomènes triboélectriques, électrostatiques et aérodynamiques dont l’utilisation associée au prétraitement des matériaux par une décharge à barrière diélectrique rendrait possible la séparation de mélanges de matériaux plastiques granulaires de tailles < 10 mm.

Cette thèse de géographie analyse le parcours migratoire sur la route des Balkans, à la lumière de la parole des migrants, par la médiation du récit migratoire. Dans un contexte d'externalisation du contrôle des flux migratoires vers l'Union européenne, je propose de placer l'expérience du déplacement au cœur de l'analyse, afin de répondre à la question suivante : comment les migrants parviennent-ils à parcourir la route des Balkans, un espace où les États, par l'intermédiaire d'outils de contrôle, tentent de les interrompre ? Ainsi cette recherche questionne le déterminisme politique sur lequel se fonde cette externalisation, qui repose sur l'idée sous-jacente que le contrôle façonnerait les choix des migrants, et par voie de conséquence, hypothèquerait l'accomplissement de leurs parcours. À l'inverse, je soutiens la thèse selon laquelle le parcours migratoire relève d'une fabrique : les migrants parviennent à construire la continuité de leur parcours, là où le politique tente d'introduire des ruptures. Ce questionnement est posé dans une période qui constitue un temps fort de l'histoire de la route des Balkans : de septembre 2015 à fin août 2016, au moment de ladite « crise migratoire », lorsque l'intensité des flux migratoires est sans précédent dans la région (près de 900 000 migrants enregistrés selon le Haut-Commissariat des Nations Unies pour les Réfugiés) et lorsque les États des Balkans instaurent un dispositif politique inédit dans la région, le « corridor ». En accordant une place centrale à la parole des migrants, cette recherche contribue à la compréhension du parcours migratoire et à l'enrichissement de sa conceptualisation. Elle participe aussi aux réflexions éthiques développées autour de l'approche biographique. Enfin, elle place au centre de l'écriture scientifique une diversité de (carto)graphies. En cela, elle réaffirme la portée heuristique de ces outils qui constituent les points de départ et d'aboutissement du travail du géographe.

Le nombre d’invasions biologiques détectées dans le monde est en constante augmentation, en raison de la mondialisation. Les écrevisses, utilisées en aquaculture et très appréciées en aquariophilie, sont une belle illustration de ce phénomène. Parmi elles, l’écrevisse bleue Cherax quadricarinatus, d’origine australienne, est une espèce phare en aquaculture, en milieu tropical. De ce fait, elle a été transloquée dans de nombreux pays à travers le monde, dont la Martinique, où elle a été introduite au début des années 2000, pour redynamiser le secteur aquacole. Vendue vivante et très appréciée par les locaux, elle a été relâchée dans les rivières et a commencé à coloniser des bassins versants entiers, sans pour autant connaître précisément sa distribution. La Martinique est un territoire insulaire, appartenant à l’un des hotspots de biodiversité les plus riches du monde et les conséquences d’une telle invasion sur l’écosystème et les communautés locales doivent être appréhendées. Le développement de la technique ADN environnemental a permis, dans un premier temps, de préciser son aire de répartition. Parmi les 90 sites inventoriés, répartis sur 53 cours d’eau (parmi les 60 permanents de Martinique), l’écrevisse a été détectée sur 23 rivières. L’étude de la diversité génétique a révélé l’existence de plusieurs haplotypes, provenant probablement de plusieurs événements d’introduction. L’analyse des isotopes stables (ici azote δ15N et carbone δ13C) de la chaine trophique, a permis de caractériser les impacts de C. quadricarinatus sur les communautés locales : il semblerait que l’écrevisse occupe une place plutôt basse dans la niche trophique, caractérisant un régime alimentaire omnivore, à tendance herbivore. Des changements ontogénétiques ont également été observés, avec une alimentation différente selon les différents stades de vie. Les comparaisons des structures de niche trophique entre les zones envahies et les zones non-envahies ont montré un impact significatif sur les espèces de crevettes autochtones, par un phénomène d’exclusion compétitive. Aux vus de sa forte propagation depuis son introduction, la lutte contre cette espèce exotique envahissante parait compliquée. La pêche intensive ne peut régler cet épineux problème d’autant plus, que le contexte écotoxicologique local rend cette pratique non recommandable. En effet, les rivières Martiniquaises sont contaminées par le chlordécone, un pesticide largement utilisé jusqu’en 1993 dans les Antilles Françaises, provoquant l’interdiction de la pêche en rivière, par arrêté préfectoral. Nos expériences menées ont montré des taux de chlordécone importants dans les tissus abdominaux des écrevisses, dépassant largement les limites maximales fixées par l’Agence Régionale de Santé. Des expériences de décontamination de ces produits de pêche ont été menées, mais ceci ne semble pas être une alternative suffisamment efficace.

Cette étude expérimentale s'intéresse au bruit tonal de bord de fuite sur un profil NACA 0012, et en particulier aux effets de l'inhomogénéité en envergure de l'écoulement sur les sources de bruit. L'originalité de l'approche consiste dans la mesure simultanée du bruit rayonné par antennerie acoustique et des champs de vitesse dans le sillage par Vélocimétrie par Images de Particules (PIV) résolue en temps (fréquence de 20 kHz afin de résoudre les échelles de temps acoustiques). Une expérience préliminaire retrouve, comme dans la bibliographie, des résultats de PIV altérés pour des fréquences inférieures à la limite de Shannon, et permet d'identifier l'allure des distorsions liées à cette erreur. La précision de la synchronisation entre le signal focalisé par formation de voies temporelle et les champs de vitesse est ensuite évaluée, et est de l'ordre du centième de milliseconde. La mesure acoustique révèle un bruit tonal (constitué d'un ou plusieurs pics fréquentiels) pour des conditions d'écoulement en accord avec la littérature. La formation de voies permet alors d'identifier des zones sources le long de l'envergure, distinctes pour chaque fréquence. Cela constitue un apport intéressant car les modèles théoriques utilisés pour décrire la formation de bruit tonal au bord de fuite sont bidimensionnels. L'analyse fréquentielle des champs de vitesse dans un plan parallèle au profil d'aile indique un détachement tourbillonnaire variable en fonction de la position en envergure, avec les mêmes fréquences dans les mêmes zones que les sources de bruit identifiées. Il est aussi montré que les zones sources de bruit sont celles où la cohérence transverse du détachement tourbillonnaire présente un maximum. Une mesure dans le plan perpendiculaire à l'aile permet le suivi temporel des tourbillons détachés au bord de fuite, et une comparaison entre le signal de vorticité et le signal acoustique focalisé sur la zone de mesure aboutit à un taux de corrélation satisfaisant, de l'ordre de 60%.

La décharge corona est largement utilisée non seulement pour modifier les caractéristiques physiques des surfaces des matériaux diélectriques, mais aussi comme technique de charge pour les mélanges granulaires en vue de leur séparation électrostatique. L’uniformité de la charge électrique déposée à la surface des matériaux isolants est un indice de performance majeur pour toute électrode corona. L’objectif de cette thèse a été d’explorer les limites des techniques de charge corona, et plus particulièrement l’uniformité de charge atteignable lors de l’utilisation d’électrodes corona multi-pointes, compte tenu de leur utilisation possible pour le traitement de surface des plaques diélectriques ou pour la séparation électrostatique de mélanges granulaires. L’utilisation d’un voltmètre électrostatique sans contact pour mesurer le potentiel électrique de surface après l’exposition à la décharge corona s’est avérée être une méthode pratique pour étudier la distribution et l’évolution de la quantité de charge déposée sur les matériaux isolants. Une étude « statique » réalisée avec des plaques de PVC au repos et soumises à l’action de la décharge corona générée par des électrodes corona multi-pointes a permis d’évaluer l’effet de chaque facteur : la tension appliquée, la hauteur des pointes au-dessus de la surface du diélectrique, et le temps d’exposition. Une étude « dynamique », dans laquelle les échantillons étaient en mouvement relatif par rapport aux électrodes de type multi-pointes, a permis de quantifier ces effets dans des conditions plus proches de celles qui devraient être rencontrées dans les applications industrielles. Ce travail a montré que la non-uniformité de la charge corona peut être réduite à moins de 5% de la valeur moyenne en choisissant des valeurs appropriées de la distance inter-électrodes et de la hauteur des extrémités des électrodes au-dessus de la surface exposée à la décharge corona.

Parmi les nombreux défis énergétiques internationaux, la réduction des gaz à effet de serre avec l’augmentation du ratio composés pétrochimiques/carburants, ont vers des sources d’énergies alternatives. Le gaz naturel a été propulsé sur le devant de la scène pour répondre à ses enjeux grâce à son abondance, utilisation polyvalente et son énergie bas carbone. Cependant, méthane le composé le plus abondant dans le gaz naturel est un gaz à effet de serre principalement utilisé pour la production d’électricité. Son importante stabilité chimique (première énergie de dissociation d’une liaison de 439 kJ mol-1) lui confère des contraintes réactionnelles dans la production de composés à valeur ajoutées. La déshydroaromatization du méthane dans conditions non-oxygénantes (MDA: 6 CH₄ ⇋ C₆H₆ + 9 H₂) sur le catalyseur bifonctionnel Mo/HZSM-5 est apparue comme une technologie clé pour valoriser ce méthane en produisant simultanément des molécules plateformes et un vecteur énergétique vert sans émission directes de CO₂. Cependant cette réaction est fortement limitée par la thermodynamique ( ̴12.5 % à 700 °C en passage unique) et souffre de la rapide désactivation du catalyseur par le dépôt de carbone favorisée à hautes températures empêchant la potentielle industrialisation du procédé. La réaction de MDA est connue pour se dérouler en 4 étapes successives (préparation, activation, induction et désactivation) durant lesquelles le catalyseur va constamment évoluer. Les deux premières étapes sont gouvernées par les espèces de molybdène qui vont initier la formation d’espèces carbonées à la fin de l’activation du catalyseur. Ces dernières vont être responsables de de la suite de l’évolution du catalyseur. Chacune de ces étapes apporte toujours son lot de mystère qu’il convient d’éclaircir. A la suite de ce travail de thèse, il a été établi que lors de la préparation du catalyseur, les espèces de molybdène vont migrer à l’intérieur des canaux de la zéolite et se fixer préférentiellement sur les paires d’aluminium sous la forme Mo₂O₅²⁺ et MoO₂²⁺. Lorsque la capacité maximale d’échange est dépassée, le molybdène restant se dépose sur la surface extérieure (MoO₃). Le catalyseur est par la suite exposé à un flux de méthane qui va carburizer (réduire sous forme carbidique) le pour former des carbures de molybdène identifiés comme les espèces actives de la réaction. Cette étape stœchiométrique durant laquelle 2 moles de méthane sont nécessaires pour réduire une mole d’oxyde de molybdène. Une fois le catalyseur activé, le méthane est converti en composés polyaromatiques qui vont progressivement constituer l’hydrocarbon pool : complexe organo-catalytique piégé dans les canaux de la zéolithe qui « auto-catalyse la réaction » lors de l’étape d’induction. La structure chimique de ce dernier a pu être pour la première fois clairement identifiée à l’aide de la méthode d’extraction du coke. Lors de la dernière étape de désactivation, les espèces polyaromatiques carbonées s’accumulent progressivement dans les pores de la zéolithe, bloquant l’accès aux espèces actives. Ces dernières accélèrent aussi la perte de stabilité catalytique à la suite de leur migration vers la surface extérieure formant de large amas de carbure de molybdène. Trois descripteurs de désactivation ont été identifiés : quantité de coke déposé sur le catalyseur, perte du volume microporeux et le changement de phase de la zéolithe.

Il est nécessaire de développer des synthèses durables pour la valorisation des composés oxygénés provenant de la biomasse. Comme l’eau est indispensable pour dissoudre ces composés, des synthèses one-pot évitant l’élimination coûteuse de l’eau entre chaque étape est l’une des stratégies adoptées. Ici, la synthèse one-pot du glucose aux sorbitans porte notre intérêt. Le glucose est un monosaccharide contenu dans la partie carbohydrate de la lignocellulose et l’hydrogénation du glucose via un catalyseur métallique supporté mène au sorbitol. Le sorbitol peut être déshydraté en milieu acide en sorbitans et notamment en 1,4-sorbitan, un produit de forte valeur ajouté dédié au secteur alimentaire, cosmétique et médical. Cependant, un mélange de sorbitans et d’isosorbide, provenant de la déshydratation du 1,4-sorbitan, est généralement obtenu. Le défi repose donc dans le contrôle de cette dernière réaction pour cibler une seule molécule. Pour cela, l’acide sulfurique conventionnel est remplacé par du CO₂ gazeux pour assurer un contrôle réversible de l’acidité. L’objectif est d’obtenir sélectivement le 1,4-sorbitan en partant du glucose par synthèse one-pot impliquant un catalyseur hydrogénant et de l’H₂ pour l’hydrogénation du glucose ainsi que du CO₂ pour déshydrater le sorbitol. Dans ce but, chaque réaction est étudiée séparément avant de les combiner en une synthèse one-pot. Le Chapitre 1 porte sur l’hydrogénation du glucose en sorbitol. Il a été démontré qu’un catalyseur commercial sans modification du support est actif et sélectif pour l’hydrogénation de sucres en polyols. Typiquement, le glucose est totalement convertit en 90 % de sorbitol sous 30 bar de H₂ à 120°C après 2 h avec 5 % m. de Ru/Al₂O₃, catalyseur qui peut être recyclé 10 fois.Distinctement, les catalyseurs Pt/Al₂O₃ et Pd/Al₂O₃ sont inactifs pour l’hydrogénation du glucose en sorbitol et des études mécanistiques in operando par spectroscopie infrarouge et Raman ont été menées pour tenter d’expliquer ces observations. Le Chapitre 2 concerne l’optimisation de la seconde étape. Il a été montré que l’addition de faible pression en CO₂ de 30 bar permet de déshydrater le sorbitol grâce à la génération d’acide carbonique acidifiant le milieu. L’effet catalytique du CO₂ observé expérimentalement est confirmé par une approche théorique via des calculs DFT. Une sélectivité en 1,4-sorbitan de 73 % est atteinte à 220°C après 48 h, le sorbitol n’est pas dégradé en humins et environ 15 % de produits secondaires sont obtenus. La sélectivité des produits est expliquée par de la modélisation moléculaire au préalable de l’étude des aspects mécanistiques de la déshydratation assistée par du CO₂. Cette dernière étude prouve que la forte sélectivité en 1,4-sorbitan est due à des contraintes thermodynamiques. Le Chapitre 3 traite des réactions optimisées regroupées en un procédé one-pot. Dans un premier protocole, tous les réactifs sont directement ajoutés dans le réacteur batch pour hydrogéner le glucose à 120°C en sorbitol puis déshydrater le sorbitol à 220°C. Cependant, le rendement en 1,4-sorbitan chute drastiquement dans ces conditions en comparaison des réactions séparées. L’étude in operando des réactions séparées en condition one-pot par spectroscopie infrarouge et Raman permettent d’expliquer cette chute. La surface du catalyseur est passivée par des carbonates et le sorbitol est dégradé en CH₄ en présence de H₂ et du catalyseur Ru/Al₂O₃. Pour éviter ces effets, la synthèse one-pot est remplacée par un protocole en deux étapes où les réactifs sont insérés et changés successivement à la température requise pour des réactions multi-étapes. De plus, le catalyseur n’est pas récupéré entre les étapes afin d’effectuer la synthèse sans interruption. À la fin, le glucose est totalement convertit en 33 % de 1,4-sorbitan et 5 % d’isosorbide tandis que 16 % de sorbitol n’a pas réagi. Ces résultats sont en accord avec les rendements hypothétiques des deux réactions effectuées séparément

Le Virus West Nile (WNV) est un flavivirus neurotrope émergent contre lequel il n’existe ni traitement ni vaccin. Transmis à l’Homme lors du repas sanguin du moustique vecteur, le virus est inoculé dans la peau où il infecte les kératinocytes de l’épiderme. L’arsenal défensif du kératinocyte humain inclut la synthèse de 9 peptides antimicrobiens dont l’activité contre le WNV n’a jusqu’ici jamais été étudiée. Au cours de ce travail, nous avons évalué les propriétés antivirales et immunomodulatrices de la cathélicidine humaine LL-37, de la bêta-défensine humaine de type 3 (hBD-3) et de deux peptides de la famille S100, la psoriasine S100A7 et la calprotectine S100A8/A9. Nos résultats ont montré une activité antivirale directe de la LL-37, à forte concentration (10 µg/mL), se traduisant par une réduction de la charge virale dans le surnageant des kératinocytes infectés et du titre infectieux d'un inoculum viral incubé en présence du peptide. En revanche, le traitement par hBD-3 n’a pas eu d’impact significatif sur l'infection par le WNV aux concentrations testées. Par ailleurs, une augmentation significative de l’expression de plusieurs marqueurs inflammatoires aux niveaux transcriptomique et protéique a été observée en présence de chacun des deux peptides par rapport aux cellules stimulées par un ARN bicaténaire de synthèse, le poly (I:C), ou infectées par le WNV en leur absence. Dans la seconde partie de ce travail, les expérimentations menées avec les peptides S100A7 et S100A8/A9 se sont révélées décevantes. L’apport exogène des peptides au cours de l’infection de kératinocytes ou le recours à des cellules génétiquement modifiées pour surexprimer les peptides d’intérêt n’a montré aucun impact significatif sur la réplication du WNV. En complément, aucun effet virucide des peptides S100 à la concentration de 10 µg/mL ni immunomodulateur n’a été observé. En conclusion, ces résultats suggèrent un effet antiviral indirect de la LL-37 et d’hBD-3 par potentialisation de la réponse immunitaire innée du kératinocyte à l’infection. Ces propriétés immunomodulatrices viendraient s’ajouter, pour la LL-37, à une action directe par altération de la particule virale. En revanche, les peptides de la famille S100 ne semblent pas avoir de rôle antiviral majeur dans la réponse antivirale du kératinocyte à l’infection par le WNV. De façon générale, ce travail souligne les potentialités antivirales, encore méconnues, des molécules produites par la peau et les kératinocytes à la porte d'entrée et au site initial de réplication du WNV et des arbovirus dans l'organisme.

Les innovations numériques semblent transformer l'organisation du travail, de nombreuses solutions en réseau nous sont proposées afin d'améliorer nos échanges. Notre recherche vise à étudier leurs impacts sur les nouvelles générations dans des conditions proches du travail dans les organisations actuelles. Nous avons pu observer durant trois ans des étudiants en deuxième année de master par apprentissage et analyser leur capacité à travailler en équipe avec la plateforme numérique collaborative MS Teams. C'est dans le contexte universitaire que nous contribuons à la connaissance des dynamiques des groupes de travail qui utilisent un système d'information pour communiquer, partager des documents en mobilité et coconstruire. Grâce au modèle de l'activité collective (Engeström, 2001) nous analysons les dynamiques des équipes dans les salles de coworking et dans les espaces numériques. Les entretiens des étudiants et formateurs sont croisés avec les réponses aux questionnaires individuels et les indicateurs numériques d'activité de la plateforme en ligne. Nos résultats mettent en évidence trois organisations distinctes du travail : 1) Individuel : travaux réalisés seuls ou en binôme avec peu d'échange, 2) Coopérative : travaux réalisés collectivement avec une division forte des tâches organisée par un leader et 3) Collaborative : travaux coconstruits avec de nombreux échanges entre tous les membres. Les traces numériques dans les espaces MS Teams participent à l'identification des phases qui se succèdent durant les projets. Nous constatons que l'usage des outils numériques collaboratifs influence l'organisation des petits groupes de travail en favorisant l'émergence de l'intelligence collective, nos résultats aident à comprendre les activités collectives dans les systèmes d'information afin d'en améliorer le management.

Soixante ans après les conjectures de Julesz, de nombreuses méthodes d'extraction de caractéristiques de l’aspect texturé ont été publiées. Mais, peu l’ont été à des fins métrologiques. Selon la science de la mesure, une caractéristique doit être développée en conjonction avec la mesure de distance/similarité associée. Dans nos travaux sur la texture hyperspectrale, cela nécessite que la fonctionnalité soit indépendante de la technologie du capteur et donc du nombre de bandes spectrales, de la gamme de longueurs d'onde, etc. La fonctionnalité développée doit donc être générale avec des résultats strictement dépendants du contenu de la texture. Dans ce manuscrit de thèse, nous avons commencé par définir la texture comme la distribution conjointe des propriétés spectrales et spatiales. Alors que la première partie dicte la diversité spectrale ou la distribution des pixels, la second fait référence à la disposition spatiale ou à l'interaction entre les valeurs multivaluées des pixels. En conséquence, nous avons développé une analyse spectrale automatique adaptée à la nature continue du spectre. En travaillant dans l'espace métrique, le besoin de réduction de la dimensionnalité, par ex. l'analyse en composantes principales (ACP), est supprimée. De plus, la sélection de la référence spectrale est entièrement automatisée grâce à la maximisation de l'entropie. Une analogie entre notre approche et l'ACP est établie, la première se révélant plus robuste et fidèle à la physique du spectre. En nous inspirant de la matrice de cooccurrence de niveaux de gris (GLCM) et du motif binaire local (LBP), nous avons ensuite développé une analyse spatiale adaptée aux images d'un nombre quelconque de bandes spectrales. Nous avons combiné la précision des caractéristiques GLCM et l'efficacité de la mesure de similarité LBP pour proposer l'histogramme de différences de voisinage. Nous avons ensuite mis en relation la différence de voisinage avec la notion de gradient d'image pour poursuivre une approche sans paramètre. En rappelant les règles de base des dérivées, nous avons mis en évidence une décomposition mathématique du gradient spectral en parties chromatiques et achromatiques. Considérant la théorie de l'espace d'échelle, nous avons également développé une sélection automatique d'échelle afin de refléter la taille de la structure locale. Pour valider notre approche, nous avons soumis nos caractéristiques à des tâches de classification, de récupération et de segmentation de texture. Les résultats montrent que nos fonctionnalités fonctionnent à un niveau comparable à l'état de l'art. Plus important encore, nous démontrons l'interprétabilité physique de nos caractéristiques face à une multitude de diversité spectrale et spatiale. En adhérant à la métrologie, nous avons témoigné de l'efficacité d'une paire adaptée de caractéristique et de mesure de similarité sans avoir besoin de techniques sophistiquées d'apprentissage automatique ou profond.