Academic literature on the topic 'Intégration PCB'

RESUME Objectif : La présente étude vise à identifier les externalités positives et négatives des systèmes de production d’ananas au Sud-Togo en termes de durabilité à l’échelle des exploitations. Méthodologie et résultats : La méthode utilisée est l’évaluation des indicateurs de durabilité des exploitations agricoles (IDEAv3), combinée aux analyses statistiques (ACP et CAH). Les trois échelles de durabilité agroécologique, socio-territoriale et économique ont été caractérisées au niveau des exploitations et ont permis d’identifier des groupes de systèmes de production d’ananas (SPA). L’évaluation des exploitations par des indicateurs ont montré que le facteur limitant de la durabilité est porté sur l’échelle agroécologique, ainsi le maintien de la performance des exploitations d’ananas repose sur l’amélioration des composantes (diversité végétale et animale, occupation raisonnée de l’espace, pratiques agricoles) de cette l’échelle. En revanche la durabilité économique est tenue par une bonne efficience et viabilité avec une forte dépendance économique par la sensibilité aux aides et aux financements des exploitants d’ananas. La durabilité socio-territoriale est à un niveau acceptable grâce aux indicateurs de démarche qualité orientée vers la certification biologique, implication sociale, contribution à la création d’emploi, travail intense collectif, démarche coopérative, formation collective. Conclusions et application des résultats : En définitive, pour que les SPA restent économiquement viables et efficients et socialement justes, il est important d’inciter les exploitants à l’adoption des pratiques éco-biologiques. Pour se faire, ils nécessitent des renforcements de capacité, l’adoption de l’utilisation des composts, des biofertilisants, engrais biologiques, des plans de rotations efficients, intégration de culture d’ananas sous paillis végétaux et plastiques biodégradables pour améliorer la fertilité des sols. Mots clés : Durabilité, agroécologique, performance, économique, viabilité. 20885 Anani et al., J. Appl. Biosci. Vol: 197, 2024 Évaluation de la durabilité des exploitations d’ananas (Ananas comosus L.) au Sud-Togo par la méthode IDEAv3. ABSTRACT Objective: This study aims to identify both positive and negative externalities of pineapple production systems in Southern Togo in terms of sustainability at the farm level. Methodology and Results: The methodology used is the evaluation of sustainability indicators of agricultural farms (IDEAv3), combined with statistical analyses (PCA and HCA). The three scales of agroecological, socio-territorial, and economic sustainability were characterized at the farm level and helped identify groups of pineapple production systems (PPS). The assessment of farms using these indicators showed that the limiting factor for sustainability is at the agroecological scale; thus, maintaining the performance of pineapple farms relies on improving components (plant and animal diversity, rational space occupation, agricultural practices) of this scale. Conversely, economic sustainability is maintained by good efficiency and viability with a strong economic dependence due to sensitivity to aids and financing of pineapple farmers. Socio-territorial sustainability is at an acceptable level thanks to quality approach indicators oriented towards organic certification, social involvement, contribution to job creation, intense collective work, cooperative approach, and collective training. Conclusions and Application of Results: Ultimately, for agricultural production systems (APS) to remain economically viable, efficient, and socially just, it is important to encourage farmers to adopt eco-biological practices. To achieve this, they need capacity building, the adoption of compost, biofertilizers, organic fertilizers, efficient crop rotation plans, and the integration of pineapple cultivation under plant mulch and biodegradable plastics to improve soil fertility. Keywords: Sustainability, agroecological, performance, economic, viability.

L'industrie aéronautique, dans le cadre de l'avion plus électrique, met en oeuvre le remplacement d'actionneurs pneumatiques ou hydrauliques par des actionneurs électromécaniques. Cela permet de réduire le nombre de réseaux de distribution présents dans l'avion, de faciliter la maintenance et d'améliorer le rendement. Le but final est de réduire la masse et d'améliorer l'efficacité énergétique globale d'un avion pour réduire sa consommation en carburant. Les travaux de ce mémoire de thèse s'inscrivent donc la logique de réduction de la masse des convertisseurs tout en assurant des critères de perturbations CEM (Compatibilité ElectroMagnétique). En effet, les normes CEM sont de plus en plus contraignantes, en particulier les domaines sensibles tel que l'aéronautique. Les filtres CEM sont donc de plus en plus nombreux. Dans ces filtres, les composants magnétiques occupent plus de 50 % de la place et surtout de la masse. L'objectif de cette thèse est de faire émerger des solutions innovantes, en dotant les filtres CEM passifs d'un composant magnétique unique pour les perturbations de mode conduites afin de réduire sa masse. Afin de comprendre leur fonctionnement, suite à une étude bibliographique, nous avons réalisé une étude comparative de topologies à composant magnétique unique. Nous avons développé un outil de modélisation fréquentielle du composant magnétique unique. A partir d'une modélisation <> nous avons pu prendre en compte l'environnement du composant magnétique (Réseau Stabilisateur d'Impédance de Ligne (RSIL), Source de perturbations, Capacités) et une modélisation plus fine des propriétés magnétiques du composant. Grâce à un modèle gyrateur-capacité, nous avons pu prédire les performances du filtre complet dans son environnement et l'optimiser. Cette étude nous a permis de réaliser une topologie de composant magnétique unique plus compacte et plus performante que la topologie existante. Par ailleurs, nous avons démontré la faisabilité de l'intégration sur PCB (Printed Board Circuit) d'alliage nanocristallin en réalisant une autre topologie de composant unique basée sur les mêmes facteurs que la précédente mais intégrée dans un PCB. Les verrous technologiques auxquels nous avons été confrontés et les solutions que nous avons proposées pour les résoudre sont détaillés dans le mémoire.

Les énergies fossiles (Pétrole, Charbon, …) représentent 80 % des énergies consommés. Malheureusement pour l’environnement, elles sont les plus polluantes. Le remplacement actuel des énergies fossiles permet au marché de l’électronique de puissance de grandir d’année en année. L’électronique de puissance permet d’adapter l’énergie électrique à son utilisation finale. Dans la pratique, l’adaptation de l’énergie électrique utilise des convertisseurs. En plus de respecter le volume, l’efficacité et la fiabilité imposés par le cahier des charges pour chaque application, l’électronique de puissance doit aussi permettre de réduire sensiblement les coûts. Le convertisseur doit assurer le fonctionnement électrique du circuit, le support mécanique des composants et la gestion thermique. Le package utilisé par les nouveaux composants à grand gap limite leurs performances. L’intégration des convertisseurs doit développer des méthodes d’interconnexion permettant d’éliminer ce package. L’objectif de la recherche sur l’intégration des convertisseurs est de repousser les limites imposées par un cahier des charges standard tout en assurant ces 3 fonctions principales. Parmi les nombreuses techniques d’intégration, le circuit imprimé (PCB) est mature industriellement, permet la fabrication collective et un assemblage automatisé. L’intégration utilisant le PCB a développé la technique d’enfouissement de puce avec laquelle la puce est directement enfouie dans le PCB sans son package. Cette thèse va étudier la méthode d’enfouissement pour les autres composants nécessaires à la réalisation d’un convertisseur (Condensateurs, Composants Magnétiques). Une optimisation du convertisseur qui doit être réalisé permet de prendre en compte les avantages de cette nouvelle technologie. Un prototype de convertisseur intégré a été réalisé avec des composants utilisant cette technologie
With the endangering of the environment due to the use of fossil fuels, the power electronics market is growing through the years. The number of applications is increasing in numerous field as, for example, transport (electric car, "more electric" aircraft) or energy (photovoltaic, smart grid). Beyond meeting the volume, efficiency and reliability specifications for each application, power electronics should also reduce substantially costs. Today, the managing of the electric energy uses power electronic converters. The conception of a converter is a multiphysic problem. The converter has to ensure electrical functionality, mechanical support and proper thermal management.The new wide-band gap components are limited in performance by their package. The integration of a converter should use new interconnection methods to avoid the use of packaged components. The trend is to integrate the maximum of components into a single system. This integration can offer benefits such as size and weight reduction, cost saving and reliability improvement by managing the complexity and the high density of interconnection. Among many integration technologies available, Printed Circuit Board (PCB) is well known in the industry, allowing mass production with automated manufacturing and assembly. The PCB integration was developed with the “Die Embedding” technology in which a bare die in embedded directly in the PCB to not use package. This thesis studied the embedding technology on others components necessary to the realization of a converter (Capacitors, Magnetics, …). An optimization of the converter is done taking into account the advantages of this new technology. A prototype of an AC/DC bidirectional converter fully integrated using this technology was realized

Les travaux présentés dans ce manuscrit traitent de l’enfouissement dans un circuit imprimé de convertisseurs de puissance, paradigme visant l’insertion de composants électroniques au sein du circuit imprimé.Une structure simple et économique de composant inductif enfoui, pouvant être employé comme inductance, coupleur, ou résonateur monolithique, est tout d’abord décrite. Un modèle analytique complet est développé. Des prototypes sont réalisés, validant le modèle et démontrant l’intérêt de la topologie.L’agencement des composants de puissance constituant une cellule de commutation est ensuite étudié. En particulier, un modèle analytique permettant une compréhension intuitive des mécanismes oscillatoires dans le cadre de l’emploi de transistors rapides est décrit.Une technique de reprise de contact de face avant pour puce enfouie, basée sur un morceau de mousse pressée, est proposée. Une étude préliminaire, à forte composante expérimentale, est présentée. Elle démontre que certains prototypes enfouis présentent des caractéristiques électriques et une fiabilité similaires à celles obtenus avec des fils de bonding.Enfin, les résultats de l’étude sur l’agencement des composants d’une cellule de commutation sont appliqués pour concevoir et réaliser un hacheur basé sur des transistors SiC connectés par mousse pressée. La structure délivre 3 kW sous 600 V en continu, démontrant la viabilité du procédé de reprise de contact proposé
This thesis deals with Printed-Circuit Board (PCB) embedding of power converters, paradigm according to which electronic components are placed within the substrate itself.First, a simple and economical structure of inductive component, which can be used either as an inductor, a coupler, or a monolithic resonator, is described. A comprehensive analytical model is developed. Prototypes are manufactured, validating the analytical model and highlighting the value of the topology.The arrangement of the power components of a switching cell is then studied. In particular, an analytical model offering an intuitive understanding of the oscillation mechanisms in cells using fast transistors is proposed.A simple and economical top-side connection technic for PCB-embedded power dies using a pressed piece of metal foam is described. A preliminary study, with strong experimental component, is proposed. It shows that the embedded prototypes have electrical performances and a reliability close to that of wire-bonded dies.Finally, the results from the study on the arrangement of the components of a switching cell are used to design and manufacture a chopper based on SiC transistors connected using a piece of pressed metal foam. This chopper proved to be able to continuously deliver 3 kW under 600 V to a load, thereby validating the proposed top-side connection technic

Actuellement, le module de puissance (convertisseur de puissance) standard hybride 2D est la technologie de référence qui domine le marché de la moyenne et de la forte puissance. Ce dernier se présente sous la forme d'un boitier à multi-puces discrètes. Les puces à semi-conducteur sont reliées entre elles par des faisceaux de wire-bonding (câblage par fils) pour former des cellules de commutation. La technologie d'interconnexion wire-bonding présente une grande maturité technologique, et ses modes de défaillance sont bien connus aujourd'hui. Toutefois, cette technologie est un facteur limitant en termes de performances électrique et thermomécanique, d'intégrabilité tridimensionnelle et de productivité. Ces travaux de thèse ont pour objectif de proposer et d'étudier de nouvelles architectures de convertisseurs de puissance très intégrés. Comparée à la technologie hybride, dite de référence, les architectures proposées visent à un degré d'intégration plus poussé, avec un effort d'intégration partagé et conjoint au niveau semi-conducteur (intégration monolithique) et au niveau assemblage (intégration hybride). L'intégration monolithique consiste à intégrer les interrupteurs formant les cellules de commutation dans de nouvelles architectures de puces, passant ainsi de la notion de puce dipôle à celle de macro-puce multi-pôle. L'intégration hybride repose sur le développement de nouvelles technologies de report et d'assemblage de ces macro-puces. Pour valider les trois nouvelles architectures d'intégrations proposées, la démarche a consisté dans un premier temps à étudier et valider le fonctionnement des nouvelles puces par des simulations SentaurusTM TCAD. Ensuite, les puces multi-pôles ont été réalisées en s'appuyant sur la filière IGBT disponible dans la plateforme de micro-fabrication du LAAS-CNRS. Pour finir, les puces ont été reportées sur des cartes PCB, afin de réaliser des circuits de conversions prototypes. La maille de commutation très intégrée proposée présente une inductance parasite inférieure au nanohenry, ce qui est remarquable comparée à ce qui est présenté dans l'état de l'art (env. 20 nH)
Currently, the standard 2D hybrid power module (power converter) is the reference technology for the medium and high power market. This hybrid power module is a discrete multi-chip case. The semi-conductor chips are interconnected by wire-bonding to form switching cells. The wire-bonding interconnection technology is a limiting factor in terms of electrical and thermomechanical performances, three-dimensional integrability and productivity. The aim of this thesis is to study new architectures of very integrated power converters. Compared to the so-called hybrid reference technology, the proposed architectures aim at a greater degree of integration, with an integration at both the semi-conductor level (monolithic integration) and the packaging level (hybrid integration). Monolithic integration consists in integrating switching cells into new multi-terminal macro-chip architectures. Hybrid integration consists in developing of new technologies to assemble these macro-chips. To validate the different proposed integration architectures, the first step was to study and validate the operating modes of the new chips by SentaurusTM TCAD simulations. Then, the multi-terminal chips were realized in the micro and nanotechnology platform of LAAS-CNRS laboratory. Finally, the chips were bonded on PCB substrates to realize power converter circuit prototypes. The highly integrated switching loop presents a stray inductance loop lower than one nanohenry, wich is an important improvement as compared to the values reported in literature (about 20 nH)

L'intégration de dispositifs semi-conducteurs de puissance dans un circuit imprimé (PCB) est une solution prometteuse pour réduire les éléments parasites des circuits, simplifier le packaging des dispositifs et réduire les coûts. Cependant, la réduction continue de la taille des puces semi-conductrices, combinée à la faible conductivité thermique des couches diélectriques des PCB nécessitent des solutions de gestion thermique plus efficaces. Les solutions de gestion thermique et de refroidissement doivent offrir une faible résistance thermique entre la jonction de la puce et son environnement, et être capables de gérer une densité de puissance élevée au niveau de la puce sans dépasser la limite supérieure de la température de jonction de la puce. La plupart des dispositifs en silicium sont limités à 175°C. L'objectif de cette thèse est d'atteindre une densité de puissance de 1000 W/cm² sans dépasser la limite de température de jonction de 175°C. Cet objectif est contraint par d'autres considérations telles que la faible consommation d'énergie, la taille et le poids, la haute fiabilité, le faible coût et un entretien minimal. Enfin, les solutions de refroidissement étudiées ici doivent être compatibles avec les processus de fabrication des PCB et la technologie d'intégration, car nous visons à les appliquer aux puces intégrées dans les PCB. Dans ce projet de recherche, deux solutions de gestion thermique sont étudiées. Tout d'abord, un dissipateur de chaleur en graphite avec une haute conductivité thermique (1300 W/(m.K) dans le plan, et 15 W/(m.K) hors plan) est intégré dans le PCB. Deuxièmement, une solution d'extraction de chaleur basée sur la technique de refroidissement par jet d'eau impactant est mise en œuvre pour collecter la chaleur à la surface du PCB. Pour la solution de dissipation de chaleur, les valeurs des résistances thermiques jonction-environnement et jonction-boîtier (RthJA et RthJC, respectivement), des variantes de PCB avec des diodes et des puces MOSFET intégrées, sont réduites jusqu'à 38 % pour RthJA et 30 % pour RthJC, d'après les mesures. Pour la solution d'extraction de chaleur, le refroidisseur à jet d'eau (JIC) présenté réduit expérimentalement RthJA de 33 % par rapport à une plaque froide conventionnelle. Le coefficient de transfert de chaleur effectif (HTC) du JIC est calculé par simulations et s'élève à environ 43 kW/(m².K) avec une chute de pression de 9,7 kPa. Cette performance permet d'atteindre une densité de puissance de 865 W/cm² sans dépasser la limite de température de jonction de 175°C. Augmenter la conductivité thermique de la couche isolante par un facteur de 10 permettra d'atteindre 993 W/cm² (très proche de l'objectif de 1000 W/cm²)
The integration of power semiconductor devices within a printed circuit board (PCB) stack is a promising solution to reduce circuit parasitics, simplifying device packaging, and lowering costs. However, the continuous reduction in the chip size of the semiconductors, combined with the low thermal conductivity of the dielectric layers of PCBs, present more thermal challenges, and require more efficient thermal management solutions. The thermal management and cooling solutions must offer low thermal resistance between the chip junction and its environment and be capable of handling a high-power loss density at the chip level without exceeding the upper limit of the chip junction temperature. Most silicon devices are limited to 175°C to account for the temperature limits of packaging materials. The ultimate goal of this thesis is to achieve a power-loss density of 1000 W/cm² without exceeding the junction temperature limit of 175°C. This goal is constrained by other considerations such as low power consumption, compact size and weight, high reliability, low cost, and minimal maintenance. Finally, the cooling solutions studied here must be compatible with PCB manufacturing processes and embedding technology, as we aim to apply them to chips integrated into PCBs. In this research project, two thermal management solutions are studied. First, a graphite heat spreader with high thermal conductivity (1300 W/(m.K) in-plane, and 15 W/(m.K) cross-plane) is integrated into the PCB stack. Second, a heat extraction solution based on water jet impingement cooling technique is implemented to collect heat at the PCB surface. For the heat spreading solution, the junction-to-ambient and junction-to-case thermal resistances values (RthJA and RthJC, respectively) of the PCB variants with embedded diodes and MOSFET chips, are reduced by up to 38 % in RthJA and 30 % in RthJC. For the heat extraction solution, the presented water jet cooler (JIC) experimentally reduces RthJA by 33% compared to a conventional cold plate. The effective heat transfer coefficient (HTC) of the JIC is calculated through simulations and found to be about 43 kW/(m².K) with a pressure drop of 9.7 kPa. This performance allows achieving a power loss density of 865 W/cm² without exceeding the junction temperature limit of 175°C. Increasing the thermal conductivity of the isolation layer by 10 times will allow to reach 993 W/cm² (very close to the target of 1000 W/cm²)

Cette thèse est focalisée sur la conception et la réalisation d'un filtre CEM hybride intégré pour une application aéronautique. Les travaux effectués durant cette thèse sont réalisés dans le cadre d'un projet FRAE (Fondation de Recherche pour l'Aéronautique et l'Espace) intitulé FEMINA (Filtrage Electromagnétiques et Matériaux pour l'INtégration en Aéronautique). Afin de protéger le réseau de bord des perturbations électromagnétiques conduites et rayonnées et répondre aux normes concernant la compatibilité électromagnétique (CEM) et plus particulièrement la norme aéronautique "DO160F [150KHz, 30MHz]", un filtre CEM est absolument nécessaire pour les cartes d'alimentations des dispositifs électroniques d'un avion. Les niveaux des perturbations générées par ce type d'équipement exigent une conception soignée pour assurer le filtrage des courants parasites qui se propagent en mode commun (MC) et en mode différentiel (MD). C'est pourquoi, la première partie du travail réalisé est consacrée à la modélisation électromagnétique de la carte d'alimentation utilisée comme support à cette étude. Cette modélisation est basée sur une représentation de type "boîte noire". Le modèle identifié est composé de sources de perturbations et d'impédances de MC et de MD équivalentes. Cette première étape permet de définir la structure électrique du filtre et les valeurs des composants à mettre en œuvre. Pour atteindre les performances requises, nous proposons dans ce travail un filtre CEM hybride optimisé, hybride signifiant qu'il est réalisé par association d'une partie purement passive et d'un filtre actif. Cette association permet de tirer le meilleur parti de chaque technologie de filtrage. Le filtre actif permet de traiter les perturbations à basses fréquences et la partie passive est dimensionnée pour les perturbations à hautes fréquences. Une intégration complète dans le circuit imprimé (PCB) des parties passives, capacitives et inductives, est proposée dans la deuxième partie de ce travail. Après avoir choisi les matériaux magnétique et diélectrique qui répondent au mieux au cahier de charge défini dans la première partie, plusieurs tests d'intégration dans le PCB ont été effectués. En prenant en compte la fragilité des matériaux magnétiques (ferrites), une géométrie plane qui répond aux spécifications a été proposée. Les principaux avantages de l'intégration proposée sont la réduction des effets inductifs et capacitifs parasites conduisant, de fait, à une augmentation des atténuations à hautes fréquences et l'augmentation de la compacité du filtre CEM. Nous démontrons que le filtre passif intégré réalisé réduit les interférences en MC et en MD dans la gamme de fréquences qui s'étend de 2,5MHz à 30MHz. Afin de compenser les tensions perturbatrices de mode différentiel jusqu'à 2,5MHz, une nouvelle topologie de filtre actif est proposée. Dans cette structure, l'injection des tensions de compensation des perturbations est effectuée à l'aide d'un enroulement auxiliaire ajouté aux enroulements couplés du filtre passif intégré. Les composants du filtre actif sont montés sur la face supérieure du PCB (composants CMS) dans lequel le filtre passif est intégré. L'assemblage du filtre hybride intégré (4 x 5 x 0,4 cm3) réduit les perturbations en MC et en MD dans la gamme de fréquence [150 kHz, 30 MHz]. Grâce à l'intégration et à l'optimisation de la topologie du filtre actif, le volume du filtre hybride est 75% plus faible que celui de l'ancien filtre CEM utilisé à l'entrée du convertisseur (4 x 5 x 1,6 cm3) tout en conservant un rendement élevé.

Ces travaux de thèse s’inscrivent dans la problématique de développement de transformateurs planar pour l’intégration de puissance, dans le contexte de l’avion plus électrique (More Electric Aircraft – MEA) où les contraintes de volume et de poids sont primordiales. Les composants magnétiques restent en effet un frein à l’intégration des systèmes d’Electronique de Puissance et les composants planar (transformateurs et inductances) offrent une alternative intéressante aux composants bobinés pour la réduction de la taille des convertisseurs.Dans ce manuscrit, des méthodes, un outil de dimensionnement et des prototypes de transformateurs planar (2 et 3 enroulements) en technologie feuillard et PCB sont développés pour des applications de convertisseur DC/DC aéronautique. Dans un premier temps, les modèles permettant le calcul des pertes, l'estimation de l'élévation de température et le calcul de l’inductance de fuite sont présentés et comparés afin de concevoir des outils de calculs pour la conception. Dans un deuxième temps, il est montré que la modification de la forme des angles des spires rectangulaires permet de réduire significativement les pertes cuivre HF. Sur la base de ces outils et résultats, des prototypes de transformateurs planar à 3 enroulements en PCB multicouches sont développés. De nombreux prototypes sont caractérisés et valident les modèles de dimensionnement proposés. Enfin, l’un de ces prototypes est intégré et testé dans un convertisseur de puissance DC/DC de 3.75kW mettant en évidence les gains obtenus
These thesis works deal with the issue of the planar transformers development for power integration, in the context of the More Electric Aircraft (MEA), where the constraints of volume and weight are paramount. Magnetic components remain a hindrance to the integration of Power Electronics systems and planar components (transformers and inductors) offer an interesting alternative to wound components for reducing the size of converters.In these works, methods, a sizing tool and prototypes of planar transformers (2 and 3 windings) in strip and PCB technology are developed for aeronautical DC / DC converter applications. Firstly, the models allowing the calculation of the losses, the estimation of the temperature rise and the calculation of the leakage inductance are presented and compared in order to design calculation tools for engineers. In a second step, it is shown that the modification of the shape of the angles of rectangular turns makes it possible to significantly reduce the HF copper losses.Based on these tools and results, prototypes of 3-windings planar transformers in multilayer PCBs are developed. Many prototypes are characterized and validate the proposed designing models. Finally, one of these prototypes is integrated and tested in a DC / DC power converter of 3.75kW highlighting the gains obtained

La bio-analyse correspond à l'identification et la quantification des molécules biologiques ou activement biologiques dans un échantillon. Elle se divise en plusieurs étapes : la collecte de l'échantillon et l'envoi au laboratoire ; la préparation des échantillons qui permet de le rendre compatible à la méthode d'analyse ; l'analyse et enfin la mesure des événements ayant eu lieu pendant l'analyse.Au cours de cette thèse, deux types d'analyse ont été étudiées : la spectrométrie de masse, plus particulièrement le MALDI-TOF, et une PCR isotherme nommée amplification isotherme médiée par les boucles (LAMP).L'objectif principale de la thèse était de rendre compatible ces méthodes d'analyse à une utilisation terrain. Pour cela, le SPID, un dispositif breveté par le CEA, a été adapté à ces deux technologies. Ce dispositif permet la filtration, la concentration, l'extraction d'une suspension bactérienne et la détection par immunochromatographie à flux latéral. Le SPID est un outil qui permet de s'affranchir des étapes de centrifugations ou lavages, méthodes classiquement utilisées pour préparer les échantillons pour le MALDI et la LAMP.Pour extraire les protéines ribosomales, pour une analyse au MALDI-TOF, il a fallu développer un tampon d'extraction compatible avec une telle analyse. En effet, pour faciliter la lyse bactérienne, l'utilisation de détergents est souvent recommandée ; or, les détergents peuvent empêcher l'identification des bactéries en spectrométrie de masse. Les résultats ont été comparés avec un protocole de référence proposé par Bruker. L'utilisation du SPID a permis d'identifier trois espèces bactériennes à une concentration de 107 UFC/mL dans un milieu simple et en urine. Le protocole de référence, quant à lui, a permis ces mêmes identifications à une concentration de 106 UFC/mL.Pour extraire l'ADN des bactéries avec le SPID suivi d'une amplification LAMP, de nombreuses mises au point ont été faites. Après avoir implanté la technique au laboratoire, différentes méthodes d'extraction avec le SPID ont été développées. Celle qui permet d'obtenir les meilleurs résultats est la création d'un tampon d'extraction combiné aux réactifs nécessaires à la LAMP. L'autre méthode étudiée est l'utilisation de billes de silice pour purifier l'ADN avant la réaction d'amplification.Pour rendre le chauffage compatible à une utilisation terrain, une station de chauffage a été conçue au cours de la thèse. Cette station permet de chauffer le réservoir du SPID pendant 40 minutes à 65 °C. Elle pourrait être alimentée par batterie.La détection des produits de l'amplification, appelés amplicons, est faite par immunochromatographie à flux latéral. Les amplicons sont marqués à leurs extrémités grâce à deux amorces. Une des amorces est marquée à la digoxigénine, l'autre à la biotine. L'amplicon est capturé par un anti-anticorps anti-digoxigénine, immobilisé sur une membrane de nitrocellulose, et est révélé à l'aide de la streptavidine couplé à des nanoparticules d'or.Avec les différents éléments développés au cours de cette thèse, le protocole pour réaliser une LAMP sur le terrain dure moins d'une heure : de la préparation des échantillons à la détection
Bioanalysis is the identification and the quantification of biological molecules or active biological agent in a sample. It is divided into several stages: sample collection and sending to the laboratory; sample preparation to make it compatible with the analysis method; analysis and, finally, measurement of the events occurring during the analysis.During this thesis, two analysis were studied: mass spectrometry, more specifically MALDI-TOF and an isothermal PCR called Loop-mediated isothermal amplification (LAMP).The main aim was to make these methods compatible with field use. To achieve this, the SPID, a device patented by CEA, was adapted to both technologies. This device enables a bacterial suspension to be filtered, concentrated, extracted and detected by lateral flow immunoassay. The SPID is a tool that eliminate the need for centrifugation or washing, methods traditionally used to prepare sample for MALDI and LAMP.To analyze ribosomal proteins by MALDI-TOF, an extraction buffer compatible with this technic had to be developed. Indeed, to facilitate bacterial lysis, the use of detergents is often recommended but detergents can prevent the identification of bacteria by mass spectrometry. The results were compared with a reference protocol proposed by Bruker. Using SPID, three bacterial species were identified at a concentration of 107 CFU/mL in a simple medium and in urine. In contrast, the reference protocol identified the same species at a concentration of 106 CFU/mL.To make heating step compatible with filed use, an autonomous heating station was designed during the thesis. This station heats the SPID tank for 40 minutes at 65°C. It could be battery-powered.The amplification products, called amplicons, are detected by lateral flow immunoassay. Amplicons are end-labeled using two pirmers. One primer is labeled with digoxygenin, the other with biotin. The amplicon is captured by an anti-digoxigenin antibody, immobilized on a nitrocellulose membrane; and revealed using streptavidin coupled to gold nanoparticles.With the optimizations made during the thesis, the complete LAMP field protocol takes less than an hour : from de sample preparation to the detection

Les Papillomavirus Humains à haut risque (HPV-HR) sont les agents étiologiques du cancer du col de l'utérus. Si une infection par un HPV-HR est nécessaire, elle n'est pas suffisante pour induire des lésions (pré)cancéreuses. Cette infection doit persister avec un même type d'HPV-HR durant plusieurs années pour conduire à l'apparition de lésions précancéreuses, et cette persistance peut être influencée par plusieurs facteurs liés à l'hôte (mise en place des réponses immunitaires), à l'environnement (tabagisme, parité. . . ) ou au virus (génotype, charge virale, intégration virale). Ainsi, la détection d'un HPV-HR, même si elle permet d'identifier les femmes à risque, n'est pas suffisante pour prédire le développement de lésions cancéreuses du col de l'utérus. Il existe un lien étroit entre l'histoire naturelle du cancer du col de l'utérus et l'histoire naturelle de l'infection par HPV. Si l'histoire naturelle des lésions est bien décrite sur le plan histologique et cytologique, l'histoire naturelle de l'infection est encore mal connue. Or une meilleure compréhension de l'histoire de l'infection est nécessaire pour identifier des marqueurs pertinents permettant d'identifier les lésions prévalentes et incidentes du col de l'utérus. Pour mieux comprendre les mécanismes de l'infection, nous avons étudié certains paramètres viraux tels que le génotype, la charge virale et l'intégration de papillomavirus humains. Nous avons souhaité décrire l'évolution des facteurs viraux au cours de l'histoire naturelle des lésions et de définir leur implication dans l'évolution de l'infection vers le cancer du col de l'utérus qui est une conséquence rare de cette infection. Nous avons montré dans une première étude qu'HPV16 était le second génotype le plus prévalent dans les lésions de bas grade en France et que ce génotype pourrait être associé à des lésions de mauvais pronostic. Puis nous avons montré dans 2 études, menées sur 2 sites différents, que la charge virale et l'intégration du génome d'HPV16 étaient corrélées au grade de lésions précancéreuses et cancéreuses du col de l'utérus et que la charge virale permettait d'identifier les lésions prévalentes de haut grade. Par ailleurs, nous avons mené un travail de validation intersites de la technique de PCR temps réel permettant la détermination de la charge virale d'HPV16. Nous avons observé que la technique était robuste et que les variations de charges virales étaient minimes entre les deux sites, sous réserve qu'un soin particulier soit apporté à la conception des gammes d'étalonnage. Enfin, nous avons développé une technique de PCR temps réel duplex permettant la quantification simultanée de l'ADN d'HPV16 et 18 qui sont les génotypes les plus fréquemment retrouvés dans les cancers du col de l'utérus. La comparaison entre les résultats de charge virale obtenus en PCR duplex 16/18 et ceux obtenus en PCR simplex 18, a révélé que la PCR duplex était une méthode précise pour la quantification de l'ADN de ces 2 génotypes
High-risk Human Papillomavirus (HPV-HR) are etiologic agents of cervical cancer. Even though HR-HPV infection is necessary, it is not sufficient to induce precancerous and cancerous lesions. Indeed, the infection must persist for several years to cause precancerous lesions, and this persistence is modulated by factors linked to the host (immune response setup), to the environment (smoking) and to the virus (genotype, viral load, integration). So even if the detection of an HR-HPV allows the identification of women at risk, it is not sufficient to predict precancerous and cancerous lesion development. Infection natural history is linked with lesion history but if lesion natural history is well described on the histology and cytology side, the infection natural history has been poorly described. Nevertheless, a better understanding of the infection natural history is necessary to identify pertinent markers of prevalent and incident lesions. So we decided to describe viral factors such as genotype, viral loads and integration, and to define their involvement in the evolution of the infection toward cervical cancer. In a first study, we showed that HPV16 is the second most prevalent genotype in low grade lesions in France and that this genotype might be associated with poor pronosis lesions. Then, we showed, in 2 studies performed on 2 sites, that both viral load and integration were correlated with lesion grade, and that viral load may allow the identification of prevalent high grade lesions. In an intersite validation study we showed that variation of viral load measurement between the 2 sites were slight, as long as standards preparation was meticulous. In a last study, we developed a real time duplex PCR allowing the stimultanaous determination of HPV16 and 18 viral loads, which are the most prevalent genotypes in cervical cancers. Comparison between viral loads obtained with this duplex PCR were very close from those obtained with simplex PCR targeting these 2 types, meaning that duplex PCR is a precise method for DNA quantification of HPV16 and 18

Les avancées des nouvelles techniques de séquençage ont permis de produire des données hétérogènes, volumineuse, de grande dimension et à différentes échelles du vivant. L'intégration de ces différentes données représente un défi en biologie des systèmes, défi qu'il est critique d'aborder pour tirer le meilleur parti possible de l'accumulation d'informations biologiques pour leur interprétation et leur exploitation dans un but finalisé. Cette thèse regroupe plusieurs contributions méthodologiques utiles à l'exploration simultanée de plusieurs jeux de données omiques de natures hétérogènes. Pour aborder cette question, les noyaux et les méthodes à noyaux offrent un cadre naturel, car ils permettent de prendre en compte la nature propre de chacun des tableaux de données tout en permettant leur combinaison. Toutefois, lorsque le nombre d'observations à traiter est grand, les méthodes à noyaux souffrent d'un manque d'interprétabilité et d'une grande complexité algorithmique. Une première partie de mon travail a porté sur l'adaptation de deux méthodes exploratoires à noyaux : l'analyse en composantes principales (K-PCA) et les cartes auto- organisatrices (K-SOM). Les adaptations développées portent d'une part sur le passage à l'échelle du K-SOM et de la K-PCA au domaine des omiques et d'autre part sur l'amélioration de l'interprétabilité des résultats. Dans une seconde partie, je me suis intéressé à l'apprentissage multi-noyaux pour combiner plusieurs jeux de données omiques. L'efficacité des méthodes proposées est illustrée dans le contexte de l'écologie microbienne : huit jeux de données du projet TARA oceans ont été intégrés et analysés à l'aide d'une K-PCA
The development of high-throughput sequencing technologies has lead to produce high dimensional heterogeneous datasets at different living scales. To process such data, integrative methods have been shown to be relevant, but still remain challenging. This thesis gathers methodological contributions useful to simultaneously explore heterogeneous multi-omics datasets. To tackle this problem, kernels and kernel methods represent a natural framework because they allow to handle the own nature of each datasets while permitting their combination. However, when the number of sample to process is high, kernel methods suffer from several drawbacks: their complexity is increased and the interpretability of the model is lost. A first part of my work is focused on the adaptation of two exploratory kernel methods: the principal component analysis (K-PCA) and the self-organizing map (K-SOM). The proposed adaptations first address the scaling problem of both K-SOM and K-PCA to omics datasets and second improve the interpretability of the models. In a second part, I was interested in multiple kernel learning to combine multiple omics datasets. The proposed methods efficiency is highlighted in the domain of microbial ecology: eight TARA oceans datasets are integrated and analysed using a K-PCA

Un PCR en cours sur la céramique antique a permis la reprise de la documentation portant sur l’Antiquité tardive dans les Pays de Loire. Cette période chronologique reste mal connue dans la région et cet article constitue un premier aperçu d’un sujet qui n’avait pas encore fait l’objet d’une synthèse au niveau régional. Il s’appuie sur la présentation de quelques ensembles de céramique significatifs issus de villae, de nécropoles et de contextes urbains. Malgré les lacunes de la documentation, l’étude fait émerger quelques constats. Le ive s. semble se caractériser par une certaine continuité avec le siècle précédent concernant les productions locales et une intégration aux circuits commerciaux de Gaule interne marquée par le rôle important de la vallée de la Loire. Concernant les ve et vie s., il n’est pas, pour l’heure, possible de dessiner des faciès précis, mais quelques particularismes locaux émergent et semblent annoncer le haut Moyen Âge.