Tesis sobre el tema "Hétérogénéité et plasticité"

La dystonie est une pathologie du contrôle du mouvement caractérisée par des contractions musculaires involontaires. Les causes génétiques de cette pathologie sont multiples. J’ai créé des bases de données locus spécifiques colligeant l’ensemble des diversités alléliques disponible pour 16 gènes de dystonie. L’objectif de ce travail est d’aider au diagnostic de cette pathologie et, à plus long terme et lorsque les données le permettent, d’établir des corrélations génotypes-phénotypes. Cela a été le cas pour le gène THAP1 (définissant la forme DYT6) pour lequel nous avons décrits plusieurs corrélations. J'ai recherché la mutation causale dans plusieurs familles par séquençage d'exome. Cela a permis d’identifier une famille porteuse d’une mutation prédite pathogène dans le gène ANO3 (DYT23). Une autre famille est porteuse d’une mutation dans un site d’épissage du gène ATP1A3 (DYT12) entrainant la rétention totale de l'intron 17. Pour une autres famille, un gène candidat a été identifié : ADD2 qui code l'adducine beta. Plusieurs résultats expérimentaux ont été obtenus. Tout d’abord j'ai observé des différences au niveau du cytosquelette d’actine. En effet la surexpression de la protéine sauvage provoque un comportement anormal de l’actine au niveau des fibres de stress. Par ailleurs des études de d’apprentissage par association dans un modèle C. elegans KO ADD2 ont montré un défaut de mémorisation à long-terme. Mes travaux de thèse ont permis d'approfondir les connaissances quant à la contribution de chaque gène déjà connu dans les dystonies, ainsi que d'élargir l'hétérogénéité génétique caractéristique de cette pathologie par l'identification d'un nouveau gène candidat
Dystonia is a movement control disorder characterized by involuntary muscle contractions. The genetic causes of this disease are multiple. I have created databases " loci-specific " collecting all allelic diversity available in the literature for 16 dystonia genes. The goal of this work is to to assist in the diagnosis of this disease and in the longer term, when there are sufficient data, to establish genotype-phenotype correlations. This was the case for the THAP1 gene (responsible for DYT6 dystonia) for which we have described several correlations.I searched for the disease gene in several families using exome sequencing. I identified a pathogenic mutation in the predicted gene ANO3 (DYT23) carried by one family. Another family carries a mutation in a splice site of ATP1A3 (DYT12) resulting in the total retention of intron 17. In another family a candidate gene was identified: ADD2 gene, coding beta adducin. Several functional results were obtained. First, overexpression of wild type and mutated ADD2 enabled to view differences in the actin cytoskeleton. Indeed the overexpression of the wild type protein causes abnormal behavior of actin at the level of stress fibers and at the plasma membrane. Besides, learning by association studies in a Caenorhabditis elegans model KO for ADD2 gene have shown a long-term default memory compared to the wild type. This confirms the involvement of the protein in neuronal plasticity. My thesis work led to further knowledge about the contribution of each gene already known in dystonia , as well as broaden the genetic heterogeneity characteristic of this disease by identifying a new candidate gene

Cette thèse se concentre sur la caractérisation de l’hétérogénéité moléculaire et métabolique des glioblastomes (GB). Nous avons identifié sept sous-classes de GB se distinguant par des activités régulatrices propres, ainsi que par des caractéristiques moléculaires et biologiques spécifiques. En intégrant des analyses transcriptomiques, métabolomiques, de flux extracellulaire, et l’évaluation de l’activité de régulateurs spécifiques, nous avons caractérisé l’hétérogénéité des cellules souches de GB (CSG) et leur plasticité en fonction de leur état (souche, différencié) ou du microenvironnement (normoxie, hypoxie, chimiothérapie). L’évaluation de leur sensibilité au témozolomide a révélé une résistance intrinsèque dans les CSG glycolytiques et l’apparition d’une résistance acquise en réponse à des stimuli environnementaux. Nos découvertes soulignent l’importance de cibler l’autophagie et le stress oxydatif pour surmonter la résistance à la chimiothérapie, et renforcent la nécessité d’approches thérapeutiques personnalisées adaptées à l’hétérogénéité et à la plasticité des GB
This thesis focuses on characterizing the molecular and metabolic heterogeneity of glioblastomas (GB). We identified seven distinct subclasses of GB, each characterized by unique regulatory activities, as well as by specific molecular and biological characteristics. Integrating transcriptomic, metabolomic and extracellular flux analyses, along with the evaluation of specific regulatory activities, we characterized the heterogeneity of GB stem cells (GSC) and their plasticity depending on their cellular state (stem, differentiated) or the microenvironment (normoxia, hypoxia, chemotherapy). The assessment of their sensitivity to temozolomide revealed an intrinsic resistance in glycolytic GSC and the emergence of acquired resistance in response to environmental stimuli. Our findings highlight the importance of targeting autophagy and oxidative stress to overcome chemotherapy resistance, and reinforce the need for personalized therapeutic approaches adapted to the heterogeneity and plasticity of GB

La persistence des populations en milieu naturel dépend de leur capacité à répondre aux changements spatio-temporels de leur environnement et aux pressions de sélection qui en découlent. Deux mécanismes principaux permettent aux organismes de s’ajuster à de nouvelles conditions environnementales tout en assurant leur persistence locale: la plasticité phénotypique, soit un ajustement du phénotype sans modifications génétiques sous-jacentes; et l'évolution des populations en réponse à la sélection, ou adaptation, processus par lequel les génotypes les mieux adaptés aux conditions environnementales se retrouvent progressivement en plus grande proportion au sein d’une population. Or, le potentiel de réponses plastiques et génétiques peut varier entre populations d'une même espèce, entre autres puisqu'il est lui-même dépendant de l'hétérogénéité spatio-temporelle de l'environnement. Cependant, nous avons à ce jour peu de connaissances sur la façon dont l'environnement affecte les patrons de plasticité phénotypique et le potentiel adaptatif des populations en milieu naturel, rendant difficile la prédiction de la réponse des populations face aux changements environnementaux. Mon doctorat vise donc à comprendre comment l'hétérogénéité environnementale affecte la capacité des populations naturelles à répondre, par le biais de changements plastiques et/ou génétiques, aux changements environnementaux. Pour ce faire, j’ai étudié des populations de Mésanges bleues (Cyanistes caeruleus) du sud de la France et de la Corse, qui occupent différents types d’habitats forestiers (caducifoliés et sempervirents). Ce système représente un cas intéressant d’hétérogénéité environnementale étant donné la grande variabilité dans la période de disponibilité et l’abondance de nourriture entre habitats caducifoliés et sempervirents, les premiers étant plus hâtifs et plus riches en ressources que les seconds. Cette hétérogénéité environnementale est responsable d’une divergence phénotypique marquée au niveau de traits morphologiques et reproducteurs entre populations occupant ces différents types d’habitats. En utilisant à la fois une base de données phénotypiques à long terme, des pedigrees disponibles pour chacune des populations, ainsi que de l’information obtenue à partir de marqueurs microsatellites, j'ai déterminé dans un premier temps: i) les patrons de plasticité phénotypique au sein de chaque population; ii) les niveaux de potentiel adaptatif de traits morphologiques et reproducteurs au sein de chaque population; et iii) la structuration génétique de populations au sein d'un paysage hétérogène. Ensuite, j'ai mis en relation ces patrons avec diverses variables environnementales afin de comprendre comment l'hétérogénéité spatio-temporelle de l'environnement affecte ces paramètres. J'ai d'abord montré un lien entre la variabilité interindividuelle de la plasticité de la date de ponte - un trait reproducteur important chez les oiseaux puisque son ajustement permet une synchronisation de la reproduction avec la période d’abondance maximale de nourriture - au sein d'une population et les patrons de sélection appliqués sur ce trait. Les populations faisant l'objet de fortes pressions de sélection directionnelle présentent peu de variabilité interindividuelle de la plasticité, alors que les individus au sein de populations ne faisant pas l'objet de fortes pressions de sélection varient entre eux dans leurs patrons de plasticité. Ces différences seraient reliées au degré d'hétérogénéité spatio-temporelle de l'environnement au sein de chaque population. Dans un habitat où la disponibilité et la phénologie des ressources alimentaires sont constantes, les individus devront tous synchroniser leur reproduction avec la phénologie de la ressource alimentaire principale, entraînant une sélection directionnelle sur la date de ponte ayant pu, à long terme, uniformiser les patrons de plasticité phénotypique. À l'inverse, au sein d'habitats où la disponibilité des ressources alimentaires est hétérogène dans le temps ou l'espace, les individus devront se synchroniser avec différentes sources alimentaires présentant des phénologies différentes, ce qui explique l'absence de sélection directionnelle et la présence de variabilité interindividuelle de plasticité sur la date de ponte. Dans un deuxième temps, j'ai montré que le potentiel adaptatif de traits morphologiques (masse corporelle corrigée pour la longueur du tarse) et reproducteurs (date de ponte, taille de ponte, temps d’incubation) peut présenter une grande variabilité entre populations d'une même espèce. Cependant, cette variabilité n'est pas affectée par des différences en termes de qualité de l'environnement, et serait plutôt dépendante de l'historique évolutif de chaque population. Par contre, le potentiel adaptatif des traits morphologiques varie temporellement au sein d'une même population, étant plus élevé lors des années de meilleure qualité, alors que le potentiel adaptatif des traits reproducteurs reste stable en fonction de la qualité de l'environnement. Ces patrons suggèrent que durant les années où les conditions environnementales sont défavorables, les individus allouent leurs ressources en priorité aux traits reproducteurs, qui sont associés de plus près à leur valeur adaptative, au détriment des traits morphologiques. Finalement, j'ai montré la présence d’une structure génétique à fine échelle géographique en Corse, les individus se ségrégant en deux groupes génétiquement distincts. Or, ces différences génétiques ne sont liées à aucune barrière géographique au sein de la Corse, indiquant que les individus ont le potentiel de se déplacer librement entre chaque population. La différenciation génétique entre populations est cependant liée à une divergence spatiale des caractéristiques environnementales, les niveaux de différenciation génétique observés coïncidant avec des différences en termes de proportion de chênes caducifoliés vs. sempervirents dans l’habitat où les mésanges se reproduisent. De plus, ces différences génétiques correspondent aux différences phénotypiques entre populations, indiquant que l’adaptation locale des populations à leur habitat respectif pourrait être responsable de la structure génétique observée. Mon projet de doctorat a mis en évidence la grande variabilité dans la capacité des populations d'une même espèce à s'ajuster aux conditions environnementales, et ce même à fine échelle géographique. J'ai également montré l'effet de différentes composantes de l'environnement sur les paramètres affectant la réponse adaptative des populations: les variations des patrons de plasticité phénotypique sont associées aux niveaux d’hétérogénéité spatio-temporelle de l'environnement à l’échelle des populations; les différences de potentiel adaptatif intrapopulations des traits morphologiques sont reliées aux variations dans la qualité de l'environnement; et la structuration génétique des populations serait la résultante d’une hétérogénéité spatiale de l’environnement à l’échelle inter-populationnelle. Mon projet de doctorat a donc contribué à la compréhension des mécanismes influençant la capacité des populations à s'ajuster à des conditions environnementales changeantes, permettant ultimement une meilleure prédiction des réponses plastiques et génétiques des populations face aux changements environnementaux.

Le cancer ovarien se distingue par une forte mortalité, liée entre autre à un diagnostic tardif. Une chimiorésistance importante est observée en même temps qu'un fort taux de récidive. La Transition Epithélio-Mésenchymateuse (TEM) est un des facteurs observés dans la chimiorésistance des cellules et de la progression du cancer. Elle implique une perte de l'adhérence à la Matrice Extra Cellulaire (MEC) et des jonctions intercellulaires, au profit d'un gain en motilité ou au potentiel invasif des cellules. La TEM est un phénomène physiopathologique qui présente une forte plasticité. Ces cellules, dites intermédiaires, présentent des caractéristiques à la fois épithéliales et mésenchymateuses et définissent un spectre de la TEM. Ces cellules sont souvent plus corrélées à un faible pronostic vital. Des méthodes omiques, notamment transcriptomiques, existent dans la caractérisation de ces cellules intermédiaires. Toutefois, ces méthodes sont souvent coûteuses, laborieuses, ne prennent pas en compte la morphologie à l'échelle de la cellule ou l'agencement cellulaire dans l'espace, qui sont des éléments importants dans la TEM. Dans ce but, nous avons développé une approche phénomique basée exclusivement sur la microscopie.Cette approche fonctionne sur FIJI au moyen d'un algorithme de type macro, prêt à l'emploi ou modifiable suivant l'expertise ou le besoin de l'utilisateur. Dans le cadre de l'étude de la TEM dans le cancer ovarien, nous avons étudié quatre lignées représentatives du spectre de la TEM. La TEM est induite par l'utilisation de deux cytokines, le TNFα et le TGFβ1, dont l'effet associatif reste dépendant du contexte et n'a pas ou peu été décrit dans le cancer ovarien. Grâce à notre pipeline d'analyse, nous caractérisons la plasticité cellulaire par une analyse en cellule unique, incluant la morphologie et les différents marquages moléculaires liés à la TEM effectués. Nous avons analysé plus de soixante-dix mille cellules et combiné plus de cinquante paramètres via FIJI, Celltool et des méthodes créées. Parmi celles-ci on retrouve un outil de topographie cellulaire pour normaliser la distance entre le noyau et la membrane cellulaire, ou de mesure de l'isolement cellulaire au sein de son environnement. Cet ensemble de paramètres a ensuite été ramené à une seule mesure statistique pour comparer de façon interlignées et intralignées. Nous avons pu alors distinguer efficacement les quatre lignées entre elles, ainsi que l'impact des cytokines par lignée. Nous démontrons ainsi l'additivité des cytokines dans l'induction de la TEM dans chaque lignée le long du spectre de la TEM. Parallèlement à cette étude, notre méthodologie a déjà permis de démontrer l'importance de la MEC sur la dissémination du cancer ovarien en présence de flux ascitique. Ces résultats montrent qu'une analyse phénomique en cellule unique est particulièrement prometteuse pour caractériser l'hétérogénéité ainsi que la plasticité en réponse à un microenvironnement complexe
Ovarian cancer is characterized by a high mortality rate, linked among other things to a late diagnosis. Significant chemoresistance is observed at the same time as a high rate of recurrence. Epithelial to Mesenchymal Transition (EMT) is one of the factors observed in cell chemoresistance and cancer progression. It involves a loss of adhesion to the Extracellular Matrix (ECM) and intercellular junctions, in favor of a gain in motility or the invasive potential of the cells. EMT is a pathophysiological phenomenon that has a high degree of plasticity. These cells, known as intermediates, may present both epithelial and mesenchymal characteristics and define a spectrum of EMT. These cells are often correlated with a worse prognosis for life. Omics methods, particularly transcriptomic methods, exist in the characterization of these intermediate cells. However, these methods are often expensive, laborious, and do not take into account morphology at scale of the cell, or cell arrangement in space, which are important elements in EMT. To this end, we have developed a phenomics approach based exclusively on microscopy.This approach works on FIJI using a macro algorithm, ready to use or modifiable according to the user's expertise or needs. In the study of EMT in ovarian cancer, we studied four representative lines of the EMT spectrum. EMT is induced by the use of two cytokines, TNFα and TGFβ1, whose associative effect remains context-dependent and has not been described or only slightly described in ovarian cancer. Thanks to our analysis pipeline, we characterize cell plasticity by a single-cell analysis, including the morphology and the different molecular labelling performed related to the EMT. We analysed more than seventy thousand cells and combined over fifty parameters via FIJI, Celltool, and designed methods. These include a cell topography tool to normalize the distance between the nucleus and the cell membrane, or to measure cell isolation within its environment. This set of parameters was then reduced to a single statistical measure for comparison between and within the different cell lines. We were then able to effectively distinguish the four lineages from each other, as well as the impact of cytokines by line. We thus demonstrate the additivity of cytokines in the induction of EMT in each lineage along the EMT spectrum. In parallel with this study, our methodology has already demonstrated the importance of ECM on the dissemination of ovarian cancer in the presence of ascitic flow. These results show that a single-cell phenomics analysis is particularly promising for characterizing heterogeneity as well as plasticity in response to a microenvironment

Cette thèse examine le rôle de deux facteurs écologiques majeurs, la température de développement et l'espèce hôte, ainsi que leur interaction sur l'origine et le maintien de la différenciation génétique d'un insecte parasitoi͏̈de, Leptopilina heterotoma (Hymenoptera). Les résultats montrent que l'espèce hôte induit non seulement une forte plasticité phénotypique mais également certaines réponses génétiques qui pourraient avoir des conséquences importantes en terme d'évolution locale des spectres d'hôtes. De plus, il existe de fortes interactions entre l'espèce hôte, la température de développement et le génotype sur des composantes majeures de la fitness (fécondité et survie pré-imaginale notamment). Même si ces interactions génotype-environnement complexes contribuent probablement au maintien de la différenciation des populations, elles ne peuvent l'expliquer à elles seules et d'autres mécanismes doivent être envisagés.

Les cancers pédiatriques représentent un défi thérapeutique, et une compréhension des mécanismes d’échappement aux traitements est nécessaire pour pouvoir développer de nouvelles approches thérapeutiques. L'ADN circulant peut être libéré par une tumeur dans les fluides corporels et permet de détecter et suivre des altérations génétiques tumorales par des prélèvements successifs peu invasifs tels qu'une prise de sang. Dans ce travail, une technique de séquençage de type « whole exome » (séquençage de l’ensemble des exons) de l’ADN circulant a été mis au point pour permettre l’étude des altérations génétiques tumorales dans le plasma chez des enfants atteints de cancer.Ces analyses soulignent la grande hétérogénéité génétique spatiale et temporelle des cancers pédiatriques. De plus, un rôle important de l’évolution clonale dans la progression de la maladie a ainsi pu être mis en évidence. Des approches utilisant les caractéristiques particuliers de l'ADN circulant ont également permis d’inférer le profil d’expression, basées sur l’empreinte des sites de début de transcription, ou le profil épigénétique de la tumeur. En plus d'une aide à une classification des tumeurs, ces particularités pourront aider à l'observation d'un changement d'identité cellulaire sous traitement. L'ADN circulant est donc un formidable outil pour mieux comprendre l'échappement aux traitements d'une tumeur par son hétérogénéité spatiale et temporelle et sa plasticité
Pediatric cancers represent a therapeutic challenge, and an understanding of the mechanisms of escape from treatment is necessary in order to be able to develop new therapeutic approaches. Circulating DNA can be released by a tumor in bodily fluids and enable to detect and follow genetic alterations in tumors by successive minimally invasive samples such as a blood test. In this work, a “whole exome” sequencing technique for circulating DNA was developed to allow the study of genetic tumor alterations in plasma in children with cancer. These analyzes highlight the frequent spatial and temporal genetic heterogeneity of pediatric cancers. In addition, an important role of clonal evolution in the progression of the disease was thus highlighted. Approaches using the particular characteristics of circulating DNA have also made it possible to infer the expression profile, based on the imprint of the transcription start sites, or the epigenetic profile of the tumor. In addition to an aid in the classification of tumors, these features may help to observe a change in cellular identity under treatment. Circulating DNA is therefore an important tool for better understanding mechanisms of escape from treatment of a tumor based on spatial and temporal heterogeneity and cellular plasticity

Des mélanges de polymères miscibles de Polybutadiène (PB) et Polystyrène Butadiène (SBR) sont étudiés afin de mettre en relation leur structure microscopique avec leur comportement mécanique macroscopique dans les domaines linéaire et non linéaire. Les hétérogénéités dynamiques existent dans ces mélanges. Elles sont particulièrement visibles aux échelles de longueur associées aux modes de relaxation alpha (~1nm). Mais elles ne sont observées ni sur des échelles plus grandes associées à l'élasticité caoutchoutique (~10nm), ni sur des échelles plus petites associées aux modes de relaxation beta (<1nm). On suppose qu'un mélange peut être considéré comme un ensemble de domaines avec des températures de transition vitreuse différentes. La distribution de la température de transition vitreuse P(Tg) est déterminé via des mesures calorimétrique avec ou sans vieillissement physique. Avec le modèle de champs moyen auto cohérent d'Olroyd-Palierne, on peut prévoir quantitativement les spectres viscoélastiques linéaires des mélanges à partir de ceux des homopolymères et des données calorimétriques, sans paramètre ajustable. Cela confirme l'hypothèse qu'un mélange peut être considéré comme un ensemble de domaines avec des températures de transition vitreuse différentes. Les propriétés mécaniques non linéaires sont aussi étudiées. Les glissements d'enchevêtrement sont immobilisés par des zones vitreuses quand la transition vitreuse s'approche. La plasticité commence et les non linéarités structurales deviennent les plus importantes quand il y a la percolation des zones vitreuses.

Ce travail se situe dans la thématique de l'influence des procédés de mise en forme sur le comportement des matériaux métalliques. La thèse a consisté à étudier le développement d'hétérogénéités induites par la déformation au cours du laminage, ainsi que leur effet sur la germination et la croissance de nouveaux grains. La caractérisation du comportement mécanique et de recuit a permis d'identifier les lois de comportement et de recuit. L'étape suivante a consisté, à l'aide du maillage 3D d'agrégats cristallins et d'une loi de comportement du monocristal intégrée dans la méthode des éléments finis, à étudier l'influence de l'interaction intergranulaire 3D, en compression plane, sur le développement des hétérogénéités. Cet effet est faible, d'où la possibilité d'effectuer des calculs 2D représentatifs. Pour simuler la recristallisation, un intérêt a été porté à l'estimation de l'énergie stockée. Il est montré que le travail plastique ne représente pas cette énergie, au contraire de la densité de dislocations. Différents types d'hétérogénéités ont ensuite été étudiés, à l'aide de calculs éléments finis, et ont été comparés à des résultats de la littérature. Il a été montré qu'une forte déformation locale n'est pas toujours associée à une forte énergie stockée, ou à un fort gradient d'orientation. L'effet résultant en recristallisation est discuté. Ensuite, une comparaison du champ d'orientation a été effectuée entre les déformations expérimentale et numérique d'un agrégat, et un très bon accord est trouvé. Le recuit expérimental de l'agrégat est effectué, et les microstructure et texture résultantes sont comparées aux résultats d'un calcul Monte Carlo prenant les résultats éléments finis comme données initiales. Un accord qualitatif est obtenu, et permet de dégager l'importance du gradient d'énergie, d'orientation et du voisinage sur la germination et la croissance des grains, et sur le développement des texture et microstructure recristallisées.

La déformation plastique du alpha-titane est fortement anisotrope. Elle met en jeu des familles de systèmes de glissement aux propriétés diverses et différents types de macles. Dans cette étude, des essais de traction sur des échantillons de alpha-titane de pureté commerciale sont couplés avec des mesures d'émission acoustique et d'extensométrie locale à haute résolution. Ces essais révèlent la présence d'un puits sur la courbe d'évolution du taux d'écrouissage. Un effet inverse de la vitesse de déformation sur la profondeur de ce puits est trouvé selon que les échantillons sont déformés suivant le sens long ou le sens travers de la tôle laminée initiale. Des analyses statistiques des lignes de glissement montrent une prédominance initiale du glissement prismatique, particulièrement prononcée dans les échantillons prélevés suivant le sens long. Une diminution de l'activité relative du glissement prismatique est observée au cours de la déformation des deux types d'éprouvettes. Les fractions volumiques de macles sont plus élevées dans les essais réalisés en sens travers mais restent néanmoins très faibles (< 5 %), en particulier au niveau du puits (< 2 %). Ces résultats fournissent une base physique pour l'élaboration d'un modèle capable d'expliquer ce comportement particulier de l'écrouissage. Le modèle s'appuie sur un schéma auto-cohérent en élastoviscoplasticité, basé sur la méthode des champs translatés et utilisant une linéarisation affine de la relation constitutive viscoplastique. Le modèle considère la plasticité cristalline et traite séparément la densité de dislocations mobiles et la vitesse moyenne des dislocations. Il suppose une plus faible sensibilité à la vitesse de déformation ainsi qu'une multiplication plus rapide des dislocations sur les systèmes prismatiques. A partir de ces différentes hypothèses, les courbes de traction sont correctement reproduites et des estimations raisonnables des coefficients de Lankford, de l'activité relative du glissement prismatique et de l'évolution des textures sont obtenues. Plus important encore, l'effet inverse de la vitesse de déformation sur la profondeur du puits du taux d'écrouissage selon l'orientation de l'axe de traction est retrouvé de manière qualitative, ce qui permet d'avancer une explication aux phénomènes observés. Par ailleurs, les mesures d'émission acoustique et d'extensométrie locale à haute résolution permettent d'analyser le caractère intermittent et ondulatoire du alpha-titane à une échelle mésoscopique. Ces données sont confrontées aux prédictions du modèle actuel et serviront de base pour le développement futur d’un modèle plus complexe
The plasticity of alpha-titanium is strongly anisotropic. It involves slip systems families with various properties and different kinds of twins. In this study, tensile tests on commercially pur alpha-titanium samples are coupled with acoustic emission and high-resolution extensometry measurements. These tests show the presence of a well on the strain dependence of the work hardening. An opposite strain rate effect on the well depth is found whether specimens are elongated along the rolling or the transverse direction of the initially laminated sheet. Slip lines analysis reveals an initial predominance of prismatic slip, particularly pronounced in specimens strained along the rolling direction. The relative activity of prismatic slip is then observed to decrease with the deformation of both kinds of samples. The twin volume fractions are higher in the tests performed in the transverse direction but still remain very low (< 5 %), especially around the well (< 2 %). These results provide grounds for elaboration of a model capable of explaining such peculiar work hardening behavior. The model relies on a self-consistent scheme in elastoviscoplasticity, based on the translated field method and an affine linearization of the viscoplastic flow rule. The model considers crystal plasticity and deals separately with mobile dislocation density and dislocation velocity. It assumes lower strain rate sensitivity as well as higher dislocation multiplication rate for prismatic systems. Based on these assumptions, the model reproduces correctly the stress-strain curves and gives sound estimates of Lankford coefficients, prismatic slip activity and textures evolution. Most importantly, the opposite effect of strain rate on the well depth with regard to the orientation of the tensile axis is qualitatively retrieved, which allows putting forward an explanation of the observed phenomena. Besides, acoustic emission and high-resolution extensometry measurements allow analyzing the intermittent and wave nature of alpha-titanium at a mesoscopic scale. These data are confronted with the predictions of the present model and will be used as grounds for the future development of a more complex model

On admet communément que les tumeurs proviennent de cellules échappant aux contrôles homéostatiques qui sous-tendent les structures histologiques saines et que le phénotype d’une cellule n’est pas le résultat de processus génétiques et biochimiques déterministes mais la conséquence stochastique de réseaux de régulation intra- et intercellulaires. Ce doctorat vise à étudier quantitativement l’homéostasie phénotypique de populations cellulaires et à présenter une approche à la question fondamentale, mais jusqu’alors jamais étudiée, concernant l’autonomie versus le contrôle collectif du devenir des cellules. Nous avons étudié sur le long terme, par cytométrie de flux et dans des conditions 2D puis 3D, le niveau d’expression de CD24 et CD44 de deux lignées cellulaires de cancer du sein (SUM149-PT et SUM159-PT). Trois phénotypes ont été isolés (CD24-/CD44+, CD24+/CD44+, CD24-/CD44-), ce dernier n’avait pour le moment pas été documenté dans la littérature. Le comportement phénotypique des sous-populations CD44-low et CD44-high a été caractérisé en évaluant leur proportion et en analysant leur spectre de fluorescence. Ainsi nous avons observé des comportements périodiques d’apparition et de disparition de pool de cellules caractéristiques des lignées et une re-diversification des phénotypes pour chacune des sous-population. Seule la population issue de CD24-/CD44- re-diversifiée présente le même équilibre que la population initiale non triée. En 3D, le processus de re-diversification a été observé dans les tumorsphères issues de CD24-/CD44+ et CD24+/CD44+. Les cellules CD24-/CD44- n’ont pas ce potentiel mais survivent néanmoins à l’anoïkis. Ces comportements laissent penser qu’il existe une coordination intercellulaire régulant l’équilibre des proportions phénotypiques. Pour découvrir les règles sociales régissant l’organisation spatiale inter-phénotypique, nous avons mis en place un rapporteur des variations du niveau d’expression endogène des marqueurs d’intérêt et élaboré un modèle théorique d’interactions cellulaires. Ce travail a conforté notre hypothèse selon laquelle il s’établit des règles sociales inter-cellulaires déterminant l’expression phénotypique à l’échelle uni- et pluricellulaire
It is commonly accepted that tumors arise from cells that escape the homeostatic controls which underlie the healthy histological structure and that cell phenotype is not the result of deterministic biochemical and genetic processes, but rather the stochastic and dynamic outcome of multiple intra- and intercellular regulation networks. This PhD aims to quantitatively study the phenotypic homeostasis of the cell populations and to present an approach to the fundamental question, never heretofore studied, regarding the autonomy versus collective control of cell fate. We studied in the long run, using flow cytometry and in 2D and 3D conditions, the level of expression of CD24 and CD44 of two breast cancer cell lines (SUM149-PT and SUM159-PT). Three phenotypes were isolated (CD24-/CD44+, CD24+/CD44+, CD24-/CD44-), the latter had not previously been documented in the literature. The phenotypic behavior of CD44-low and CD44-high subpopulations has been characterized by assessing their proportion and analyzing the fluorescence map. Thereby, we observed both a periodic behavior of appearance and disappearance of pool of cells characteristics of each cell lines and a phenotypic re-diversification for each subpopulation. Only the resulting population derived from CD24-/CD44- provided the same balance as the original unsorted population. 3D re-diversification process was observed in tumorspheres from CD24-/CD44+ and CD24+/CD44+. The cells CD24-/CD44did not have that potential but nonetheless outlived anoikis. These behaviors suggest that there is an inter-cell coordination regulating the balance of phenotypic proportions. To discover the social rules regulating inter-phenotypic spatial organization, we have set up a reporter of the endogenous variations of CD24 and CD44 and developed a theoretical model of cell interactions. This work has confirmed our hypothesis that inter-cellular social rules are determining the phenotypic expression at both the uni- and multicellular scales

La dynamique d’une population résulte de la combinaison de plusieurs traits d’histoire de vie qui sont façonnés par l’histoire évolutive de cette population. L’altération d’un de ces traits par des contraintes environnementales peut donc avoir des effets sur la persistance de la population. Les ajustements individuels de certains traits phénotypiques pourraient permettre à cette population de répondre rapidement à ces contraintes sans la nécessité immédiate d’adaptations génétiques. Durant cette thèse, la variabilité de certains traits a été identifiée chez 3 espèces sentinelles des écosystèmes polaires. Ces résultats permettent de mieux comprendre les associations entre ces traits et les pressions évolutives qui en sont à l’origine, ainsi que l’importance de traits tels que la personnalité dans la part inexpliquée de la variabilité de la valeur sélective des individus. A terme, nous pourrions ainsi mieux évaluer la capacité d’adaptation des populations face aux changements globaux
Population dynamics is driven by several life history traits shaped by the evolutionary history of the population. The alteration of one of these traits by environmental constraints may thus have effects on the population persistence. Individual adjustments of some phenotypic traits could then enable this population to rapidly respond to these constraints without the immediate necessity of genetic adaptations. During this PhD project, we identified variability in some of these traits in 3 sentinel species of polar ecosystems. These results allowed us to better understand the associations between these traits and the evolutionary pressures underlying these associations, as well as the importance of traits such as personality in the amount of variability in individuals’ fitness that remains unexplained. In the long term, we should then be able to better gauge the adaptive capacity of populations to face global changes

Ce travail a pour objet l'application a un composite fortement heterogene d'un modele micro-macro variationnel pour les materiaux heterogenes a comportement non lineaire et a repartition aleatoire des heterogeneites. Ce modele, dit modele extremal heterogene, realise, a l'aide d'un parametre d'heterogeneite r, une transition continue entre les deux bornes, inferieure et superieure, de reuss-voigt-hill. Le modele est applique a la recherche du critere de resistance d'un mortier renforce de fibres metalliques (m. F. M. ). Le comportement des materiaux constitutifs est considere rigide-plastique et le calcul s'effectue en contraintes planes. On est amene a definir successivement deux modelisations du m. F. M: (i) une modelisation a fraction volumique, simple a mettre en uvre, et (ii) une modelisation plus complete integrant la forme de la fibre et le comportement a l'interface fibre-mortier. La modelisation (ii) necessite le couplage de la theorie de l'homogeneisation des milieux periodiques et du modele extremal heterogene. Le calcul d'homogeneisation fournit une famille de criteres de resistance du m. F. M. Dependant du parametre d'heterogeneite r. Afin d'obtenir le critere definitif, nous pratiquons le calage d'un calcul numerique (charge limite d'une plaque en traction) sur les essais experimentaux correspondants. Les previsions numeriques sont ensuite comparees a des essais experimentaux de plaques en compression et de poutrelles en flexion

La prédiction de la géométrie d'une pièce mise en forme par déformation plastique grâce à un logiciel de calcul par éléments finis (EF) s'effectue en suivant séquentiellement différentes étapes : la caractérisation thermo-mécanique du matériau, la modélisation de son comportement et son intégration dans un logiciel EF, puis la mise en données et la simulation de l'opération de formage. La phase de modélisation consiste entre autre à identifier quel type de modèle de comportement est le plus approprié pour prédire les réactions du matériau lors de l'opération de formage. Ces modèles sont essentiellement développés dans le cadre de la mécanique des milieux continus (MMC). L'hypothèse forte, si ce n'est centrale, de la MMC consiste à considérer que les variables qui servent à déterminer le comportement du matériau sont continues et dérivables. Cependant, les connaissances les plus élémentaires de métallurgie indiquent que les grandeurs locales dans les matériaux métalliques sont discontinues. La majorité des modèles de comportement mécanique des matériaux métalliques repose sur la définition d'un volume élémentaire représentatif dont la taille est assez grande pour permettre une homogénéisation de la description du comportement en gommant l'influence des hétérogénéités localesL'objet de ces travaux est de montrer que la prise en compte des hétérogénéités locales dans la modélisation du comportement des matériaux métalliques est pertinente et contribue à l'amélioration de la prédiction des simulations d'opérations de mise en forme en élargissant le potentiel prédictif des modèles ainsi construits. Un modèle élasto-plastique prenant en compte les hétérogénéités locales est alors proposé
To obtain a relevant shape of a formed part during its finite element simulation, several steps are needed: thermo-mechanical caracterization of the material, definition of the most relevant model and integration of this model in the FE software and finally after data converting and computing processes. The modelling step include, among other things, the identification of the most appropriate model to fit the experimental material behaviour. Those models are essentially developped within the framework of continuum mechanics (CM). A strong, if not the main assumption of the CM consists in considering that mechanical description variables are continuous and differentiable. However, the basic knowledge of metallurgy indicates that local data in metallic materials are discontinuous. For metallic materials, the majority of constitutive models are based on the definition of a representative elementary volume (REV). This REV is supposed to be large enough to erase the incidence of local heterogeneities. Then those constitutive models are assumed to be homogeneous.The aim of this work is to show that introducing local heterogeneities in the description of constitutive models is relevant and contribute to improve the simulation accuracy. Those models also provide an enlargement of the simulation predictive potential. Then an elasto-plastic model, based on local heterogeneities description, is proposed

Les performances du végétal et des arthropodes dont il constitue le microhabitat dépendent des températures de surface foliaire. Celles-ci peuvent dévier fortement de la température de l’air et présenter des niveaux d’hétérogénéité différents selon l'échelle spatiale considérée. La feuille atténue les températures extrêmes en rapprochant son amplitude de variation journalière de celle de la température de l’air. Cependant, cette réponse diminue l’hétérogénéité des températures de surface foliaire et les capacités de thermorégulation comportementale des arthropodes à l'échelle de la feuille. Les températures moyennes de surface foliaire atténuent peu le réchauffement, et déterminent localement la performance photosynthétique du végétal. De l’échelle de la feuille à celle de la canopée, les plantes montrent des réponses différentes au réchauffement. Ce type de changement d'échelle est primordial pour améliorer notre compréhension de l'impact des changements climatiques
Plant performance and leaf-dwelling arthropods are impacted by leaf surface temperatures. Leaf surface temperatures can show important deviation from air temperature and present different levels of heterogeneity depending on the spatial scale. The leaf buffers temperature extremes by getting closer in amplitude to air temperature. However, this physiological response decreases the heterogeneity of temperatures at the leaf surface and the opportunities for arthropods to behavioraly thermoregulate in this microclimate. Mean temperatures at the leaf surface show low buffering abilities in response to warming and locally determine photosynthetic performance. From the leaf to the canopy scale, plants show different responses to warming and scaling is crucial to increase our understanding of the impact of global warming

Les polymères amorphes présentent des hétérogénéités dynamiques à l'échelle de 3 à 5nm proche de la température de transition vitreuse. Leur contribution aux propriétés mécaniques est encore mal connue. Pour ce faire, nous considérons un modèle simple dans lequel chaque hétérogénéité dynamique possède un unique temps de relaxation distribué aléatoirement selon une loi log-normale. Un modèle coarse-grained à l’échelle d’une hétérogénéité dynamique est alors développé dans le cadre de l'approximation des milieux continus. Ainsi, des simulations par éléments finis nous permettent de calculer les propriétés mécaniques macroscopiques des polymères en tenant compte des effets de couplage mécaniques en hétérogénéités. Nous montrons que la transition vitreuse est pilotée par un réseau de percolation des domaines lents. Nous mettons également en évidence les couplages mécaniques intervenant entre hétérogénéités dynamiques. Dans le cas des films minces de polymères confinés à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres, nous montrons que les hétérogénéités dynamiques permettent de rendre compte d’un ralentissement de la dynamique macroscopique du film. En considérant que pour de fortes contraintes, la dynamique locale des polymères massifs est accélérée, nous démontrons que les hétérogénéités dynamiques permettent de rendre compte d’un phénomène de contrainte interne à un système, celle-ci étant la cause d’une partie non récupérable de l’énergie élastique stockée un système lors d’une déformation plastique
Amorphous polymers present dynamical heterogeneities at the scale of 3 to 5nm near Tg. Their contributions to mechanical properties are still not well known. We thus consider a simple model where each dynamical heterogeneities has its own relaxation time randomly drawn is a log-normal time distribution. A coarse –grained model at the dynamical heterogeneity is then developed in the continuous medium approximation. Finite element simulations are performed to calculate macroscopic mechanical properties of amorphous polymers taking account of mechanical couplings between heterogeneities. We show that the glass transition is controlled by a percolation of slow domains. Mechanical couplings result in viscoelastic spectrum highly narrowed as compared to the microscopic one. In thin films of polymers, we evidence a slowdown of the dynamics of relaxation as compared to the bulk one. Considering that a high applied stress increase the dynamics of polymers, we show that dynamical heterogeneities result in an internal stress network. The latter is a consequence a plastic deformation and result in an internal energy which is not released after an unloading

Les polymères amorphes présentent des hétérogénéités dynamiques à l'échelle de 3 à 5nm proche de la température de transition vitreuse. Leur contribution aux propriétés mécaniques est encore mal connue. Pour ce faire, nous considérons un modèle simple dans lequel chaque hétérogénéité dynamique possède un unique temps de relaxation distribué aléatoirement selon une loi log-normale. Un modèle coarse-grained à l’échelle d’une hétérogénéité dynamique est alors développé dans le cadre de l'approximation des milieux continus. Ainsi, des simulations par éléments finis nous permettent de calculer les propriétés mécaniques macroscopiques des polymères en tenant compte des effets de couplage mécaniques en hétérogénéités. Nous montrons que la transition vitreuse est pilotée par un réseau de percolation des domaines lents. Nous mettons également en évidence les couplages mécaniques intervenant entre hétérogénéités dynamiques. Dans le cas des films minces de polymères confinés à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres, nous montrons que les hétérogénéités dynamiques permettent de rendre compte d’un ralentissement de la dynamique macroscopique du film. En considérant que pour de fortes contraintes, la dynamique locale des polymères massifs est accélérée, nous démontrons que les hétérogénéités dynamiques permettent de rendre compte d’un phénomène de contrainte interne à un système, celle-ci étant la cause d’une partie non récupérable de l’énergie élastique stockée un système lors d’une déformation plastique
Amorphous polymers present dynamical heterogeneities at the scale of 3 to 5nm near Tg. Their contributions to mechanical properties are still not well known. We thus consider a simple model where each dynamical heterogeneities has its own relaxation time randomly drawn is a log-normal time distribution. A coarse –grained model at the dynamical heterogeneity is then developed in the continuous medium approximation. Finite element simulations are performed to calculate macroscopic mechanical properties of amorphous polymers taking account of mechanical couplings between heterogeneities. We show that the glass transition is controlled by a percolation of slow domains. Mechanical couplings result in viscoelastic spectrum highly narrowed as compared to the microscopic one. In thin films of polymers, we evidence a slowdown of the dynamics of relaxation as compared to the bulk one. Considering that a high applied stress increase the dynamics of polymers, we show that dynamical heterogeneities result in an internal stress network. The latter is a consequence a plastic deformation and result in an internal energy which is not released after an unloading

Une technique de corrélation d'images numériques (DIC) a été adaptée à l'étuded'échantillons de glace polycristalline colonnaire, afin de caractériser le développementdes hétérogénéités de déformation à une échelle intragranulaire au cours du fluage transitoireen compression. Ces hétérogénéités sont dues à la grande anisotropie viscoplastiquedu cristal de glace (avec un seul plan de glissement facile pour les dislocations), qui estresponsable d'interactions fortes entre les grains voisins lorsque l'échantillon se déforme,et de la mise en place de fortes contraintes internes. L'orientation particulière des plans deglissement et la structure colonnaire des échantillons, sans gradient de microstructure dansl'épaisseur, permet de considérer la déformation plastique essentiellement dans le plan.Les champs de déformation mesurés en surface peuvent donc être considérés en premièreapproximation comme représentatifs de tout le volume de l'échantillon. Les orientationscristallographiques, et désorientations locales à l'échelle intragranulaire, ont également étémesurées avec un analyseur optique de texture, avant et après déformation.De très fortes localisations de la déformation sont mises en évidence par la DIC;les déformations équivalentes locales peuvent atteindre plus de dix fois la valeur macroscopique.La structure des motifs de localisation évolue peu durant le régime de fluagetransitoire et elle est caractérisée par des bandes de localisation qui traversent l'échantillonobliquement, sur des distances allant jusqu'à dix fois la taille des grains. La corrélationentre le facteur de Schmid du plan de glissement d'un grain et sa déformation locale esttrès faible : l'agencement local des grains et les interactions intergranulaires jouent doncun rôle primordial dans la distribution spatiale des déformations. A l'échelle du grain, lesfortes désorientations de réseau ont été associées aux composantes locales du déplacement.On a montré en particulier que les distorsions sous forme de "bandes en genou" (ou kinkbands) étaient corrélées à un déplacement le long de l'axe c du grain, mesuré par DIC.Les microstructures expérimentales ont été implémentées dans un modèle plein champFFT qui simule le comportement élasto-viscoplastique des polycristaux (code CraFT).Les champs de déformation simulés présentent globalement les mêmes caractéristiquesque les champs expérimentaux. En particulier, la majorité des zones de localisation dela déformation sont bien reproduites, spatialement et en intensité. Cependant, il n'a pasété possible de reproduire le comportement macroscopique des échantillons à la décharge.La déformation retardée effective est d'un ordre de grandeur inférieure à celle mesuréeexpérimentalement. Il est probable que cette limitation soit liée à l'e↵et du champ descontraintes internes, généré par la structure des champs de dislocations, et qui n'a pas étépris en compte dans la loi de comportement.