Rozprawy doktorskie na temat „Neurones moteurs – Propriétés mécaniques”

Afin de créer des circuits neuronaux fonctionnels, les axones reçoivent des signaux de guidage lors du développement et/ou de la régénération du système nerveux. Leur expression est variée dans le temps et l'espace and ils sont traduits par le cône de croissance en voie d'accès à leur cible : un neurone ou une cellule musculaire selon le type de neurone étudié. Cette route est générée par des interactions avec l'environnement extracellulaire, composé d'autres cellules et de substrats d'adhésion telles que les matrices extracellulaires. Comprendre ces interactions avec le substrat pourrait permettre de les reproduire dans d'innovants biomatériaux et/ou implants. Nous avons choisi de nous concentrer sur la réparation axonale dans le motoneurone après un trauma pour cette étude. En effet, après une lésion neuronale, l'axone endommagé va connaître une longue régénération non dirigée dans le système nerveux périphérique. La spécificité de ce système nerveux est l'importante taille de ses axones qui va ralentir la vitesse de rétablissement et multiplier les possibles repousses inopérantes. De ce fait, une solution doit être trouvée pour accélérer et guider la régénération axonale. Nous proposons d'étudier l'effet d'un champ électrique exogène sur la repousse axonale sous forme d'étude préliminaire à la création d'un neuro-implant électroactif. L'originalité de ce projet réside dans la méthode de stimulation, qui se fait sans contact entre les cellules et l'électrode, et la géométrie innovante de l'électrode, grâce à laquelle le champ global est nul. Il n'y a pas de conduction et les effets d'électrolyse et d'augmentation du pH sont évités. Cette configuration permet de caractériser l'effet direct du champ électrique sur les cellules sans interaction parasite. Pour commencer, comprendre les mécanismes sous-jacents aux interactions entre les cellules et le champ électrique est nécessaire et passe par des tests in-vitro en culture cellulaire 2D. Après évaluation des propriétés mécaniques des motoneurones, un dispositif de stimulation sans contact est dessiné et un protocole de stimulation des PC12 est imaginé. Le protocole est testé sur deux lignées de motoneurones in-vitro : MN1 et NSC34 pour améliorer ses paramètres, le voltage et le temps de stimulation par exemple, et l'effet du champ sur le substrat d'adhésion est quantifié par simulation CST et mesure des angles de contact. L'impact de la stimulation sur les MN1 et NSC34 est évalué selon plusieurs tests : la taille et l'orientation des neurites, la surface occupée par les cellules entre autres et l'immunohistochimie permet de visualiser les résultats. Nous pouvons conclure sur la capacité du champ électrique à influencer différentes lignées de motoneurones, en augmentant la taille de leurs neurites, en les orientant et en améliorant leur adhésion à la surface d'adhésion. Ce travail démontre la possibilité d'utiliser un champ électrique sans contact pour accélérer et orienter la pousse des axones et nous permet de comprendre son impact sur les cellules et le substrat d'adhésion
To create functional neuronal circuit units, axons during nervous system development and/or regeneration are subjected to guidance signals. Their expressions occur in spatio-temporal variation and are translated by the growth cone into a pathway to reach the connecting target. Their targets can be a neuron or a muscle cell, depending on the type of neuron. This path is generated by interactions with the surrounding environment such as cells or other substrates of which are the extracellular matrices. Understanding these interactions with the substrate would allow us to mimic them in innovative biomaterials and/or implants. We chose to focus on motoneuron axonal repair after trauma in this study. Indeed, after a nerve injury or cut, the axon that was cut will undergo a non-targeted and slow regeneration in the peripheral nervous system. The specificity of this nervous system part is the size of its axons that will slow the recovery speed down and multiply the possible uneffective regrowth routes because they are usually very long. Thus, a solution must be found to accelerate and guide the axonal regeneration. We propose to study the effect of an exogenous electric field on axonal regrowth as a preliminary study to the creation of an electroactive neuro-implant. The originality of the project lies in the contactless stimulation method : the cells are not in direct contact with the electrodes, and the innovative electrode geometry : the global field is null, with no conduction to prevent electrolysis and pH increase. This configuration gives access to the direct electric field impact on the cells without parasitic interactions. To start, understanding the mechanisms underlying the interactions between the cells and the electric field is necessary and the choice is made to start with in-vitro tests in 2D cell culture. After evaluating the motoneuron mechanical properties, a contactless stimulation device is designed and a protocol to stimulate PC12 cells is determined. The protocol is tested on two motoneurons cell lines : MN1 and NSC34 to improve its parameters, such as stimulation voltage and duration, and the electric field effect on the adhesion surface is assessed with CST simulation and contact angle measurements. The stimulation impact on MN1 and NSC34 cell lines is evaluated with several tests such as neurite size, neurite orientation and surface occupied by the cells and the results are observed thanks to immunohistochemistry. A conclusion is made on the capacity of the EF to influence different motoneuron cell lines by increasing their neurite sizes, orientate them and improve their adhesion to the substrate. This work illustrates the possibility to use a contactless electric field to accelerate and guide the axon growth and allows us to elucidate the mechanisms behind the impact of it on the cells and the substrate

Chez les mammiferes, la commande respiratoire automatique est engendree par un reseau de neurones localises dans le tronc cerebral. Un grand nombre de donnees a ete accumule en ce qui concerne le chat, et peu chez le rat, une espece pourtant tres utilisee dans les etudes neuropharmacologiques portant sur la regulation respiratoire centrale. Chez le rat decerebre, paralyse et ventile artificiellement, nous avons entrepris l'etude des proprietes electrophysiologiques et morphologiques des neurones respiratoires bulbaires, a l'aide de techniques d'enregistrement et d'injection de marqueurs intracellulaires. Comme chez le chat, on trouve trois grandes categories anatomo-fonctionnelles de neurones respiratoires selon la destination de leur axone: neurones bulbo-spinaux, motoneurones de nerfs craniens, inter-neurones. Certains neurones sont inspiratoires: ils se depolarisent pendant l'inspiration, d'autres sont expiratoires. En dehors des phases de depolarisation, ils subissent une inhibition d'origine post-synaptique, liee a l'entree d'ions chlore. Les neurones respiratoires bulbaires du rat sont situes exclusivement dans la region ventro-laterale du bulbe, formant une colonne cellulaire equivalente au groupe respiratoire ventral (vrg) chez le chat. Les neurones bulbo-spinaux se caracterisent par de nombreuses collaterales d'axones, ce qui suggere que ces neurones, qui sont premoteurs, participent aussi a la coordination du reseau respiratoire bulbaire

Chez le rat decerebre, curarise et ventile artificiellement, nous avons entrepris une etude electrophysiologique et neuroanatomique desneurones de cette region bulbaire. L'enregistrement transmembranaire des neurones de la region ventro-laterale du bulbe rachidien rostral, et les marquages anterogrades ou retrogrades de ces neurones, obtenus par injection intracellulaire de peroxydase du raifort (hrp) ou par trempage de certains nerfs pharyngiens dans une solution de hrp, ont permis de preciser la fonction de certains d'entre eux. Ainsi, nous avons distingue trois types fonctionnels de neurones respiratoires, i) les motoneurones commandant la musculature du pharynx par les branches paryngiennes des nerfs vagues et glossopharyngiens, et qui representent un important contingent cellulaire, ii) les neurones bulbo-spinaux expiratoires qui appartiennent au botzinger complex, iii) les neurones non actives antidromiquement par la stimulation electrique de la moelle epiniere cervicale et des nerfs pharyngiens, et dont certains pourraient etre des chemorecepteurs intracraniens. Le comportement de ces neurones a egalement ete etudie pendant la deglutition, la toux ou le vomissement. Nos resultats suggerent que les neurones bulbo-spinaux expiratoires du botzinger complex joueraient un role primordial dans la coordination de la respiration avec la deglutition ou le vomissement. Dans une deusieme approche, nous avons etudie les effets de l'application ionophoretique de glutamate ou de bloquant de canaux membranaires sur l'evolution du potentiel de membrane de neurones respiratoires des regions infrasolitaire et ambigu. Ces etudes ont permis de preciser la nature de certaines conductances membranaires mises en jeu pendant l'activite rythmiques des neurones respiratoires

En tant que voie finale commune du systeme nerveux central, les motoneurones doivent traiter des signaux synaptiques pour produire une sortie coherente vers les effecteurs musculaires. Les capacites de traitement dependent des proprietes electriques membranaires et de la morphologie de l'arborisation dendritique. Ces caracteristiques apparaissent au cours de la maturation neuronique, pre et post-natale. Au cours de cette periode, les trois types de recepteurs glutamatergiques ionotropiques (nmda, ampa, kainate) pourraient influencer le developpement. Nous avons etudie l'expression fonctionnelle de ces recepteurs au niveau de motoneurones faciaux et hypoglosse, en cours de developpement in vitro, en co-culture organotypique. Notre but a ete de caracteriser les proprietes de ces recepteurs, les implications dans la transmission synaptique et leur distribution membranaire. I : expression fonctionnelle de recepteurs glutamatergiques ionotropiques. L'enregistrement electrophysiologique des motoneurones, combine a des techniques d'applications locales d'agonistes et a l'utilisation d'antagonistes specifiques des recepteurs a permis de montrer l'expression fonctionnelle des trois types de recepteurs, nmda, ampa et kainate. Ii : implication de ces recepteurs dans la transmission synaptique au niveau des motoneurones et des reseaux premoteurs. La stimulation des afferences premotrices, l'utilisation d'antagonistes specifiques et de techniques d'analyse de l'activite synaptique spontanee montrent que les courants synaptiques au niveau des motoneurones sont essentiellement produits par l'activation de recepteurs de type ampa alors que des recepteurs nmda participent a la transmission poly-synaptique. Iii : etude de la distribution cellulaire et subcellulaire de recepteurs-canaux ampa permeables au calcium. L'utilisation de la technique d'accumulation intracellulaire d'ions cobalt en presence d'agonistes des recepteurs ampa a permis de montrer que les motoneurones faciaux et hypoglosse en cours de developpement expriment des canaux ampa permeables au calcium. Ces recepteurs-canaux ne sont pas distribues de maniere homogene au sein des regions somatiques et dendritiques. La discussion est essentiellement axee sur l'implication des recepteurs nmda extra-synaptiques et des recepteurs ampa permeables au calcium dans la maturation des motoneurones craniens et spinaux.

Les données issues de l'imagerie fonctionnelle montrent des perturbations du fonctionnement de l'aire motrice supplémentaire (SMA) chez les sujets parkinsoniens, suggérant ainsi qu'elle joue un rôle majeur dans la physiopathologie de l'akinésie. Nous avons étudié l'activité des neurones dans les deux régions de SMA (pré-SMA et SMA proper), chez des singes conditionnés à réaliser une tâche motrice, à différents stades de l'intoxication par le MPTP. Nos résultats montrent : une diminution progressive de l'activité des neurones de SMA au fur et à mesure de l'établissement du syndrome parkinsonien ; une hypoexcitabilité , disparition des réponses aux stimuli visuels nécessaires à la réalisation correcte de la tâche ; une désorganisation du patron de décharge ; diffusion des champs récepteurs somesthésiques. Ces données indiquent qu'il existe des dysfonctionnements importants de SMA qui peuvent en partie expliquer l'incapacité des sujets parkinsoniens à initier des mouvements volontaires.

Les fibres musculaires et les touffes ciliaires mécanosensibles de l'oreille interne des vertébrés sont deux systèmes complexes capables de développer une activité mécanique spontanément oscillatoire, dans des conditions où, au niveau moléculaire, des groupes de moteurs moléculaires opèrent au voisinage de leur force d'arrêt et sont soumis à une force de rappel élastique.
Nous avons construit un dispositif reproduisant in vitro une configuration semblable. Nous avons observé qu'une assemblée de myosines II musculaires, consommant de l'ATP en interagissant avec un filament d'actine, et soumise à une force de rappel élastique exercée par une pince optique, est un système minimal capable d'osciller spontanément. La relation force-vitesse du système présente un comportement non-monotone lié à l'activité des moteurs. Cette propriété fournit un mécanisme pour interpréter les oscillations spontanées, comme il l'a été suggéré par différentes études théoriques antérieures.
Par ailleurs, des expériences préliminaires à l'échelle de la molécule individuelle indiquent que la raideur de l'accrochage actine-myosine II pourrait dépendre de la tension imposée au filament d'actine. Cette propriété pourrait expliquer les écarts entre les raideurs mesurées in vitro et estimées à partir d'expériences sur les fibres musculaires.

A l'heure actuelle, certains lubrifiants pour moteurs marins diesels contiennent de l'acetate de calcium, dont le role est de neutraliser les residus acides issus de la combustion des fuels. Cet additif est introduit dans l'huile sous forme de cristaux, par un procede de cristallisation en emulsion avec evaporation de solvant. Notre objectif est de mettre en evidence si les proprietes du lubrifiant peuvent etre ameliorees en substituant tout ou partie de l'acetate de calcium par un autre sel. En remplacant seulement 5% de l'acetate, la stabilite et la filtrabilite de l'huile ne sont, en general, pas modifiees, car ces deux proprietes dependent surtout de la morphologie et de la taille des cristaux. En revanche, la tenue thermique et les proprietes anti-usure dependent fortement de la nature chimique du sel de remplacement. En remplacant tout l'acetate par du carbonate de potassium ou de sodium, la tenue thermique est beaucoup amelioree. La masse de depot forme en cokefiant l'huile sur un banc de cokefaction peut etre divisee par quatre. On montre que c'est l'oxydation de l'huile qui est responsable en grande partie de la formation du depot. Une analyse systematique de ces depots par microscopie electronique et electrophorese capillaire, ainsi que le suivi de l'oxydation de l'huile par infrarouge, montrent que cette oxydation est fortement reduite en presence d'ions carbonates. Ceux-ci interviennent dans les mecanismes de l'oxydation en promouvant la formation de composes aromatiques. Pour savoir si la substitution de tout l'acetate par du carbonate de potassium est realisable dans le procede actuel de fabrication du lubrifiant, nous avons etudie l'ebullition de gouttelettes de solution aqueuse de carbonate dispersees dans l'huile. Nous montrons qu'avec ce nouvel additif, la surchauffe necessaire a la nucleation de bulles de vapeur d'eau est plus grande et que la formulation du tensioactif doit etre modifiee

Lorsque l'on cherche a elever la temperature de l'outillage de forge classique pour ameliorer les conditions de forge de superalliages, les aciers usuels pour ces outillages presentent des caracteristiques mecaniques a chaud insuffisantes, entrainant dans ce cas un risque majeur de deformation plastique en service. Le present travail vise a rechercher des conditions favorables a l'utilisation et la realisation d'un outillage en acier recharge superficiellement en superalliage. Realise dans un contexte industriel, differentes series d'experiences ont ete entreprises: expertise de matrices endommagees, etude systematique des materiaux (acier et superalliages) candidats a la realisation d'outillage recharge ; microstructure et proprietes mecaniques, realisation de blocs acier recharge en superalliage et etude de leurs performances, et utilisation nouvelle du superalliage n18 dans ce contexte, etude parametrique des conditions de soudage plasma a arc transfere pour la realisation de ces outillages. Les informations recueillies dans ces experiences, resituees par rapport a la documentation bibliographique existante, permettent de proposer un certain nombre de demarches necessaires a la bonne realisation d'outillage recharge, au moins dans le cas d'une couche de superalliage deposee par une passe unique de soudage. La sensibilite de la microstructure aux differentes operations mises en jeu est clairement mises en evidence

L'étude de marché justifie l'opportunité d'un avion de tourisme quadriplace, ayant une vitesse de croisière supérieure à 400km/h et une consommation d'essence inférieure à 55l/h (~13l/100km). La présente étude montre que la formule canard, combinée avec un moteur Porsche, permet d'atteindre ces objectifs. Le problème du centrage et celui du logement du train d'atterrissage ont été résolus en dotant la voilure d'une flèche importante. Les problèmes structuraux posés par l'existence de moments de torsion élevés ont pu être résolus en faisant appel à des éléments de caisson et à des matériaux composites.

Une boucle d'optimisation permettant d'optimiser le traitement thermique vis-à-vis de la durée de vie en fatigue d'un disque de turbine haute pression en superalliage à base de nickel N18 a été construite. Cette boucle comporte trois calculs par éléments finis et un post-processing de la durée de vie. Le premier calcul est un calcul thermique qui permet de déterminer l'évolution de la température au cours du traitement thermique en tout point du disque. Le second est un calcul de microstructure qui donne les paramètres microstructuraux, c'est-à-dire le rayon équivalent et la fraction volumique des différentes populations de précipités, en fonction de l'évolution de la température simulée lors du premier calcul. Le troisième calcul consiste à obtenir la réponse mécanique du disque à la sollicitation qu'il subit en service, le comportement en chaque point de Gauss étant dépendant des paramètres microstructuraux résultant du traitement thermique. Afin de construire cette boucle, un modèle de précipitation a été implémenté dans le code ZeBuLoN et calibré pour le N18 à gros grains. De plus, l'influence de la microstructure fine sur le comportement et la résistance en fatigue a été étudiée au moyen d'essais mécaniques spécifiques conduits à 450°C. Ces essais ont montré que la microstructure intragranulaire n'a a priori pas d'influence sur la fonction de durée de vie développée pour les matériaux pour disque. Mais elle a par contre une influence très importante sur la limite d'élasticité du matériau, qui a elle-même une influence directe sur la contrainte moyenne au cycle stabilisé. Et la contrainte moyenne est l'un des paramètres clés gouvernant la résistance en fatigue du matériau. Un modèle multiéchelle a par ailleurs été construit afin de mieux comprendre le rôle de la microstructure fine sur le comportement en fatigue. La boucle d'optimisation intègre un modèle phénoménologique et montre qu'un refroidissement plus lent, aboutissant à une limite d'élasticité plus basse au point critique du disque, permet d'allonger la durée de vie. Cependant, la tenue à l'éclatement constitue aussi un critère dimensionnant du disque et celle-ci requiert quant à elle une bonne résistance mécanique du matériau
An optimization loop allowing the optimization of the thermal treatment toward the fatigue life of the turbine disk in PM Ni-base superalloy N18 is built. This loop is constituted of three finite elements calculations and one post-processing of the fatigue life. The first calculation is a thermal calculation which allows the determination of the evolution of the temperature in each point of the disk. The second one is a calculation of the precipitation, which gives the microstructural parameters, i. E. The volume fraction and the size of the different population of precipitates. The third one is the calculation of the mechanical response of the disc to the service loading. The behavior in each Gauss point is a function of the microstructural parameters deduced from the second calculation. To build this loop, a model of precipitation was implemented in ZeBuLoN code and recalibrated for coarse grained N18. Moreover the influence of the intragranular microstructure on the fatigue behaviour was studied through specific mechanical tests performed at 450°C. This study shown the fatigue life function is a priori no dependant from the intragranular microstructure. But it has a very strong influence on the yield stress, which has a direct impact on the mean stress at the stabilised cycle. And the mean stress is one of the key parameters for the fatigue resistance of the material. A multiscale model was built to account for the role of the fine microstructure on the fatigue behaviour. The optimization loop is built with a phenomenological model and shows that a slower cooling, leading to a lower yield stress at the critical point of the disk allows to enhance the fatigue life. Meanwhile, the resistance to brsting also constitutes a major criterion for the design of the disc and this one requires a good mechanical resistance of the material

Faurecia emploie des aciers inoxydables ferritiques pour réaliser des collecteurs d’échappement tubulaires mécano-soudés. Cette étude intervient dans le cadre de l’optimisation de la conception de ces produits et constitue une contribution à la prédiction de la durée de vie de pièces tubulaires en acier 1. 4509, soudées ou non, sous chargement de fatigue thermomécanique. Ce travail s’articule en trois axes complémentaires : la modélisation du comportement cyclique des pièces tubulaires soudées ou non, la modélisation de leur endommagement et de leur tenue en fatigue, le développement d’une méthodologie numérique permettant le calcul de la tenue en fatigue de collecteurs dans un temps compatible avec un usage en bureau d’études. Les comportements cycliques du métal de base (acier 1. 4509) et du métal fondu sont ainsi caractérisés pour différentes conditions de sollicitations thermomécaniques puis modélisés à l’aide d’un modèle de comportement élastoviscoplastique dans le logiciel Abaqus. Le comportement spécifique de la zone affectée thermiquement est également étudié. La modélisation proposée pour rendre compte du comportement mécanique des jonctions soudées est validée via un essai de traction-compression avec mesure locale des déformations par stéréo corrélation d’images. L’étude de la durée de vie de l’acier 1. 4509 est ensuite abordée. Une gamme importante d’essais de durée de vie est ainsi constituée. Les coefficients d’un modèle d’endommagement continu, développé par J. Lemaitre, sont identifiés et validés. La même gamme d’essais est appliquée à des éprouvettes soudées. Il est choisi de recourir à une approche découplée du comportement et de l’endommagement pour prédire la durée de vie de ces éprouvettes. Cette approche repose sur l’hypothèse que la tenue en fatigue de la jonction soudée est conditionnée par la répartition des déformations au cycle stabilisé et peut être calculée par post-traitement. Cette méthode permet de prédire dans une bande de dispersion de facteur 3 maximum, la majorité des essais. Finalement, la dernière phase de ce travail est consacrée à la mise en oeuvre des modèles identifiés pour prédire la tenue en fatigue de pièces soudées industrielles. Une méthodologie dite de "sous-modèle" est mise en place afin de prédire avec précision la réponse mécanique des zones soudées au cycle stabilisé. La durée de vie de ces zones est alors estimée par post-traitement de ce cycle. Cette méthode est appliquée avec succès pour prédire la durée de vie, sous chargement thermomécanique, de deux pièces soudées, dont un collecteur
Faurecia uses stainless ferritic steels to produce car manifolds, which are made of several tubular parts welded together. In order to reduce design costs, Faurecia needs to developp a robust numerical design tool. In the frame of this project, this thesis is a contribution to fatigue life assessment of 1. 4509 stainless steel tubular parts, welded or not, submitted to cyclic thermomechanical loadings. In a first part, the cyclic mechanical behaviors of the base metal (1. 4509 steel) and the melted metal are experementally studied under various loads. They are then described thanks to an elastoviscoplastic model. The specific mechanical behavior of the heat affected zone is also considered. The ability of the proposed models to describe the mechanical response of a welded zone is assessed thanks to a traction compression test including local strain measurements. In a second part, fatigue life of 1. 4509 steel is adressed. A large experimental dabase is built up. A non isothermal continuum damage model (J. Lemaitre model) is identified. The same test conditions are applied to welded specimens. Then, the resuts of those tests are analysed thanks to an uncoupled approach of mechanical behavior and damage. It is so considered that the strain distribution at the stabilized cycle, governs the fatigue life of the welded specimen. Thanks to this method, most the tests are well predicted (within a scattering band of factor 3 maximum). Finally, last part of this thesis concerns the integration of the identified models in a robust numerical tool in order to predict fatigue life of industrial welded parts. A submodel methodology is used in order to precisely predict the stabilized mechanical behavior of welded zone. This technique is successfully applied to predict the fatigue life of two welded parts, included a car manifold

Ce manuscrit de thèse porte sur l'étude de deux projets distincts. Le premier fait état de la conception expérimentale ainsi que de l'étude théorique d'un tout nouveau type de moteur basé sur des fibres de polymères : le fiberdrive. Le fonctionnement de ce moteur s'appuie sur un nouveau concept physique décrit ici, les modes de déformation à énergie élastique nulle. Ces modes de déformation sont entraînés par un flux d'énergie qui provoque une déformation élastique au sein du matériau. Le présent manuscrit développe un modèle théorique qui est confronté à la première réalisation expérimentale de ce type de moteur. Le système réalisé est le moteur le plus simple au monde, un stator sans rotor. La deuxième partie du manuscrit introduit le concept de confotronique, l'étude de système composés d'unités commutables individuellement coopérant à grande échelle. Ce concept est mis en oeuvre dans la réalisation d'une fibre confotronique à base d'ADN ainsi que dans la conception d'un moteur moléculaire à base d'ADN
This thesis manuscript deals with the study of two distinct projects. The first deals with the experimental design as well as the theoretical study of a brand new type of engine based on polymer fibers: the fiberdrive. The operation of this engine is based on a new physical concept described here, deformation modes with zero elastic energy (ZEEMs). These deformation modes are driven by a flow of energy that causes elastic deformation within the material. This manuscript develops a theoretical model that is confronted with the first experimental realization of this type of engine. The realized system is the simplest engine in the world, a stator without rotor.The second part of the manuscript introduces the concept of confotronics, the study of system composed of individually switchable units cooperating on a large scale. This concept is implemented in the realization of a DNA-based confotronic fiber as well as in the design of a DNA-based molecular engine

La caractérisation sismique des réservoirs pétroliers nécessite l'intégration de plusieurs techniques telles que la lithosismique, la géomodélisation, la géostatistique, l'utilisation des algorithmes évolutionnaires et la pétrophysique. L'information sismique est d'abord utilisée pour la description de l'architecture externe des réservoirs car son utilisation pour la description des faciès ne se fait pas sans difficultés. L'objectif de cette thèse est d'apporter des outils nouveaux pour aider à l'utilisation de l'information sismique pour caractériser les réservoirs.
Un premier travail a consisté à évaluer l'impact des incertitudes structurales sur les inversions pétroélastiques et les conséquences en terme de classification de faciès. Ensuite, nous considérons la modélisation sismique comme aide à l'évaluation du modèle réservoir. Cette modélisation permettra de faire le lien entre les simulateurs réservoir ou les géomodeleurs et la réponse sismique du réservoir.
Nous développons ensuite deux approches alternatives aux méthodes traditionnelles en inversion pétroélastique et pétrophysique. La première utilise la méthode géostatistique des déformations graduelles pour créer des réalisations de propriétés réservoirs. Elle permet de créer des propriétés à l'échelle réservoir, conditionnées aux puits, tout en respectant une fonction coût basée sur la comparaison des données sismiques réelles et issues de ces réalisations.
La seconde méthode repose sur le principe de la classification supervisée et utilise des réseaux de neurones pour analyser la forme des traces sismiques. Une première étape consiste à générer un volume d'apprentissage contenant tous les modèles pétrophysiques envisageables pour un champ donné. Ces modèles sont analysés par les réseaux de neurones. Les neurones ainsi identifiés sont appliqués aux données réelles, pour identifier des relations pétrophysique/sismique identiques aux données d'apprentissage.
Toutes les méthodologies sont validées sur plusieurs réservoirs choisis pour leurs particularités géologiques (complexité structurale, lithologie du réservoir).

La caractérisation sismique des réservoirs pétroliers nécessite l'intégration de plusieurs techniques (lithosismique, géomodélisation, géostatistique et pétrophysique). L'information sismique est d'abord utilisée pour décrire la structure des réservoirs car son utilisation pour la description des faciès ne se fait pas sans difficultés. L'objectif de cette thèse est d'apporter des outils nouveaux basés sur l'utilisation de l'information sismique pour caractériser les réservoirs. Un premier travail a consisté à évaluer l'impact des incertitudes structurales et leurs conséquences en terme de classification de faciès. Ensuite, nous considérons la modélisation sismique comme aide à l'évaluation du modèle réservoir pour faire le lien entre les simulateurs et la réponse sismique du réservoir. Nous développons ensuite deux approches alternatives aux méthodes traditionnelles en caractérisation réservoir. La première utilise les déformations graduelles pour créer des réalisations de propriétés réservoirs. Ces propriétés sont à l'échelle réservoir, conditionnées aux puits, et respectent une fonction coût basée sur la comparaison des données sismiques réelles et synthétiques. La seconde méthode repose sur la classification supervisée par réseaux de neurones pour analyser la forme des traces sismiques. Une première étape consiste à générer tous les modèles pétrophysiques envisageables et à les analyser par réseaux de neurones. Les neurones ainsi identifiés sont appliqués aux données réelles, pour trouver des relations pétrophysiques/sismiques identiques aux données d'apprentissage. Tous les travaux sont validés sur des champs réels, choisis pour leurs particularités géologiques (lithologie du réservoir, complexité structurale)
Seismic characterization of hydrocarbon reservoirs is based on various techniques : lithoseismic, geomodeling, geostatistics, evolutionary algorithms, and petrophysics. Seismic information is first used for the description of the reservoir structure, but then its relationship with facies description is a dificult task. The aim of this thesis is to develop new tools for seismic reservoir characterization. A first work has consisted in evaluating the impact of structural uncertainties on petroelastic inversion and its consequences in terms of facies classification. Then, we consider seismic modelling as an aid to reservoir model evaluation. This modeling step will make the connection between the reservoir simulators (or geomodelers) and the seismic response of the reservoir. Then we develop two alternative approaches for petroelastic and petrophysical inversion. The first one uses the gradual deformation method to generate reservoir property realizations. This method generates properties at the reservoir scale, conditioned by the wells, while respecting a cost function based on the comparison of actual and synthetic seismic data. The second method is based on supervised classification principle and uses neural networks to analyze the waveform of seismic traces. A first step is to generate a volume containing all possible petrophysical models for the concerned field. These models are analyzed by the neural networks. The neurons identified are applied on the actual data to recognize similar etrophysical/seismic relationships. All methods are tested and validated on actual reservoirs, chosen for their specific features (structural complexity, reservoir lithology)

La locomotion se définit par des mouvements répétés et coordonnés des membres droits et gauches et des muscles antagonistes d’une même articulation. L’activité locomotrice des rongeurs est générée par des groupes de neurones localisés dans la partie antérieure de l’élargissement lombaire; ce réseau de cellules est appelé Central Pattern Generator (CPG). Au cours de cette thèse, les études entreprises chez le rat nouveau-né ont eu pour but d’étudier les mécanismes cellulaires impliqués dans la genèse du rythme locomoteur. Le courant sodique persistant (INaP) joue un rôle important dans la genèse d’activités rythmiques de plusieurs structures supraspinales et notamment celles impliquées dans la mastication et la respiration. Curieusement, son existence et son implication dans la genèse d’activités rythmiques dans les structures du CPG locomoteur spinal n’ont jamais été abordées. A l’aide d’études électrophysiologiques, la thèse démontre l’existence de INaP et le caractérise pour la première fois au sein du CPG locomoteur. Ce courant est indispensable à la genèse du rythme locomoteur et joue un rôle fondamental dans l’émergence d’activités pacemakers au sein du CPG. Ces activités pacemakers émergent dans un contexte physiologique où des fluctuations dans la composition ionique du milieu extracellulaire interviennent au cours d’une activité locomotrice. L’ensemble de ces données suggère que le « cœur » du générateur de rythme pourrait être composé d’interneurones présentant une activité pacemaker dépendante de INaP dont la modulation pourrait être un élément fondamental à la fois dans le déclenchement et la modulation de l’activité locomotrice
Identification of the cellular mechanisms underlying the generation of the locomotor rhythm is of longstanding interest to physiologists. Hindlimb locomotor movements are generated by lumbar neuronal networks, referred to as central pattern generators (CPG). Although rhythm generation mechanisms within the CNS can vary, the activation of a subthreshold depolarizing conductance is always needed to start the firing of individual neurons. Among various subthreshold membrane conductances, the persistent sodium current (INaP) is involved in rhythmic activity of numerous supraspinal neurons such as those involved in the generation of masticatory and respiratory rhythm. The thesis was aimed at identifying and characterizing INaP in the neonatal rodent locomotor CPG, determining its importance in shaping neuronal firing properties and its role in the operation of the locomotor circuitry. Using electrophysiological studies the thesis has characterized INaP for the first time in the locomotor CPG. This current is essential to the generation of the locomotor rhythm and plays a fundamental role in the emergence of pacemaker activity within the CPG. These pacemaker activities emerge in a physiological context in which fluctuations in the ionic composition of the extracellular environment occur during locomotion. This study provides evidence that INaP generates pacemaker activities in CPG interneurons and new insights into the operation of the locomotor network with a critical implication of INaP in stabilizing the locomotor pattern

Les modèles murins de la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) ont permis des avancées dans la compréhension des mécanismes pouvant conduire à la mort sélective et progressive des motoneurones (Mns) mais ils présentent des disparités dans la sévérité et le décours temporel de la maladie. Parmi les hypothèses avancées figurent des modifications des propriétés intrinsèques des motoneurones conduisant à des modifications de l’excitabilité et de l’homéostasie du calcium intracellulaire et à la mort du motoneurone.Nous avons donc étudié les propriétés électrophysiologiques des Mns lombaires de souris SOD1G85R et SOD1G93A, deux modèles à faible nombre de copies du gène humain muté, durant les deux premières semaines postnatales afin d’identifier d’éventuelles anomalies pré-symptomatiques précoces. Nos travaux ont été réalisés sur deux préparations in vitro de moelle entière isolée et de tranches de moelle épinière. Les Mns mutants présentent, sur les deux types de préparations, une altération des propriétés du potentiel d’action se traduisant par un allongement de la durée associée à une diminution des vitesses maximales de dépolarisation et repolarisation et une réduction d’amplitude. Ces altérations apparaissent entre P2-P5 dans les Mns SOD1G85R et entre P6-P10 dans les Mns SOD1G93A et suggèrent une diminution de la densité des canaux sodiques et potassiques associés au potentiel d’action. Nous avons aussi observé sur des tranches de moelle épinière entre P6-P10 que le gain de fréquence des Mns SOD1G85R diminue et celui des SOD1G93A augmente sans aucune modification des densités des courants entrants persistants sodiques et calciques. On note également que, sur tranches de moelle épinière, les Mns SOD1G93A présentent un potentiel de repos diminué. En présence d’une surcharge calcique extracellulaire, les propriétés membranaires des Mns SOD1G85R entre P6-P10 sont moins affectées que celles des Mns témoins. Les effets différentiels de cette surcharge peuvent être dus à des modifications différentes de la dépendance au voltage des canaux voltage-dépendants et/ou à la modulation de certains types de canaux activés par le calcium extracellulaire. Une arborisation dendritique plus ramifiée que celle de Mns témoins, comparable à celle précédemment décrite dans les Mns SOD1G85R, a été observée dans les Mns SOD1G93A à P8-P9 avec des altérations du potentiel d’action citées plus haut et une réduction de la rhéobase. Ces altérations morphologiques et électriques pourraient indiquer des modifications de cinétiques et/ou de densités de canaux sur des sites différents dans ces Mns. Nos travaux montrent donc, d’une part que les mutations SOD1G85R et SOD1G93A induisent dans ces deux modèles murins des altérations des propriétés des Mns lombaires comparables mais décalées dans le temps et d’autre part que certaines altérations semblent être spécifiques à une mutation SOD1 donnée
The SOD1 murine models of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) allowed major progress in the understanding of mechanisms which could lead to a selective loss of motoneurons (Mns), but these models display differences in the severity and time course of the disease. Changes in intrinsic properties of motoneurons may induce changes in excitability and intracellular calcium homeostasis leading to motoneuron death.Therefore, we studied electrophysiological properties of lumbar Mns from SOD1G85R and SOD1G93A mice, low expressor lines, during the first two postnatal weeks in order to identify possible early presymptomatic abnormalities. Our studies were carried out on two in vitro preparations: the whole isolated spinal cord and acute spinal cord slices. Mutant Mns display, in the two preparations, a modified action potential characterized by an increased duration due to a decrease of the maximal speeds of depolarisation and repolarisation and a reduction of the spike amplitude. These alterations appeared between P2-P5 in SOD1G85R Mns and between P6-P10 in SOD1G93A Mns and suggest a decrease of the density of sodium and potassium channels related to action potential. We also showed on spinal cord slices between P6-P10 that the gain of frequency decreases for SOD1G85R Mns and increases for SOD1G93A Mns without any change in the density of persistent inward sodium or calcium currents in these different mutant Mns. We observed also that the resting membrane potential of SOD1G93A Mns on spinal cord slices is decreased. The membrane properties of SOD1G85R Mns between P6-P10 were less susceptible to changes in presence of an extracellular calcium overload. Differential effects of this extracellular calcium overload on membrane properties of WT and SOD1G85R Mns could be due to different alterations of the potential dependence of voltage-gated channels and/or to the modulation of some types of channels sensitive to extracellular calcium. An over-branching of dendritic arborization, similar to that previously described in SOD1G85R Mns, was observed in SOD1G93A at P8-P9 with the above-mentioned action potential alterations and a weak rheobasic current. These morphogical and electrical changes could indicate together alterations of kinetics and/or density of channels on different sites on these Mns. In conclusion, our work shows on one hand that SOD1G85R and SOD1G93A mutations induce similar alterations of lumbar Mns properties but time-shifted in these two murine models and on the other hand that some alterations seem to be specific to a given SOD1 mutation

Cette thèse est une contribution à la modélisation imbriquée de systèmes complexes. Elle propose une méthodologie globale pour quantifier les incertitudes et leurs origines dans une chaîne de calcul formée par plusieurs modèles pouvant être reliés les uns aux autres de façon complexe. Ce travail est organisé selon trois axes. D'abord, la structure dedépendance des paramètres du modèle, induite par la modélisation imbriquée, est modélisée de façon rigoureuse grâce à la théorie des copules. Puis, deux méthodes d'analyse de sensibilité adaptées aux modèles à paramètres d'entrée corrélés sont présentées : l'une est basée sur l'analyse de la distribution de la réponse du modèle, l'autre sur la décomposition de la covariance. Enfin, un cadre de travail inspiré de la théorie des graphes est proposé pour la description de l'imbrication des modèles. La méthodologie proposée est appliquée à des exemples industriels d'envergure : un modèle multiéchelles de calcul des propriétés mécaniques du béton par une méthode d'homogénéisation et un modèle multiphysique de calcul de dommage sur la culasse d'un moteur diesel. Les résultats obtenus fournissent des indications importantes pour une amélioration significative de la performance d'une structure.