Approches par apprentissage profond pour la simulation et l'optimisation du contrôle des réseaux de chaleur urbains

Doctorant : Taha BOUSSAID

Laboratoire INSA : CETHIL - Centre d'Énergétique et de Thermique de Lyon

École doctorale : ED n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Les réseaux de chaleur urbains ont démontré une forte viabilité économique ainsi que des bénéfices environnementaux importants par rapport aux systèmes de chauffage individuels conventionnels. Ces avantages résultent de leur capacité à intégrer une diversité de sources de chaleur, dont renouvelables, et à exploiter le stockage d'énergie thermique. Toutefois, les interactions complexes entre ces composantes, associées à la variété des échelles de temps dynamiques et aux contraintes opérationnelles, rendent les simulations physiques coûteuses en temps de calcul, compliquant encore davantage l'optimisation du pilotage. L'objectif de ce travail est de développer un outil pour la simulation et l'optimisation du contrôle de ces systèmes. L'obstacle computationnel est levé par la conception d'un modèle de substitution efficace basé sur l'apprentissage profond. Plus précisément, un réseau de neurones convolutif spatio-temporel sur graphes, intégrant des contraintes physiques, est proposé pour approximer le comportement dynamique du réseau, et permet de réduire le temps de simulation jusqu'à trois ordres de grandeur. Afin d'améliorer les performances et la généralisation de ce modèle, une stratégie d'augmentation de séries temporelles combinant une mise à l'échelle gaussienne et un découpage temporel est introduite et évaluée sur des données réelles. De plus, un jumeau numérique physique est également développé pour évaluer la capacité du modèle de substitution à s'adapter à différentes topologies et configurations de réseaux. Le modèle de substitution est ensuite couplé avec différents algorithmes d'optimisation, notamment des algorithmes évolutionnaires et des agents d'apprentissage par renforcement, afin d'évaluer son impact sur l'accélération du pilotage. Les résultats montrent que, si l'optimisation basée sur la simulation physique permet d'obtenir les réductions de coûts opérationnels les plus importantes, l'optimisation basée sur le modèle de substitution offre un meilleur compromis entre précision et coût computationnel, réduisant le temps d'optimisation de plusieurs jours à quelques heures seulement. Enfin, cette thèse élargit l'optimisation du contrôle en intégrant des critères environnementaux via une analyse du cycle de vie. Une nouvelle méthode de pénalisation dynamique des émissions de particules fines est proposée et ajoutée à la fonction objectif pour tenir compte des épisodes de pollution d'air. Les résultats révèlent les principaux compromis entre la réduction des émissions CO2 et d'autres impacts environnementaux, tout en soulignant l'importance du stockage thermique pour assurer une performance durable et flexible des réseaux.

IRM quantitative pour la planification de la radiothérapie dans la zone tête et cou

Doctorante : Laura SAYAQUE

Laboratoire INSA : CREATIS - Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'Image pour la Santé
École doctorale : ED n°205 ISS - Interdisciplinaire Sciences-Santé

Lors d’un traitement par radiothérapie, les patients oto-rhino-laryngé (ORL) passent plusieurs examens à visée diagnostique tels qu’un scanner X (CT) et une IRM (Imagerie à Résonnance Magnétique). Lors du CT le patient est positionné à l’identique au traitement. La dosimétrie est calculée sur les images du CT et l’IRM permet, au-delà du diagnostic, d’ajuster le contour des volumes tumoraux et à risque. Néanmoins, l’IRM pourrait être utilisée pour l’ensemble de la planification afin de réduire les erreurs liées au recalage intermodal et limiter l’examen à une seule imagerie non irradiante. Un CT synthétique (sCT) remplacerait l’actuel CT pour la dosimétrie. Les méthodes les plus récentes permettent de construire ce sCT par apprentissage automatique, mais elles nécessitent des bases de données suffisamment grandes et diversifiées. En effet, elles sont peu sensibles aux variations anatomiques de chaque patient et peuvent donner des résultats biaisés dans le cas de variations non présentes dans la base de données d’apprentissage. De plus, les patients atteints de cancers de la zone ORL montrent des localisations tumorales très variées et sont, en général, âgés de plus de 50 ans avec pour la plupart des plombages, couronnes ou implants dentaires. Ces plombages engendrent des artefacts dont l’impact diffère en fonction de leurs caractéristiques et de leur localisation par rapport à la tumeur et aux organes à risques (OAR) mais aussi en fonction de la modalité d’imagerie utilisée. Leur caractère imprévisible accentue le besoin de méthodes qui se détachent de l’anatomie des patients pour la génération du sCT. Dans ce contexte, cette thèse vise à proposer des méthodes d’IRM quantitative fondées uniquement sur des images paramétriques ou multiparamétriques pour réaliser une radiothérapie ORL à partir d’un examen IRM. La première partie de cette thèse s’intéresse à une nouvelle approche fondée sur la quantité d’hydrogène contenue dans les tissus. Elle s’obtient à partir de la mesure de la densité de protons, estimée avec une séquence IRM à temps d’écho ultra court (UTE). De premières études ont montré un lien entre la quantité d’hydrogène dans les tissus, leur coefficient d’atténuation massique et leur pouvoir d’arrêt massique, qui sont liés à la densité électronique. Ce lien nous a permis de générer un CT synthétique (sCT) pour le calcul de la dosimétrie, qui est comparée à celle du CT de référence. La comparaison, effectuée sur 25 patients, montre des résultats proches de la littérature (différence de doses <2% en moyenne). Néanmoins, l’erreur absolue moyenne (MAE) entre le sCT et le CT reste élevée en raison des difficultés à correctement mesurer le signal de l’os et des implants. La deuxième partie de cette thèse s’intéresse à l’impact de la qualité du sCT sur la dosimétrie. Plusieurs sCT sont comparés en faisant varier le nombre de pixels assignés aux tissus osseux avec une méthode d’assignation de densité. L’étude menée sur 24 patients montre des différences de doses plus faible pour le sCT sans assignation osseuse (<2% pour la plupart des volumes), et des résultats similaires avec une classe de tissus osseux au plus juste et surestimée. Un CT “sans os” est aussi évalué en leur assignant l’intensité de l’eau (0 Unités Hounsfield, UH). La différence de doses est inférieure à 1% pour presque tous les OAR et les volumes tumoraux. L’impact de l’énergie à laquelle le scanner X est effectué sur le contraste entre les tissus a été validé à l’aide d’un fantôme. Comparé au CT à 120kV, à l’énergie de traitement (6MV), la différence d’UH entre les tissus diminue, notamment entre l’os et les tissus mous, se rapprochant du contraste de l’IRM. L’importance de l’attribution correcte des régions osseuses n’est donc pas aussi impactante que le laisserait supposer le contraste sur les images de CT. Ainsi, une conversion directe des images IRM en densités électroniques permettrait un calcul de dose plus proche de la référence.

Contrôle interactif du style et de la structure de terrains numériques

Doctorant : Simon PERCHE

Laboratoire INSA : LIRIS - Laboratoire d'lnfoRmatique en Image et Systèmes d'information

École doctorale : ED n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

La création et l'édition de terrains numériques constituent une étape fondamentale dans l'élaboration de mondes virtuels pour des domaines variés allant des simulations scientifiques au divertissement. Malgré les progrès des outils d'édition de terrain, répondre pleinement aux exigences expressives des artistes reste un défi dont les principaux aspects sont l'interactivité et le contrôle. Cette thèse est séparée en deux parties. Premièrement, nous explorons une approche basée sur l'apprentissage profond pour apprendre une représentation latente riche des terrains. Ce modèle permet non seulement de générer des terrains aux styles variés mais offre surtout de nouvelles possibilités pour le contrôle du style localisé, l'amplification cohérente de détails, et l'édition guidée par des esquisses ou des terrains basse résolution. La seconde partie introduit une approche basée sur une représentation vectorielle continue, définissant le terrain comme une somme de primitives. Cette méthode inclut un algorithme efficace pour vectoriser des terrains matriciels et propose un système d'édition basé sur un squelette structurel, dérivé des lignes de crêtes. Cette interface permet une manipulation directe, sémantique et intuitive des formes géomorphologiques majeures, offrant un contrôle structurel local et global précis. Ces deux approches offrent des capacités complémentaires, allant du contrôle du style à l'édition structurelle. Un effort particulier a été consacré à leur intégration pratique via le développement d'interfaces utilisateurs dédiées, facilitant leur évaluation et leur potentielle adoption. En enrichissant la palette d'outils à disposition des artistes avec des méthodes spécifiquement conçues pour le contrôle du style ou de la structure, cette thèse contribue à rendre la création et l'édition de terrains plus expressives, efficaces et mieux alignées avec les processus créatifs artistiques.
 

Apprentissage fédéré en segmentation en imagerie cérébrale

Doctorant : Matthis MANTHE

Laboratoire INSA : CREATIS - Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'lmage pour la Santé

École doctorale : ED160 EEA - Electronique, Electrotechnique Automatique de Lyon

L'apprentissage profond en analyse d'image médicale peut amener des outils cliniques intéressants, en accélérant les tâches rébarbatives et ouvrant la porte à des propositions de diagnostique automatiques. Ces modèles entraînés en laboratoire montrent souvent une pauvre capacité de généralisation, principalement dûe au manque de données d'entraînement ce qui limite leur utilité clinique. La construction de bases de données inter-institutionnelles et internationales se heurte aux questions de sensibilité des données de santé. Construire de grandes bases de données dans le domaine médical est excessivement difficile, que ce soit dû aux régulations de données strictes ou aux nombreuses barrières humaines et systémiques. L'apprentissage fédéré a été proposé en 2016 comme un paradigme d'apprentissage décentralisé, collaboratif et sécurisé. Il pourrait être une réponse partielle au problème de partage de données, permettant la collaboration entre différentes entités médicales pour l'entraînement de gros modèles profonds pour un coût légal et de sécurité des données limité. L'algorithme pionnier FedAvg donne des résultats convaincants sur un grand nombre de tâches, mais son utilisation pose de nombreuses questions telles que la justice dans la fédération, sa robustesse aux données aberrantes et ses réelles capacités en sécurité des données. Entre autre apparaissent de sérieuses contraintes sur la distribution des données dans ces fédérations, chaque institution ne possédant qu'une fraction des données biaisée et non représentative. Cette configuration hétérogène des données a été montrée comme altérant significativement la convergence des apprentissages. L'objectif de cette thèse est principalement exploratoire à travers la question de recherche suivante: Comment entraîner des réseaux profonds de manière fédérée pour des tâches de segmentation d'images neurologiques, dans des configurations cross-silo (entre 10 et 100 institutions) et hétérogènes (avec différents modes d'acquisition et de labellisation des données entre institution)?Les organisateurs du challenge Brain Tumor Segmentation (BraTS) ont publié le partitionnement par institution de cette base de données populaire, créant la première (et seule à l'époque) grande base fédérée publique réaliste pour cette préciseuse tâche; FeTS 2021 et 2022. L'étude de l'apprentissage fédéré profond cross-silo et hétérogène pour cette tâche est le point focal de cette thèse. Nous avons dans un premier temps produit un large benchmark de méthodes d'apprentissage fédéré sur la base FeTS 2022. Nous avons exploré pour la première fois les performances de méthodes personalisées et clusterisées pour cette tâche. Nous avons montré que extit{FedAvgJ performe déjà très bien, mais peut être légèrement battu par certaines autres méthodes globales, personalisées ou clusterisées. Nous avons complété ce travail par une méthode basée de comparaison des coûts de ces algorithmes fédérés dans toute leur complexité. De plus, nous avons proposé un nouvel algorithm de rafinement fédéré clusterisé par patient specifiquement pour la segmentation automatique de tumeurs cérébrales. Par un clustering côté serveur basé sur des mesures radiomiques par volume, nous pouvons ratiner un modèle fédéré par type d'acquisition, améliorant légèrement les performances de segmentation. Enfin, nous avons généralisé ce paradigm d'apprentissage fédéré clusterisé par image pour une hétérogénéité d'apparence en segmentation. Nous proposons un clustering dans l'espace des gradients d'un modèle pendant son apprentissage fédéré, montrant une correspondance surprenamment précise avec des aprioris sur l'origine des données. Nous sommes sortis du champ biomédical dans ce travail, évaluant ce paradigme avec une base de données jouet ainsi qu'une tâche de segmentation courante en adaptation de domaine, Cityscapes et GTAS.

Soutenance publique

Maître de conférence : Florin-Doru HUTU

Laboratoire INSA : CITI

Rapporteurs :

• Pr. Daniela DRAGOMIRESCU INSA Toulouse
• Pr. Ioannis KRIKIDIS Université de Chypre
• Pr. Smail TEDJINI Univ. Grenoble-Alpes, Grenoble INP

Jury  : 

• Pr. Daniela DRAGOMIRESCU INSA Toulouse
• Pr. Ioannis KRIKIDIS Université de Chypre
• Pr. Smail TEDJINI Univ. Grenoble-Alpes, Grenoble INP
• Pr. Yvan DUROC Université Claude Bernard Lyon 1
• Pr. Bruno ALLARD INSA Lyon
• Pr. Guillaume VILLEMAUD INSA Lyon

Apport des analyses numérique et expérimentale dans l’étude des contacts de type impact-glissement

Doctorant : Matteo DELLI COLLI

Laboratoire INSA : LAMCOS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures

École doctorale : ED n°162 MEGA - Mécanique, Énergéque, Génie Civil, Acousque

L’industrie nécessite de réaliser de tests expérimentaux d’usure pour estimer la durée de vie de certains composants. Ces tests sont de plus en plus exigeants en termes de représentativité, surtout que leur endommagement représente des risques pour la sécurité. Ceci est le cas des faisceaux tubulaires supportés avec jeu dans les centrales nucléaires. Pour cette raison, FRAMATOME a développé ses propres bancs d’essais (bancs AURORE) pour étudier l’usure par impact-glissement de ces composants. Chaque banc d’essais est lui-même une structure élancée et supportée avec jeu à échelle réduite, excitée par des forces magnétiques et immergée dans un milieu aqueux à haute température et haute pression. Mis à part l’enjeu de réaliser des essais dans un tel environnement extrême, d’autres défis sont présents : la répétabilité des résultats, étant les conditions d’impact issues de la réponse dynamique d’un système non-linéaire ; la mesure des grandeurs de contact, posant la représentativité des essais des contraintes sur l’instrumentation. Cette thèse a donc deux objectifs : identifier des conditions de fonctionnement de ces bancs d’essais qui donnent des caractéristiques d’impact égales pendant un essai et répétables entre différents essais ; estimer les grandeurs du contact à partir des mesures réalisées. Pour ce faire, une approche numérique et expérimentale a été choisie. Plusieurs modèles numériques ont été mis en place, car les phénomènes ont lieu sur des échelles temporelles et spatiales différentes. La dynamique du système impactant est modélisée comme un oscillateur à impacts avec deux degrés de liberté, soumis à une force magnétique et à des forces liées à l’écrasement du fluide dans le jeu entre le tube et son support. La prise en compte de cet eet est possible grâce à la résolution de l’équation de Reynolds modifiée pour prendre en compte également une partie de l’inertie de l’eau. Ce modèle permet de réaliser des analyses paramétriques et de trouver des conditions de fonctionnement adéquates. Un autre modèle masse-ressort-amortisseur a été réalisé pour estimer les grandeurs du contact. Un modèle aux éléments finis du banc complet a été développé pour accéder à la pression de contact entre le tube et son support. Ensuite, la réalisation de tests expérimentaux d’usure et l’analyse post-mortem des échantillons ont permis de valider les résultats numériques obtenus. Les résultats de cee étude montrent le rôle de la fréquence d’excitation du système impactant pour obtenir des essais avec des caractéristiques des impacts (position, vitesse, angle et fréquence) égales et répétables entre plusieurs essais. Notamment, des impacts avec ces caractéristiques sont possibles si la fréquence d’excitation est au-delà de celle du premier mode de vibration du système impactant. De plus, dans ces conditions testées, l’eet de l’écrasement du fluide résulte négligeable sur les caractéristiques des impacts. Par conséquent, des essais similaires peuvent être réalisés en air et en eau. Concernant l’estimation des grandeurs de contact à partir des mesures, les analyses montrent un degré de cohérence variable selon les conditions d’impact. La raison est que les systèmes mécaniques sur lesquels ces mesures sont faites présentent des modes de vibrations avec des périodes du même ordre de grandeur que les périodes des contacts. En général, le plus les forces d’impact sont élevées, majeure est la vibration de ces systèmes et donc mineure est la cohérence de la mesure par rapport à la réelle dynamique du contact. Par rapport au système mécanique pour mesurer le déplacement, il est fort probable que sa dynamique pendant le contact pilote le temps de contact. Concernant les régimes de frottement (adhérence, glissement) à partir des mesures de force, leur interprétaon devient encore plus complexe en milieu aqueux.

Modèle poro-élastique multi-échelle du système tige/fémur pour fabrication additive d'une tige fémorale personnalisable à gradient de propriétés mécaniques

Doctorant : Emmanuel THOULON

Laboratoire INSA : LAMCOS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures

École doctorale : ED n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique
 

L'arthroplastie totale de la hanche (THA) est en un remplacement complet de l'articulation de la hanche par un implant. Il s'agit du seul traitement disponible pour de nombreuses pathologies de la hanche liées à l'âge. La durée de vie de la prothèse est limitée, nécessitant souvent une nouvelle intervention au bout de plusieurs années. L'augmentation de l'espérance de vie et la baisse de l'âge de première implantation contribuent à l'accroissement du nombre de patients concernés. Le prolongement de la durée de vie des prothèses de hanche constitue un enjeu à la fois économique et sociétal. La principale cause de réintervention est le descellement aseptique, caractérisé par une résorption osseuse à l'interface os­ implant. Cela entraîne une instabilité de l'implant et est attribué au « bouclier de contrainte » (stress shielding), qui résulte de la différence de raideur entre le titane et l'os. Cela réduit la transmission des contraintes dans l'os et favorise la résorption osseuse liée au désusage. Dans un contexte médical plus large, où les solutions personnalisées sont privilégiées, cette thèse explore le concept de tige fémorale mécano-biofidèle, c'est-à-dire une tige imitant la géométrie et les propriétés mécaniques de l'os naturel. Alors que l'aspect géométrique a déjà été étudié par Braileanu (2020), ce travail se concentre sur la détermination de propriétés mécaniques optimales pour adapter l'implant à chaque patient. Il s'appuie sur les travaux antérieurs de Perrin (2018) et de Coftigniez (2021), qui portaient respectivement sur une modélisation poroélastique de l'os et sur la fabrication additive de supports en titane destinés à la croissance osseuse. L'objectif principal est de créer un modèle poroélastique de l'os incluant la simulation de la cicatrisation et du remodelage, puis de confronter ses résultats à ceux obtenus par fabrication additive. La cicatrisation et le remodelage étant deux processus biologiques distincts, aucun modèle numérique ne les simule simultanément. Deux modèles issus de la littérature ont été sélectionnés et implémentés dans un modèle éléments finis simplifié, axisymétrique, du système tige-fémur à l'aide de subroutines UMAT. Grâce à un document externe et à l'utilisation d'un predefine field, les calculs de remodelage reprennent au dernier pas de calcul de cicatrisation, assurant ainsi la continuité entre les deux processus. Une procédure de validation a été appliquée pour vérifier l'insensibilité au maillage, la justesse des calculs de contraintes et le comportement asymptotique de la raideur avec un nombre croissant de cycles. Pour évaluer la précision du modèle, les résultats de la simulation numérique ont été comparés à ceux de trois patientes scannées respectivement 5 mois, 4 ans et 12 ans après l'implantation. Les résultats préliminaires sont encourageants, avec une même distribution de raideur et des écarts maximaux de 6 %, 24 % et 11 %. Ils mettent en évidence certaines limites, notamment l'approximation géométrique qui réduit la précision dans la zone de la tête fémorale. La surestimation de la raideur dans le modèle de remodelage suggère une sensibilité aux conditions initiales et une possible surestimation inhérente au modèle lui-même. L'utilisation d'images préopératoires offrirait certainement des améliorations pour les futures études. Enfin, une première étude des matériaux a montré que l'introduction de porosité dans le titane permet de diminuer la raideur, de réduire l'effet de bouclier de contrainte et de favoriser la colonisation cellulaire. Un prototype poreux en titane a pu être fabriqué par stéréolithographie, tandis qu'aucune éprouvette en polymère n'a pu être produite en raison de contraintes dimensionnelles imposées par les techniques disponibles. Des recherches complémentaires sur les procédés de mise en forme des polymères seront donc nécessaires. La prochaine étape de ce travail consistera en une caractérisation mécanique et biologique de l'éprouvette en titane.

Fonctionnalisations chimiques de polysaccharides par la réaction de Passerini pour des applications dans le secteur de l'emballage

Doctorante : Clémence VUILLET

Laboratoire INSA : IMP (Ingénierie des Matériaux Polymères)

École doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Dans un contexte global de transition écologique, et de réglementation renforcée contre les plastiques à usage unique, le développement de matériaux d'emballage à base de polysaccharides, suscite un intérêt croissant. Toutefois, l'hydrophilie de ces polymères naturels limite leurs performances barrières vis-à-vis de l'eau. Ce projet de thèse, qui s'inscrit dans un projet ANR (MODERATO) vise la synthèse de nouvelles familles de polysaccharides modifiés par la réaction de Passerini à 3 composants, en vue d'être utilisées comme revêtements biosourcés fonctionnels conférant à des substrats papier de bonnes propriétés barrières, maintenues sous des variations d'humidité et de température, pour l'emballage alimentaire. La réaction de Passerini permet de lier chimiquement 3 précurseurs (acide carboxylique, aldéhyde, isonitrile) en conditions aqueuses monotopes sans catalyseur, ni agent de couplage. Pour répondre aux objectifs visés, cette réaction a été appliquée à la carboxyméthylcellulose (CMC) et à l'alginate (ALG) pour générer des nouveaux dérivés de CMC et d'ALG doublement hydrophobisés, d'une part, et des dérivés à la fois hydrophobisés et porteurs de PEG-co-PPG thermosensible (caractère à LCST dans l'eau), d'autre part. Une large gamme de dérivés de DS variés, atteignant 0,50 (70% de conversion des acides carboxyliques) a été synthétisée. Les propriétés de mouillabilité des dérivés hydrophobisés, sous la forme de films minces, ont été analysées, en lien avec leur composition structurale. L'adsorption de ces dérivés sur différents types de substrat a été évaluée par des expériences de QCM-D qui ont montré que la fonctionnarisation Passerini mène à une augmentation des masses de polymère déposées. La caractérisation sous augmentation de la T°, des dérivés de CMC et d'ALG hydrophobisés et porteurs de segments à LCST, a mis en évidence la formation de gels physiques dans l'eau, et ce caractère thermosensible est conservé à l'état de films minces (prouvé par mouillabilité et QCM-D). De plus, des analyses par DVS et des mesures de la perméabilité à la vapeur d'eau ont montré que la double fonctionnalisation hydrophobe permet d'améliorer de façon significative les propriétés barrières à l'eau des dérivés sous la forme de films libres. Ce gain en termes d'effet barrière à la vapeur d'eau, couplé à de bonnes propriétés barrières aux graisses et à l'air ont également été démontré pour des papiers Kraft enduits des polysaccharides doublement hydrophobisés. Ces résultats ouvrent des perspectives attrayantes pour le développement d'emballages adaptés à des applications alimentaires.

Comment les réarrangements chromosomiques façonnent les génomes : étude par modélisation et simulations

Doctorante : Juliette LUISELLI

Laboratoire INSA : LIRIS - Laboratoire d'lnfoRmatique en Image et Systèmes d'information

École doctorale : ED512 Infomaths (Informatique et Mathématiques de Lyon)

Les origines de la complexité des génomes, ainsi que les déterminants de la taille des génomes, restent largement débattus. Cette thèse montre que les réarrangements chromosomiques sont un facteur clé de l'évolution de l'architecture du génome en termes de taille et de complexité. Elle montre en particulier que la taille et la fraction codante des génomes sont étroitement liées à la sélection de la robustesse aux réarrangements chromosomiques, et que celle-ci est notamment modulée par la taille de la population et le taux de mutation. Dans un premier temps, nous avons étudié l'impact des réarrangements chromosomiques sur l'évolution de l'architecture des génomes bactériens. Pour cela, la thèse s'appuie sur des simulations informatiques et des modélisations mathématiques. En particulier, pour les simulations, elle s'appuie sur Aevol, un logiciel conçu pour étudier l'évolution de la structure des génomes procaryotes, qui permet aux réarrangements chromosomiques d'agir directement sur la séquence génomique des individus. En utilisant Aevol, nous avons pu montrer que les réarrangements chromosomiques sont essentiels pour soutenir l'adaptation à long terme, mais aussi pour stabiliser la taille du génome. Ce résultat nous a permis de montrer, par des campagnes de simulation à grande échelle, que la pression imposée par les réarrangements sur la taille du génome est modulée à la fois par le taux de mutation (qui modifie la robustesse des génomes) et par la taille de la population (qui modifie l'efficacité de la sélection pour la robustesse). Ce résultat a ensuite été confirmé par un modèle mathématique qui met en évidence comment ces deux paramètres déterminent une proportion d'équilibre du génome non codant. La deuxième partie de la thèse se concentre sur la généralisation des résultats précédents aux génomes eucaryotes. Tout d'abord, elle présente une nouvelle version d'Aevol développée spécifiquement pour le projet, qui modélise des organismes diploïdes avec des chromosomes linéaires se reproduisant sexuellement et subissant un événement de recombinaison méiotique obligatoire. Avec ce modèle, nous montrons que les génomes de type eucaryote réagissent aux changements du taux de mutation et de la taille de la population de la même manière que les génomes de type procaryote. Dans le dernier chapitre, nous montrons que le mode de reproduction est également un déterminant important de l'architecture du génome, car l'auto-fécondation conduit à des génomes réduits. En conclusion, cette thèse de doctorat présente un nouveau cadre permettant de comprendre les aspects fondamentaux de l'évolution de la taille des génomes, en se concentrant sur l'impact direct et indirect des mutations, et en particulier des réarrangements chromosomiques, et sur la manière dont elles affectent l'avenir de chaque lignée. Nous montrons également comment d'autres paramètres, tels que la taille de la population et le mode de reproduction (asexué, sexué, autofécondation), interagissent avec ces mutations et modulent leur impact sur l'évolution de la taille du génome. L'ensemble de ces résultats contribue à une vision unifiée de l'évolution de l'architecture et de la complexité des génomes le long de l'arbre de la vie.

Effets de la troncature sur l'épaisseur de film dans les contacts ponctuels elastohydrodynamiques pivotants

Doctorant : Tristan PATRIGEON

Laboratoire INSA : LAMCOS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures
École doctorale : ED n°162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Cette thèse est consacrée à l'étude des contacts pivotants situés à l'interface entre l'extrémité du rouleau et la collerette des roulements à rouleaux. Le but de cette étude est d'analyser l'influence de la proximité et de la forme du bord d'un solide sur l'épaisseur de film dans un contact élastohydrodynamique. De plus on étudie comment un mouvement de rotation peut affecter un contact tronqué. Afin d'approcher des mécanismes réalistes, l'importance de la géométrie au bord du solide est prise en compte. Une double approche numérique-expérimentale est proposée. L'épaisseur du film est calculée numériquement à l'aide d'une méthode d'Eléments Finis et est validée à l'aide de deux bancs d'essais dédiés: Jerotrib et Tribogyr. Une comparaison de l'épaisseur centrale et minimale du film est effectuée pour une arête vive, un chanfrein et un congé pour différentes distances entre le bord du solide et le centre de la zone de contact théorique. L'analyse montre une diminution exponentielle de l'épaisseur minimale du film lorsque le contact s'approche du bord, et notamment lorsque le bord entre dans la zone théorique de contact. L'influence de l'angle du chanfrein et du rayon du congé sur l'épaisseur du film est déterminée.