ED Sciences Chimiques
Contribution à l'éco-conception de récupérateurs d'énergie piézoélectriques MEMS imprimés : influence des matériaux, des formulations et des procédés de fabrication
par Nadia BENCHAREF (ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux)
Cette soutenance a lieu à 9h30 - Amphi ICMCB 87 Avenue du Dr Albert Schweitzer, 33600 Pessac
devant le jury composé de
- Catherine ELISSALDE - Directrice de recherche - ICMCB-CNRS - Directeur de these
- Charles MANIERE - Chargé de recherche - Crismat-CNRS - Rapporteur
- Nadège REVERDY-BRUAS - Professeure des universités - LGP2- Pagora Grenoble INP - Rapporteur
- Barbara LAFARGE - Maîtresse de conférences - Université de technologie de Compiègne - Examinateur
- Philippe POULIN - Directeur de recherche - CRPP-CNRS - Examinateur
- Claude ESTOURNES - Directeur de recherche - CIRIMAT-CNRS - Examinateur
- Cyril AYMONIER - Directeur de recherche - ICMCB-CNRS - Examinateur
- Hélène DEBEDA - Professeure des universités - IMS-Université de Bordeaux - CoDirecteur de these
La récupération d'énergie vibratoire par l'effet piézoélectrique est une voie prometteuse pour l'alimentation de systèmes miniaturisés. Ces dispositifs ont fait l'objet de nombreuses recherches orientées vers l'amélioration de leurs performances électromécaniques et de leur intégration technologique. Néanmoins, leur développement doit désormais intégrer la réduction de leur empreinte environnementale, en tenant compte du choix des matériaux , des procédés d'élaboration et de l'énergie consommée lors de la fabrication. Dans ce contexte, cette thèse vise à développer une approche éco-innovante pour l'élaboration de récupérateurs d'énergie piézoélectriques MEMS imprimés à faible empreinte environnementale. Le matériau retenu dans cette étude est le (K,Na)NbO3 (KNN ), l'un des matériaux piézoélectriques sans plomb les plus prometteurs. Toutefois, il présente une limitation liée à la difficulté de contrôler sa stœchiométrie, en raison de la volatilité des éléments alcalins lorsque le frittage est réalisé à haute température pour obtenir une densification optimale. Ainsi, une attention particulière a été portée au frittage Spark Plasma Sintering (SPS) qui permet d'obtenir une densification rapide à basse température. Une des objectifs visés est une densification optimale en une seule étape par SPS, sans le post-recuit souvent requis en raison de la faible pression partielle d'oxygène pendant le frittage. Une étude d'optimisation des paramètres de frittage a été donc menée sur des céramiques massives. L'objectif était d'identifier les paramètres critiques permettant de cibler des microstructures optimisées afin d'avoir simultanément les performances fonctionnelles du matériau et une empreinte écologique réduite. Une céramique de KNN dense (96 %) a été obtenue en une seule étape à 700°C par SPS . Cependant, les faibles performances piézoélectriques observées, attribuées à une microstructure fine et inhomogène, ont nécessité l'exploration de nouvelles voies d'optimisation. De nouveaux leviers spécifiques au procédé SPS ont été exploités, en particulier l'utilisation des rampes rapides et la variation de la séquence de pulses de courant ON-OFF. L'objectif était de favoriser le grossissement des grains et l'homogénéité de la microstructure en termes de distribution de taille de grains. L'utilisation d'une rampe rapide de 400 °C/min combinée à une séquence de pulses de courant 9 -9, a permis d'obtenir une céramique dense (96 %), d'une microstructure homogène et un coefficient piézoélectrique d33 de 72 pC/N. Les paramètres SPS optimisés sur céramiques massives ont ensuite été transférés et adaptés au co-frittage de multicouches constituées du matériau piézoélectrique actif, déposé entre deux électrodes. Leur élaboration en couches épaisses sérigraphiées constitue une approche attractive , compatible avec une fabrication bas coût et limitant les pertes de matière. Une encre KNN aqueuse a été développée. Cette formulation présente l'avantage de réduire les émissions associées aux composés organiques des formulations classiques et d'éviter l'étape de déliantage préalable au frittage . Un moule SPS spécifiquement conçu a été utilisé afin de protéger l'empilement des couches et d'homogénéiser la pression appliquée. La température de co-frittage a été abaissée à 570 °C pour un palier de 3 min. Après frittage, la couche active de KNN a été bien densifiée. Les interfaces entre la couche KNN et les électrodes montrent une bonne adhésion. Par ailleurs, l'analyse du cycle de vie de dispositifs MEMS a mis en évidence la contribution significative des électrodes à l'empreinte globale. Dans cette perspective, le substrat passif a été utilisé comme électrode inférieure. La qualité de l'interface entre la couche KNN et le substrat en acier a été démontrée. Les premières mesures électromécaniques confirment le potentiel de cette approche pour le développement des récupérateurs d'énergie piézoélectriques MEMS performants et éco-reponsables.
ED Sciences de la Vie et de la Santé
Empreintes génomiques de la sélection et effet de la variation génétique sur le phénotype de l'abricotier : focus sur les variants structuraux
par Ismaël BLANCHARD (BFP - Biologie du Fruit et Pathologie)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Salle 1, Amphithéâtre Colette & Josy Bové Centre de recherche INRAE, 71 avenue Edouard Bourlaux, 33140 Villenave-d'Ornon
devant le jury composé de
- Véronique DECROOCQ - Directrice de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Dominique THIS - Professeure - Institut Agro Montpellier - Rapporteur
- Odile LECOMPTE - Professeure des universités - Université de Strasbourg - Rapporteur
- Morgane ROTH - Chargée de recherche - Inrae - Examinateur
- Laurence MOREAU - Directrice de recherche - Inrae - Examinateur
La diversité génétique est un élément majeur du potentiel d'adaptation des organismes aux contraintes environnementales et agronomiques. Chez les espèces végétales, la domestication et la sélection au cours des derniers millénaires n'ont mobilisé qu'une partie limitée de cette diversité, dont une large fraction reste à caractériser et à exploiter. Cette diversité a longtemps été décrite principalement à partir de variations simples, comme les substitutions nucléotidiques, alors que les variants structuraux, les variations de présence/absence et les séquences absentes des références peuvent affecter fortement la structure et le fonctionnement des gènes. L'abricotier cultivé (Prunus armeniaca) et les espèces proches de la section Armeniaca constituent un modèle important pour étudier l'évolution des arbres fruitiers pérennes, la domestication et l'adaptation à des contraintes agronomiques majeures. Cette thèse vise à construire, caractériser et exploiter un pangénome d'Armeniaca afin de mieux représenter la diversité génomique de P. armeniaca, P. sibirica et P. mandschurica, puis d'évaluer le rôle des variants structuraux dans l'évolution des génomes et dans les liens génotype–phénotype. Le premier axe de ce travail a consisté à établir un pangénome à partir de génomes complets issus d'assemblages de fragments longs de séquence, intégrés dans un graphe guidé par la phylogénie. Cette ressource permet de dépasser les limites d'un génome de référence unique et de décrire le paysage génomique d'abricotiers cultivés européens et chinois, de formes sauvages d'Asie centrale et d'espèces apparentées. Le pangénome obtenu révèle une diversité importante, avec environ 25 millions de SNPs et plus de 537 000 variants structuraux. Les analyses montrent que les différents groupes phylogéographiques contribuent de manière contrastée à l'expansion du pangénome, notamment par l'apport de séquences spécifiques ou rares. Elles indiquent également que les éléments transposables constituent un moteur majeur de la variation structurale, en particulier des insertions et délétions. L'étude du locus DAM, impliqué dans la dormance et le débourrement, illustre enfin l'intérêt fonctionnel de cette représentation en graphe pour explorer des régions complexes et valider des configurations structurales difficiles à observer avec une seule référence linéaire. Le second axe a porté sur l'importance fonctionnelle et populationnelle des variants structuraux. Une fois détectés dans le pangénome, ces variants ont été génotypés dans des populations d'abricotiers afin de comparer leur distribution entre groupes génétiques distincts, notamment entre matériel domestiqué, sauvage et apparenté, et d'évaluer leur contribution potentielle à la variation phénotypique. Deux stratégies de génotypage, DELLY et PanGenie, ont d'abord été comparées sur un phénotype lié à la résistance à la sharka. PanGenie a été retenu pour la suite car il fournit une matrice plus dense et plus directement issue du pangénome. Les analyses d'association ont ensuite été étendues à des caractères d'intérêt pour l'amélioration variétale et la multiplication végétative: aptitude au bouturage, réussite de greffe et débourrement mesuré par la somme de la somme des degrés-heures de croissance nécessaires pour atteindre le stade de débourrement. Ainsi, cette thèse propose à la fois une ressource génomique originale pour la section Armeniaca et un cadre méthodologique allant de la construction d'un pangénome à l'exploitation fonctionnelle des variants structuraux. Elle montre que les graphes de pangénome permettent de mieux représenter la diversité génétique domestiquée et sauvage, de dépasser les limites d'une référence linéaire et d'ouvrir de nouvelles perspectives pour l'identification de loci associés à l'adaptation, à la domestication et à l'amélioration de l'abricotier.
Bases thalamocorticales de la décision en milieu incertain
par Emma MARILLAT (Institut de neurosciences cognitives et intégratives d'Aquitaine)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Amphithéatre BBS Bâtiment Bordeaux Biologie Santé, 2 Rue Dr Hoffmann Martinot, 33000 Bordeaux
devant le jury composé de
- Mathieu WOLFF - Directeur de recherche - CNRS / Université de Bordeaux - Directeur de these
- Emmanuelle COURTIOL - Chargée de recherche - CNRS / Université de Lyon - Rapporteur
- Romain GOUTAGNY - Directeur de recherche - CNRS / Université de Strasbourg - Rapporteur
- Agnes NADJAR - Professeure des universités - Université de Bordeaux - Examinateur
La prise de décision en environnement incertain repose sur un équilibre dynamique entre exploration de nouvelles options et exploitation des choix connus comme avantageux. Comprendre les substrats neuraux de cet équilibre constitue un enjeu majeur des neurosciences cognitives. Le cortex orbitofrontal (OFC) et le noyau médiodorsal du thalamus (MD) apparaissent comme des acteurs majeurs de la prise de décision adaptative mais les interactions fonctionnelles entre ces régions sont mal caractérisées. Pour étudier cette question, nous avons utilisé une épreuve instrumentale de « bandit à trois bras » dans laquelle l'option la plus favorable (un levier parmi trois autres) varie au cours du temps, contraignant les animaux à alterner entre stratégies d'exploration et d'exploitation. Nous avons d'abord établi que la lésion de l'OFC ou du MD produit un déficit spécifique dans l'épreuve, se traduisant par une difficulté à retrouver une performance optimale quand l'option la plus favorable est permutée. De façon importante, nous avons pu établir que la lésion du thalamus submédian (Sub), l'autre afférence thalamique majeure de l'OFC, est sans effet. De plus, une stratégie virale de traçage neuroanatomique nous a permis d'établir que si les voies thalamocorticales issues du MD et du Sub convergent bien vers l'OFC, elles contactent majoritairement des populations neuronales corticales différentes. Pris dans leur ensemble, ces données suggèrent l'existence de deux circuits thalamocorticaux anatomiquement et fonctionnellement distincts au sein de l'OFC. Afin de préciser le rôle fonctionnel du circuit OFC-MD, nous avons ensuite évalué la contribution fonctionnelle de chaque région par une approche de photométrie de fibre chez l'animal en train de réaliser la tâche. Nous avons pu observer que l'activité de l'OFC augmente lors du choix et également lorsqu'une récompense est obtenue, indiquant que le choix et son renforcement semblent représentés au niveau cortical. En revanche, l'activité du thalamus n'est modulée ni par le choix ni par la récompense puisque le MD ne montre une augmentation d'activité que lorsque l'animal évalue les conséquences de son choix. De façon intéressante, cette activation thalamique semble résulter de l'apprentissage puisque le MD est essentiellement silencieux chez l'animal naïf. Cette dynamique suggère donc que le MD ne code pas directement la valeur de la récompense, mais contribue plutôt au maintien et à la consolidation des stratégies de choix optimales en pouvant influer sur les régions préfrontales au moment où la représentation de la valeur courante du choix peut être remise en cause. Pris dans leur ensemble, ces données indiquent une contribution fonctionnelle spécifique différente et complémentaire de l'OFC et du MD qui permet d'assurer la mise en place de stratégies adaptives lorsqu'un changement brusque survient dans l'environnement. Ces résultats obtenus chez le rongeur convergent avec des travaux antérieurs menés chez le primate humain et non humain, suggérant une large conservation des principes d'organisation fonctionnelle des circuits thalamocorticaux dans le phylum. Les altérations de la connectivité thalamocorticale sont un symptôme récurrent dans de nombreuses pathologies psychiatriques telles que les troubles addictifs, la schizophrénie ou les troubles obsessionnels-compulsifs. Mieux comprendre les principes d'organisation fonctionnelle des circuits thalamocorticaux pourrait donc ouvrir la voie à une meilleure prise en charge des altérations de la flexibilité comportementale et de la prise de décision de ces troubles mentaux.
Caractérisation moléculaire et anatomique des pépins de raisins (cv Merlot) au cours de la maturation de la baie: applications pour l'œnologie.
par Julien FOISNON (Oenologie)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Amphitéatre ISVV 210 Chemin de Leysotte 33140 Villenave-d'Ornon
devant le jury composé de
- Régis GOUGEON - Professeur des universités - Université de Bourgogne - Rapporteur
- Jérémy LOTHIER - Professeur - Université d'Angers - Rapporteur
- Natalia QUIJADA-MORIN - Maîtresse de conférences - Université de Bourgogne - Examinateur
- Arnaud LANOUE - Maître de conférences - Université de Tours - Examinateur
Bien que la vinification des vins rouges mobilise l'intégralité de la baie de raisin (Vitis vinifera L.), le pépin demeure une structure anatomique sous-explorée, traditionnellement reléguée au seul rôle de réservoir de tanins condensés. Les connaissances relatives à son organisation tissulaire reposent sur des données historiques fragmentaires, et sa dynamique d'évolution biochimique au cours de la maturation reste très largement méconnue en dehors de sa fraction polyphénolique. Ce travail de thèse propose une caractérisation approfondie de la biologie du pépin de raisin afin d'en réévaluer le rôle fonctionnel et le potentiel œnologique. S'appuyant sur un suivi cinétique de la fermeture de la grappe jusqu'à la surmaturité, une approche analytique multi-échelle a été déployée : Caractérisation anatomique et structurale : L'association de coupes histologiques à de l'imagerie tridimensionnelle non destructive (scanner et microtomographie X) a permis d'établir une cartographie spatio-temporelle précise du développement du pépin. Ces observations ont été complétées par le suivi de l'incorporation des macromolécules de structure (lignine, cutine et subérine), éléments clés de l'ontogenèse du tégument et de sa rigidification. Exploration métabolomique et dynamique de transfert : Par une approche non ciblée, un catalogue exhaustif de la diversité moléculaire du pépin a été dressé. Ce profilage a permis de tracer la cinétique de synthèse de ces composés et de suivre leur devenir et leur transfert vers le milieu liquide lors de la vinification. L'ensemble de ces travaux apporte des avancées fondamentales majeures sur la compréhension du développement du pépin de raisin. Sur le plan anatomique, ils révèlent la chronologie précise de la lignification et de la mise en place des barrières polyesters (cutine/subérine), redéfinissant ainsi l'organisation fonctionnelle des enveloppes du pépin. Sur le plan biochimique, la caractérisation du métabolome prouve que le pépin possède une empreinte moléculaire d'une complexité insoupçonnée, qui va bien au-delà de sa fraction tannique. La démonstration du transfert de ces métabolites non polyphénolique vers le vin réévalue le rôle du pépin comme acteur direct de la composition chimique et de la signature organoleptique des vins. Enfin, la maîtrise de ces caractéristiques physico-chimiques offre des perspectives rationnelles pour sa valorisation. Notamment par traitement thermique pour une utilisation à des fins d'élevage des spiritueux.
ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
ARCHITECTURES PHOTONIQUES INTEGREES INSCRITES PAR LASER FEMTOSECONDE
par Mathis CARPENTIER (ICMCB - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux)
Cette soutenance a lieu à 14h00 - Amphithéâtre ICMCB – UMR5026 87, Avenue du Docteur Schweitzer, 33608 PESSAC cedex
devant le jury composé de
- Yannick PETIT - Maître de conférences - Université de Bordeaux - ICMCB – UMR5026 - Directeur de these
- Pavel LOIKO - Chargé de recherche - CIMAP - UMR 6252 - Rapporteur
- Lionel CANIONI - Professeur - Université de Bordeaux - ICMCB – UMR5026 - CoDirecteur de these
- Elise GHIBAUDO - Professeure - CROMA - MINATEC - G-INP - IUT 1 de Grenoble - Rapporteur
- Jérome NEAUPORT - Directeur de recherche - CEA - Examinateur
- Emmanuel ABRAHAM - Professeur - Université de Bordeaux - LOMA - UMR 5798 - Examinateur
L'inscription laser femtoseconde constitue une approche versatile et frugale pour induire des modifications dans un large panel de matériaux, compatibles avec une large gamme d'applications photoniques allant du visible au moyen infrarouge. La focalisation d'un faisceau laser femtoseconde au cœur de matériaux innovants permet de concevoir et de fabriquer des structures photoniques 3D multi-échelles allant du (sub-)micrométrique au centimétrique. Dans ce travail de thèse, nous exploitons cette technique pour développer des composants photoniques (i) passifs, tels que des guides d'onde et des structures périodiques de type réseaux de Bragg volumiques ou intégrés, et (ii) actifs, à travers la réalisation d'amplification optique dans le proche infrarouge. En collaboration avec des spécialistes en science des matériaux, les recherches menées s'appuient sur des mécanismes originaux d'interaction laser-matière au sein de matrices vitreuses innovantes spécialement sensibilisés par insertion d'argent. En effet, l'irradiation laser femtoseconde permet d'activer sélectivement la photochimie de l'argent au sein de telles matrices vitreuses adaptées, ce qui a permis de réaliser des réseaux de Bragg volumiques en transmission (dans le visible et le proche infrarouge) ainsi que des guides d'onde avec réseaux de Bragg intégrés, ces derniers affichant une atténuation à la résonance de Bragg allant jusqu'à 99,7 % sur des longueurs de réseau records aussi courtes que 500 µm correspondant à des coefficients de couplage de l'ordre de 7 mm-1. De plus, l'étude de verres photosensibles à l'argent avec co-insertion d'ions terres rares (Ytterbium et Néodyme) a permis de généraliser et d'exploiter le fort transfert énergétique hautement localisé entre agrégats d'argent créés par laser et des ions terres rares co-insérés. Ceci permet ainsi la réalisation d'une émission infrarouge spatialement localisée, malgré la distribution homogène des émetteurs infrarouges, ce qui a conduit à la réalisation d'un guide d'onde amplificateur laser par pompage indirect. Par ailleurs, une nouvelle photochimie basée sur le bismuth a été explorée au sein de verres phosphate. Les variations locales d'indice induites optiquement s'accompagnent corrélativement de changements de degré d'oxydation des ions Bismuth donnant accès à des propriétés spectroscopiques étendues couvrant la bande O de télécommunication (vers 1300 nm), une région spectrale relativement peu couverte par les sources cohérentes. Une amplification de 2 dB/W/cm a ainsi été obtenue à 1345 nm sous pompage à 976 nm au sein d'un guide inscrit, présentant un intérêt pour des applications médicales. Enfin, nous avons ouvert l'exploration par irradiation laser de nouveaux verres d'oxydes lourds (Baryum-Germanium-Gallium) pour applications moyen infrarouge. De façon générale, cette thèse apporte de nouvelles réalisations tout-optiques de composants photoniques en vue du développement de futures plateformes photoniques.
Imagerie de phase térahertz : des techniques computationnelles émergentes à l'amélioration de la résolution
par Pitambar MUKHERJEE (Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système)
Cette soutenance a lieu à 10h00 - Amphithéâtre J.P. Dom IMS, Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système, Université de Bordeaux, 351 Cours de la Libération, 33405 Talence Cedex
devant le jury composé de
- Patrick MOUNAIX - Directeur de recherche - Université de Bordeaux - Directeur de these
- Frédéric TEPPE - Directeur de recherche - Université de Montpellier - Rapporteur
- Alexandre LOCQUET - Chargé de recherche - Georgia Institute of Technology - Rapporteur
- Frédéric GARET - Professeur des universités - Site de Chambéry - Université Savoie Mont Blanc - Examinateur
- Lionel CANIONI - Professeur des universités - Université de Bordeaux - Examinateur
- Damien BIGOURD - Chargé de recherche - Université de Bordeaux - Examinateur
Les progrès récents des sources, détecteurs et systèmes d'acquisition dans le domaine térahertz (THz) ont considérablement amélioré les performances des dispositifs d'imagerie. Dans les configurations conventionnelles, le contraste repose principalement sur les variations d'amplitude du champ transmis ou réfléchi, liées aux propriétés d'absorption et de diffusion de l'échantillon. Cette approche devient toutefois limitée lorsque les objets étudiés présentent de faibles variations d'absorption mais des contrastes importants d'indice de réfraction. Dans ce cas, l'information portée par la phase du champ électromagnétique devient essentielle pour caractériser quantitativement la structure et les propriétés diélectriques de l'échantillon. L'imagerie de phase THz constitue ainsi un domaine de recherche particulièrement prometteur. Plusieurs approches ont été développées à partir de la spectroscopie térahertz dans le domaine temporel (THz-TDS) ou de systèmes fonctionnant en onde continue (CW). Leur utilisation pour l'imagerie à haute résolution reste néanmoins limitée par la durée d'acquisition, la complexité instrumentale, la sensibilité des détecteurs, la stabilité expérimentale, la convergence des algorithmes de reconstruction et le produit espace-bande passante (space-bandwidth product, SBP). Ces limitations empêchent encore d'obtenir simultanément une reconstruction de phase précise, un large champ de vue et une résolution spatiale élevée. Cette thèse vise à dépasser certaines de ces contraintes par le développement de méthodes d'imagerie computationnelle et d'algorithmes avancés de récupération de phase. Une première contribution concerne la reconstruction du champ complexe à partir de mesures d'intensité acquises dans plusieurs plans de propagation. Le problème est formulé sous la forme d'une minimisation non linéaire et résolu à l'aide d'une méthode d'optimisation du second ordre de type quasi-Newton. L'exploitation des dérivées analytiques de la fonction de coût permet d'améliorer la convergence et la précision de la reconstruction par rapport aux approches itératives conventionnelles. Une seconde contribution porte sur l'utilisation d'un éclairage multi-angle afin d'augmenter le SBP et d'améliorer la résolution spatiale. Une méthode d'imagerie à ouverture synthétique résolue en temps et formulée dans le domaine de Fourier est d'abord étudiée numériquement. La récupération de phase est réalisée par descente de gradient associée à une accélération de Nesterov, permettant d'exploiter efficacement la diversité angulaire des mesures. Enfin, une approche expérimentale de ptychographie de Fourier THz est mise en œuvre avec un système CW. L'éclairage multi-angle est généré par un miroir cinématique motorisé. La reconstruction combine un algorithme itératif de récupération de phase, une correction des aberrations et une procédure d'étalonnage des angles d'illumination. Cette stratégie permet d'augmenter l'ouverture numérique effective du système et d'améliorer significativement la résolution spatiale. Ces travaux démontrent que l'association de la diversité de propagation, de l'éclairage multi-angle, de l'ouverture synthétique et de méthodes d'optimisation adaptées permet d'améliorer simultanément la précision de reconstruction, la convergence algorithmique et la résolution des systèmes d'imagerie de phase THz.