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Oceans and Seas, which represent more than 70% of the earth's surface, are littered with fiber optic cables operated by telecommunication networks and despite this massive instrumentalization, the ocean floor remains relatively unknown. For the last twenty years, the interest in distributed acoustic sensor systems (DAS) has been growing due to their ability to transform these cables into seismic sensors capable of measuring external disturbances. These DAS interrogators can measure acoustic interactions (as strain-rate) along a fiber optic cable. They provide a large sensing aperture for acquiring high-resolution acoustic and seismic data in the time and space domains, on land or in the marine environment ; recording can be done over a wide frequency range (from mHz to kHz) at metric spatial resolution.In this work, we operate a 42 km cable located off Toulon, France, going from the margin (0 m) to the abyssal plain (2500 m). We quantify precisely the ocean gravity waves traveling to the coast, which reflect and lead to the generation of microseismic (MS) sources called "coastal reflection". On average, 30% of these waves are reflected at the coast ; their heigh influences the intensity of the microseismic noise generated locally, and their azimuth has an impact on the position of the SM that dominate the recordings. Furthermore, this analysis showed a high diversity of apparent velocities that can be used to produce an image. In a second step, we try to understand the impact of these changes in the position of the SM on the apparent velocities we pick. We show that the true velocity (i.e. the lowest velocity) is always the same, whatever the power of the swell, which shows that there are sources along the coast at all times. Moreover, when we point at the highest energy - usually used in traditional tomography, some differences appear (a few hundred m/s). We show that there are several sources on traditional pointing diagrams. Therefore, we made a tomography using 900 linear sensors from a segment perpendicular to the coast, where the sensitivity of the fiber is maximum. Then we made another model using apparent velocities, corrected by an angle corresponding to the dominant source position with respect to the cable. We show that there are significant differences between these two models, from a few hundred m/s to almost 1000 m/s when increasing in depth.; Les océans et mers, qui représentent plus de 70% de la surface de la terre sont jonchés de câbles à fibre optique exploités par les réseaux de télécommunications et malgré cette instrumentalisation massive, les fonds océaniques restent relativement inconnus. Depuis une vingtaine d'années, l'intérêt pour les systèmes de capteurs acoustiques distribués (DAS) ne cesse d'augmenter grâce à leur capacité à transformer ces câbles en capteurs sismiques capables de mesurer des perturbations extérieures. Ces interrogateurs DAS peuvent mesurer les interactions acoustiques (sous forme de taux de déformation) le long d'un câble à fibre optique. Ils fournissent une grande ouverture de détection pour l'acquisition de données acoustiques et sismiques à haute résolution dans les domaines temporel et spatial, à terre ou en milieu marin ; l'enregistrement peut se faire sur une large gamme de fréquences (du mHz au kHz) à une résolution spatiale de l'ordre du métrique.Dans notre étude, nous exploitons un câble de 42 km situé au large de Toulon, France, allant de la marge (0 m) jusqu'à la plaine abyssale (2500 m). Ainsi, nous quantifions précisément les ondes de gravité océaniques voyageant jusqu'à la côte, qui se réfléchissent, et mènent à la génération de sources microsismiques (SM) dites « côtières ». En moyenne, 30% de ces ondes sont réfléchies à la côte ; leur intensité influe sur celle du bruit microsismique généré localement, et leur azimut à un impact sur la position des SM qui dominent les enregistrements. Par ailleurs, cette analyse a montré une forte diversité de vitesses apparentes utilisables pour produire une imagerie. Dans un deuxième temps, nous cherchons à comprendre l'impact de ces changements de position des SM sur les vitesses apparentes que l'on sélectionne. Nous montrons que la vitesse réelle (i.e. la vitesse la plus faible) est toujours identique, quelle que soit la puissance de la houle, ce qui montre qu'il existe en tout temps des sources le long de la côte. Par ailleurs, lorsque nous pointons la plus haute énergie - habituellement utilisé lors de tomographies traditionnelles, quelques différences apparaissent (quelques centaines de m/s). Nous montrons qu'il existe plusieurs sources sur des diagrammes de pointée traditionnels. De ce fait, nous avons fait une tomographie en utilisant 900 capteurs linéaires issus d'un segment perpendiculaire à la côte, où la sensibilité de la fibre est maximale. Puis nous avons fait un autre modèle en utilisant des vitesses apparentes, corrigé d'un angle correspondant à la position de source dominante par rapport au câble. Nous montrons qu'il y a des différences significatives entre ces 2 modèles, de quelques centaines de m/s à presque 1000 m/s lorsqu'on augmente en profondeur.

Die mikroskopische Computertomographie (MikroCT) ist ein tomographisches bildgebendes Verfahren zur hochauflösenden dreidimensionalen Visualisierung und quantitativen Analyse von Untersuchungsobjekten. Während diese Technik vor 20 Jahren in der biologischen und biomedizinischen Grundlagenforschung noch als exotisch galt und kaum eingesetzt wurde, ist sie heute aus diesen Forschungsbereichen nicht mehr wegzudenken. Der gegenwärtige Artikel beleuchtet technische Grundprinzipien und Anwendungsgebiete der MikroCT in der Biologie. Außerdem werden einige praktische Aspekte zum Betrieb von laborbasierten MikroCT-Geräten aufgezeigt., Microscopic X-ray computed tomography (MicroCT) is a tomographic imaging technique for high-resolution 3D visualization and quantitative analysis of samples. Whereas twenty years ago this technique was considered to be exotic within biological and biomedical basic research and was hardly ever used, it is thought to be indispensable in these fields of research today. The present article focuses on both basic technical principles and application fields of microCT for the science of biology. Furthermore, it discusses some practical aspects important for researchers and institutions planning to establish a microCT setup in their labs.

Die Untersuchung von III-V-Heterostruktur-Grenzflächen spielt aufgrund des starken Einflusses der Grenzflächen auf die Eigenschaften von Halbleiterbauelementen eine elementare Rolle. Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) hat sich als eines der geeignetsten Methoden für die Analyse von Grenzflächen erwiesen. Jedoch stellt die Interpretation von zweidimensionalen Projektionen, insbesondere bei dreidimensionalen (3D) Strukturen, eine Herausforderung dar, da die Information über die Tiefe in der Projektion verloren geht. In dieser Arbeit wird diskutiert, dass Grenzflächen als 3D Objekte gesehen werden können, insbesondere bei großen Rauheiten oder chemischen Durchmischungen. Zur Charakterisierung von vergrabenen III-V-Halbleitergrenzflächen wurde eine neue analytische Methode auf Basis der Elektronentomographie entwickelt. Diese Methode wird anhand eines (Al,Ga)As/GaAs-Mehrschichtsystems als Fallstudie vorgestellt. Es wird gezeigt, dass die tomographische Rekonstruktion von Grenzflächen ausgenutzt werden kann, um sogenannte Iso-Konzentrationsflächen zu erhalten, welche die Lage einer festgelegten Konzentration an der Grenzfläche beschreiben. Sie erlauben die Erstellung topographischer Höhenkarten, die die Rauheit von Grenzflächen visualisieren und ermöglichen die Bestimmung wesentlicher Grenzflächenparameter wie die quadratische Rauheit oder die lateralen und vertikalen Korrelationslängen. Zusätzlich wurden Isoflächen an unterschiedlichen Konzentrationsniveaus verwendet, um topographische Karten der Grenzflächenbreite zu erzeugen. Die Stärke der Methodik liegt in der Möglichkeit, alle chemisch-strukturellen Parameter von vergrabenen Grenzflächen mit einer einzelnen Tomographiemessung zu bestimmen. Die Applikation dieser neuen Grenzflächentomographie-Technik wird an unterschiedlichen Halbleitermaterialien für optische Anwendungen demonstriert: An einer (Al,Ga)As/GaAs-Mikrokavität, einem (Al,Ga)N/GaN-Bragg-Reflektor und einem 3D (In,Ga)N/GaN-Nanodraht., The investigation of III-V heterostructure interfaces plays a key role in developing novel semiconductor devices due to the strong influence of interfaces on device characteristics. Transmission electron microscopy (TEM) has proven to be one of the most suitable tools for an interface analysis. The interpretation of two-dimensional projections can be challenging, especially for three-dimensional (3D) structures, since the depth information is lost in the projection. It is discussed in this thesis that interfaces can be seen as 3D objects, particularly when interfaces are subject to large roughnesses or chemical intermixing. A new analytical method for the comprehensive characterization of buried III-V semiconductor interfaces based on electron tomography was developed. This method is applied to an (Al,Ga)As/GaAs multilayer system as a case study. It is shown that the tomographic reconstruction of a tomography needle of this material can be exploited to obtain so-called iso-concentration surfaces. These surfaces describe the positions of a chosen concentration value at the interfaces. They enable the creation of topographic height maps revealing the roughness of several interfaces. The height maps allow the determination of essential interface parameters as the quadratic mean roughness or the lateral and vertical correlation lengths using the height-height correlation function. In addition, height-difference maps based on isosurfaces corresponding to different concentration levels were used to generate topographic maps of the interface width. The methodology’s main strength is the ability to determine all chemical-structural parameters of buried interfaces with a single measurement. This thesis presents the application of this new interfacial tomography technique on semiconducting materials used for optical application purposes: An (Al,Ga)As/GaAs microcavity, an (Al,Ga)N/GaN Bragg reflector and a complex, 3D (In,Ga)N/GaN multi-shell nanowire.

Für eine umfangreiche Analyse eines komplexen Probensystems wie einer Batterie ist es notwendig, verschiedene bildgebende Messmethoden zu kombinieren. Dafür werden Synchrotron- und FIB Tomographien, großflächige REM-Analysen und in dieser Form einzigartige XANES-Radiographien an Nickel-Mangan-Kobalt Kathoden präsentiert. Die Bildgebung ist dabei ein vielseitiges Werkzeug zur Analyse von Materialien und Prozessen. Sie ist dabei nicht auf Oberflächen beschränkt. Durch die geeignete Wahl der Sensorik und der Probenmanipulation werden tiefe Einblicke, wie der Korrelation zwischen Batterieherstellungsparametern und erzeugten Materialstrukturen sowie darin im Betrieb ablaufender Prozesse wie der Delithiierung ermöglicht. Dabei werden neben den verfahrensabhängigen Möglichkeiten auch die Grenzen der Messmethoden beschrieben. Neben der Bildgebung spielt auch die Bildinterpretation für eine umfangreiche Analyse eine entscheidende Rolle. Es wird gezeigt, wie durch die Verwendung von Methoden des maschinellen Lernens bei der Bildauswertung Klassifizierungsfehler um eine Größenordnung reduziert und die Analyse von stark verrauschten Bilddaten überhaupt erst möglich gemacht werden kann., A comprehensive analysis of a complex sample system like a battery needs a combination of different imaging measurement methods. Synchrotron and FIB tomographies, large area SEM analyses and XANES radiographies, unique in this form, on nickel-manganese-cobalt cathodes, are presented in this work. Imaging is a versatile tool for the analysis of materials and processes and in this context, it is not limited to surfaces. The appropriate choice of sensor technology and sample manipulation allows for deep insights such as the correlation of battery fabrication parameters and generated material structures as well as in operando processes such as delithiation. In addition to the process-dependent possibilities, the limitations of the measurement methods are also shown. Besides imaging, image interpretation is a crucial factor for comprehensive analysis. This work shows how the use of machine learning methods in image interpretation can reduce classification errors by an order of magnitude and make the analysis of highly noisy image data possible in the first place.

Les bobines de champ magnétique des réacteurs à fusion nucléaire sont, à l'heure actuelle, majoritairement construites à partir d'enroulements de grandes longueurs de câbles composés de centaines, voire de milliers, de brins supraconducteurs et de brins de cuivre. Ces brins sont torsadés en multiplets successifs imbriqués pour former les étages du câble. La géométrie résultante est complexe et a un impact direct sur les propriétés magnétiques, électriques et thermiques du câble. Ces câbles sont compactés dans une gaine (souvent en acier inoxydable) et forment ce que l'on appelle un conducteur. Le refroidissement est assuré par circulation forcée d'hélium supercritique à une température d'environ 4 K à l'intérieur de la gaine. Dans un tokamak, ces conducteurs sont soumis à des variations de champ magnétique qui entrainent une dissipation d'énergie au sein du câble. Cela peut engendrer la transition des brins supraconducteurs vers un état résistif entrainant la décharge du courant de la bobine. Dans des cas extrêmes, ces transitions peuvent menacer l'intégrité du tokamak. Du fait de la complexité des trajectoires des brins et de leur impact sur les propriétés physiques des bobines, certains échantillons de conducteurs ont été analysé par tomographie de rayons-X. Il s'agit d'une analyse non-destructrice permettant d'obtenir une base de donnée d'images de coupes successives balayant la totalité de l'échantillon. Après traitement des images, il est ainsi possible d'obtenir des paramètres géométriques effectifs extraits d'une source de très haute fiabilité. L'objectif est alors de déterminer les propriétés physiques d'intérêt pour l'opération des bobines dans un environnement de tokamak. Nous présentons la méthode d'analyse de ce type d'imagerie développée à partir de l'identifications des positions des centres des brins sur toute la longueur d'un échantillon. Nous avons inventorié de nombreux paramètres et indicateurs géométriques pertinents tels que : le pas de torsade de chaque étage, la statistique de contact inter-brin ou avec la surface de la gaine, le périmètre mouillé des brins et de la gaine etc. Cette méthode d'analyse a été appliqué à sept échantillons (similaires pour certains à ceux destinés aux bobines toroïdales du tokamak JT-60SA, au taux de vide près) qui diffèrent les uns des autres par leur taux de vide. Ainsi, nous disposons d'une large base de données qui permet de caractériser l'impact de la compaction de ces câbles. Dans un second temps les paramètres effectifs établis par l'analyse des images tomographiques sont utilisés pour déterminer des propriétés physiques du câble. Les statistiques de contacts permettent par exemple de remonter à la conduction (électrique ou thermique) inter-brins et inter-étage. Nous réalisons des cartographies des conductivités entre les différentes torsades du câble. Le réseau électrique/thermique équivalent au câble est ainsi reconstruit et la redistribution des courants/flux est étudiée ainsi que la dissipation d'énergie associée.

Les épées de l’âge du Bronze, a fortiori celles à poignée métallique, figurent parmi les objets les mieux documentés de la période, avec un grand nombre d’études réalisées à l’échelle européenne depuis la fin du XIXe siècle. Malgré tout, l’emploi de techniques d’imagerie utilisant les rayons X, telles que la radiographie et la tomographie, permettent de porter un regard nouveau sur ces armes grâce à l’examen de leurs entrailles qui révèlent certaines techniques mises en place par les artisans pour leur production. Ces épées sont en effet des objets complexes formés de plusieurs pièces agencées à l’aide de techniques variées, pour lesquelles les artisans de l’âge du Bronze se sont montrés très ingénieux. Malgré l’emploi de la radiographie dès les années 1950 pour étudier les techniques de production de ces épées, l’utilisation des techniques d’imagerie est restée relativement limitée en dehors de l’Allemagne. Aujourd’hui, les techniques de radiographie et de tomographie permettent d’étendre considérablement les possibilités offertes par ce type d’analyse. Il est ainsi beaucoup plus aisé d’observer la structure interne des objets étudiés. Les modèles 3D issus des examens de tomographie ouvrent par ailleurs la porte à de nombreuses analyses, de la simulation numérique de coulée à la visualisation de surfaces jusqu’alors inaccessibles en passant par une quantification de la porosité de certaines zones. Nous nous proposons ici de faire le point de plus de quatre ans de recherches sur les techniques de production des épées à poignée métallique de l’âge du Bronze européen. L’étude technologique permet d’obtenir un regard nouveau sur de nombreuses problématiques chères aux archéologues telles que la restitution de la chaîne opératoire, l’organisation de la production, les modalités de diffusion des produits finis, par exemple à travers la mobilité des artisans ou des producteurs, ou encore la question de l’utilisation qui était faite de ces armes. Nous aborderons également la question de l’identification des faux et copies. Dans la mesure où les épées ont été et restent des objets prisés par les musées et les collectionneurs, de nombreuses reproductions et contrefaçons ont été réalisées depuis le XIXe siècle, dont l’identification n’est pas toujours aisée.

X-ray tomographic imaging, known as CT scanning, is available in clinical diagnostic routines thanks to the scanner. CT scanners allow precise differentiation of human tissues. However, these performances are obtained by technical choices incompatible with interventional use where the imaging system must not prevent access to the patient. Interventional X-ray C-arms have thus been equipped with an alternative tomographic technology: Cone-Beam Computed Tomography (CBCT). CBCT offers high spatial resolution for vessel imaging but remains limited for low contrast visualization, especially in the presence of injected contrast media and metallic therapeutic objects always under-sampled during the acquisition. Simplified acquisitions that are more dose-saving and faster, obtained by reducing the angular amplitude covered by the measurements or the number of measurements, are desirable but exacerbate under-sampling issues.The problem of reconstructing an anatomical region from projections can be efficiently solved by minimizing a cost function that compensates for under-sampling through a priori information about the region to be reconstructed. The minimization can be performed by an iterative algorithm built on a fixed point scheme. Four essential components in iterative methods are (i) the choice of the data fidelity, (ii) the regularization, and (iii) the discretization of the linear operators involved in these two terms (e.g., the projector and its adjoint, the backprojector), and (iv), the choice of the iterative algorithm. In practice, these methods are not used in a framework ensuring their convergence. In this thesis, we propose methodological contributions leading to iterative reconstruction methods that are theoretically convergent and applicable to acquisitions for interventional radiology.To achieve this objective, we extend the convergence conditions of a set of proximal algorithms when the projector adjoint is replaced by another operator, such as the voxel-driven backprojector often used in analytical reconstruction.One of the motivations for this change is the lack of management of sampling variations by the classical projector based on linear interpolation. The convergence of the algorithms is proved under conditions based on the cocoercivity of some linear operators.We then show that the modeling of sampling variations in an interpolation scheme allows for the derivation of an accurate discretization of the projector and the backprojector. Starting from an existing resampling algorithm for image enlargement, we design new projectors and backprojectors adapted to the cone-beam geometry with a flat detector, with different accuracy and speed trade-offs.Next, we propose an iterative method for reconstructing percutaneous needles from acquisitions with limited angular amplitude. We adopt a volume decomposition strategy associated with different directional regularization terms for each component and thus reconstruct an anatomical background on which the needles are superimposed.Finally, we propose a new regularized formulation for reconstructing an anatomical region from low angular density acquisitions. The combination of a robust data fidelity term with a total variation regularization limits artifacts from intense objects present in the projections but out of the reconstruction grid. To reach an accurate and fast reconstruction, we exploit recent advances in deep learning to propose an iterative unfolded algorithm allowing supervised learning of the problem parameters in a limited number of iterations. We show that a better reconstruction is obtained by learning the adjoint of the linear operators in the regularization term.; L'imagerie tomographique par rayons X, appelée tomodensitométrie, est accessible en routine clinique diagnostique grâce au scanner. Le scanner permet de différencier très précisément les tissus humains mais ses performances sont obtenues par des choix techniques incompatibles avec une utilisation interventionnelle où le système d'imagerie ne doit pas empêcher l'accès au patient. Les arceaux rayons X interventionnels ont donc été dotés d'une technologie tomographique alternative, le Cone-Beam Computed Tomography (CBCT). Le CBCT est très performant en résolution spatiale mais limité pour la visualisation des faibles contrastes, surtout en présence de produit de contraste et d'objets thérapeutiques métalliques toujours sous-échantillonnés lors de l'acquisition. Des acquisitions plus économes en dose et plus rapides, obtenues en réduisant l'amplitude angulaire des mesures ou le nombre de mesures, sont souhaitables mais aggravent les problèmes liés au sous-échantillonnage.La résolution du problème de reconstruction d'une région anatomique (ROI) à partir de projections s'effectue efficacement via la minimisation d'une fonction de coût compensant le sous-échantillonnage grâce à l'injection d'informations a priori sur la ROI. La minimisation peut être effectuée par un algorithme itératif lié à un schéma de point fixe. Quatre points essentiels sont (i) le choix du terme d'attache aux données, (ii) de la régularisation, (iii) la discrétisation des opérateurs linéaires présents dans ces deux termes et enfin, (iv) le choix de l'algorithme itératif. Souvent, ces méthodes ne sont pas utilisées dans un cadre assurant leur convergence. Dans cette thèse, nous proposons des méthodes de reconstruction itérative qui sont théoriquement convergentes et applicables à des acquisitions pour la radiologie interventionnelle.Pour répondre à cet objectif, nous étendons les conditions de convergence d'un ensemble d'algorithmes proximaux lorsque l'adjoint du projecteur est remplacé par un autre opérateur. Une des motivations pour ce changement est l'absence de gestion des variations d'échantillonnage par le projecteur classique basé sur l'interpolation linéaire.La convergence des algorithmes est prouvée sous des conditions s'appuyant sur le caractère cocoercif de certains opérateurs linéaires.Nous montrons ensuite qu'une modélisation des variations d'échantillonnage dans un schéma d'interpolation permet d'obtenir une discrétisation à la fois précise du projecteur et du rétroprojecteur. En partant d'un algorithme de rééchantillonnage proposé pour agrandir des images, nous concevons de nouveaux projecteurs et rétroprojecteurs adaptés à la géométrie conique avec un détecteur plan, avec différents compromis de précision et rapidité.Par ailleurs, nous proposons une méthode itérative pour la reconstruction d'aiguilles percutanées à partir d'acquisitions ayant une amplitude angulaire limitée. Nous adoptons une stratégie de décomposition du volume associés à différents termes de régularisation directionnelle pour chaque composante et ainsi reconstruire un fond anatomique sur lequel sont superposées les aiguilles.Enfin, nous proposons une nouvelle formulation régularisée pour la reconstruction d'une région anatomique à partir d'acquisitions ayant une faible densité angulaire. La combinaison d'un terme d'attache aux données robuste et d'une régularisation de variation totale permet de limiter les artéfacts issus d'objets intenses présents dans les projections mais en dehors de la grille de reconstruction. Pour permettre une reconstruction précise et rapide, nous exploitons les apports des techniques d'apprentissage pour proposer un algorithme itératif déroulé permettant un apprentissage supervisé des paramètres du problème en un nombre d'itération restreint. Nous montrons qu'une meilleure reconstruction est obtenue en apprenant l'adjoint des opérateurs linéaires présent dans le terme de régularisation.

International audience; L’exploitation d’un calcaire coquillier connu localement sous le nom de pierre de Savonnières sur la commune de Brauvilliers dans la Meuse a révélé plusieurs restes de vertébrés fossiles datés de la fin du Jurassique. Un de ces spécimens consiste en un petit crâne de crocodile rapporté à Alligatorium cf. paintenense Kuhn, 1961 par Buffetaut (1981). Le spécimen est préservé dans un bloc de calcaire coquillier et ne laisse apparaître qu’une section imparfaite du crâne. Un second bloc, non mentionné dans la publication originale, préserve la partie correspondante du toît crânien ainsi qu’une partie additionnelle du rostre du même individu. Malgré l’épaisseur des blocs de roche, nous avons entrepris de scanner par microtomographie aux rayons X ces deux spécimens sur une nouvelle plateforme à haute energie à l’INSA de Lyon en janvier 2022. Malgré une grande absorption du faisceau par les blocs de calcaire, les résultats indiquent la présence de structures osseuses dans le volume des blocs. La segmentation manuelle des données obtenues permet de reconstruire différents os du crâne, dont le palais, avec une résolution comprise entre 30 et 45 microns. Les deux parties correspondantes du crocodile fossile sont assemblées et autoriserons une future étude anatomique détaillée.

The distribution of matter on cosmological scales can be predicted in the framework of the LambdaCDM model. It depends, among other things, on the properties of dark matter and neutrinos. Large spectroscopic surveys, such as eBOSS and DESI, aim to provide a map of this matter distribution. This thesis is a contribution to the study of Lyman-alpha forest samples from these surveys. The Lyman-alpha forest measures the absorption of light from distant sources by the intergalactic medium. As of now, it is the best probe for the distribution of matter at high redshift and small cosmological scale (of the order of a megaparsec). In this thesis, I use some eBOSS and DESI Lyman-alpha forest samples associated with quasars located at a redshift z>2, to study both their one- and three-dimensional properties. On the one hand, I carry out the first measurement of the one-dimensional power spectrum of Lyman-alpha forest with DESI data. Since DESI is a new instrument, I evaluate the instrumental systematics, contributing to the improvement of the instrument's noise modeling. This 1D power spectrum will be used to constrain the LambdaCDM model, the sum of neutrino masses, and the properties of dark matter. On the other hand, I create a three-dimensional tomographic map, by interpolating the Lyman-alpha forests from the eBOSS survey. With a volume approaching one gigaparsec cube, this map is the largest 3D tomographic reconstruction created from a Lyman-alpha forest sample. It traces the fluctuations of matter density, smoothed on a scale of 13 megaparsecs, in the redshift range 2.1 < z < 3.2. I develop an algorithm to search for candidate proto-clusters and cosmic voids from this map. I then measure the correlation between the positions of detected voids and the Lyman-alpha forest sample used to construct the map. This measurement provides the first observation of the peculiar velocities of intergalactic gas (RSD) around voids at such a high redshift. By fitting a linear model to this measurement, I measure the associated RSD-related parameter beta = 0.52.; La distribution de la matière aux échelles cosmologiques peut être prédite dans le cadre du modèle LambdaCDM. Elle dépend, entre autres, des propriétés de la matière noire et des neutrinos. Les grands relevés spectroscopiques, tels que eBOSS et DESI, visent à fournir une carte de cette distribution de matière. Cette thèse est une contribution à l'étude des échantillons de forêt Lyman-alpha provenant de ces relevés. La forêt Lyman-alpha mesure l'absorption de la lumière de sources distantes par le milieu intergalactique. A ce jour, c'est la meilleure sonde de la distribution de matière à haut redshift et à petite échelle cosmologique (de l'ordre du mégaparsec). Dans cette thèse, j'utilise certains échantillons de forêt Lyman-alpha de eBOSS et DESI, associés à des quasars situés à un redshift z>2, pour étudier leurs propriétés uni- et tri-dimensionnelles. D'une part, je présente la première mesure du spectre de puissance unidimensionnel de la forêt Lyman-alpha avec les données DESI. Comme DESI est un nouvel instrument, je me concentre sur les systématiques instrumentales, contribuant ainsi à l'amélioration de la modélisation du bruit de l'instrument. Ce spectre de puissance 1D sera utilisé pour contraindre le modèle LambdaCDM, la somme des masses des neutrinos, et les propriétés de la matière noire. D'autre part, cette thèse présente une carte tomographique tridimensionnelle, interpolant les forêts Lyman-alpha du relevé eBOSS. Avec un volume proche d'un gigaparsec cube, cette carte est la plus grande reconstruction tomographique 3D créée à partir des forêts Lyman-alpha. Elle retrace les fluctuations de la densité de matière, lissées sur une échelle de 13 mégaparcs, dans la plage de décalage vers le rouge 2.1 < z < 3.2. Je développe un algorithme pour rechercher des candidats proto-amas et vides cosmiques à partir de cette carte. Je mesure ensuite la corrélation entre les positions des vides détectés et l'échantillon de forêt Lyman-alpha utilisé pour construire la carte. Cette mesure fournit la première observation des vitesses particulières du gaz intergalactique (RSD) autour des vides à un redshift aussi élevé. En ajustant un modèle linéaire à cette mesure, je mesure le paramètre associé au RSD beta = 0.52.

The use of electrical resistivity tomography in laboratory or field experiments for environmental purposes has been increasing in recent years. The development of commercial devices has thus far focused on the quality of measurements and their robustness in all field cases. However, both their costs and lack of flexibility to adapt to specific applications have limited their prevalence in the environmental sector. This article presents the development of a low-cost, open hardware resistivity meter to provide the scientific community with a robust and flexible tool for small-scale experiments. Called OhmPi, this basic resistivity meter features current injection and measurement functions associated with a multiplexer that allows performing automatic measurements with up to 32 electrodes (at a cost of less than $500). The device was first tested using a soil-analog electrical circuit to verify the reliability and robustness of the measurements. Results show that OhmPi offers a wide range of resistance measurements, from 0.2 to 1000 O, for contact resistances between 100 and 5000 O. Measurements were then carried out on a small field experiment, in demonstrating good stability of the OhmPi measurements, as well as a strong correlation with the output of a commercial reference instrument.

International audience; Laser guide star (LGS) wave-front sensing (LGSWFS) is a key element of tomographic adaptive optics system. However, when considering Extremely Large Telescope (ELT) scales, the LGS spot elongation becomes so large that it challenges the standard recipes to design LGSWFS. For classical Shack–Hartmann wave-front sensor (SHWFS), which is the current baseline for all ELT LGS-assisted instruments, a trade-off between the pupil spatial sampling [number of sub-apertures (SAs)], the SA field-of-view (FoV) and the pixel sampling within each SA is required. For ELT scales, this trade-off is also driven by strong technical constraints, especially concerning the available detectors and in particular their number of pixels. For SHWFS, a larger field of view per SA allows mitigating the LGS spot truncation, which represents a severe loss of performance due to measurement biases. For a given number of available detectors pixels, the SA FoV is competing with the proper sampling of the LGS spots, and/or the total number of SAs. We proposed a sensitivity analysis, and we explore how these parameters impacts the final performance. In particular, we introduce the concept of super resolution, which allows one to reduce the pupil sampling per WFS and opens an opportunity to propose potential LGSWFS designs providing the best performance for ELT scales.; La détection du front d'onde en utilisant une étoile laser (LGS) est un élément clé des systèmes optique adaptative tomographiques. Cependant, si l'on considère la taille des très grands télescopes (ELT), l'élongation du spot laser devient si importante qu'elle remet en question les recettes classiques de conception du LGSWFS. Pour le senseur classique de type Shack-Hartmann (SHWFS), qui constitue la référence actuelle pour tous les instruments d'optique adaptative assisté par laser de l'ELT, un compromis entre l'échantillonnage spatial de la pupille (nombre de sous-ouvertures), le champ de vue de ces sous-ouvertures et l'échantillonnage des pixels dans chaque sous-ouverture est nécessaire. Pour les ELT, ce compromis est également dicté par de fortes contraintes techniques, notamment concernant les détecteurs disponibles et en particulier leur nombre de pixels. Pour les SHWFS, un champ de vue plus large par sous-ouverture permet d'atténuer la troncature du spot LGS, qui représente une perte sévère de performance due aux biais de mesure. Pour un nombre donné de pixels de détecteurs disponibles, le champ de vision [FoV] de la sous-ouverture est en concurrence avec l'échantillonnage correct des taches LGS, et/ou le nombre total de sous-ouvertures. Dans cet article, nous proposons une analyse de sensibilité, et nous explorons l'impact de ces paramètres sur la performance finale. En particulier, nous introduisons le concept de super résolution, qui permet de réduire l'échantillonnage de la pupille par WFS, et ouvre une opportunité de proposer des conceptions potentielles de LGSWFS offrant les meilleures performances pour les ELT.

Les techniques d’imagerie par rayons X bénéficient des développements de la physique, des mathématiques et de l’informatique et proposent des outils d’analyse 3D des structures internes d’une grande variété d’objets. Cet article propose un état des lieux des différents instruments de tomographie par rayons X et discute des performances et limites de cette méthodologie. X-ray imaging techniques benefit from developments in physics, mathematics, and computer science, and provide analytical tools to study 3D internal structures of a wide range of objects. This article proposes an inventory of the different instruments of X-ray tomography and discusses the performances and limits.

Laser Guide Star [LGS] wave-front sensing [LGSWFS] is a key element of tomographic Adaptive Optics system. However, when considering Extremely Large Telescope [ELT] scales, the LGS spot elongation becomes so large that it challenges the standard recipes to design LGSWFS. For classical Shack-Hartmann Wave-Front Sensor [SHWFS], which is the current baseline for all ELT LGS-assisted instruments, a trade-off between the pupil spatial sampling (number of sub-apertures), the sub-aperture field-of-view and the pixel sampling within each sub-aperture is required. For ELT scales, this trade-off is also driven by strong technical constraints, especially concerning the available detectors and in particular their number of pixels. For SHWFS, a larger field of view per sub-aperture allows mitigating the LGS spot truncation, which represents a severe loss of performance due to measurement biases. For a given number of available detectors pixels, the sub-aperture Field of View [FoV] is competing with the proper sampling of the LGS spots, and/or the total number of sub-apertures. In this paper we propose a sensitivity analysis, and we explore how these parameters impacts the final performance. In particular we introduce the concept of super resolution, which allows to reduce the pupil sampling per WFS, and opens an opportunity to propose potential LGSWFS designs providing the best performance for ELT scales.; La détection du front d'onde de l'étoile de guidage laser (LGS) est un élément clé des systèmes tomographiques d'optique adaptative. Cependant, si l'on considère l'échelle des très grands télescopes (ELT), l'élongation du spot LGS devient si importante qu'elle remet en question les recettes standard de conception du LGSWFS. Pour le capteur classique de type Shack-Hartmann (SHWFS), qui constitue la référence actuelle pour tous les instruments LGS assistés par ELT, un compromis entre l'échantillonnage spatial de la pupille (nombre de sous-ouvertures), le champ de vue des sous-ouvertures et l'échantillonnage des pixels dans chaque sous-ouverture est nécessaire. Pour les échelles ELT, ce compromis est également dicté par de fortes contraintes techniques, notamment concernant les détecteurs disponibles et en particulier leur nombre de pixels. Pour les SHWFS, un champ de vue plus large par sous-ouverture permet d'atténuer la troncature du spot LGS, qui représente une perte sévère de performance due aux biais de mesure. Pour un nombre donné de pixels de détecteurs disponibles, le champ de vision [FoV] de la sous-ouverture est en concurrence avec l'échantillonnage correct des taches LGS, et/ou le nombre total de sous-ouvertures. Dans cet article, nous proposons une analyse de sensibilité, et nous explorons l'impact de ces paramètres sur la performance finale. En particulier, nous introduisons le concept de super résolution, qui permet de réduire l'échantillonnage de la pupille par WFS, et ouvre une opportunité de proposer des conceptions potentielles de LGSWFS offrant les meilleures performances pour les échelles ELT.

Downstream of wastewater treatment plants, infiltration devices are implemented to infiltrate treated wastewater: EUTS. In this case, these devices are not only outfalls but also bioreactors that can carry out a complementary treatment of the water. The sizing of these infiltration areas therefore requires knowledge of the real hydraulic conductivity of the soil on the entire plot of land in order to allow for a sustainable operation of the work. Nowadays, no technique is available to calculate the hydraulic conductivity of a soil at all points. This is why the thesis proposes a solution allowing the spatialization of the hydraulic conductivity at saturation using a geostatistical method: BME (Bayesian Maximum Entropy). The BME method aims at integrating geophysical measurements and localized measurements of infiltration tests to better evaluate and predict water and pollutant transfers in heterogeneous soils used in tertiary wastewater treatment. This optimization aims to help managers and local authorities to better design and adapt infiltration surfaces downstream of wastewater treatment plants., En aval des stations de traitement des eaux usées, des dispositifs d’infiltration sont mis en œuvre pour infiltrer les eaux usées traitées : EUTS. Dans ce cas, ces dispositifs sont non seulement des exutoires mais des bioréacteurs qui peuvent réaliser un traitement complémentaire de l’eau. Le dimensionnement de ces aires d’infiltration nécessite donc la connaissance de la conductivité hydraulique réelle du sol sur l’ensemble de la parcelle afin de permettre un fonctionnement pérenne de l’ouvrage. De nos jours, on ne dispose pas de technique permettant de calculer en tous points la conductivité hydraulique à saturation d’un sol. C'est pourquoi le travail de thèse propose une solution permettant la spatialisation de la conductivité hydraulique à saturation en utilisant une méthode de géostatistique : BME (Bayesian Maximum Entropy). La méthode BME a pour but d’intégrer des mesures géophysiques et des mesures localisées des essais d'infiltration pour mieux évaluer et prédire les transferts d’eau et de polluants dans les sols hétérogènes utilisés en traitement tertiaire des eaux usée et traitée. Cette optimisation a pour but d’aider les gestionnaires et les collectivités locales, à mieux concevoir et adapter les surfaces d’infiltration en aval des stations d’épuration.

The aim of this PhD thesis is to develop the technic of X-ray phase imaging with Hartmann wavefront sensor for various applications and to compare this new system against well-established phase-contrast techniques. The X-ray phase imaging will be mainly performed in 3D using tomographic setup. The main application includes the study of alteractions in the central nervous system induced by neurodegenerative diseases. The first introductory section describes the basic aspects of X-ray interaction with matter and of yhe coherence theory with specific application to the Hartmann wavefront sensor design. In the second chapter, an introduction to the free-space propagation technique. The third chapter examines the principles of tomography acquisitions and the available reconstruction algorithms. A separate chapter, labeled 4, is dedicated to the theory of Hartmann wavefront sensor. A 3D wave propagation model based on Fresnel propagator was developed to optimize the architecture of the full wavefront sensor including the Hartmann plate, the distances between the different elements of the set-up as well as the X-ray source. The model can manage any degree of spatial coherence, enabling the accurate simulation of a wide range of X-ray sources. Several simulations of standard experimental situations are described to valid the program. Then, the main wavefront reconstruction algorithms have been analyzed. In chapter 5, we will present experimental results obtained with the X-ray Hartmann wavefront sensor using both a parallel beam geometry (synchrotron measurements) and a cone beam geometry (laboratory measurements). Different Hartmann plates were used with the laboratory set-up to visualize a series of test and biological samples. also, using synchrotron, we tested the Hartmann sensor to retrieve the chemical composition of objects composed of known materials. The chemical composition could be inferred starting from direct and independent measurements of the real part (proportional to the phase) and the imaginary part (proportional to the absorption) of the sample refractive index. In chapter 6, the experimental results obtained with free space propagation X-ray phase contrast tomography will be discussed. We exploited the capability of X-ray phase contrast imaging to investigate the effects of neurodegenerative diseases on the central nervous system., L'objectif de cette thèse consiste en le développement d'une technique d'imagerie X de phase basée sur l'utilisation d'un senseur de front d'onde de type Hartmann pour être exploité sur différentes applications et de comparer ce nouveau système avec des techniques bien connues d'imagerie en contraste de phase. L'imagerie de phase sera principalement réalisée en 3D par tomographie. L'application principale inclue l'étude d'altérations du système nerveux central induites par des maladies neurodégénératives. La première section d'introduction décrit les aspects de base de l'interaction rayons X-matière et de la théorie de la cohérence avec des applications spécifiques à la conception de senseur de front d'onde de Hartmann. Dans le deuxième chapitre, une introduction à l'imagerie par contraste de phase est donnée, avec une attention particulière sur la technique en propagation libre. Le troisième chapitre examine les principes de la tomographie et des logiciels de reconstruction disponibles. Un chapitre séparé, numéroté 4, est dédié à la théorie des senseurs de front d'onde de Hartmann. Un modèle de propagation en 3D basé sur le propagateur de Fresnel a été développé pour optimiser l'architecture du senseur complet incluant la plaque de Hartmann, les distances entre les différents éléments du montage et enfin les propriétés de la source X. Le modèle peut gérer n'importe quel degré de cohérence spatiale, permettant de réaliser des modélisations précises d'une grande variété de source X. Différentes simulations de situation expérimentales sont décrites pour valider le programme. Puis, les programmes principaux de reconstruction du front d'onde ont été analysés. Dans le chapitre 5, nous allons présenter des résultats expérimentaux obtenus avec le senseur de font d'onde X en géométrie de faisceau parallèle (synchrotron) ou conique (mesure en laboratoire). Différentes plaques de Hartmann ont été utilisé sur le montage de laboratoire pour visualiser une série d'échantillons test et biologiques. De plus, sur synchrotron, nous avons testé le senseur de Hartmann pour retrouver la composition chimique d'objets composés de matériaux connus. La composition chimique peut être estimée à partir de mesures directes et indépendantes de la partie réelle (proportionnelle à l'absorption) de l'indice de réfraction de l'échantillon. Dans le chapitre 6, les résultats expérimentaux obtenus en tomographie X par contraste de phase en propagation libre seront discutés. Nous avons exploité la capacité de l'imagerie X par contraste de phase pour étudier les effets des maladies neurodégénératives du système nerveux central.

The increasing need for computing power imposed by the complexity of processing algorithms and the size of problems requires using hardware accelerators to meet time and energy constraints. FPGA architectures are known to be among the most power-efficient platforms, especially for embedded systems using hardware description languages. The appearance of the new high-level synthesis tools has been a major factor in the consideration of FPGAs for complex applications, as is the case with the manycores processors. The high-level synthesis tools generate a hardware description design from high-level languages such as C, C++, or OpenCL. The recent FPGAs are equipped with several floating-point computing units capable of meeting the precision requirements of a wide range of applications. However, exploiting the full potential of these architectures has always been a major concern. This thesis aims to explore methodologies for accelerating inverse problem algorithms on FPGA architectures through new high-level synthesis tools applied to tomographic reconstruction and radioastronomy. Indeed, many algorithms for these applications are memory-bound. A custom architecture derived from an algorithm-architecture co-design methodology has been proposed to overcome the memory bottleneck. We applied this methodology to the 3D back-projection operator in the context of iterative reconstruction. The 3D back-projector architecture takes advantage of a custom memory access strategy to reach a full computational throughput. Then we consider the parallelization of the complete optimization algorithm on FPGA. We also discuss the position of FPGAs in radio astronomy, particularly for the SKA pipeline imaging system., Le besoin croissant de puissance de calcul imposé par la complexité des algorithmes de traitement et la taille des problèmes nécessite l'utilisation d'accélérateurs matériels pour répondre aux contraintes de temps et d'énergie. Les architectures FPGA sont connues pour être parmi les plateformes les plus économes en énergie, notamment pour les systèmes embarqués à travers les langages de description matérielle. L'apparition des nouveaux outils de synthèse de haut niveau a été un facteur majeur dans la prise en compte des FPGAs pour les applications complexes, comme c'est le cas avec les processeurs manycores. Les outils de synthèse de haut niveau génèrent une conception de description matérielle à partir de langages de haut niveau tels que C, C++ ou OpenCL. Les derniers FPGAs sont équipés de plusieurs unités de calcul à virgule flottante capables de répondre aux exigences de précision d'un large éventail d'applications. Cependant, l'exploitation du plein potentiel de ces architectures a toujours été une préoccupation majeure. Cette thèse vise à explorer les méthodologies d'accélération des algorithmes de problèmes inverses mal posés sur les architectures FPGA grâce à de nouveaux outils de synthèse de haut niveau appliqués à la reconstruction tomographique et à la radioastronomie. En effet, de nombreux algorithmes pour ces applications sont limités par la mémoire. Une architecture sur-mesure dérivée d'une méthodologie d'adéquation algorithme-architecture a été proposée pour surmonter le goulot d'étranglement de la mémoire. Nous avons appliqué cette méthodologie à l'opérateur de rétroprojection 3D dans le contexte de la reconstruction itérative. L'architecture du rétroprojecteur 3D tire parti d'une stratégie d'accès à la mémoire pour atteindre un débit de calcul élevé. Ensuite, nous prenons en compte la parallélisation de l'algorithme d'optimisation complet sur FPGA. Nous discutons également de la place des FPGAs en radioastronomie, notamment pour le système d'imagerie du pipeline SKA.

The success of the development of new implants relies on a better understanding of the interactions between cells and biomaterials. Cell adhesion on the biomaterial is a key step in predicting the future of an implant in the human body. Cell adhesion is involved in many cellular processes such as proliferation, migration and differentiation. Recent studies have shown that the substrate on which cells are grown can lead to different cell morphologies. This thesis work consisted in setting up a method for studying cell adhesion by quantifying the anchoring sites of the cell on the biomaterial by confocal microscopy. The morphological study was carried out by scanning electron microscopy (SEM). Morphological analysis is mainly performed in 2D using high vacuum SEM (HVSEM), which notably requires cell dehydration. We initially tried to develop a 3D analysis method of the cell on the biomaterial by SEM. Then, we developed a 3D analysis method to study whole cells close to their native state. To do so, wet-STEM was performed using a tomographic sample holder designed beforehand in the laboratory to study aqueous suspensions in 3D. This specific rack allows analyzes by collecting the electrons transmitted or diffused through the sample. Such development opens the way to 3D analysis of intact cells in environments mimicking their native environment., Le succès du développement de nouveaux implants repose sur une meilleure compréhension des interactions entre les cellules et les biomatériaux. L'adhésion cellulaire sur le biomatériau est une étape clé pour prédire le devenir d'un implant dans le corps humain. L'adhésion cellulaire est impliquée dans de nombreux processus cellulaires tels que la prolifération, la migration et la différenciation. Des études récentes ont montré que le substrat sur lequel les cellules sont cultivées peut conduire à différentes morphologies cellulaires. Ce travail de thèse a consisté à mettre en place une méthode d’étude de l’adhésion cellulaire en quantifiant les sites d’ancrage de la cellule sur le biomatériau par microscopie confocale. L’étude morphologique a quant à elle été réalisé par microscopie électronique à balayage (MEB). L'analyse morphologique est principalement réalisée en 2D en utilisant la MEB sous vide poussé (MEBHV), ce qui nécessite notamment la déshydratation cellulaire. Nous avons dans un premier temps essayé de développer une méthode d'analyse 3D de la cellule sur le biomatériau par MEBHV. Puis, nous avons développé une méthode d'analyse 3D pour étudier des cellules entières proches de leur état natif. Pour ce faire, nous avons utilisé un portoir de tomographie conçu au préalable au laboratoire pour étudier en 3D des suspensions aqueuses. Ce portoir spécifique permet les analyses en collectant les électrons transmis ou diffusés à travers l’échantillon. Un tel développement ouvre la voie à l'analyse 3D de cellules intactes dans des environnements imitant leur environnement natif.

International audience

Two specific methods of THz imaging based on a fast pulsed THz system are discussed and their potential application in non-destructive testing is experimentally demonstrated. Both methods pursue the aim of measuring a 3D representation of the sample geometry. The first method is referred to as THz computed tomography (THz-CT) and belongs to the well-known family of computed tomography (CT) measurement techniques. Similar to the classical Xray CT (X-CT) method, the measurement of a sample cross-section is performed in transmission. For this, a commercially available THz time-domain spectrometer (THz-TDS) is integrated into a flexible imaging platform specifically designed for the purposes of the present thesis. Special focus was set on enabling simple and fast THz-CT measurements. Furthermore, a physical imaging model is presented and two approaches for solving the inverse problem (i.e. reconstructing the sample cross-section) are presented. The first approach does not use a priori knowledge about the sample, therefore it can be applied to samples with an entirely unknown geometrical structure. On the other hand, the second approach uses the nominal sample geometry as a priori knowledge in order to reconstruct deviations from the nominal sample geometry (i.e. defects) with higher accuracy. For this, knowledge about the sample geometry in the form of a technical drawing is required. Based on reconstructed images of 3D printed test samples, an overall geometrical accuracy of

Les épées à poignée métallique de l’âge du Bronze sont des objets complexes dont les techniques de production intéressent les archéologues depuis longtemps. Dès la fin des années 1950, des radiographies ont été réalisées afin de comprendre comment étaient coulées puis assemblées les différentes parties de ces armes. Cette méthode a constitué une avancée majeure dans l’étude du mobilier métallique en général et a considérablement renouvelé nos connaissances sur les techniques de production des objets métalliques, notamment en alliages cuivreux. Néanmoins, l’interprétation des clichés radiographiques peut s’avérer compliquée dans le cas d’objets complexes, formés de nombreuses pièces métalliques. La tomographie est une avancée considérable dans l’étude du mobilier métallique, comme l’ont montré ses applications sur diverses armes de l’âge du Bronze européen depuis une quinzaine d’années. Grâce à la réalisation de coupes virtuelles selon différents plans, cette technique offre la possibilité de réaliser une véritable dissection des épées examinées en visualisant précisément l’agencement des différentes pièces en leur sein. La reconstruction en trois dimensions permet par ailleurs de visualiser certaines surfaces jusqu’alors inaccessibles à l’intérieur de l’objet. Contrairement à la radiographie en deux dimensions, il est en outre possible de localiser précisément dans l’espace les défauts internes du métal, telles que les soufflures et les retassures, qui permettent de formuler des hypothèses quant à l’organisation du moule employé pour la fonte, en particulier la localisation du cône de coulée. Malgré certains artefacts propres à cette technique, la tomographie constitue ainsi une avancée notable par rapport à la radiographie pour les archéologues qui s’intéressent à la chaîne opératoire des objets métalliques, notamment en alliages cuivreux. Outre la visualisation de la structure interne des objets étudiés grâce à la tomographie, les modèles 3D qui en résultent ouvrent la porte à d’autres applications, comme la réalisation de simulations numériques de coulées ou encore d’impressions 3D à destination des musées et du public. Nous nous proposons ici de présenter un certain nombre de résultats obtenus grâce à la tomographie d’épées à poignée métallique de l’âge du Bronze dans le cadre de notre thèse de doctorat puis de discuter des avantages, limites et possibilités offertes par cette technique dans le cadre de l’étude technologique du mobilier métallique et de la valorisation de ces résultats auprès du grand public.

A novel traveltime tomography approach has been developed to invert both velocity and anisotropy restricted to 2D geometry. The fundamental equation whose solution gives us the first-arrival traveltimes between a source and a receiver is the Eikonal equation, which becomes more complex when anisotropy is considered. In order to solve the Eikonal, an Eulerian formulation based on element-discretization discontinuous Galerkin method is adopted. The use of a direct solver allows us to obtain the total solution of the Eikonal, this includes diffraction events that may occur in the presence of large-velocity contrasts, while the widely used ray solution does not include these events. For the inverse part, an iterative local gradient-based optimization is chosen, where a least-square misfit function between picked and synthetic traveltimes need to be minimized. Contrary to other tomography approaches that usually compute the expensive sensitivity matrix, we avoid this computation by using the adjoint-state method. The adjoint formulation allows us to obtain the gradient efficiently by solving a transport equation that propagates the residuals from receivers to each source location, thus describing the sensitivity of the data to the model. We have developed a workflow that includes model regularization and data-weight matrix. Anisotropy is obtained under the elliptical assumption, thus two parameters are inverted simultaneously with an optimal parametrization that includes vertical and horizontal velocities, this choice being driven by a sensitivity analysis and synthetic examples. The code was used for active seismic and electromagnetic data acquired in carbonates both at the field and laboratory scale with different acquisition configurations. A first example concerns crosshole GPR acquisitions performed at the field scale within the Laboratoire Souterrain à Bas Bruit (LSBB) facilities, where the presence of a deep gallery makes the inversion challenging. In this weak anisotropy environment, the results are confronted to full wave inversion results and to geological data. At the laboratory scale, a multi-physics acquisition including seismic and GPR data was tested on a cubic rock sample. It underlines some issues related to the size of the sources/receivers compared to the dimension of the sample, which must be tackled before considering any inversion. Then, the datasets are inverted and velocity/anisotropy images are obtained and discussed in terms of heterogeneity and potential localized fractures.; Une nouvelle approche de tomographie des temps de parcours des ondes a été développée pour inverser à la fois la vitesse et l'anisotropie, ceci dans une géométrie 2D. L'équation fondamentale dont la solution nous donne les temps de parcours de première arrivée entre une source et un récepteur est l'équation d'Eikonal, qui devient plus complexe lorsque l'anisotropie est considérée. Afin de résoudre cette équation, une formulation eulérienne basée sur la méthode de discrétisation par éléments dite de Galerkin-discontinus est adoptée. L'utilisation d'un solveur direct nous permet d'obtenir la solution totale de l'Eikonal, ce qui inclut les événements de diffraction qui peuvent se produire en présence de contrastes de vitesse importants, alors que la solution classique de rayon n'inclut pas ces événements. Pour la partie inverse, une optimisation locale itérative basée sur le gradient est choisie, où une fonction par moindres carrés, qui compare les temps de parcours mesurés et synthétiques, doit être minimisée. Contrairement à d'autres approches de tomographie qui calculent généralement la coûteuse matrice de sensibilité, nous évitons ce calcul en utilisant la méthode de l'état adjoint. La formulation adjointe nous permet d'obtenir efficacement le gradient en résolvant une équation de transport qui propage les résidus des récepteurs à chaque emplacement de la source, décrivant ainsi la sensibilité des données au modèle. Nous avons développé un algorithme qui inclut la régularisation du modèle et une matrice de pondération des données. L'anisotropie est obtenue sous l'hypothèse elliptique : seuls deux paramètres sont inversés simultanément avec une paramétrisation optimale qui inclut les vitesses verticale et horizontale, ce choix étant conduit par une analyse de sensibilité et des exemples synthétiques. Le code a été utilisé pour des données sismiques et électromagnétiques actives acquises dans les carbonates à la fois sur le terrain et à l'échelle du laboratoire avec différentes configurations d'acquisition. Un premier exemple concerne des acquisitions GPR entre forages réalisées à l'échelle du terrain au sein des installations du Laboratoire Souterrain à Bas Bruit (LSBB), où la présence d'une galerie profonde rend l'inversion difficile. Dans cet environnement à faible anisotropie, les résultats sont confrontés aux résultats de l'inversion des champs d’ondes complets et aux données géologiques. A l'échelle du laboratoire, une acquisition multi-physique incluant des données sismiques et GPR a été testée sur un échantillon de roche cubique. Cela met en évidence certains problèmes liés à la taille des sources/récepteurs par rapport à la dimension de l'échantillon, qui doivent être corrigés avant de considérer toute inversion. Dans un second temps, les jeux de donnée sont inversés et des images de vitesse/anisotropie sont obtenues et discutées en termes d'hétérogénéité et de fractures localisées potentielles.

International audience; Les phosphorites du Quercy forment un ensemble de gisements phosphatés ayant livré une importante faune, couvrant la transition Eocène-Oligocène. Au sein de ces gisements, les restes osseux d’amphibiens sont nombreux, bien que majoritairement isolés. En 1873, plusieurs spécimens d’amphibiens et de serpents en furent extraits, présentant une fossilisation assez unique en trois dimensions conservant la forme, les dimensions et l’aspect externe in vivo de ces petits vertébrés. Communément appelés « momies » par leur aspect externe préservé, ces derniers furent décrits au XIXème siècle, sans que leur anatomie interne ne soit en fait connue. Depuis 2012, les spécimens de ces amphibiens commencent à être tomographiés, révélant ainsi la présence interne de tissus mous et squelettiques quasiment complets et articulés. Nous décrivons ici la tomographie d’un deuxième spécimen d’anoure, identifié préalablement comme un « crapaud » (Bufo servatus). Elle révèle la même anatomie que l’autre momie déjà décrite, mais à un stade de développement plus avancé et avec une ceinture pectorale non déformée. Ces individus peuvent être attribués au taxon Thaumastosaurus gezei, et représentent des stades ontogénétiques différents. Avec ces données anatomiques, nous avons inclus Thaumastosaurus au sein d’une phylogénie, le plaçant proche des Pyxicephalidae, clade d’anoures africains. Thaumastosaurus représente à la fois la seule occurrence avérée de ce clade dans le registre fossile et hors d’Afrique. Sa présence en Europe permet par ailleurs de mettre en évidence un échange faunique entre l’Afrique et l’Europe durant l’Eocène. L’émergence de ce type d’herpétofaune africaine en Europe à ce moment serait liée au climat chaud dans la région. Ce taxon et la plus grande partie de cette herpétofaune africaine disparaissent cependant d’Europe lors du refroidissement de la limite Eocène-Oligocène (autour de 34 millions d’années) connu sous le nom de Grande Coupure.

Selective internal radiation therapy (SIRT) or radioembolisation using Yttrium-90 (90Y) microspheres is a treatment for unresectable hepatic malignancies and metastases that can be monitored with positron emission tomography (PET) imaging. PET is today the most sensitive functional imaging modality for studying molecular interactions in the human body. This monitoring is of prime importance for patient safety and to move towards personalised dosimetry. However, during 90Y decay, only few β+ particles are emitted (around 32 positrons per million decays), which makes quantitative PET imaging challenging. State-of-the-art PET systems are equipped with silicon photomultipliers (SiPMs) replacing conventional photomultiplier tubes (PMTs), thus allowing an overall improvement in performance and in particular in the time-of-flight (TOF) resolution. The objective of this thesis was twofold. First to develop and validate a Monte Carlo model of the Vereos PET SiPM system. Second, to investigate 90Y PET quantitative imaging for 90Y microspheres treatment monitoring. The proposed model of the Vereos PET was developed with the GATE platform and validated against experimental data following NEMA standardised protocols. The model can support a number of future projects, in particular to optimise imaging performance, evaluate new reconstruction and correction methods, among others. The second contribution focused on the evaluation of reconstruction parameters on the quantitative accuracy in 90Y dosimetry and investigate on the gain over the acquisition time provided by the Vereos PET/CT. To that aim, experiments using phantoms were carried out and parameters were varied to estimate their influence on absorbed dose distributions. Here, contrary to previous works, the whole evaluation was performed with absorbed dose (in Gy) via dose-volume histograms (DVHs) instead of activity (in MBq). The results have finally been applied to the clinical settings in our institution. A third contribution provides a preliminary assessment of the predictive value of the 99mTc-macro-aggregated albumin (MAA) surrogate particles to 90Y-microspheres used in treatment planning. Consistent approaches were suggested for image registration between pre-treatment single photon emission computed tomography (SPECT)/CT and per-treatment PET/CT, using patient datasets from the Léon Bérard cancer research center (CLB) where 90Y-radioembolisation therapy is regularly performed., La radiothérapie interne sélective (SIRT), connue également sous le terme de radioembolisation, par microsphères d’Yttrium-90 (90Y) est un traitement des tumeurs malignes et métastases hépatiques non résécables qui peut être suivi par la tomographie par émission de positons (TEP). La TEP est aujourd’hui la modalité d’imagerie fonctionnelle la plus sensible pour étudier les interactions moléculaires dans le corps humain. Ce suivi est de première importance pour la sécurité des patients et pour évoluer vers une dosimétrie personnalisée. Cependant, lors de la désintégration de l’90Y, seules quelques particules β+ sont émises (environ 32 positons par million dedésintégrations), ce qui rend la quantification à partir d’un image TEP délicate. Lessystèmes TEP les plus modernes sont cependant équipés de photomultiplicateurs au silicium (SiPMs) qui remplacent les tubes photomultiplicateurs (PMTs) conventionnels, ce qui permet une amélioration globale des performances et en particulier de la résolution du temps-de-vol (TOF). L’objectif de cette thèse était double : d’une part, développer et valider un modèle Monte Carlo du système TEP Vereos, qui est équipé de SiPM, et d’autre part, étudier l’apport de l’imagerie TEP à l’90Y pour le suivi du traitement par microsphères d’90Y, en contexte clinique. La première contribution de cette thèse a donc été le développement d’un modèle de simulation GATE du système TEP Vereos qui a été évalué par rapport aux données expérimentales suivant les protocoles standardisés du NEMA. Le modèle peut être utilisé pour un certain nombre de projets futurs, notamment pour optimiser les performances d’imagerie, ou encore évaluer de nouvelles méthodes de reconstruction et de correction. La deuxième contribution s’est concentrée sur l’évaluation des paramètres de reconstruction sur la précision quantitative de la dosimétrie à l’90Y et sur l’étude du gain sur le temps d’acquisition apporté par le Vereos TEP/TDM. Des expérimentations utilisant des fantômes ont été réalisées et les paramètres de reconstructions ont été variés pour évaluer leur influence sur les distributions de dose absorbée. Une troisième contribution propose une évaluation préliminaire de la valeur prédictive des particules de macroagrégats d’albumine (99mTc-MAA), utilisées dans la planification du traitement par radioembolisation en substitution aux microsphères d’90Y. Des approches cohérentes ont été proposées pour le recalage d’images avec la tomographie par émission monophotoniques (TEMP)/TDM, en utilisant des ensembles de données de patients du Centre de lutte contre le cancer Léon Bérard (CLB), où la thérapie par radioembolisation à l’90Y est régulièrement effectuée.

International audience; La conquête du milieu terrestre représente une étape clé de l’évolution des amniotes. Les contraintes mécaniques inhérentes à ce nouveau milieu, notamment en lien avec la pesanteur, ont poussé les premiers habitants des terres émergées à l’élaboration de stratégies posturales inédites favorisant l’accès aux différentes niches écologiques et contribuant au succès évolutif du clade. À l’origine, les premiers amniotes étaient quadrupèdes avec des membres transverses à l’image des lézards actuels. Ils présentent aujourd’hui une grande diversité de modes de locomotion associée à une importante disparité microanatomique. En effet, en milieu terrestre, les os du squelette appendiculaire supportent le poids du corps et sont soumis à de multiples forces qui façonnent en partie leur morphologie interne et externe. Mais les différentes étapes aboutissant à une telle diversité restent énigmatiques. De plus, le mode de locomotion adopté par de nombreuses espèces disparues pose question. C’est le cas de certains archosauriformes triassiques tels que Marasuchus et Euparkeria ou encore de certains dinosaures ornithopodes. Nous montrons ici comment des paramètres microanatomiques mesurés en coupe comme la compacité osseuse ou la position de la transition medulla-cortex peuvent être reliés à des modes de locomotion. À l’aide de méthodes statistiques prenant en compte les relations de parenté entre les espèces (régressions phylogénétiques des moindres carrés généralisés et analyses discriminantes flexibles phylogénétiques), nous avons développé différents modèles posturaux à partir d’un échantillon de coupes transversales de fémur provenant de 97 espèces d’amniotes actuels. Les premiers résultats de ce travail montrent que les modèles en question permettent une discrimination efficace des groupes locomoteurs, autorisant la réalisation d’inférences paléobiologiques.

This work concerns the data consistency conditions and their applications in geometric self-calibration. In Medical Imaging, an object is projected through a mechanical system and the corresponding projections must satisfy certain conditions if the system is consistent. These conditions are called data consistency conditions (DCC). In the situation that the object is assumed to be unknown, DCC play an important role to calibrate the geometric parameters of the system only from the projection data. Our work on one hand is to derive new DCC in different geometry contexts, and on the other hand is to try to appropriately apply them into some corresponding geometric calibration problems. We investigate three geometry contexts: 3D parallel geometry, cone-beam geometry with linear sources and generalcone-beam geometry. With 3D parallel geometry, we present a pair-wise DCC leading to an analytic formula to calibrate the projection’s viewing direction in general case, and a technique of converting the 3D calibration problem into many different 2D calibration problems in a particular degenerate case. In the cone-beam geometry with linear sources, we reuse the above technique and give a method to calibrate the corresponding source position of the projection based on fan-beam consistency condition. For the last contribution with general cone-beam geometry, we derive new DCC with general source trajectory and apply them into a cone-beam calibration problem with circular source trajectory, where the source position on the circular trajectory is the parameter being calibrated., Ce travail concerne les conditions de cohérence des données et leurs applications dans l'auto-calibrage géométrique des systèmes de tomographie. En imagerie médicale radiologique, un objet est projeté à travers un système mécanique et les projections correspondantes doivent satisfaire certaines conditions si le système est cohérent. Ces conditions sont appelées conditions de cohérence des données (DCC pour "data consistency conditions"). Dans la situation où l'objet est supposé être inconnu, les DCC jouent un rôle important pour calibrer les paramètres géométriques du système uniquement à partir des données de projection. Notre travail consiste, d'une part, à dériver de nouvelles CCD dans différents contextes géométriques et, d'autre part, à essayer de les appliquer de manière appropriée à certains problèmes de calibrage géométrique correspondants. Nous étudions trois contextes géométriques : géométrie parallèle 3D, géométrie à faisceau conique avec sources linéaires et géométrie à faisceau conique générale. Dans le cas de la géométrie parallèle 3D, nous présentons des DCC par paires menant à une formule analytique pour calibrer la direction de la projection dans le cas général, et une technique de conversion du problème de calibrage 3D en de nombreux problèmes de calibrage 2D différents dans un cas particulier dégénéré. Dans la géométrie du conique avec une trajectoire linéaire de la source, nous réutilisons la technique ci-dessus et donnons une méthode pour calibrer la position de la source correspondante de la projection basée sur la condition de cohérence de la géométrie de faisceau en éventail. Pour la dernière contribution avec la géométrie générale du faisceau conique, nous dérivons de nouveelles DCC avec une trajectoire de source générale et nous les appliquons à un problème de calibrage du faisceau conique avec une trajectoire circulaire de la source, où la position de la source sur la trajectoire circulaire est le paramètre à calibrer.

Pulmonary diseases can cause fatal damage to human health. Computed tomogra- phy (CT) helps display pulmonary structures and lesions for measurement and diag- nosis. The advance of microscopy and karyotyping benefits pathogenesis study on the relationship between chromosomal abnormalities and lung diseases. In this thesis, to assist pulmonary disease analysis, we investigate deep learning methods for two purposes. The first is to classify Giemsa-stained chromosomes in microscopic imaging. The second is to segment pulmonary airways, arteries, veins, and nodules in CT. We propose the Varifocal-Net for simultaneous classification of chromosome type and polarity via convolutional neural networks (CNNs). It performs robustly to different chromosome curvature, shape, and banding pattern. For nodule segmentation, we propose a two-part CNNs-based method for all nodule textures and surroundings. The first part is to synthesize samples via generative adversarial network (GAN). The second part is to develop a segmentation model. For airways, their tree-like structure poses challenges to segmentation. We propose the AirwayNet to explicitly model connectivity between neighboring voxels. We further propose the AirwayNet-SE, more sophisticated than AirwayNet, by utilizing features of two context-scales. Finally, we propose a segmentation method for airways, arteries, and veins. To tackle sparse desired targets caused by severe class imbalance, we present the feature recalibration and attention distillation modules. Anatomy prior is incorporated for better artery-vein differentiation., Les maladies pulmonaires peuvent causer des dommages mortels à la santé humaine. La tomographie par rayons X (CT) permet d'obtenir les structures pulmonaires et les lésions pour la mesure et le diagnostic. L'avancée de la microscopie et du caryotypage profite à l'étude de la pathogenèse sur la relation entre les anomalies chromosomiques et les maladies pulmonaires. Dans cette thèse, pour aider à l'analyse des maladies pulmonaires, nous étudions des méthodes d'apprentissage en profondeur pour deux objectifs. Le premier est la classification des chromosomes colorés au Giemsa en imagerie microscopique. Le second est la segmentation des voies respiratoires pulmonaires, des artères, des veines et des nodules en CT. Nous proposons le Varifocal-Net pour la classification simultanée du type et de la polarité des chromosomes via les réseaux de neurones convolutifs (CNN). Il fonctionne de manière robuste pour différentes courbures, formes et motifs de bandes chromosomiques. Pour la segmentation des nodules, nous proposons une méthode de CNN composé de deux parties pour toutes les textures et tous les environnements des nodules. La première partie consiste à synthétiser des échantillons via un réseau antagoniste génératif (GAN). La deuxième partie vise à développer un modèle de segmentation. Pour les voies respiratoires, leur structure arborescente pose des problèmes de segmentation. Nous proposons AirwayNet pour modéliser explicitement la connectivité entre les voxels voisins. Nous proposons en outre AirwayNet-SE, plus sophistiqué que AirwayNet, en utilisant les caractéristiques des contextes à deux échelles. Enfin, nous proposons une méthode de segmentation des voies respiratoires, des artères et des veines. Pour faire face à des cibles désirées parcimonieux, causées par un sévère déséquilibre des classes, nous présentons les modules de recalibrage des caractéristiques et de distillation de l'attention. L'anatomie a priori est incorporée pour une meilleure différenciation artère-veine.

The purpose of the study was to determine the correlation between medial tibial slope (MTS) and anterior tibial translation (ATT) in female patients with an ACL-deficient knee. It was hypothesized that female patients with a greater medial tibial slope had an increased anterior tibial translation compared to males. MTS and ATT were analysed in 276 patients (138 females and 138 males) with a complete ACL rupture from 2012 to 2016. The mean age was 32 ± 12 years. Previous surgery or additional ligament injury was excluded. CT scan was used for measuring MTS. Meniscal findings were reported. Anterior tibial translation and side to side difference (SSD) were measured by bilateral Telos™ stress radiography with knee flexion of 20°. There was no significant difference in ATT between females (5.4 ± 3.9) and males (5.8 ± 4.2), nor was there a difference in MTS between females (9.8 ± 2.8) and males (9.8 ± 2.7). A positive correlation was found between MTS and ATT absolute (r = 0.35, p

Lava domes result from extrusion of massive lava, frequent explosions and collapses. This contribution focuses on a complex trachytic lava dome, the Puy de Dôme volcano, located in the Chaîne des Puys volcanic field (French Massif Central, France). We performed Electrical Resistivity Tomography (ERT) acquisitions on the entire edifice in order to investigate its overall inner structure as well as to detail its summit area. The resulting large ERT dataset integrated a recently developed 3D inversion code based on an unstructured discretization of the geometrical model. The 3D inversion models obtained refine the existing geological model of the Puy de Dôme's inner structure obtained by previous geophysical studies. These results also highlight the strong fracturing and fumarolic alteration that affect the summit part of the volcano.; Lava domes result from extrusion of massive lava, frequent explosions and collapses. This contribution focuses on a complex trachytic lava dome, the Puy de Dôme volcano, located in the Chaîne des Puys volcanic field (French Massif Central, France). We performed Electrical Resistivity Tomography (ERT) acquisitions on the entire edifice in order to investigate its overall inner structure as well as to detail its summit area. The resulting large ERT dataset integrated a recently developed 3D inversion code based on an unstructured discretization of the geometrical model. The 3D inversion models obtained refine the existing geological model of the Puy de Dôme's inner structure obtained by previous geophysical studies. These results also highlight the strong fracturing and fumarolic alteration that affect the summit part of the volcano.

Evidence of impact of dietary factors on development of coronary artery calcification remains uncertain. The objective of the study was to evaluate the association between the intake carbohydrates, proteins, total fats, saturated fatty acids (SFA), monounsaturated fatty acids (MUFA), polyunsaturated fatty acids (PUFA), trans fatty acids (TFA) cholesterol and fiber with cardiovascular risk. Cross-sectional analysis from 181 dyslipidemic patients. The Coronary Calcium Score (CCS) was used to measure cardiovascular risk. 24-hour recalls were applied and the Multiple Source Method was used to adjust dietary variability. The mean values of the cardiovascular risk categories were compared by analysis of variance, using ANOVA and Kruskal-Wallis. Tukey's post-test was used for multiple analyzes. Simple and multiple binary logistic regression, was used as a measure of association between nutrient intake and cardiovascular risk. Age, male gender, comorbidities and drug treatment were significantly prevalent in those with CCS>100. The average total energy intake was 1315.6 kcal. Total energy and macronutrient intake were higher among men (p < 0.05). No significant results were found regarding the association between cardiovascular risk and macronutrient intake. Fiber intake was inversely associated with cardiovascular risk, regardless of confusion factors (OR:0.918; 95% CI:0.845-0.999; p=0.047). The resultes that there was no association between nutrientes analyzed to cardiovascular risk assessed by CCS. However, the increase of dietary fiber intake in 1 g/day has been shown to reduce the of future cardiovascular events in 8.2% among individuals in the highest risk category. Therefore, we strongly recommend that fiber intake be encouraged. La evidencia del impacto de los factores dietéticos en el desarrollo de la calcificación de la arteria coronaria sigue sin estar clara. El objetivo del estudio fue evaluar la asociación entre la ingesta de carbohidratos, proteínas, grasas totales, ácidos grasos saturados (AGS), ácidos grasos monoinsaturados (AGM), ácidos grasos poliinsaturados (AGP), ácidos grasos trans (AGT), colesterol y fibras con riesgo cardiovascular. Análisis transversal de 181 pacientes dislipidémicos. Para medir el riesgo cardiovascular se utilizó el puntaje de calcio coronario (PCC). Se aplicaron recordatorios de 24 horas y se utilizó el método de fuentes múltiples para ajustar la variabilidad dietética. Los valores medios de las categorías de riesgo cardiovascular se compararon mediante análisis de varianza, utilizando ANOVA y Kruskal-Wallis. La prueba posterior de Tukey se utilizó para múltiples análisis. Se utilizó regresión logística binaria simple y múltiple como medida de asociación entre la ingesta de nutrientes y el riesgo cardiovascular. La edad, el género masculino, las comorbilidades y el tratamiento farmacológico fueron significativamente prevalentes en aquellos con PCC>100. La ingesta calórica total media fue de 1315,6 kcal. La ingesta total de energía y macronutrientes fue mayor entre los hombres (p < 0,05). No se encontraron resultados significativos en cuanto a la asociación entre el riesgo cardiovascular y la ingesta de macronutrientes. La ingesta de fibra se asoció inversamente con el riesgo cardiovascular, independientemente de los factores de confusión (OR: 0,918; IC 95%: 0,845-0,999; p=0,047). Los resultados indican que no hubo asociación entre los nutrientes analizados y el riesgo cardiovascular evaluado por el PCC. Sin embargo, se ha demostrado que aumentar la ingesta de fibra dietética en 1 g/día reduce la incidencia de futuros eventos cardiovasculares en un 8,2 % entre las personas en la categoría de mayor riesgo. Por lo tanto, recomendamos encarecidamente que se fomente la ingesta de fibra. A evidência do impacto de fatores dietéticos no desenvolvimento de calcificação da artéria coronária permanece incerta. O objetivo do estudo foi avaliar a associação entre a ingestão de carboidratos, proteínas, gorduras totais, ácidos graxos saturados (AGS), ácidos graxos monoinsaturados (AGM), ácidos graxos poli-insaturados (AGP), ácidos graxos trans (AGT) colesterol e fibras com risco cardiovascular. Análise transversal de 181 pacientes dislipidêmicos. O Escore de Cálcio Coronariano (ECC) foi usado para medir o risco cardiovascular. Recordatórios de 24 horas foram aplicados e o Método de Fontes Múltiplas foi usado para ajustar a variabilidade da dieta. Os valores médios das categorias de risco cardiovascular foram comparados por análise de variância, utilizando ANOVA e Kruskal-Wallis. O pós-teste de Tukey foi utilizado para análises múltiplas. A regressão logística binária simples e múltipla foi utilizada como medida de associação entre ingestão de nutrientes e risco cardiovascular. Idade, sexo masculino, comorbidades e tratamento medicamentoso foram significativamente prevalentes naqueles com ECC>100. A ingestão energética total média foi de 1315,6 kcal. A ingestão total de energia e macronutrientes foi maior entre os homens (p < 0,05). Não foram encontrados resultados significativos quanto à associação entre risco cardiovascular e ingestão de macronutrientes. A ingestão de fibras foi inversamente associada ao risco cardiovascular, independentemente dos fatores de confusão (OR: 0,918; IC 95%: 0,845-0,999; p=0,047). Os resultados indicam que não houve associação entre os nutrientes analisados ​​com o risco cardiovascular avaliado pelo ECC. No entanto, o aumento da ingestão de fibra alimentar em 1 g/dia demonstrou reduzir a incidência de eventos cardiovasculares futuros em 8,2% entre os indivíduos da categoria de maior risco. Portanto, recomendamos fortemente que a ingestão de fibras seja incentivada.

International audience; SAR tomography is a powerful 3D reconstruction method. Nevertheless, in urban areas, results are usually rather sparse and some post-processing is needed to obtain 3D buildings. In this paper, external information about building footprints is introduced in the 3D reconstruction process. This is done by extending the recent method REDRESS based on a graphcut method (Rambour et al., Computer Vision and Image Understanding 2019). The graph construction is modified to take into account spatially variable weights depending on the footprints location. Experimental results show a clear improvement of the retrieved shapes.

Velocity model building is a key step of seismic imaging since inferring high-resolution subsurface model by migration or full waveform inversion (FWI) is highly dependent on the kinematic accuracy of the retrieved velocity model. Stereotomography, a slope tomographic method that exploits well the density of the data, was proposed as an alternative to conventional reflection traveltime tomography. The latter is based on interpretive tracking of laterally-continuous reflections in the data volume whereas stereotomography relies on automated picking of locally coherent events. The densely picked attributes, namely the traveltimes and their spatial derivatives with respect to the source and receiver positions, are tied to scatterers in depth. More recently, a slope tomography variant was proposed under a framework based on eikonal solvers as an alternative to ray tracing and the adjoint-state method instead of Fréchet-derivative matrix inversion. This revamped stereotomography provides a scalable and flexible framework for large-scale applications. On the other hand, similarly to previous works, the scatterer positions and the subsurface parameters are updated jointly. In this thesis, I propose a new formulation of slope tomography that handles more effectively the ill-famed velocity-position coupling inherently present in reflection tomography. Through a kinematic migration, the scatterer position sub-problem is solved and projected into the main sub-problem for wavespeed estimation. Enforcing the kinematic consistency between the two kinds of variable, that is not guaranteed in the joint inversion, mitigates the ill-posedness generated by the velocity-position coupling. This variable projection leads to a reduced-parametrization inversion where the residuals of a single data class being a slope are minimized to update the subsurface parameters.I introduce this parsimonious strategy in the framework of eikonal solvers and the adjoint-state method for tilted transversely isotropic (TTI) media. I benchmark the method against the Marmousi model and present a field data case study previously tackled with the joint inversion strategy. Both case studies confirm that the parsimonious approach leads to a better-posed problem, with an improved robustness to the initial guess and convergence speed.Slope tomography is mainly used for streamer data due to the requirement of finely-sampled sources and receivers. To exploit cutting-edge long-offset datasets, I involve in the inversion first arrivals extracted from streamer or ocean bottom seismometer data. Before showing the complementarity between reflections and first arrivals, I examine the added value of introducing slopes in first-arrival traveltime tomography (FATT). Using a FWI workflow for quality control, I show with the Overthrust benchmark and a real data case study from the Nankai trough (Japan) how the joint inversion of slopes and traveltimes mitigates the ill-posedness of FATT. I also examine with the BP Salt model the limits of FATT to build an initial model for FWI in complex media. The results show how tomography suffers even with proper undershooting of the imaging targets due to the poor illumination of the subsalt area. On a crustal-scale benchmark, I first show the limits of reflection slope tomography induced by the limited streamer length before highlighting the added-value of the joint inversion of first-arrival and reflection picks.Finally, I introduce the same variable projection technique to tackle the velocity-hypocenter problem, which finds application in earthquake seismology and microseismic imaging. I propose a formulation where the hypocenter is located through the inversion of subsurface parameters and an origin time correction, both of them being used as a proxy and validate the proof of concept on two synthetic examples., La construction du modèle de vitesse est crucial en imagerie sismique puisqu'elle contrôle la précision avec laquelle des méthodes d'imagerie haute résolution telles que la migration ou l'inversion des formes d'ondes complètes (FWI) peuvent imager le sous-sol. La stéréotomographie, une méthode de tomographie des pentes qui tire efficacement profit de la densité des données sismiques modernes, a été proposée comme une alternative aux approches classiques de tomographie en réflexion fondées sur le pointé d'horizons continus dans le volume sismique. La stéréotomographie est en revanche fondée sur le pointé semi-automatique d’événements localement cohérents, paramétrés par le temps double et les pentes aux sources et récepteurs et liés à des diffractants dans le sous-sol. Plus récemment, une variante de la stéréotomographie a été proposée en remplaçant le tracé de rai par un solveur eikonal dans le problème direct et l'inversion de la matrice des dérivés de Fréchet par la méthode de l'état adjoint dans le problème inverse. Cette nouvelle approche est massivement parallèle et de ce fait adaptée à des applications de grande dimension. Néanmoins, et de manière comparable à l'approche initiale, la position des diffractants et les paramètres du milieu sont conjointement mis à jour.Durant cette thèse, j'ai proposé une nouvelle formulation de la stéréotomographie qui gère plus efficacement le couplage vitesse-profondeur, inhérent aux approches en réflexion. Via une migration cinématique, je résous le problème de localisation et le projette dans le sous-problème principal de l'estimation des vitesses. Cette projection de variable garantit la consistance cinématique entre les deux classes de variables, consistance qui n'est pas garantie quand les deux classes de variables sont mis à jour conjointement. Par ailleurs, la projection de variable induit une paramétrisation compacte du problème inverse où une classe d'observables, en l’occurrence une pente, est utilisée pour mettre à jour une classe de paramètres, les vitesses. Je développe cette approche avec un solveur eikonal et la méthode de l'état adjoint pour des milieux TTI. Son évaluation sur deux cas d'étude synthétiques et réel confirme sa meilleur résilience au modèle initial et une vitesse de convergence plus rapide que l'approche conjointe.La stéréotomographie est principalement utilisée pour des dispositifs de sismique réflexion (flûte sismique) pour lesquels les sources et les récepteurs sont finement échantillonnés. Pour exploiter des dispositifs modernes à forts déports, j'ai introduit dans l'inversion les premières arrivées issues indifféremment de dispositifs de sismique réflexion multitrace ou de sismique grand-angle (OBN, OBC, terrestre). Dans un premier temps, j'ai illustré l'apport des pentes dans la tomographie des temps des premières arrivées (FATT) pour réduire l’ambiguïté temps-profondeur avec un cas synthétique et un cas réel sur la zone de subduction de Nankai. J'ai aussi évalué la tomographie des pentes en première arrivée pour construire un modèle initial pour la FWI avec un modèle complexe représentatif du Golfe du Mexique où la présence de sel génère de forts contrastes. J'ai pu illustrer la capacité de ma méthode à reconstruire les corps de sel tout en notant les difficultés héritées de l'éclairage incomplet de la zone située sous le sel. Cela m'a incité à combiner des données de sismique réflexion et des données grand-angle pour effectuer l'inversion conjointe des pentes et des temps de trajet des premières arrivées et des arrivées réfléchies pour bénéficier d'un éclairage angulaire optimal du milieu illustrée par des applications sur la zone de Nankai.Finalement, j'ai étendu l'utilisation de ma méthode par projection de variable pour localiser l'hypocentre des séismes en utilisant l'estimation des vitesses et des temps origine comme proxys. Cette approche originale a été validée avec deux exemples synthétiques.

The work carried out during the PhD is part of the development of metrological instruments for fluid mechanics, particularly in the field of flow visualisation.Background Oriented Schlieren (BOS) is a technique that is capable of providing instantaneous 3D fields of density or temperature. This is a technique that has been developed at ONERA during the PhDs of V. Todoroff and F. Nicolas and belongs to measurement techniques based on the deviation of light rays through a non-homogeneous optical index medium.It consists of imaging a textured pattern once without flow and then a second time with the flow between the camera and the background. Variations in the optical index within the flow due to density fluctuations (temperature and/or pressure fluctuations) bend the path of the light rays. An apparent shift in the texture of the background is observed and calculated through digital image correlation techniques such as those commonly used in PIV. By carrying out a simultaneous acquisition from different points of view, it is possible to reconstruct the associated density field by solving a regularised inverse problem.To further develop the technique, we have studied some technical solutions to improve the spatial resolution without degrading the sensitivity of the measurement. Among the solutions studied are retroreflective backgrounds, telecentric objectives and the use of speckle to generate BOS background.A first experimental campaign on an under-expanded supersonic jet allowed us to verify the improvements in terms of spatial resolution and to study the screech, an aeroacoustic phenomenon. Through BOS measurements coupled with acoustic measurements, it was possible to reconstruct two specific screech dynamics.A second campaign was conducted at F2 ONERA wind tunnel on a hot cross-flow jet in cross flow. The problems encountered due to the complex geometry of the jet and the arrangement of the cameras led to synthetic studies to understand which solutions can be used in the future to improve the BOS acquisition., Les travaux menés durant cette thèse s'inscrivent dans le cadre du développement d'instruments de métrologie pour la mécanique des fluides, notamment dans le domaine de la visualisation des écoulements.La BOS3D (pour Background Oriented Schlieren 3D) est une technique capable de fournir des champs 3D instantanés de densité ou de température. Développée à l'ONERA au cours des thèses de V. Todoroff et F. Nicolas, cette technique se base sur l’exploitation de la déviation des rayons lumineux à travers un milieu d'indice optique non homogène.Elle consiste ainsi comparer l’ image d’un motif texturé placé derrière un écoulement avec l’image de ce même motif en absence d’écoulement. Les variations de l'indice optique au sein de ce dernier dues aux fluctuations de masse volumique (induites par des variations de température et/ou de pression) courbent le trajet des rayons lumineux. Un déplacement apparent de la texture de l'arrière-plan est observé et calculé par des techniques de corrélation d'images numériques telles que celles couramment utilisées en PIV. En faisant une acquisition simultanée suivant différents points de vue, il est possible de reconstruire le champ de masse volumique associé en résolvant un problème inverse régularisé.Afin de poursuivre le développement de cette technique, nous avons étudié différentes solutions techniques permettant l’amélioration delà résolution spatiale sans dégrader la sensibilité de la mesure. Parmi les solutions étudiées figurent les fonds rétroréfléchissants, les objectifs télécentriques et l'utilisation du speckle pour la génération des fonds texturés utilisés en BOS.Une première campagne expérimentale sur un jet supersonique sous-étendu a, dans un premier temps, validée les améliorations apportées par les solutions proposées sur la résolution spatiale. D’autre part, l’application de la technique BOS3D sur ce type d’écoulement, nous a permis de détailler une partie de la dynamique du phénomène aéro acoustique de screech qui lui est associé. Ainsi, grâce à des acquisitions BOS3D couplées à des mesures acoustiques, nous avons reconstitués la dynamique de deux modes caractéristiques.Une deuxième campagne effectuée dans la soufflerie F2 de l'ONERA, avait pour objet l’étude d’un jet chaud débouchant dans un écoulement transverse. L’utilisation de la méthode BOS3D dans ce cadre a montré les limites actuelles de la technique pour le traitement d’écoulements complexes en soufflerie, comme par exemple les contraintes imposées sur la disposition des caméras. Néanmoins, à partir de l’étude de la reconstruction tomographique sur une simulation numérique de l’écoulement, nous discutons de différentes voies d’amélioration permettant à l'avenir l’utilisation pratique de la technique BOS3D en soufflerie.

Les travaux menés durant cette thèse s'inscrivent dans le cadre du développement d'instruments de métrologie pour la mécanique des fluides, notamment dans le domaine de la visualisation des écoulements.La BOS3D (pour Background Oriented Schlieren 3D) est une technique capable de fournir des champs 3D instantanés de densité ou de température. Développée à l'ONERA au cours des thèses de V. Todoroff et F. Nicolas, cette technique se base sur l’exploitation de la déviation des rayons lumineux à travers un milieu d'indice optique non homogène.Elle consiste ainsi comparer l’image d’un motif texturé placé derrière un écoulement avec l’image de ce même motif en absence d’écoulement. Les variations de l'indice optique au sein de ce dernier dues aux fluctuations de masse volumique (induites par des variations de température et/ou de pression) courbent le trajet des rayons lumineux. Un déplacement apparent de la texture de l'arrière-plan est observé et calculé par des techniques de corrélation d'images numériques telles que celles couramment utilisées en PIV. En faisant une acquisition simultanée suivant différents points de vue, il est possible de reconstruire le champ de masse volumique associé en résolvant un problème inverse régularisé.Afin de poursuivre le développement de cette technique, nous avons étudié différentes solutions techniques permettant l’amélioration de la résolution spatiale sans dégrader la sensibilité de la mesure. Parmi les solutions étudiées figurent les fonds rétroréfléchissants, les objectifs télécentriques et l'utilisation du speckle pour la génération des fonds texturés utilisés en BOS.Une première campagne expérimentale sur un jet supersonique sous-étendu a, dans un premier temps, validée les améliorations apportées par les solutions proposées sur la résolution spatiale. D’autre part, l’application de la technique BOS3D sur ce type d’écoulement, nous a permis de détailler une partie de la dynamique du phénomène aéroacoustique de screech qui lui est associé. Ainsi, grâce à des acquisitions BOS3D couplées à des mesures acoustiques, nous avons reconstitués la dynamique de deux modes caractéristiques.Une deuxième campagne effectuée dans la soufflerie F2 de l'ONERA, avait pour objet l’étude d’un jet chaud débouchant dans un écoulement transverse. L’utilisation de la méthode BOS3D dans ce cadre a montré les limites actuelles de la technique pour le traitement d’écoulements complexes en soufflerie, comme par exemple les contraintes imposées sur la disposition des caméras. Néanmoins, à partir de l’étude de la reconstruction tomographique sur une simulation numérique de l’écoulement, nous discutons de différentes voies d’amélioration permettant à l’avenir l’utilisation pratique de la technique BOS3D en soufflerie. The work carried out during the PhD is part of the development of metrological instruments for fluid mechanics, particularly in the field of flow visualisation.Background Oriented Schlieren (BOS) is a technique that is capable of providing instantaneous 3D fields of density or temperature. This is a technique that has been developed at ONERA during the PhDs of V. Todoroff and F. Nicolas and belongs to measurement techniques based on the deviation of light rays through a non-homogeneous optical index medium.It consists of imaging a textured pattern once without flow and then a second time with the flow between the camera and the background. Variations in the optical index within the flow due to density fluctuations (temperature and/or pressure fluctuations) bend the path of the light rays. An apparent shift in the texture of the background is observed and calculated through digital image correlation techniques such as those commonly used in PIV. By carrying out a simultaneous acquisition from different points of view, it is possible to reconstruct the associated density field by solving a regularised inverse problem.To further develop the technique, we have studied some technical solutions to improve the spatial resolution without degrading the sensitivity of the measurement. Among the solutions studied are retroreflective backgrounds, telecentric objectives and the use of speckle to generate BOS background.A first experimental campaign on an under-expanded supersonic jet allowed us to verify the improvements in terms of spatial resolution and to study the screech, an aeroacoustic phenomenon. Through BOS measurements coupled with acoustic measurements, it was possible to reconstruct two specific screech dynamics.A second campaign was conducted at F2 ONERA wind tunnel on a hot cross-flow jet in cross flow. The problems encountered due to the complex geometry of the jet and the arrangement of the cameras led to synthetic studies to understand which solutions can be used in the future to improve the BOS acquisition.

Notre objectif de long terme est de contribuer à la construction d'un géomodèle des Alpes. Ici nous présentons un modèle 3-D de la vitesse des ondes S de la lithosphère alpine obtenu par tomographie de bruit sismique ambiant. Pour ce faire, nous utilisons l'un des meilleurs jeux de données sismologiques disponibles aujourd'hui constitué de 4 ans d'enregistrements de plus de 900 stations permanentes européennes, des ~350 stations temporaires terrestres et fond de mer du projet européen AlpArray ainsi des ~110 stations des projets CIFALPS et CIFALPS2 (profils denses aux travers des Alpes occidentales). Nous tirons profit de la qualité de ce jeu de données pour mettre en place une méthode innovante permettant de construire des cartes de vitesse de groupe probabiliste en 4s et 150s de période à partir d'une inversion 2-D Transdimensionelle hiérarchique (Bodin et Sambridge, 2009). Pour tenir compte de la non-linéarité du problème inverse, nous avons combiné cette méthode avec la Fast Marching Methode (Rawnilson et Sambridge, 2005). Nous construisons le modèle Vs 3D probabiliste à partir des cartes de vitesse de groupe en inversant à chaque pixel la courbe de dispersion locale par une inversion Bayésienne. Un traitement spécifique a été appliqué sur les données brutes de fond de mer afin de supprimer les bruits océaniques et instrumentaux (Crawford et Webb, 2000). Ce modèle sera utilisé pour modéliser la propagation des ondes de surface issues de corrélations de bruit et des ondes de volumes issues de séismes régionaux à partir des outils développés dans le cadre du consortium SEISCOPE. Ces modèles sismologiques serviront d’appuis pour produire un géomodèle 3D de référence à l’échelle des Alpes occidentales dans le cadre du chantier RGF, Alpes et bassins périphériques.

In the field of civil engineering, and more particularly in the road building, it is necessary to control some physical parameters with standard methods. These controls ensure the implementation is performed according to the technical specifications. They also allow to optimize the structure dimensions with the best safety/cost ratio and an optimal lifetime. Compactness related to density and therefore indicative of mechanical strength necessary to support traffic solicitations is a key parameter to control. Currently, density control in the laboratory is done using bench with nuclear sources on pavement cores, based on the emission and reception of gamma rays. Its replacement has now become a major issue since this method generates increasingly high costs and constraints (use, storage, transport and exposure to ionizing radiation). The objective of this work is to find an alternative non-nuclear solution to control the pavement compactness with an accuracy equivalent to the gamma-bench method. The proposed solution is an electromagnetic bench (EM), allowing cores tomography to measure permittivity. The density will then be evaluated by means of mixing rules taking into account the proportions and physical characteristics of each component.. EM tomography is widely used in medical domain. It allows to characterize physical properties inside the human body to detect, for example, cancerous tumors. Tomography can spatially reconstruct the complex dielectric properties of the studied medium from a few hundred MHz to a few GHz. For this new type of bench based on a radar technique, new ultra wide band antennas of the Vivaldi type, as well as Bow-tie contact antennas on flexible substrate have been conceived in order to optimize the radiation performance to the dimensions of the samples and their physical characteristics. A series of measurements was carried out on cylindrical samples of different materials (Teflon, limestone, asphalt concrete). The motorized measurement bench consists of a vector network analyzer with two broadband antennas (transmitter and receiver). The entire EM bench is motorized and driven by a software developed in the laboratory The transmitted pulse study allowed us to estimate the permittivity of each sample. The compactness was then evaluated by EM mixing laws for asphalt concrete samples with a known formulation, usually given by the manufacturer. The results are compared to measurements carried out by the gamma bench and the cylindrical cavity. The first results show that the technique is satisfying. But more work is necessary to test more elaborated algorithms and protocols for the tomographic reconstruction of the medium in 2D and 3D., Dans le domaine du génie civil, la réception des chaussées neuves s’accompagne d’un ensemble de contrôle de paramètres physiques, notamment de la compacité des enrobés bitumineux par des méthodes normalisées. Ce contrôle assure la bonne mise en œuvre des routes pour leur conférer les critères mécaniques attendus et une durée de vie optimale. Actuellement, le contrôle de la compacité en laboratoire se fait au moyen de bancs utilisant des sources nucléaires, basés sur l’émission et la réception de rayons gamma. Leur remplacement est aujourd’hui devenu un enjeu majeur car cette méthode génère des coûts et des contraintes de plus en plus fortes (stockage, transport de la source nucléaire et exposition des utilisateurs aux rayonnements ionisants). L’objectif de ce travail est de trouver une solution alternative non nucléaire avec une précision équivalente à la méthode du banc gamma pour contrôler la compacité des chaussées. La solution proposée est un banc électromagnétique (EM), permettant de réaliser des tomographies d’échantillons de chaussée pour en mesurer la permittivité. La compacité peut être ensuite évaluée grâce à des lois dites de mélange prenant en compte les proportions et les caractéristiques physiques de chaque constituant. La tomographie EM est une technique d’imagerie très utilisée dans le domaine médical. Elle permet unereconstruction de certaines propriétés diélectriques à l’intérieur du corps humain pourdétecter par exemple des tumeurs cancéreuses. Pour ce nouveau type de banc basé sur une technique radar, des nouvelles antennes ultra large bande de type Vivaldi, ainsi que des antennes de contact de type papillon sur substrat flexible ont été conçues afin d’optimiser les performances de rayonnement aux dimensions des échantillons et à leurs caractéristiques physiques. Une série de mesures a été effectuée sur des échantillons cylindriques de différents matériaux (Téflon, calcaire, bétons bitumineux. . .). Le banc de mesure motorisé est composé d’un analyseur de réseau vectoriel avec deux antennes large bande (émettrice et réceptrice). Ce système est contrôlé par ordinateur via un logiciel développé en laboratoire. L’étude de l’impulsion transmise nous a permis d’estimer la permittivité de chaque échantillon. La compacité a été évaluée par la suite par des lois de mélange EM pourles échantillons de bétons bitumineux à formulation connue, donnée généralement par le constructeur. Les résultats sont comparés à des mesures effectuées par le banc gamma et en cavité cylindrique. Les premiers résultats de mesures montrent que la technique est satisfaisante. Mais des efforts restent à mener pour tester des algorithmes et des protocoles plus élaborés pour la reconstitution tomographique du milieu en 2D et 3D.

Industrial Computed Tomography (CT) is the only non-destructive measurement method to capture both inner and outer structures of a specimen, allowing to perform inspection tasks and dimensional measurements. Image artefacts decrease the quality of CT scans and impair the reliability of inspection results and measurement protocols. Artefacts are mainly caused by physical effects of photon matter interaction. By optimizing the orientation of a specimen, the extent of artefacts can be reduced. Fixtures for an optimal orientation are automatically generated by means of additive manufacturing. For a use case specimen, strong artefacts were shown in the CT scan considering the worst orientation, which could be reduced severely in the best orientation.

Mechanical stress can affect structures in many ways. It can for example deform their shape, or alter their physical properties. These effects can have positive or negative outcomes such as rendering a structure more resistant or causing it to fail prematurely. It is therefore of great interest to assess the stress state in a given structure. This is done by evaluating the effect of stress on measurable physical quantities, and using certain laws to deduce the stress from these quantities. The aim of the current work is to propose a new stress imaging method that allows the treatment of certain problems, to which there are no practical solutions in the literature. One of these problems is to image a multiaxial inhomogeneous stress state in metallic plates. The approach adopted to developthe imaging method is based on the measurement of the magneto elastic and acoustoelastic effects.For this the method uses Electro-Magnetic-Acoustic-Transducers (EMAT), which can measure both effects. First, a model that allows calculating the stress induced velocity changes for Lamb and SH waves is developed. Then, an analytical version of this model is proposed in order to get the stress from the velocity changes. This version is used to develop a new tomographic technique for multiaxial stress imagery.The mechanism with wich an EMAT can detect the arrival of an elastic wave in a ferromagnetic material is developped. Finally a local characterisation method, is proposed. This method considers the EMAT to be an Eddy current sensor, and gives the local stress as a function of the voltage induced in the EMAT., La contrainte mécanique peut modifier la forme et les propriétés physiques d’une structure. Elle peut la rendre plus résistante comme elle peut causer sa rupture. L’évaluation de l’état de contrainte est donc important pour contrôler la santé des structures. Cette évaluation se fait en mesurant des grandeurs physiques qui sont affectées par la contrainte, puis en utilisant des lois pour retrouver la contrainte à partir de ces grandeurs. L’objectif du présent travail est de proposer une nouvelle méthode d’imagerie de la contrainte, pour résoudre certaines problématiques pour lesquelles il n’existe pas une solution pratique dans la littérature. Parmi ces problématiques, la caractérisation d’un état de contrainte multiaxial et inhomogène dans les plaques métalliques. L’approche suivie lors du développement de cette méthode se base sur la mesure des effetsmagnétoélastique et acoustoélastique. Pour ce faire les capteurs EMAT (Electro-Magnetic-Acoustic-Transducer) sont utilisés. Tout d’abord un modèle acoustoélastique permettant de trouver les variations des vitesses des ondes de Lamb et SH induites par la contrainte, est développé. Puis une version analytique de ce modèle est proposée pour remonter à la contrainte à partir de ces variations. Cette version est utilisée pour développer une nouvelle méthode tomographique pour l’imagerie d’un état de contrainte multiaxial.La modélisation de la détection d’une onde élastique par un EMAT en milieu ferromagnétique est étudiée, et un modèle est developpé. Finalement une méthode qui considère l’EMAT comme un capteur à courants de Foucault, et qui permet de trouver la contrainte locale à partir de la tension induite dans l’EMAT est proposée.

Ensuring the integrity of components throughout their lifespan is a major industrial issue, especially for nuclear facilities. The safety assessments of components must cover all possible situations, including very exceptional ones, such as earthquakes. For a monotonic loading, several theoretical frameworks exist to predict crack growths. The first part of this thesis is dedicated to the experimental study of the behavior of cavities, laboratory test specimens and a representative structure of a secondary nuclear power plant piping subjected to cyclic loadings. This experimental study is complemented by in-situ X-ray tomography tests conducted on axisymmetric notched tensile specimens loaded cyclically. The second part of this thesis is devoted to a theoretical study of the influence of cyclic loadings on void growth models. First, the void growth model of Morin is implemented in a finite element computational code to compare its predictions with the results of micromechanical simulations. It is shown that a better consideration of the effect of elasticity is essential to correctly predict the growth of a void subjected to cyclic loadings. Then, through determining the exact equation of porosity rate including elastic strains, an improvement of Morin's model is proposed in order to take into account the effects of elasticity.Finally, in the third part of this thesis, a numerical study of cyclic ductile rupture is conducted through simulations of the behavior of laboratory test specimen and a pipe mock-up. These simulations validate the predictions of the proposed model and its relevance to predict the behavior of structures subjected to cyclic loading of large amplitudes., Garantir l’intégrité des structures tout au long de leurs durées de vie est un sujet industriel majeur, en particulier pour les installations nucléaires. La démonstration de sûreté des équipements doit couvrir l’ensemble des sollicitations possibles, y compris les situations très exceptionnelles, comme les séismes. Pour un chargement monotone, plusieurs cadres théoriques existent pour prédire la propagation des fissures. La première partie de cette thèse est dédiée à l’étude expérimentale du comportement de cavités, d’éprouvettes de laboratoires et d’une structure représentative d’une tuyauterie secondaire de centrale nucléaire soumises à des chargements cycliques. Cette étude est complétée par des essais in-situ de tomographie par rayons X menés sur des éprouvettes axisymétriques entaillées chargées de manière cyclique. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l’étude théorique de l’influence des chargements cycliques sur les modèles de croissance de cavités. Le modèle de croissance de Morin est implémenté dans un code de calcul éléments finis afin de comparer ses prédictions avec les résultats de simulations micromécaniques. Dans un second temps, à partir de l’équation exacte d’évolution du taux de porosité incluant les déformations élastiques, une amélioration du modèle est proposée. Enfin, dans la troisième partie, une étude numérique de la rupture ductile cyclique est menée à travers la simulation du comportement d’éprouvettes de laboratoires et de structures de type tuyauterie. Elles permettent de valider les prédictions du modèle proposé ainsi que sa pertinence pour prédire le comportement de structure soumises à un chargement cyclique de grandes amplitudes.

Mikroelektronische Baugruppen bestehen aus Bauelementen die mittels Lotpunkten verbunden werden. Lote müssen mechanische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit ermöglich und werden durch thermo-mechanische Lasten geschädigt. Ermüdung von Loten ist daher ein kritischer Faktor für Zuverlässigkeit von elektronischen Baugruppen und ist ein aktives Forschungsfeld. Lotwerkstoffe mit Heilungseigenschaften bieten einen neuartigen Zugang zur Verbesserung der Schädigungstoleranz von Lotverbindungen. Das Konzept der Flüssigphasenheilung wird in der vorliegenden Arbeit mittels theoretischen Modellen, Experimenten sowie 3D Bildgebungsverfahren untersucht. Der Schubversuch ist ein häufig eingesetztes Experiment zur Bestimmung der Scherfestigkeit. Der Heilungseffekt bei geringer Schädigung erfordert Messmethoden mit hoher Genauigkeit, die durch geometrische Variationen der Probengeometrie oder systematischen Messfehlern beeinflusst werden. Die vorliegende Arbeit untersucht daher den Einfluss der Probengeometrie auf die Schereigenschaften sowie die Spannungszustände im Lot. Bestehende Schädigungs-Heilungsmodelle basieren auf phänomenologischen Annahmen über die Heilungsevolution. Ein verbessertes Verständnis der physikalischen Zusammenhänge beim Flüssigphasenheilen wird durch Porenkollaps via Rayleigh-Plesset Gleichung beschrieben. Der Zusammenhang von Porengröße, Flüssigkeitsviskosität, Oberflächenspannung und äußeren Druck wird darin formal hergestellt. Die Anwendbarkeit des vorgeschlagenen Modells auf kleine Dimensionen wird mittels Molekulardynamik Simulationen gezeigt. Die Heilungsevolution auf Lotpunktebene wird durch Größeneffekte und Mobilität der Mikrostruktur bestimmt. Geringe Lotspaltdicke führt zu höheren Kapillardrücken und zu beschleunigtem Materialtransport während der Heilungsphase. Die mikrostrukturelle Mobilität ergibt sich aus dem Anteil sowie der Morphologie der Flüssigphase. Diese Faktoren werden in einem kontinuums-mechanischen Modell zusammengefasst und Modellergebnisse mittels Experimenten interpretiert. Potentielle Heilungslegierungen aus dem binären Sn-Bi System werden untersucht. Mithilfe von röntgenbasierter Mikrotomographie werden Mikrostrukturparameter und Morphologie der Flüssigphase charakterisiert sowie Finite Elemente Modelle zur Simulation des Erstarrungsverhaltens abgeleitet. Teil I der vorliegenden Arbeit beschreibt den aktuellen Stand der Technik und liefert allgemeine Grundlagen zur Mechanik von Lotpunkten, Heilung und Bildgebungsverfahren. Teil II besteht aus sechs wissenschaftlichen Arbeiten die in Fachzeitenschriften veröffentlicht wurden., The degradation of solder joints is a limiting factor of microelectronics reliability. Thermo-mechanical loads initiate mechanical defects, such as cracks or voids, which leads to failure. An innovative approach to achieve higher damage resistance is to incorporate healing mechanisms in materials. The concept of liquid-phase healing in solders is investigated in the present work with contributions to solder characterization, micromechanical modelling of damage and healing, size and composition effects of healing in solder joints, 3D microstructural characterization of potential healing alloys and their solidification behavior. The lap-shear experiment is a widely used method to characterize solder alloys under shear loads, which is the dominant deformation mode in solder joints. In order to quantify the beneficial effect of liquid-phase healing at early stages of damage formation, sensitive measurement methods are necessary. Experiments and computer simulations are used to assess shear properties under varying sample geometries. The healing evolution of existing continuum mechanical models is based on phenomenological relations. A damage-healing model is proposed based on void collapse in liquid phase, which takes the defect-size into account. Furthermore, it gives the formal relationship of liquid-viscosity, surface tension, external loads and healing. Void collapse is modeled by means of the Rayleigh-Plesset equation and its applicability to the nanoscale is studied through molecular dynamics simulations. The healing evolution in solder joints arises from the solder joint size and its composition, which is formulated in a continuum-mechanical model. Capillary forces induce viscous material transport and increase the healing rate with smaller solder dimensions. The role of microstructural mobility depends on the presence of a liquid-phase network, which is accounted for by a model parameter, where high microstructural mobility enhances the healing rate.Sn-Bi alloys are investigated through 3D X-ray micro computed tomography, which shows the variation of liquid phase morphology and its dimensions with regards to solder composition. The microstructure of potential healing alloys is categorized through morphology parameters and finite-element models are deduced from 3D data. Experiments and simulations highlight microstructural requirements of healing alloys under liquid-phase healing. Part I of the present work introduces general concepts of solder joint mechanics, healing and imaging methods. Part II is comprised of six papers published in recognized scientific journals.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Problem der Atmosphärischen Tomographie, und insbesondere mit einer Lösungsmethode basierend auf die Frame Dekomposition des Atmosphärischen Tomographie Operators. Atmosphärische Tomographie beschreibt das Problem der Rekonstruktion der Unterschiede im Brechungsindex der Atmosphäre (verursacht durch Temperaturunterschiede in der Atmosphäre) bei gegebenen Wellenfronten von Licht, die die Atmosphäre passierten. Die ursprünglich ebenen Wellenfronten von fernen astronomischen Objekten werden durch Turbulenzen in der Atmosphäre gestört, was veränderte Wellenfronten verursacht. Zu Beginn der Arbeit werden alle benötigten Grundlagen, besonders die Behandlung schlecht gestellter Probleme und die Singulärwertzerlegung(SVD), vorgestellt um im weiteren Verlauf das Problem der Atmosphärischen Tomographie mathematisch analysieren zu können. Die mathematische Analyse für zu einer Dekomposition des Atmosphärischen Tomographie Operators, hergeleitet durch die Verwendung der SVD dieses Operators. Diese Zerlegung führt weiter zu einer allgemeineren, anwendungsreicheren Methode der Dekomposition, basierend auf Frames in Hilberträumen. Beide Zerlegungen führen zu einer expliziten Lösungsformel dieses inversen Problems. Ein Hauptfokus liegt auf der numerischen Implementierung dieser Lösungsformeln mit realitätsnahen Daten, um einen direkten Vergleich zu anderen Methoden und eine genaue Vorstellung der Genauigkeit dieses Rekonstruktionsprozesses zu erhalten. Dabei sind vor allem verschiedene numerische Parameter beleuchtet, die am Ende durch deren spezifische Wahl zum bestmöglichen Ergebnis bei effektivstem Berechnungsaufwand führen sollen. Weiters ist die Frame Decomposition mit der Lösungsmethode mittels Singular-Value-Type Decomposition gegenübergestellt, um deren Unterschiede und Ähnlichkeiten hervorzuheben. This work deals with the problem of atmospheric tomography, in particular with a solution method based on the frame decomposition of the atmospheric tomography operator. Atmospheric tomography is the problem of reconstructing differences of the refractive index (which are induced by temperature differences) in the atmosphere from the knowledge of wavefronts of light, which passed through the atmosphere. These initially flat wavefronts from distant stars are perturbed due to the turbulence in the atmosphere, leading to aberrated wavefronts. In the first part of this thesis, all necessary mathematical fundamentals, especially the handling of ill-posed problems and the singular value decomposition (SVD) of an operator, are introduced to be able to analyse the problem of atmospheric tomography. The mathematical analysis leads to a decomposition of the atmospheric tomography operator, derived by the use of the SVD. This further leads to a more general and practically more applicable decomposition based on frames in Hilbert spaces. Both decompositions give an explicit solution formula of this inverse problem. The main focus on this thesis lies on the numerical implementation of both solution formulas with realistic data and to get an accurate perception of the exactness of this reconstruction process. Different numerical parameters are highlighted, whose specific choice leads to the best possible result with the cheapest computational cost. Furthermore, the frame decomposition is directly contrasted with the method of singular-value-type decomposition to highlight their differences and similarities. submitted by Lukas Weissinger, BSc. Universität Linz, Masterarbeit, 2021 (VLID)5816809

Strengthening and retrofitting techniques are often required for guaranteeing the integrity of Reinforced Concrete (RC) structures to prevent seismic risk. In such a framework, Externally Bonded (EB) FRP strengthening systems have proven their effectiveness in enhancing the flexural performances of structural members both in terms of bearing capacity and ductility. In order to improve the bond in the vicinity of RC joints, embedded anchors represent an attractive solution in terms of both performances and ease of installation. Nevertheless, their mechanical behaviour is often associated with localised deformation mechanisms that can strongly affect the overall structural response. A novel experimental apparatus has therefore been designed in order to carry out in-situ bending tests on small-scale strengthened beams in conjunction with 3D tomography and study the interaction between concrete and anchors. The main goal is to track the evolution of material degradation over the entire loading history by means of Digital Volume Correlation (DVC) and to reconstruct the kinematics of the strengthened region. From a numerical point of view, an enriched finite element model inspired by the Strong Discontinuity Approach (SDA) has been developed with the aim of improving the interface representation. By means of a kinematic enrichment, this strategy allows, on the one hand, to account for complex mechanical behaviours such as pull-out deformation modes and debonding mechanisms, on the other hand, to limit the computational effort. The calibration of the interfacial behaviour is then realised by means of the in-situ experimental results which allow to validate the model in the case of non-linear problems.; Des opérations de renforcement ou réparation sont souvent nécessaires pour garantir l’intégrité des structures en Béton Armé (BA) vis-à-vis du risque sismique. Dans ce cadre, le Polymère Renforcé de Fibres (PRF) stratifié au contact a démontré son efficacité pour améliorer le comportement en flexion des éléments de structures tant en termes de résistance que de ductilité. Afin d’en améliorer la liaison en proximité des jonctions, les ancrages noyés dans le béton représentent une solution avantageuse en termes de performances et de facilité de mise en place. Néanmoins, leur comportement mécanique est fréquemment associé à des mécanismes locaux de déformation qui peuvent affecter la réponse globale de la structure. Un nouveau montage expérimental a été donc conçu pour réaliser des essais de flexion in-situ sur des poutres renforcées de petite échelle avec l’utilisation de la tomographie 3D et étudier l’interaction entre le béton et les ancrages. L’objectif principal est de suivre grâce à la Corrélation d’Images Volumiques (CIV) l’évolution de la dégradation du matériau pendant le chargement et de reconstruire la cinématique de la zone renforcée. D’un point de vue numérique, un modèle éléments finis enrichis inspiré par la Méthode des Discontinuités Fortes (SDA) a été développé dans le but d’améliorer la représentation de l’interface. De cette façon, des comportements mécaniques complexes comme les phénomènes d’arrachement peuvent être facilement reproduits, en limitant en même temps le coût de calcul. La calibration du comportement d’interface est faite enfin grâce aux résultats des essais in-situ qui permettent de valider le modèle dans le cas de problèmes non-linéaires.

Strengthening and retrofitting techniques are often required for guaranteeing the integrity of Reinforced Concrete (RC) structures to prevent seismic risk. In such a framework, Externally Bonded (EB) FRP strengthening systems have proven their effectiveness in enhancing the flexural performances of structural members both in terms of bearing capacity and ductility. In order to improve the bond in the vicinity of RC joints, embedded anchors represent an attractive solution in terms of both performances and ease of installation. Nevertheless, their mechanical behaviour is often associated with localised deformation mechanisms that can strongly affect the overall structural response. A novel experimental apparatus has therefore been designed in order to carry out in-situ bending tests on small-scale strengthened beams in conjunction with 3D tomography and study the interaction between concrete and anchors. The main goal is to track the evolution of material degradation over the entire loading history by means of Digital Volume Correlation (DVC) and to reconstruct the kinematics of the strengthened region. From a numerical point of view, an enriched finite element model inspired by the Strong Discontinuity Approach (SDA) has been developed with the aim of improving the interface representation. By means of a kinematic enrichment, this strategy allows, on the one hand, to account for complex mechanical behaviours such as pull-out deformation modes and debonding mechanisms, on the other hand, to limit the computational effort. The calibration of the interfacial behaviour is then realised by means of the in-situ experimental results which allow to validate the model in the case of non-linear problems.; Des opérations de renforcement ou réparation sont souvent nécessaires pour garantir l’intégrité des structures en Béton Armé (BA) vis-à-vis du risque sismique. Dans ce cadre, le Polymère Renforcé de Fibres (PRF) stratifié au contact a démontré son efficacité pour améliorer le comportement en flexion des éléments de structures tant en termes de résistance que de ductilité. Afin d’en améliorer la liaison en proximité des jonctions, les ancrages noyés dans le béton représentent une solution avantageuse en termes de performances et de facilité de mise en place. Néanmoins, leur comportement mécanique est fréquemment associé à des mécanismes locaux de déformation qui peuvent affecter la réponse globale de la structure. Un nouveau montage expérimental a été donc conçu pour réaliser des essais de flexion in-situ sur des poutres renforcées de petite échelle avec l’utilisation de la tomographie 3D et étudier l’interaction entre le béton et les ancrages. L’objectif principal est de suivre grâce à la Corrélation d’Images Volumiques (CIV) l’évolution de la dégradation du matériau pendant le chargement et de reconstruire la cinématique de la zone renforcée. D’un point de vue numérique, un modèle éléments finis enrichis inspiré par la Méthode des Discontinuités Fortes (SDA) a été développé dans le but d’améliorer la représentation de l’interface. De cette façon, des comportements mécaniques complexes comme les phénomènes d’arrachement peuvent être facilement reproduits, en limitant en même temps le coût de calcul. La calibration du comportement d’interface est faite enfin grâce aux résultats des essais in-situ qui permettent de valider le modèle dans le cas de problèmes non-linéaires.

Imaging the structures in depth of the Pyrenees mountain range is a long-standing subject of study with the aim both of gaining a better understanding of the geodynamic processes responsible for its genesis, and also of enabling us to improve the prevention of seismic risks associated with the dynamics of these structures. The objective of this study is to use ambient seismic noise tomography to obtain 3D images of the Pyrenean region at two different scales. Firstly, at the crustal scale, in order to constrain the large structures in depth of the orogen and their continuities in space. Secondly, on the scale of a sedimentary basin characteristic of the complex geological history of the Pyrenees, the Mauléon-Arzacq basin located in the north-west of the chain.Here we will use the method of correlation of the ambient seismic noise (noted C1) which is an efficient way to retrieve the propagation times of surface waves between a pair of seismometers. This method is now widely used for seismic tomography and temporal monitoring of seismogenic structures. In this study, we further develop this noise correlation method and propose two innovative methodologies called high order correlations (C2 and C3), corresponding to iterations of noise correlations. These methods allow us to improve both the quality and the quantity of surface wave dispersion measurements between pairs of synchronous, but also asynchronous, i.e. not operating at the same time. By using these innovative methods, we have considerably improved the spatial coverage of the models in and around the Pyrenees.Subsequently, using a Bayesian probabilistic inversion scheme, we obtained two new high-resolution models of shear wave velocities, also including the probability densities of the layer boundaries (or seismic interfaces).At large scale, the Pyrenean crustal model shows a subduction of the Iberian plate under the Eurasian plate in the western part of the Pyrenees which disappears in the eastern part. The use of higher-order correlation has made it possible to extend it to the Bay of Biscay and has made it possible to image its structures for the first time in a Vs model of this scale. In particular, we have been able to image fast velocity anomalies that lie close to the surface at the levels of the Mauléon and Saint-Gaudens gravimetric anomalies. This result brings an additional element to answer one of the great latent questions of the Pyrenees, namely the source of these gravimetric anomalies. These results confirm the hypothesis that they are caused by the presence of scales of dense material close to the surface.On a smaller scale, the model of the Mauléon-Arzacq basin allowed to reveal in detail the deep structure of their substratum but also to image the clear limit formed by the North Pyrenean Frontal Overlap between these two basins., Imager les structures en profondeur de la chaîne des Pyrénées est un sujet d’étude de longue date ayant pour but à la fois de mieux connaître les processus géodynamiques responsable de sa genèse, mais aussi de nous permettre d’améliorer la prévention des risques sismiques associés à la dynamique de ces structures. L’objectif de cette étude est d’utiliser la tomographie de bruit sismique ambiant pour obtenir des images 3D de la région Pyrénéenne à deux échelles différentes. Premièrement, à l’échelle crustale, afin de contraindre les grandes structures en profondeur de l’orogène et leurs continuités dans l’espace. Deuxièmement, à l’échelle d’un bassin sédimentaire caractéristique de l’histoire géologique complexe des Pyrénées, le bassin de Mauléon-Arzacq situé au Nord-Ouest de la chaîne.Nous allons ici utiliser la méthode de corrélation du bruit sismique ambiant (notée C1) qui est un moyen efficace pour retrouver les temps de propagation des ondes de surface entre une paire de sismomètre. Cette méthode est maintenant largement utilisée pour la tomographie sismique et la surveillance temporelle de structures sismogènes. Dans cette étude, nous poussons plus loin cette méthode de corrélation de bruit et proposons deux méthodologies innovantes appelées corrélations d'ordre supérieur (C2 et C3), correspondant à des itérations de corrélations de bruit. Ces méthodes nous permettent d'améliorer à la fois la qualité et la quantité des mesures de dispersion des ondes de surface entre les paires de stations synchrones, mais aussi asynchrones, c’est-à-dire qui n’ont pas fonctionné en même temps. En utilisant ces méthodes innovantes, nous avons amélioré considérablement la couverture spatiale des modèles à l'intérieur et autour des Pyrénées.Par la suite, en utilisant un schéma d'inversion probabiliste bayésien, nous avons obtenu deux nouveaux modèles haute résolution de vitesse des ondes de cisaillement, incluant aussi les densités de probabilité des limites de couches (ou interfaces sismiques).À grande échelle, le modèle crustale Pyrénéen montre une subduction de la plaque ibérique sous la plaque eurasienne dans la partie Ouest des Pyrénées qui disparaît dans la partie Est. L’utilisation de corrélation d’ordre supérieur a permis de l’étendre au golfe de Gascogne et a permis d'imager ses structures pour la première fois dans un modèle Vs de cette échelle. En particulier, nous avons pu imager des anomalies de vitesses rapides qui se trouvent proche de la surface aux niveaux des anomalies gravimétriques de Mauléon et de Saint-Gaudens. Ce résultat apporte un élément supplémentaire pour répondre à l'une des grandes questions latentes des Pyrénées, à savoir la source de ces anomalies gravimétriques. Ces résultats confortent l'hypothèse qu’elles sont causées par la présence d'écailles de matériel dense proche de la surface.À plus petite échelle, le modèle du bassin de Mauléon-Arzacq a permis de révéler en détail la structure en profondeur de leur substratum mais aussi d'imager la limite nette que forme le Chevauchement Frontal Nord Pyrénéen entre ces deux bassins.

Imaging the structures in depth of the Pyrenees mountain range is a long-standing subject of study with the aim both of gaining a better understanding of the geodynamic processes responsible for its genesis, and also of enabling us to improve the prevention of seismic risks associated with the dynamics of these structures. The objective of this study is to use ambient seismic noise tomography to obtain 3D images of the Pyrenean region at two different scales. Firstly, at the crustal scale, in order to constrain the large structures in depth of the orogen and their continuities in space. Secondly, on the scale of a sedimentary basin characteristic of the complex geological history of the Pyrenees, the Mauléon-Arzacq basin located in the north-west of the chain.Here we will use the method of correlation of the ambient seismic noise (noted C1) which is an efficient way to retrieve the propagation times of surface waves between a pair of seismometers. This method is now widely used for seismic tomography and temporal monitoring of seismogenic structures. In this study, we further develop this noise correlation method and propose two innovative methodologies called high order correlations (C2 and C3), corresponding to iterations of noise correlations. These methods allow us to improve both the quality and the quantity of surface wave dispersion measurements between pairs of synchronous, but also asynchronous, i.e. not operating at the same time. By using these innovative methods, we have considerably improved the spatial coverage of the models in and around the Pyrenees.Subsequently, using a Bayesian probabilistic inversion scheme, we obtained two new high-resolution models of shear wave velocities, also including the probability densities of the layer boundaries (or seismic interfaces).At large scale, the Pyrenean crustal model shows a subduction of the Iberian plate under the Eurasian plate in the western part of the Pyrenees which disappears in the eastern part. The use of higher-order correlation has made it possible to extend it to the Bay of Biscay and has made it possible to image its structures for the first time in a Vs model of this scale. In particular, we have been able to image fast velocity anomalies that lie close to the surface at the levels of the Mauléon and Saint-Gaudens gravimetric anomalies. This result brings an additional element to answer one of the great latent questions of the Pyrenees, namely the source of these gravimetric anomalies. These results confirm the hypothesis that they are caused by the presence of scales of dense material close to the surface.On a smaller scale, the model of the Mauléon-Arzacq basin allowed to reveal in detail the deep structure of their substratum but also to image the clear limit formed by the North Pyrenean Frontal Overlap between these two basins.; Imager les structures en profondeur de la chaîne des Pyrénées est un sujet d’étude de longue date ayant pour but à la fois de mieux connaître les processus géodynamiques responsable de sa genèse, mais aussi de nous permettre d’améliorer la prévention des risques sismiques associés à la dynamique de ces structures. L’objectif de cette étude est d’utiliser la tomographie de bruit sismique ambiant pour obtenir des images 3D de la région Pyrénéenne à deux échelles différentes. Premièrement, à l’échelle crustale, afin de contraindre les grandes structures en profondeur de l’orogène et leurs continuités dans l’espace. Deuxièmement, à l’échelle d’un bassin sédimentaire caractéristique de l’histoire géologique complexe des Pyrénées, le bassin de Mauléon-Arzacq situé au Nord-Ouest de la chaîne.Nous allons ici utiliser la méthode de corrélation du bruit sismique ambiant (notée C1) qui est un moyen efficace pour retrouver les temps de propagation des ondes de surface entre une paire de sismomètre. Cette méthode est maintenant largement utilisée pour la tomographie sismique et la surveillance temporelle de structures sismogènes. Dans cette étude, nous poussons plus loin cette méthode de corrélation de bruit et proposons deux méthodologies innovantes appelées corrélations d'ordre supérieur (C2 et C3), correspondant à des itérations de corrélations de bruit. Ces méthodes nous permettent d'améliorer à la fois la qualité et la quantité des mesures de dispersion des ondes de surface entre les paires de stations synchrones, mais aussi asynchrones, c’est-à-dire qui n’ont pas fonctionné en même temps. En utilisant ces méthodes innovantes, nous avons amélioré considérablement la couverture spatiale des modèles à l'intérieur et autour des Pyrénées.Par la suite, en utilisant un schéma d'inversion probabiliste bayésien, nous avons obtenu deux nouveaux modèles haute résolution de vitesse des ondes de cisaillement, incluant aussi les densités de probabilité des limites de couches (ou interfaces sismiques).À grande échelle, le modèle crustale Pyrénéen montre une subduction de la plaque ibérique sous la plaque eurasienne dans la partie Ouest des Pyrénées qui disparaît dans la partie Est. L’utilisation de corrélation d’ordre supérieur a permis de l’étendre au golfe de Gascogne et a permis d'imager ses structures pour la première fois dans un modèle Vs de cette échelle. En particulier, nous avons pu imager des anomalies de vitesses rapides qui se trouvent proche de la surface aux niveaux des anomalies gravimétriques de Mauléon et de Saint-Gaudens. Ce résultat apporte un élément supplémentaire pour répondre à l'une des grandes questions latentes des Pyrénées, à savoir la source de ces anomalies gravimétriques. Ces résultats confortent l'hypothèse qu’elles sont causées par la présence d'écailles de matériel dense proche de la surface.À plus petite échelle, le modèle du bassin de Mauléon-Arzacq a permis de révéler en détail la structure en profondeur de leur substratum mais aussi d'imager la limite nette que forme le Chevauchement Frontal Nord Pyrénéen entre ces deux bassins.

International audience; But: L’objectif principal de cette étude était de déterminer l’exactitude diagnostique de la biopsie guidée par tomodensitométrie (TDM) percutanée des consolidations pulmonaires persistantes. L’objectif secondaire était de déterminer le taux de complications et d’identifier les facteurs affectant le rendement diagnostique.Matériaux et méthodes: Deux radiologues ont examiné rétrospectivement 98 biopsies percutanées guidées par tomodensitométrie réalisées chez 93 patients (60 hommes, 33 femmes; âge moyen, 62±14,0 ans (ET); intervalle: 18-88 ans) avec des consolidations pulmonaires persistantes. Les diagnostics finaux étaient basés sur les résultats chirurgicaux ou les résultats du suivi clinique à 12 mois. Les résultats de la biopsie ont été comparés au diagnostic final pour estimer le rendement diagnostique.Résultats: Un diagnostic final a été obtenu pour tous les patients : 51/93 (54,8 %) présentaient des lésions malignes, 12/93 (12,9 %) des lésions bénignes spécifiques définies (dont 9 infections, deux pneumoconioses et une pneumonie lipoïde) et 30/93 (32,3 %) des lésions bénignes non spécifiques. La biopsie guidée par tomodensitométrie a donné un rendement diagnostique global de 60 % (59/98) avec un diagnostic correct pour 50/51 lésions malignes (rendement diagnostique de 98 % pour la malignité) et pour 9/47 lésions bénignes (rendement diagnostique de 19 % pour les affections bénignes). Des complications majeures sont survenues dans 4/98 (4 %) des biopsies pulmonaires (quatre pneumothorax nécessitant la pose d’un tube thoracique).Conclusion: La biopsie percutanée guidée par tomodensitométrie est une alternative à la biopsie endoscopique ou chirurgicale pour le diagnostic de consolidation persistante avec un faible risque de complication grave.

The field ion microscope is an instrument that can provide an image of the surface of a metallic sample at the atomic scale. The technique is therefore interest in materials sciences to quantify and characterized the finest crystalline defects. The sample used is a sharp needle carried at a potential of several kilovolts. The image of the surface is obtained by ionization of an image gas under the effect of the electric field at the apex of the tip. Under the effect of this electric field the tip can also be progressively eroded to allow a series of images of the sample at different depths. The objective of this work is to use these images to obtain a 3D reconstruction at the atomic scale of the analyzed sample. The post-processing algorithm, developed in this work, leading to the 3D reconstruction of the volume, is based on different image processing. Reconstructions made on a pure material (tungsten) give very encouraging results. In the best reconstructed areas, the detection efficiency reaches 100% and the spatial resolutions achieved are 0.35Å in the direction of analysis and 1.25Å in the orthogonal direction to the direction analysis. Some defects, such as grain boundaries or cavities, could be reconstructed and observed in the 3D volumes. Automatic detection and characterization tools for crystallographic lattice and defects were also developed., Le microscope ionique à effet de champ est un instrument qui peut fournir une image de la surface d’un échantillon métallique à l’échelle atomique. La technique présente donc un intérêt en sciences de matériaux pour quantifier et caractériser les défauts cristallins les plus fins. L’échantillon utilisé se présente sous forme d’une pointe très fine portée à un potentiel de plusieurs kilovolts. L’image de la surface est obtenue par ionisation d’un gaz image sous l’effet du champ électrique régnant à l’extrémité de la pointe. Sous l’effet de ce champ électrique la pointe peut également être progressivement érodée pour permettre de réaliser une série d’images de l’échantillon à différentes profondeurs. L’objectif de ce travail est d’utiliser ces images pour obtenir une reconstruction 3D à l’échelle atomique de l’échantillon analysé. L’algorithme de post-traitement, développé dans ce travail, menant à la reconstruction 3D du volume est basé sur différents processus de traitement d’images. Les reconstructions faites sur un matériau pur (tungstène) donnent des résultats très encourageants. Dans les zones les mieux reconstruites, le rendement de détection atteint les 100% et les résolutions spatiales atteintes sont de 0.35Å dans la direction d’analyse et 1.25Å dans la direction orthogonale à la direction d’analyse. Quelques défauts, tels des joints de grain ou des cavités, ont pu être reconstruits et observés dans les volumes 3D. Des outils de détection et de caractérisation automatiques du réseau et des défauts cristallins ont également été développés.

This study is concerning the additive manufacturing process of powder bed fusion named DIRECT METAL LASER SINTERING (DMLS) which is similar to the SELECTIVE LASER MELTING process. An important amount of academic documentation exists on those processes especially focused on building parameters and their impacts on mechanical properties of built parts.In the industrial application, the accessibility of all printing parameters is generally not possible. Indeed, building parameters are incorporated by machine makers within the printers, and characteristics of built parts are guaranteed by the printing process. For industrial, scientist publications do not take all DMLS process in integrity but only specific parts which cannot lead to optimal control of built parts. The general problem of this study is to focus on the DMLS process with titanium Ti-6Al-4V alloy material. Building parameters investigated in this study are those our industrial partner can influence which include printing machine, reused powder, layer thickness, built orientation, polishing and heat treatment. The main data analysis on built parts are porosity, surface roughness, microstructure (phases analysis), and mechanical properties on tensile, fatigue, and hardness tests.A design of experiments was realized to establish relationships between some builds parameters and results from thedata analysis. Powder analysis is showing a sphericity deterioration with a high level of reused powder which can increase Vickers hardness. However, no link can be established with morphological deterioration, therefore the increase in hardness is due to chemical composition variation. Layer thickness does not influence mechanical properties even though high layer thickness leads to an increase of volume and porosity. The orientation effect on the sample is mainly shown at 0° orientation during the fatigue test. At this orientation, the number of cycles of life of the sample is increased even though the 0° orientation is the angle with the maximum number and volume porosities. The hot isostatic pressing treatment is one with the most influence. His realization highlight the phase transformation of martensitic a” to dual phase α + β phase. This heat treatment also reduces the number and volume of porosities. From a macroscopic perspective, this heat treatment leads to an increase of elastic modulus and elongation break but reduces yield stress and ultimate tensile strength. Finally, the decrease of Vickers hardness is shown with the modification of microstructure. The polishing effect is also another main parameter which leads to a decrease in surface roughness and an increase of mechanical properties during the fatigue test due to the limitation of surface cracks. To finish, the interaction between HIP treatment and polishing has a major influence on mechanical properties when combined. This is observed from tensile and fatigue tests as an important increase in mechanical properties.To conclude this study, statistics laws between built parameters and mechanical properties have been established. An evaluation of these laws was completed with an ultimate fabrication made by the industrial partner.; Réalisé en partenariat avec l’entreprise INITIAL, leader français de la fabrication additive, la présente étude concerne le procédé de fusion métallique sur lit de poudre nommé FRITTAGE LASER DIRECT DE MÉTAL (DMLS).Dans ce contexte mixte académique et industriel, l’accessibilité à l’ensemble des paramètres d’impression n’est pas possible. En effet, les paramètres de fabrication sont généralement figés par le fabricant de machines de manière à certifier les caractéristiques finales des pièces. Les études publiées dans la littérature ne reprennent pas l’ensemble du procédé DMLS mais certaines parties spécifiques ne permettant pas malheureusement pas une maîtrise optimale des pièces fabriquées. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’ensemble du procédé DMLS avec comme matériau de référence l’alliage de titane Ti-6Al-4V. Les paramètres investigués sont limités à ceux qui ont été fixé par l’entreprisepartenaire : machine de fabrication, recyclage des poudres, épaisseur des couches d’impression, orientation des pièces fabriquées, réalisation de post-traitements thermiques et polissage. Les principales données analysées en sortie pour caractériser les pièces sont la porosité, la rugosité de surface, la microstructure et les propriétés mécaniques en traction, fatigue et dureté.Un plan d’expériences a été mis en œuvre afin de pouvoir proposer in fine des modèles statistiques prévisionnels. L’analyse des poudres met en évidence une détérioration morphologique avec le recyclage et conduit à une augmentation de la dureté. L’épaisseur des couches lasées n’influence pas les propriétés mécaniques des pièces mais une épaisseur lasée importante entraine plus de porosité. L’effet de l’orientation d’impression des échantillons est essentiellement observable sur la tenue en fatigue, celle-ci est la plus élevée pour une orientation à 0°. Paradoxalement, l’orientation à 0° est celle pour laquelle les porosités présentent un volume plus important. Le traitement thermique HIP est l’un des paramètres ayant l’effet le plus marqué sur les propriétés mécaniques. D’un point de vue microstructurale, sa réalisation induit une transformation de phase qui conduit à la disparition de la structure martensitique a” au profit d’une structure biphasé α + β. Ce traitement thermique permet une résorption sensible des porosités. Du point de vue des propriétés mécaniques en traction, sa réalisation a pour conséquence une augmentation du module d’élasticité et de l’allongement à rupture et une diminution importante de la limite d’élasticité et de la limite à rupture. Il a par ailleurs été mis en évidence que l’effet du polissage est aussi très influant. Il entraine une augmentation de la tenue en fatigue et des propriétés mécaniques en traction. Une bonne combinaison des post-traitements de fabrication HIP et polissage permet d’obtention des meilleures propriétés mécaniques en traction et en fatigue.Différents modèles statistiques entre les paramètres d’impression et les propriétés mécaniques sont finalement proposé. Une évaluation de ces lois statistiques est réalisée à partir d’une plateforme de validation réalisé par le partenaire industriel.

Thèse sous embargo de l'auteur jusqu'au 10-05-2022. Pour les membres de la communauté universitaire (hors UPHF), ce document est accessible via le Prêt entre bibliothèques (s'adresser à votre bibliothèque universitaire).; Structural Health Monitoring (SHM) consists in embedding sensors into a structure in order to monitor its health inreal time throughout its lifetime. The research works carried out in this thesis aimed at developing a new approachof SHM for the detection of corrosion/erosion in pipes. This manuscript presents a new quantitative imaging method,called passive elastic guided wave tomography, based on the use of an embedded network of piezoelectric sensors(PZT) listening and analyzing only the ambient elastic noise which is naturally generated by the fluid circulation inpipes. This passive method offers many advantages for a SHM system, such as reduction of energy consumption,simplified electronics and ability to perform an inspection while the structure is in operation. In addition, thispassive method makes SHM systems possible to use Fiber Bragg Grating sensors (FBG) which have several advantagesover traditional PZT sensors (low intrusivity, resistance to harsh environments, etc.) but which are not able to emitwaves. A first demonstration of the feasibility of corrosion/erosion imaging by FBG is illustrated experimentallythanks to a result obtained by hybrid tomography in which wave emission is performed by PZT and reception byFBG. All these works offer promising perspectives for the application of passive tomography on industrial structuresusing a pure FBG system. Among the various results presented in this thesis, we also show that corrosion/erosiondefects can be characterized by tomography on a straight pipe without the need for a baseline measurement in apristine state. It is feasible by using a new method of auto-calibration of the data used for tomography. The absenceof baseline measurement makes the method very reliable and avoid false alarms of the system. Finally, preliminarystudies on tomography for more complex structures such as a bended pipe have been realized and validated throughsimulations.; Le contrôle santé des structures (plus connu sous l’acronyme SHM pour Structural Health Monitoring) consisteà intégrer des capteurs dans une structure afin de suivre son état de santé en temps réel tout au long de sa vie.Les travaux de recherche menés dans cette thèse avaient pour objectif de développer une nouvelle approchede SHM pour la détection de corrosion/érosion dans les tuyaux. Ce manuscrit présente une nouvelle méthoded’imagerie quantitative, dite tomographie passive par ondes élastiques guidées, basée sur l’utilisation d’un réseauembarqué de capteurs piézoélectriques (PZT) écoutant et analysant uniquement le bruit élastique ambiant générénaturellement par la circulation de fluide dans des tuyaux. Cette technique passive offre de nombreux atouts pourun système SHM comme une diminution de sa consommation énergétique, un système électronique simplifié etla possibilité de réaliser une inspection lorsque la structure est en fonctionnement. La méthode passive permetaussi d’utiliser des nouveaux capteurs de type réseaux de Bragg sur fibre optique (FBG) qui présentent plusieursavantages par rapport aux capteurs classiques PZT (faible intrusivité, possibilité de multiplexage, résistance auxenvironnements sévères, etc.) mais qui ne sont pas capable d’émettre des ondes. Une première démonstration defaisabilité d’imagerie de corrosion/érosion par FBG est illustrée expérimentalement au travers d’une tomographiehybride dans laquelle l’émission d’ondes est réalisée par PZT et la réception par FBG. Toutes ces études offrent desperspectives prometteuses en vue de l’application de la tomographie passive sur des structures industrielles à l’aided’un système purement FBG. Parmi les principaux résultats présentés dans la thèse, nous montrons que les défautsde corrosion/érosion peuvent être caractérisés par tomographie sur un tube droit sans nécessité de recourir à unétat de référence. Cela est faisable à l’aide d’une nouvelle méthode d’auto-calibration des données développée danscette thèse et utilisée pour réaliser l’imagerie par tomographie. L’absence d’un état de référence rend la méthodetrès fiable et limite les fausses alarmes du système. Finalement, des études préliminaires de tomographie sur desstructures plus complexes comme un tube coudé ont été menées et validées numériquement.