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Mass transfer from particles is encountered in many biomedical applications, such as controlled drug delivery, cell culture, or in designing bioartificial organs. In operating conditions, particles are subjected to various flows, whose effect on solute transport is still not well understood and controlled. In this PhD thesis, we study the effect of the flow on mass transfer from core-shell capsules and fibers, using numerical simulations. Solute release from a core-shell fiber confined in a channel and subjected to Poiseuille flow is studied using two-dimensional lattice Boltzmann simulations. The combined effects of the flow and the shell permeability on mass transfer are analyzed over a wide range of Reynolds number covering both steady and unsteady flows. A new correlation giving the Sherwood number (the dimensionless mass transfer coefficient) as a function of the shell permeability, the Reynolds number, and the Schmidt number is proposed. The shell permeability is difficult to measure. Current characterization methods only allow the determination of an effective permeability for the whole particle (core and shell combined), and not specifically the shell permeability. A novel method to characterize capsules shell permeability is proposed and validated on both numerical and experimental data. This method consists in extracting the capsule permeability by fitting the release curves with numerical solutions of Fick’s second law of diffusion computed in one dimension using the finite difference method, by assuming spherical symmetry. Solute release from a capsule placed in a shear flow is also analyzed by the mean of three-dimensional simulations coupling the lattice Boltzmann method and the immersedboundary method for the fluid-structure interaction. The flow is found to enhance the masstransfer efficiency by forced convection. The effect of the boundary conditions set at the surface of the capsule is examined, as well. Considering Dirichlet boundary conditions at the particle surface, as classically done in literature, leads to significantly higher Sherwood numbers as compared to the case of continuity of both the concentration and the mass flux, which is more adapted to model solute release. The suspension dynamics of soft capsules in a microfluidic constriction is also studied. A state diagram describing the transition from capsule passage to blockage is determined as a function of their geometrical and mechanical properties. It can be used, for example, to optimize the design of microfluidic devices in order to enhance the mass transfer efficiency., Le transfert de masse à partir de particules présente de nombreuses applications biomédicales, telles que le relargage contrôlé de médicaments, la culture cellulaire, ou encore la conception d’organes bioartificiels. En conditions opérationnelles, les particules sont soumises à des écoulements de fluides de différentes natures, dont l’effet sur le transport du soluté est aujourd’hui encore mal connu. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’effet de l’écoulement sur le transfert de masse à partir de capsules et de fibres cœur-coque. Le cas du relargage d’un soluté par une fibre cœur-coque confinée dans un canal plan et soumise à un écoulement de Poiseuille est étudié à partir de simulations numériques en deux dimensions basées sur la méthode de Boltzmann sur réseau. Les effets combinés de l’écoulement et de la présence de la coque sur le transfert de masse sont analysés sur une large plage de nombre de Reynolds couvrant des écoulements stationnaires et instationnaires. Une corrélation donnant le nombre de Sherwood (le coefficient de transfert de masse adimensionnel) en fonction de la perméabilité de la coque, du nombre de Reynolds, et du nombre de Schmidt est proposée. La perméabilité de la coque est une propriété difficilement mesurable. Les méthodes actuelles de caractérisation ne permettent d’obtenir qu’une perméabilité effective pour l’ensemble de la particule (cœur et coque réunis), et non spécifiquement pour la coque. Une nouvelle méthode de caractérisation est proposée et validée sur des données numériques et expérimentales. Cette méthode consiste à extraire la perméabilité de la capsule par analyse inverse, en ajustant les courbes de relargage avec des solutions de la seconde loi de Fick calculées en une dimension par la méthode des différences finies. Le relargage d’un soluté par une capsule placée dans un écoulement de cisaillement est également analysé par des simulations tridimensionnelles couplant la méthode de Boltzmann sur réseau et la méthode des frontières immergées pour les interactions fluides-structure. L’écoulement améliore significativement l’efficacité du transfert de masse par convection forcée. L’effet des conditions aux limites à la surface de la capsule est examiné. Considérer des conditions aux limites de Dirichlet, comme fait classiquement dans la littérature, conduit à des nombres de Sherwood bien plus élevés que dans le cas de conditions aux limites de continuité, plus adaptées pour modéliser le relargage d’un soluté. La dynamique d’une suspension de capsules déformables en écoulement dans une constriction est aussi étudiée. Un diagramme d’états décrivant la transition entre le passage et le blocage de la constriction par les capsules est déterminé en fonction de leurs propriétés géométriques et mécaniques. Il peut être utilisé, par exemple, afin d’optimiser le design de systèmes microfluidiques dans le but d’améliorer l’efficacité du transfert de masse.

Hydrogen produced from water electrolysis appears to be the best candidate for large- scale geological storage to cover the intermittency of renewable energy. It can be stored either in salt caverns or in porous rocks like saline aquifers and depleted oil and gas reservoirs. This thesis proposes an evaluation of the risk of gas leakage in the case of salt cavities and the risk of biogeochemical alteration of the gas stock in the case of porous reservoir rocks. Rock salt is a polycrystalline material with very low intrinsic permeability in undisturbed zones (around 10-21m2). It sealing capacity is due to the specific features of salt mechanical behavior and gas flow in such unconventional reservoirs (Klinkenberg effect). Deviatoric loading under low confining pressure (1MPa) induces a moderate increase in gas permeability from the dilatancy threshold due to microcracking disturbing the impermeability. So, understanding the complex relationship between permeability evolution and the mechanical and thermal solicitations is important to survey any possible risk of leakage. So, we performed a complete set of laboratory experiments on a rock salt specimen (MDPA in the East region of France). The porosity of the studied rock salt is very low (~1%) and the initial permeability varies over 4.5 orders of magnitude. Klinkenberg effect is only observed for the less damaged samples. The poroelastic coupling is almost negligible. Deviatoric loading under low confining pressure (1MPa) induces a moderate increase in gas permeability from the dilatancy threshold due to microcracking. Measurement of ultrasonic wave velocities during uniaxial compression showed an almost irreversible closure of pre-existing microcracks and the opening of axial microcracks that are perpendicular and parallel to the stress direction allowing a precise determination of the dilatancy threshold. Under higher confining pressure (5MPa), the material becomes fully plastic which practically eliminates damage. Under hydrostatic loading, gas permeability decreases because of the self-healing process. All these results give strong confidence in that underground hydrogen storage in salt caverns is the safest solution. In the case of porous reservoir rocks, hydrogen injection can induce geochemical redox reactions between the fluids and minerals and unwanted consumption of hydrogen stock catalyzed by microorganisms tolerating extreme conditions of deep saline aquifers and reservoirs.To study these phenomena, we developed a new experimental device to simulate the biochemical activity under extreme conditions (T=35°C, PH2=50bar, Pconfinement=200bar). The outflowing gas was automatically sampled with a HP-LP valve and the concentration was measured with a micro-gas chromatograph to quantify any change due to hydrogen bio-consumption. We chose to work on the Vosges sandstone where we incubate the Shewanella putrefaciens bacteria that reduce iron in the presence of hydrogen to produce energy. Its metabolism and performance as hydrogenotrophic bacteria were first tested in batch conditions on a rock powder. Results showed that this type of bacteria can reduce the iron present in the medium using endogenous sources of electrons first then hydrogen in the medium but preferentially dissolved hydrogen. Under triaxial conditions, the bacterial activity doesn’t seem to have a significant impact, whatever the initial hydrogen concentration (70% or 5%) and the sampling frequency (one or three days). Many hypotheses are proposed to explain the observed differences between batch and triaxial conditions: the scarcity of dissolved hydrogen in residual water, the low exchange surface for biogeochemical reactions in the case of solid core samples, the slow kinetic of hydrogen consumption by S. Despite the remaining uncertainties related to our experiments, our preliminary results suggest that the underground storage of pure hydrogen in porous reservoir rocks is not severely threatened by the biological activity of the Shewanella., L'hydrogène issu de l'électrolyse de l'eau est considéré au stockage géologique à grande échelle pour combler l'intermittence des énergies renouvelables. Il peut être stocké soit dans des cavernes saline, soit dans des roches poreuses (les aquifères salins et les réservoirs de pétrole et de gaz épuisés). Cette thèse propose une évaluation du risque de fuite de gaz dans le cas de cavités salines et du risque d'altération biogéochimique du stock dans le cas de roches réservoirs poreuses. Le sel est un matériau polycristallin à très faible perméabilité intrinsèque dans les zones non perturbées (environ 10-21 m2). Sa capacité d'étanchéité est due aux spécificités du comportement mécanique du sel et de l'écoulement du gaz dans de tels réservoirs non conventionnels (effet Klinkenberg). Le chargement déviatorique sous faible confinement (1MPa) induit une augmentation de la perméabilité aux gaz à partir du seuil de dilatance due à la microfissuration. Ainsi, comprendre la relation complexe entre l'évolution de la perméabilité et les sollicitations mécaniques et thermiques est important pour comprendre tout risque de fuite. Ainsi, nous avons réalisé une série d'expérience sur un sel analogue (sel MDPA). La porosité du sel étudié est très faible (~1%) et sa perméabilité initiale varie de 4.5 d'ordres de grandeur. L'effet Klinkenberg n'est observé que pour les échantillons les moins endommagés. Le couplage poroélastique est presque négligeable. Le chargement déviatorique sous faible pression de confinement (1MPa) induit une augmentation de la perméabilité aux gaz à partir du seuil de dilatance due à la microfissuration. La mesure des vitesses des ondes ultrasonores lors de la compression uniaxiale montre une fermeture irréversible des microfissures préexistantes et l'ouverture de microfissures axiales perpendiculaires et parallèles à la direction de la contrainte permettant une détermination précise du seuil de dilatance. Sous une pression de confinement plus élevée (5 MPa), le matériau devient entièrement plastique, ce qui élimine l'effet d'endommagement. Sous chargement hydrostatique, la perméabilité au gaz diminue en raison d'auto- cicatrisation. Tous ces résultats montrent que le stockage souterrain de l'hydrogène dans le sel est la solution la plus sûre. Dans le cas des roches poreuses, l'injection d'hydrogène peut induire des réactions géochimiques entre les fluides et les minéraux et une consommation du stock d'hydrogène catalysée par des micro-organismes tolérant les conditions extrêmes des aquifères et réservoirs ultra-salins. Pour étudier ces phénomènes, nous avons développé un nouveau dispositif expérimental pour simuler cette activité dans des conditions (T=35°C, PH2=50bar, Pconfinement=200bar). Le gaz sortant est échantillonné automatiquement avec une vanne HP-BP et sa concentration est mesurée par le micro-chromatographe pour quantifier tout changement. Nous avons choisi de travailler avec le grès de Vosges où nous incubons la bactérie Shewanella putrefaciens qui réduit le fer en présence d’hydrogène. Son métabolisme et performance en tant que bactérie hydrogénotrophe ont d'abord été testés en batch sur une roche en poudre. Les résultats ont montré que ce type de bactéries peut réduire le fer présent en utilisant d'abord ses sources endogènes d'électrons puis l'hydrogène, préférentiellement, l'hydrogène dissous. En conditions triaxiales, l'activité bactérienne ne semble pas avoir d'impact significatif, quelles que soient la concentration initiale en hydrogène (70% ou 5%) et la fréquence d'échantillonnage. De nombreuses hypothèses sont proposées pour expliquer les différences observées entre les conditions en batch et triaxiales : l'hydrogène dissous dans les eaux résiduelles, la faible surface d'échange pour les réactions biogéochimiques dans le cas des carottes solides, la lenteur de la cinétique. Malgré les incertitudes liées à l'expérimentations, nos résultats préliminaires suggèrent que le stockage souterrain d'hydrogène dans des roches réservoirs poreuses n'est pas menacé par l'activité des Shewanellas.

Pour endiguer la récente pandémie de Covid-19, la France a pris des mesures pour mettre rapidement à la disposition de la population des masques de protection respiratoire efficaces. Les laboratoires en capacité de réaliser des mesures d'efficacité et de perméabilité de matériaux filtrants ont été sollicités pour mettre en ?uvre des bancs d'essais permettant de caractériser les media filtrants utilisés pour la confection des masques dits « barrière » ou « grand public » en termes d'efficacité de filtration et de perméabilité selon les spécifications établies par l'AFNOR (efficacité de filtration vis-à-vis d'aérosols de 3 µm supérieure à 70% et 90% pour deux catégories de masques, et perméabilité à 100 Pa supérieure à 96 L.m-2.s-1). Face à l'urgence, ces différents laboratoires ont mis en ?uvre des protocoles différents pour caractériser ces dispositifs. La présente communication vise à comparer les résultats obtenus par trois laboratoires impliqués dans ces essais en utilisant des protocoles différents. Les résultats montrent un bon accord entre les trois laboratoires impliqués dans l'intercomparaison avec des dispersions probablement imputables à l'hétérogénéité des échantillons., In the context of the Covid-19 pandemic, France has taken measures to quickly produce respiratory protection masks for the population. Laboratories able to carry out filtration media efficiency and permeability measurements were asked to implement test benches to characterize the filter media used for making these so-called ?community face covering? in terms of filtration efficiency and permeability according to the AFNOR specifications (3 µm filtration efficiency greater than or equal to 70% and 90% for two categories, and permeability at 100 Pa greater than 96 L.m-2.s-1). In this context of emergency, these laboratories implemented different protocols and this communication aims at comparing the results obtained by the three laboratories involved in these tests. The results show good agreement between laboratories participating in the intercomparison with a dispersion probably due to the sample heterogeneity.

Çelik cürufu ve uçucu kül sırasıyla çelik üretim tesislerinde ve termik santrallerde katı partiküller halinde ortaya çıkan endüstriyel yan ürünlerdir. Bu çalışmada dolgu uygulamalarında kullanılabilmeleri için, uçucu kül ve ağırlıkça %20 uçucu kül içeren çelik cürufu-uçucu kül karışımının özellikleri incelenmiştir. Uçucu kül ve çelik cürufu, özgül ağırlık, elek, hidrometre ve Atterberg limitleri deneyleriyle karakterize edilmiştir. Kompaksiyon davranışı standart Proktor deneyleriyle belirlenen yan ürünlerin ve karışımın hidrolik iletkenlik katsayıları düşen seviyeli permeabilite deneyleriyle belirlenmiştir. Yan ürünlerin ve karışımın kayma dayanımı parametreleri %100 Standart Proktor sıkılığında hazırlanan numuneler üzerinde yapılan kesme kutusu deneylerinin sonuçlarına göre değerlendirilmiştir. pH ve elektrik iletkenliği ölçümleri ve sızıntı suyu analizleri yapılarak malzemelerin kullanımıyla oluşabilecek çevresel risklerin belirlenmesi hedeflenmiştir. Kompaksiyon deneylerinde %80 çelik cürufu-%20 uçucu kül karışımı için elde edilen kuru birim hacim ağırlığı çelik cürufuna göre daha yüksek, karışma ait optimum su muhtevası çelik cürufuna göre daha düşüktür. Kesme kutusu deney sonuçlarına göre, deney-sonu sürtünme açısı (ds), çelik cürufu ve uçucu kül için sırasıyla 40.1o ve 28.9o’dir. %80 çelik cürufu-%20 uçucu kül karışımının deney-sonu sürtünme açısı ise 37.8o’dir. Karışımın pik kayma dayanımı çelik cürufu için elde edilene yakın ve dolgu için kullanılan doğal kum malzemeleri için elde edilen değerlerin üst sınırı ile karşılaştırılabilir. pH ve elektrik iletkenliği ölçümleri, kullanılan yan ürünlerin korozif özellikler gösterebileceğine işaret etmektedir. Çelik cürufu ve uçucu kül numuneleri için yapılan sızma suyu analiz sonuçları çevre etkilerinin üretilen karışım için araştırılması gerektiğine işaret etmektedir., Steel slag and fly ash are particulate industrial by-products generated in steel plants and power plants, respectively. In this study, the properties of steel slag, fly ash and a steel slag-fly ash mixture that contain 20% fly ash (by weight) were investigated for their possible use as fill material. Fly ash and steel slag were characterized through specific gravity, sieve, hydrometer and Atterberg limits experiments. Compaction behavior of the industrial by-products and their mixture were evaluated through standard Proctor compaction, and their hydraulic conductivity were determined through falling-head permeability experiments. The shear strength parameters of the industrial by-products and their mixtures, prepared at 100% Proctor compaction, were evaluated based on direct shear experiments. pH and electrical resistivity measurements were taken, and leachate analysis were performed on fly ash and steel slag samples to determine the possible environmental risks that can arise from their use. The maximum dry unit weight values recorded for the 80% steel slag - 20% fly ash mixture was higher, on the other hand, the optimum moisture content of the mixture was lower compared to that of steel slag sample. Based on direct shear experiments, the end-of-test friction angles are 40.1o and 28.9o for steel slag and fly ash, respectively. The end-of-test friction angle for the 80% steel slag-20% fly ash mixture is 37.8o. The peak shear strength of the mixture is close to that of steel slag and comparable to the higher end of the range obtained for natural sands that are used as fill material. The pH and electrical resistivity measurements indicate that these by-products may possess corrosive nature. The results of the leachate analysis point toward the need for further analysis of the mixture for the environmental effects.

In membrane fuel cells, the feed gas must pass through a porous layer of carbonaceous material (GDL, gas diffusion layer) to access the catalyst, enabling the electrochemical reaction and subsequent energy production. In general, this layer consists of a macroporous substrate (MPS) covered by a thinner structural undercoat called a microporous layer (MPL) in contact with the electrode. The project here focuses on the study of gas transport phenomena in commercially available diffusion layers, which are essentially complex porous media (MPL+MPS). GDLs have a key role in the distribution of gases and the evacuation of produced water: in addition to diffusion and convection, the intrinsic properties of these layers are known to play a significant role on the overall performance of the fuel cell. The present approach relies on various sources of experimental observations to understand and characterize these transport flows in GDL in order to obtain a phenomenological formalism. To this end, ex-situ measurements using a "diffusion bridge" technique are carried out in a laboratory cell (called a fundamental cell) to estimate the directional permeability of the gas or in a fuel cell to estimate the equivalent permeability under conditions closer to cell operation. Essentially, the conditions for measuring gas transport have been modified, using (i) a single dry gas, (ii) a mixture of dry gases, (iii) humidified gases, (iv) gas flow in the presence of liquid water, and (v) variable cell compression. The results obtained on gas permeability, first through experimentation and then by using the data in established fundamental models, provide more precise information on the gas transport mechanism in these complex-structured GDLs when placed inside PEM fuel cells, leading to a significant understanding., Dans les piles à combustible à membrane, les gaz d’alimentation doivent passer à travers une couche poreuse à base de matériaux carbonés (GDL) gas diffusion layer pour accéder au catalyseur, rendant possible la réaction électrochimique et la production d'énergie qui s'ensuit. En général, cette couche est constituée d'un support macroporeux (MPS, macroporous substrate) recouvert d'une sous-couche de structure plus fine appelée couche microporeuse (MPL, microporous layer) en contact avec l'électrode. Le projet porte ici sur l'étude des phénomènes de transport des gaz dans les couches de diffusion disponibles dans le commerce, qui sont essentiellement des milieux poreux complexes (MPL+MPS). Les GDL ont un rôle clé dans la distribution des gaz et l'évacuation de l'eau produite : outre la diffusion et la convection, les propriétés intrinsèques de ces couches sont connues pour jouer un rôle significatif sur la performance globale de la pile à combustible. La présente approche s'appuie sur diverses sources d'observations expérimentales pour comprendre et caractériser ces flux de transport dans la GDL en vue d'obtenir un formalisme phénoménologique. À cette fin, des mesures ex-situ utilisant une technique de "pont de diffusion", dans une cellule de laboratoire (appelée cellule fondamentale ) pour estimer la perméabilité directionnelle du gaz ou bien dans une pile à combustible, afin d’estimer la perméabilité équivalente dans des conditions plus proches du fonctionnement de la pile. Pour l'essentiel, les conditions de mesure du transport de gaz ont été modifiées, en utilisant (i) un seul gaz sec, (ii) un mélange de gaz secs, (iii) des gaz humidifiés, (iv) un flux de gaz en présence d'eau liquide et (v) une compression variable des cellules. Les résultats obtenus sur la perméabilité au gaz : d'abord par l'expérimentation et ensuite en utilisant les données dans des modèles fondamentaux établis, permettent d'obtenir des informations plus précises sur le mécanisme de transport du gaz dans ces GDL de structure complexe lorsqu'elles sont placées à l'intérieur des piles à combustible PEM, ce qui permet d'acquérir une compréhension significative.

In membrane fuel cells, the feed gas must pass through a porous layer of carbonaceous material (GDL, gas diffusion layer) to access the catalyst, enabling the electrochemical reaction and subsequent energy production. In general, this layer consists of a macroporous substrate (MPS) covered by a thinner structural undercoat called a microporous layer (MPL) in contact with the electrode. The project here focuses on the study of gas transport phenomena in commercially available diffusion layers, which are essentially complex porous media (MPL+MPS). GDLs have a key role in the distribution of gases and the evacuation of produced water: in addition to diffusion and convection, the intrinsic properties of these layers are known to play a significant role on the overall performance of the fuel cell. The present approach relies on various sources of experimental observations to understand and characterize these transport flows in GDL in order to obtain a phenomenological formalism. To this end, ex-situ measurements using a "diffusion bridge" technique are carried out in a laboratory cell (called a fundamental cell) to estimate the directional permeability of the gas or in a fuel cell to estimate the equivalent permeability under conditions closer to cell operation. Essentially, the conditions for measuring gas transport have been modified, using (i) a single dry gas, (ii) a mixture of dry gases, (iii) humidified gases, (iv) gas flow in the presence of liquid water, and (v) variable cell compression. The results obtained on gas permeability, first through experimentation and then by using the data in established fundamental models, provide more precise information on the gas transport mechanism in these complex-structured GDLs when placed inside PEM fuel cells, leading to a significant understanding.; Dans les piles à combustible à membrane, les gaz d’alimentation doivent passer à travers une couche poreuse à base de matériaux carbonés (GDL) gas diffusion layer pour accéder au catalyseur, rendant possible la réaction électrochimique et la production d'énergie qui s'ensuit. En général, cette couche est constituée d'un support macroporeux (MPS, macroporous substrate) recouvert d'une sous-couche de structure plus fine appelée couche microporeuse (MPL, microporous layer) en contact avec l'électrode. Le projet porte ici sur l'étude des phénomènes de transport des gaz dans les couches de diffusion disponibles dans le commerce, qui sont essentiellement des milieux poreux complexes (MPL+MPS). Les GDL ont un rôle clé dans la distribution des gaz et l'évacuation de l'eau produite : outre la diffusion et la convection, les propriétés intrinsèques de ces couches sont connues pour jouer un rôle significatif sur la performance globale de la pile à combustible. La présente approche s'appuie sur diverses sources d'observations expérimentales pour comprendre et caractériser ces flux de transport dans la GDL en vue d'obtenir un formalisme phénoménologique. À cette fin, des mesures ex-situ utilisant une technique de "pont de diffusion", dans une cellule de laboratoire (appelée cellule fondamentale ) pour estimer la perméabilité directionnelle du gaz ou bien dans une pile à combustible, afin d’estimer la perméabilité équivalente dans des conditions plus proches du fonctionnement de la pile. Pour l'essentiel, les conditions de mesure du transport de gaz ont été modifiées, en utilisant (i) un seul gaz sec, (ii) un mélange de gaz secs, (iii) des gaz humidifiés, (iv) un flux de gaz en présence d'eau liquide et (v) une compression variable des cellules. Les résultats obtenus sur la perméabilité au gaz : d'abord par l'expérimentation et ensuite en utilisant les données dans des modèles fondamentaux établis, permettent d'obtenir des informations plus précises sur le mécanisme de transport du gaz dans ces GDL de structure complexe lorsqu'elles sont placées à l'intérieur des piles à combustible PEM, ce qui permet d'acquérir une compréhension significative.

10ème Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l'Ingénieur -JNGG 2020, LYON, FRANCE, 02-/11/2020 - 03/11/2020; L'application de cycles hydriques sur des sols compactés statiquement à 95% de l'optimum Proctor normal, a des effets sur les propriétés du sol compacté. L'expérience menée jusqu'à 6 et 12 cycles en utilisant du limon sableux B5 en provenance d'une digue de Loire, a montré une augmentation de la perméabilité, une augmentation de la macroporosité associée à une modification de la microstructure observée en tomographie par rayons X.

This research work is part of the CALC (Targeted Release Food Supplement) project, which focuses on the application of the biopharmaceutical classification of drugs to the development of nutritional supplements. In line with the development of medicines, applied to the pharmaceutical industry, reflections are emerging at the level of food supplements, both from the authorities and from the players in the sector (industrialists and researchers). These major points of reflection concern i) the quality of raw material sources, ii) their physical-chemical characteristics and functional properties, iii) the impact of the administration matrix on the "bioaccessibility" of the active ingredients and iv) the bioavailability and interchangeability of the food supplements available on the market. These lines of research aim to improve the quality and safety of products to ensure optimal efficacy and reduced safety for the consumer. Recognising that the dissolution and gastrointestinal permeability of a chemical molecule are the fundamental parameters that control its rate of absorption and amount absorbed, the biopharmaceutical classification scheme for drugs is adopted by the EMA and FDA in similar texts. The aim of the work was to propose a classification for nutritional supplements that would improve the quality and bioavailability of the ingredients they contain.The work consisted of i) studying the physicochemical and biopharmaceutical properties of different nutritional ingredients including caffeine, glucosamine, resveratrol and curcumin ii) assessing the impact of physicochemical and biopharmaceutical properties on the interchangeability of products and their bioavailability iii) proposing an original classification of nutritional ingredients that would allow the elaboration of a reasoned development strategy., Ce travail de recherche fait partie du projet CALC (Complément Alimentaire à Libération Ciblée), qui porte sur l’application de la classification biopharmaceutique des médicaments au développement des compléments nutritionnels. Dans la lignée du développement des médicaments, appliquée à l’industrie pharmaceutique, des réflexions émergent au niveau des compléments alimentaires aussi bien de la part des autorités que des acteurs du secteur (industriels et chercheurs). Ces points de réflexion majeurs portent sur i) la qualité des sources de matières premières, ii) leurs caractéristiques physico chimiques et leurs propriétés fonctionnelles, iii) l’impact de la matrice d’administration sur la « bioaccessibilité » des actifs et iv) la biodisponibilité et l’interchangeabilité des compléments alimentaires disponibles sur le marché. Ces pistes de recherche visent à améliorer la qualité et la sécurité des produits pour garantir une efficacité optimale et une innocuité réduite au consommateur. En reconnaissant que la dissolution et la perméabilité gastro-intestinale d’une molécule chimique sont les paramètres fondamentaux qui contrôlent sa vitesse d’absorption et sa quantité absorbée, le schéma de classification biopharmaceutique pour les médicaments est adopté par l’EMA et la FDA dans des textes similaires. Le but du travail est de proposer une classification pour les compléments nutritionnels permettant d’améliorer la qualité et la biodisponibilité des ingrédients qu’ils contiennent.Le travail a consisté i) à étudier les propriétés physico-chimiques et biopharmaceutiques de différents ingrédients nutritionnels dont la caféine, la glucosamine, le resveratrol et la curcumine ii) Evaluer l’impact des propriétés physico-chimiques et biopharmaceutiques sur l’interchangeabilité des produits et leur biodisponibilité iii) Proposer une classification originale des ingrédients nutritionnels permettant d’élaborer une stratégie galénique de développement raisonnée.

Heart failure represents a major public health issue in western world. It is a complex syndrome that could be the cause and/or the consequence of underlying pathologies such interstitial diffuse fibrosis. Magnetic Resonance Imaging (MRI) is the reference imaging modality for soft tissue assessment and especially the myocardium. Several imaging biomarkers such relaxation time T1 or extracellular volume fraction (ECV) have proven their diagnostic power in term of sensitivity and specificity. MRI with contrast agent injection has also demonstrated its usefulness in diagnostic of post-infarct local fibrosis for instance. Dynamic contrast enhancement (DCE) is widely investigated for its supposed ability to discriminate areas from which perfusion/permeability properties have been altered by the presence of fibrosis deposition. We hypothesized that the quantification of myocardial permeability and the estimation of the extracellular extravascular volume fraction Ve could led to a better detection of diffuse fibrosis. Consequently, we investigated the possibility of a shorter protocol for the evaluation of ECV. In this manuscript, we first present the methodological developments that allow the quantitative analysis of DCE cardiac MRI. This implied the development of a post-processing method for Arterial Input Function reconstruction, allowing DCE quantification without the need of specific sequences or protocols. A post-processing algorithm for perfusion images registration have been developed for pixel-wise parametric maps reconstruction. Data acquisition have been simulated in a Monte-Carlo fashion in order to assess the impact of acquisition strategies on parameters accuracy. This eventually led to the design of the shortest possible imaging strategy for Ve quantification. Secondly, clinical results obtained with our quantitative DCE analysis framework have been confronted to those obtained with classical ECV method for diffuse fibrosis detection. Correlation between those two parameters have been found a group of 12 patients presenting mitral valve prolapses. Permutation test on Ve distribution allowed us to show a significant difference between two groups the same way the ECV values did. The presented work describes a full quantitative DCE analysis framework that could allow to a shorter imaging protocol for extracellular extravascular estimation for diffuse myocardial fibrosis diagnosis., L’insuffisance cardiaque est un enjeu de santé publique majeur dans les pays occidentaux. Ce syndrome complexe peut être la résultante de pathologies sous-jacentes du myocarde comme le dépôt de fibrose, diffusant sur l’ensemble du tissu myocardique. L’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) est la modalité de référence dans l’exploration clinique des tissus mous du tissu myocardique. Plusieurs biomarqueurs d’IRM comme le temps de relaxation T1 ou encore la quantification du volume extracellulaire (ECV) ont révélé leur utilité clinique dans le diagnostic de fibroses localisées. L’IRM avec injection de produit de contraste a également montré son fort pouvoir diagnostic dans la détection de lésions post-infarctus. Le suivi dynamique de rehaussement de contraste (DCE) semble être une technique prometteuse dans la différenciation de zones dont la perfusion/perméabilité tissulaire est altérée par un dépôt fibrotique. Dans ces travaux de thèse, nous sommes partis de l’hypothèse que la quantification de la perméabilité cardiaque et l’extraction du volume extracellulaire extravasculaire Ve, permettraient la détection de lésions diffuses avec comme corolaire un raccourcissement de la durée totale d’examen pour l’estimation de l’ECV. Ce mémoire présente dans un premier temps, les travaux méthodologiques mis en œuvre pour permettre l’analyse quantitative DCE myocardique. Pour cela, une méthode de reconstruction de fonction d’entrée artérielle est présentée afin de permettre la quantification DCE sans séquence ou protocole spécifique. Un algorithme de recalage des images dynamiques est décrit, afin de rendre possible l’analyse sous forme de cartes paramétriques. Les conditions d’acquisition des données ont également été étudiées par simulations de Monte-Carlo et cela a permis de proposer un protocole le plus court possible pour l’estimation de Ve. Dans un second temps, les résultats obtenus par analyse DCE ont été comparés aux résultats obtenus par analyse ECV dans le diagnostic de fibrose diffuse. Une corrélation entre ces deux paramètres a été démontrée sur un groupe de 12 patients présentant un prolapsus de la valve mitrale. Un test de permutation a permis de séparer l’échantillon en deux sous-groupes de manière équivalente à l’ECV. Ces travaux de thèse proposent un flux de post traitement complet d’analyse quantitative DCE myocardique et ouvrent la voie à une estimation plus rapide du volume extracellulaire pour la quantification de la fibrose diffuse myocardique.

L’être humain est largement plus constitué de bactéries que de ses propres cellules. En effet, il y a dix fois plus de micro-organismes dans notre intestin que de cellules humaines dans notre organisme. L’intestin est maintenant qualifié de « deuxième cerveau », en effet, il héberge 60 à 70 % de nos cellules immunitaires et communique grâce à plus de 100 millions de neurones ! Le microbiote constitue l’ensemble de ces micro-organismes. Les probiotiques sont des micro-organismes vivants qui, administrés en quantités adéquates, sont bénéfiques pour la santé de l’hôte. Cependant, il faut noter que leur résistance est augmentée par l’ingestion de nourriture en même temps que ces derniers. De plus, il y a peu de chance que les probiotiques adhèrent : les probiotiques doivent être continuellement ingérés et leur colonisation persiste selon les cas entre 2 à 20 jours. Les probiotiques présentent un véritable bénéfice thérapeutique dans la prise en charge de pathologies comme dans le maintien en rémission des maladies inflammatoires chroniques intestinales et surtout dans la prévention des pochites. Plus précisément, il a été montré que dans la maladie de Crohn, deux souches (Saccharomyces boulardii et Escherichia coli Nissle 1917) semblent prometteuses avec des récidives moins fréquentes. De plus, le complément alimentaire VSL # 3 permet d’induire une rémission chez 69% des patients dans le cas de la pochite. On peut également citer le Lactobacillus rhamnosus GG qui dans la maladie cœliaque restaure la barrière épithéliale. Ainsi, ce manuscrit permet de dévoiler l’ensemble des souches prometteuses pouvant être utilisées en tant que thérapie adjuvante.