Titre : Contribution des informations expérimentales et expertes à l’amélioration des modèles linéaires d’étalonnage multivarié en spectrométrie

Auteur : Jean-Claude Boulet

Résumé : Les spectres contiennent de l’information sur la composition d’échantillons. Cette information est extraite au moyen d’une première famille d’outils chimiométriques, les étalonnages. Une deuxième famille d’outils, les prétraitements, est destinée à enlever une information spectrale nuisible. Etalonnages et prétraitements sont construits à partir de deux types d’informations: (1) les informations expérimentales basées sur l’expérience; (2) les informations expertes basées sur la connaissance a priori. L’objectif de la thèse est d’étudier les complémentarités et synergies entre ces deux types d’informations. Après une étude bibliographique, un modèle général commun aux étalonnages et prétraitements est proposé. L’information utile ou nuisible contenue dans un spectre est obtenue par projection orthogonale de ce spectre (selon un métrique Sigma) sur une matrice P dont les colonnes constituent une base de l’espace vectoriel associé à l’information utile ou nuisible. Selon les cas, l’information utile est conservée alors que l’information nuisible est éliminée. Le modèle général est ensuite implémenté par deux nouvelles méthodes. L’IDC-Improved Direct Calibration est une méthode d’étalonnage direct utilisant conjointement des informations expérimentales et expertes. Ensuite VODKA-PLSR est une généralisation de la PLSR. Un vecteur r est mis en évidence, il permet d’inclure de l’information experte dans le modèle. En conclusion ce travail permet une vision plus synthétique des modèles existants, propose deux nouveaux modèles d’étalonnage et ouvre de nombreuses possibilités pour créer de nouveaux modèles d’étalonnage et de prétraitement.

Ecole : Institut National d’Etudes Supérieures Agronomiques de Montpellier

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Titre : Préparation de synthons biosourcés issus de tannins de châtaigniers des Cévennes pour application aux résines époxy et aux retardateurs de flamme

Auteur : Valeriia Karaseva

Résumé : Le changement climatique accélère la dégradation de l’état sanitaire du châtaignier causé initialement par le manque de sylviculture et d’exploitation du fait du parcellement important de la forêt cévenole. Ainsi, la pérennité de la châtaigneraie dans cette région est en question. Les acteurs de terrain ont décidé d’agir en interpelant les scientifiques pour explorer de nouvelles solutions dans le domaine « bois chimie », la qualité du bois rendant peu rentable la filière bois d’œuvre traditionnelle. La chimie verte apparaît comme une voie possible en raison de la richesse de cette essence en extractibles telles que les tanins ellagiques et l’acide ellagique. Le projet de thèse avait pour objectif d’étudier l’utilisation d’extraits de bois de châtaignier dans les domaines des retardateurs de flamme et des résines époxy biosourcées. La première partie du travail a permis de produire des extraits avec des compositions variées et d’étudier les relations entre composition et propriétés thermiques des extraits. Les proportions relatives entre les deux familles moléculaires présentes dans les extraits, saccharides et composés phénoliques, ont induit des variations dans les valeurs d’énergie de combustion et de taux de résidus. La deuxième partie du travail a permis d’évaluer l’efficacité de deux extractibles phénoliques du bois de châtaignier, l’acide gallique et l’acide ellagique, pour l’ignifugation d’une résine époxy par voie additive. La comparaison avec leurs dérivés boratés indique une amélioration des propriétés ignifuges des matériaux par une action en phase condensée. La troisième partie de la thèse a été consacrée à la synthèse de prépolymères époxy à partir d’acide ellagique, substituts potentiels du diglycidyl éther de bisphénol A. L’introduction des groupements fonctionnels époxydes, caractéristiques des prépolymères époxy, a été réalisée par allylation des hydroxyles phénoliques de l’acide ellagique puis oxydation des doubles liaisons allyliques. La formulation du prépolymère avec deux durcisseurs a permis de produire des résines dont les propriétés ignifuges sont supérieures à celles de la référence pétrosourcée.

Ecole : Montpellier SupAgro

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Titre : Microfiltration tangentielle appliquée à l’oenologie : compréhension et maîtrise des phénomènes de colmatage

Auteur : Youssef El Rayess

Résumé : La clarification des vins par procédés membranaires en particulier la microfiltration tangentielle a toujours été limitée par le colmatage, générant des flux de perméation faibles incompatibles avec la rentabilité économique. La compréhension, la maîtrise, ainsi que l’anticipation des phénomènes de colmatage font l’objet de ce travail. Dans un premier temps, la contribution individuelle puis en mélange des composés du vin (tannins, pectines, mannoprotéines et levures) au colmatage d’une membrane céramique multicanaux a été évaluée. Une approche fondamentale a permis de proposer des mécanismes de colmatage : la présence des pectines induit les flux de perméation les plus faibles en formant un gel à la surface de la membrane tandis que les levures semblent au contraire avoir un effet protecteur dans le cas d’un vin brut. Parce qu’il représente le flux au-delà duquel un colmatage irréversible apparaît à la surface de la membrane, le flux critique pour l’irréversibilité est un paramètre clef pour contrôler le colmatage. Dans le cas de la filtration de vin, aucun flux critique n’a pu être déterminé ce qui a conduit à définir un critère identifiant une zone de travail où le degré de colmatage reste acceptable. La dernière partie de cette thèse est consacrée à l’étude de la filtration dynamique (RVF) pour une éventuelle application dans le secteur vinicole. Cette technique est testée en présence de deux membranes organiques différentes: PES (hydrophile) et PTFE (hydrophobe). Les observations ont permis de mettre en évidence l’efficacité du système contre le colmatage des membranes PES induite par l’action de l’agitateur. Le colmatage des membranes PTFE est énormément affecté par les interactions molécules/membrane rendant la filtration dynamique inefficace pour lutter contre le colmatage de ces membranes.

Ecole : Institut National Polytechnique de Toulouse

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Titre : Potentiel des séries temporelles d’images satellites multispectrales pour la caractérisation et le suivi dynamique d’une culture : application à la vigne à l’échelle régionale

Auteur : Eva Lopez-Fornieles

Résumé : Les sources d’information basées sur la télédétection présentent des caractéristiques particulièrement intéressantes pour le suivi dynamique des cultures, de l’échelle de la parcelle à l’échelle régionale. L’imagerie provenant de plateformes de télédétection est capable d’être utilisée pour l’aide à la décision opérationnelle (pour l’expertise ou comme entrée de modèle) pour le suivi des cultures à différentes échelles. Malgré la démonstration de cette capacité dans des études précédentes, le développement de ces nouvelles sources d’information (plateformes et capteurs) progresse plus rapidement que le développement de nouvelles technologies de l’information adaptées à la gestion de cette grande quantité de données. En effet, les informations qui caractérisent ce type de données sont non seulement volumineuses (multidimensionnelles), mais aussi très hétérogènes, ce qui reste un défi pour le traitement des données et les interprétations agronomiques.Afin de contextualiser cette recherche, ce projet de recherche doctorale s’est concentré sur le potentiel d’une série temporelle d’images satellitaires Sentinel-2 pour le suivi des vignobles à l’échelle régionale dans la région Occitanie (France). Ce jeu de données spatio-temporel Sentinel-2 présente des caractéristiques uniques en termes de temps de revisite, de résolution spatiale, d’informations attributaires fournies et de coût. De plus, le choix de la couverture spatiale est intéressant en soi, car la région viticole de Languedoc-Roussillon représente une grande diversité de conditions agro-environnementales qui se traduit par un grand nombre de cépages différents cultivés ainsi qu’une grande diversité dans les pratiques de gestion des viticulteurs. L’ensemble de ces facteurs introduit des niveaux supplémentaires de variabilité dans l’analyse des données viticoles à l’échelle régionale. Ce travail de thèse est basé sur l’hypothèse que l’évaluation de la variabilité temporelle de l’imagerie satellitaire, en plus des variations spectrales, permettrait une analyse plus complète pour dériver des informations nouvelles et pertinentes sur la variabilité de la production des vignobles individuels à l’échelle régionale. Dans cette optique, l’objectif principal de cette thèse a été d’intégrer des analyses temporelles, en tant que descripteur supplémentaire de la variabilité des vignobles, afin de prendre en compte, d’une manière plus holistique, toutes les dimensions spécifiques des données de télédétection (spectrales, temporelles et spatiales). Différentes méthodes d’analyse multivoie supervisées et non supervisées, dérivées du domaine de la chimiométrie, ont été utilisées, capables de générer des informations à l’échelle régionale à partir de séries temporelles d’images multi-spectrales. Les approches non supervisées ont démontré la possibilité d’extraire des connaissances agronomiques dans le temps (par exemple, différentes dynamiques végétatives) sans prérequis préalables. Les méthodes supervisées ont permis, d’une part, l’évaluation spectrale, temporelle et spatiale d’un événement climatique extrême (par exemple une vague de chaleur) et, d’autre part, la sélection de variables multidimensionnelles (spectrales-temporelles) pour approfondir la compréhension agronomique de l’impact d’un événement climatique extrême sur la vigne à une échelle régionale.Ce travail démontre que les méthodes d’analyse exploitant les signatures temporelles et spectrales pour extraire des informations sur les variations de la croissance végétative à l’échelle régionale offrent des informations précieuses pour évaluer la performance des cultures individuelles. En tenant compte de la haute dimensionnalité des données, qui inclut la dimension temporelle, les besoins ainsi que les limites de l’analyse des séries temporelles sont explorés dans le contexte de la fourniture d’informations pertinentes pour aider à la connaissance à grande échelle d’une culture, telle que la vigne.

Ecole : UMR ITAP

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