When several queens reign: how polygyny affects social life in ants

Astract: The aim of this thesis was to investigate how the presence of multiple queens (polygyny) affects social organization in colonies of the ant Formica exsecta. This is important because polygyny results in reduced relatedness among colony members and therefore reflects a potential paradox for altruistic cooperation being explained by inclusive fitness theory. The reason for this is that workers in polygynous colonies rear no longer only their siblings (high inclusive fitness gain) but also more distantly ox even unrelated brood (low or no inclusive fitness gain). All research projects conducted in this thesis are novel and significant contributions to the understanding of the social evolution of insect societies. We used a mixture of experimental and observational methodologies in laboratory and field colonies of F. exsecta to examine four important aspects of social life that are impacted by polygyny. First, we investigated the influence of queen number on colony sex allocation and found that the number of queens present in a colony significantly affects colony sex ratio investment. The data were consistent with the queen-replenishment hypothesis, which is based on the observation that newly mated queens are often recruited back to their parental nest. According to this theory, colonies containing many queens should only produce males due to local resource competition (i.e. related queens compete for common resources), whereas colonies hosting few queens benefit most from producing new queens to ensure colony survival. Second, we examined how reproduction is partitioned among nestmate queens. We detected a novel pattern of reproductive partitioning whereby a high proportion of queens were completely specialized in the production of only a subset of offspring classes produced within a colony, which might translate into great differences in reproductive success between queens. Third, we could demonstrate that F. exsecta workers indiscriminately reared highly related and unrelated brood although such nepotistic behaviour (preferential rearing of relatives) would be predicted by inclusive fitness theory. The absence of nepotism is probably best explained by its negative effects on overall colony efficiency. Finally, we conducted a detailed population genetic analysis, which revealed that the genetic population structure is different for queens and workers. Our data were best explained with queens forming family-based groups (multicolonial population structure), whereas workers from several nests seemed to be grouped into larger unites (unicolonial population structure) with workers moving freely between neighbouring nests. Altogether, the presented work significantly increased our understanding of the complex organization of polygynous social insect colonies and shows how an important life history trait such as queen number affects social organization at various levels. Résumé: Le but de cette thèse était d'étudier comment la présence de plusieurs reines par colonie (polygynie) influence la vie sociale chez la fourmi Formica exsecta. Ce sujet est important parce que la polygynie chez les insectes sociaux présente un passible paradoxe au niveau de la théorie du "fitness inclusive". Ce paradoxe est basé sur le fait que les ouvrières n'élèvent plus uniquement leurs frères et soeurs (gain de "fitness inclusive" maximale), mais également des individus moins ou pas du tout apparentés (gain de "fitness inclusive" réduit ou absent). Tous les projets de recherche présentés au cours de cette thèse apportent une meilleure compréhension et connaissance au niveau de l'organisation des colonies chez les insectes sociaux. Nous avons employé des méthodes d'observation et de laboratoire afin de mettre en évidence des aspects importants de la vie sociale chez les fourmis influencés par la polygynie. Quatre aspects ont été caractérisés : (1) l'influence du nombre de reines sur le sexe ratio produit par la colonie. Nous avons démontré que les colonies contenant beaucoup de reines produisaient rarement des reines tandis que les colonies contenant peu de reines souvent investissaient beaucoup de ressources dans la production des reines. Ces résultats sont en accord avec la "queen-replenishment hypothesis" qui est basé sur l'observation que les nouvelles reines sont recrutées dans la colonie où elles étaient nées. Cette hypothèse postule que la production des reines est défavorable dans les colonies contenant beaucoup de reines, parce que ces reines apparentées, rentrent en compétition pour des ressources communes. Au contraire, la production des reines est favorable dans des colonies contenant peu de reines afin d'assurer la survie de la colonie ; (2) comment les reines dans une colonie répartissent leur reproduction. Nous avons mis en évidence un nouveau pattern de cette répartition où une grande proportion de reines est complètement spécialisée dans la production d'un seul type de couvain ce qui probablement aboutit à des différences significatives entre reines dans le succès reproducteur ; (3) la capacité des ouvrières à discriminer un couvain de soeur d'un couvain non apparenté. Les résultats ont montré que les ouvrières ne font pas de discrimination entre le couvain de soeur et le couvain non apparenté ce qui n'est pas en accord avec la théorie de la "fitness inclusive". Cette absence de discrimination est probablement due à des effets négatifs comme par exemple la diminution de la production du couvain; (4) la structure génétique d'une population de F. exsecta. Nous avons mis en évidence que la structure génétique entre des groupes de reines est significativement différente de la structure génétique entre des groupes d'ouvrières. Les données suggèrent que les reines forment des groupes basés sur une structure familiale tandis que les ouvrières sont groupées dans des unités plus grandes.

Canal lombaire étroit. Corrélation entre imagerie et mobilité chez des sujets présentant une sténose canalaire lombaire

La sténose du canal médullaire lombaire peut aujourd'hui se traiter de deux façons différentes à savoir le traitement non- chirurgical (physiothérapie, AINS, infiltrations de corticostéroïdes) pour les patients souffrant de symptômes modérés et le traitement chirurgical (décompression canalaire) pour les patients avec des symptômes graves et des déficits fonctionnels. Plusieurs études ont tenté de comparer ces deux approches thérapeutiques. Pour ce faire, on se servit de questionnaires d'évaluation subjective des capacités fonctionnelles (Oswestry Disability Index) souvent associés à des mesures des capacités de marche en laboratoire.¦Notre étude utilise des capteurs gyroscopiques placés sur le corps des sujets afin de mesurer des paramètres de positions, de transferts de position et de la marche pendant 5 jours consécutifs. Cette méthode nous permet d'effectuer ces mesures objectives dans le cadre de vie des patients, dans leurs activités quotidiennes. Nous espérons ainsi obtenir des résultats qui soient plus représentatifs de leur mobilité.¦Dans le cadre de mon travail de master, je me suis concentré sur la phase pilote d'une étude du Dr Schizas. Cette phase ne regroupe qu'un nombre limité de sujets (14) répartis en deux groupes de 7 suivant le traitement reçu (chir. contre non-chir). Nous avons alors émis trois hypothèses. La première dit que, avant traitement, les patients non-opérés marchent mieux que les patients destinés à la chirurgie (symptômes moins intenses). La deuxième postule que le traitement chirurgical permet d'atténuer suffisamment les symptômes pour que les capacités de marche se rapprochent de celles des patients non opérés avant traitement (efficacité de la chirurgie). Pour finir, notre dernière hypothèse prétend que, après la chirurgie, les patients opérés voient une amélioration de leur capacité de marche par rapport à celles qu'ils avaient avant l'intervention. 4 paramètres ont été retenus afin de caractériser la marche: la longueur des pas, la vitesse, la cadence des pas et la distance parcourue. C'est à partir des moyennes et des coefficients de variabilité de ces paramètres que nous avons effectué nos comparaisons.¦Après l'analyse de nos résultats, il s'avère que nos valeurs tendent à valider nos trois hypothèses à quelques exceptions près. Hypothèse n°1: avant traitement, les patients non destinés à la chirurgie marchent plus vite (2.96 contre 2.87 P 0.84) et avec une cadence des pas plus importante (101.78 contre 94.59 P 0.047). Seule la longueur des pas est plus importante chez les futurs opérés (1.01 contre 0.96 P 0.72). Les coefficients de variabilité (CV) sont tous plus faibles chez les non-opérés (marche plus homogène). Concernant notre 2ème hypothèse, nous sommes plutôt satisfaits des résultats. A 3 mois après la chirurgie, les patients opérés, comparés aux non-opérés avant traitement ont une longueur de pas similaire (1.02 contre 0.96 P 0.70) et une vitesse plus importante (3.08 contre 2.96 P 0.83). Seule la cadence des pas est plus élevée chez les non-opérés (101.78 contre 100.23 P 0.72). Les CV confirment également un rapprochement des capacités de marche de nos patients opérés de celles des non-opérés. Pour la troisième hypothèse, nous sommes heureux de constater que les moyennes et les CV sont tous en accord avec l'idée de base. A trois mois post-traitement les patients opérés font des pas de longueur similaire (1.02 contre 1.01 P 0.93), marchent plus vite (3.08 contre 2.89 P 0.52) et à une cadence plus importante (100.23 contre 94.59 P 0.19).¦Avec seulement 14 patients, il est bien clair que ces résultats n'ont que peu de valeur statistique. Cependant, ces résultats nous encouragent à poursuivre cette étude sur un collectif de patients plus important dans le but de mieux comprendre les troubles de la mobilité des personnes atteintes de canal lombaire étroit.

Facteurs influençant le retour au travail après transplantation chez 61 patients rénaux ou hépatiques

Enjeux La réussite d'une transplantation rénale ou hépatique intègre non seulement le succès de l'acte chirurgical et sa prise en charge médicale post-greffe, mais également pour le patient greffé l'assurance d'une nouvelle qualité de vie dont le retour au travail fait partie. Le retour au travail après greffe est cependant généralement peu étudié dans la littérature et peu discuté semble-t-il au niveau médical que ce soit avant ou après greffe, quand bien même d'un point de vue médico-socio-économique il s'agit d'un sujet important compte tenu des coûts liés à un arrêt de travail prolongé ou à une rente pour incapacité de travail. Contexte Après une greffe réussie, il n'existe théoriquement plus de facteur limitant et peu de contre-indications médicales liées à la greffe pour empêcher une reprise progressive de l'activité professionnelle. Or en réalité le taux de retour au travail après greffe est généralement faible, variant entre 30 et 60% selon la littérature. Ceci a incité l'auteur de cette présente étude à essayer d'en connaître les raisons. Ainsi, l'hypothèse a été que certains facteurs professionnels (« en activité professionnelle ou non avant greffe », « être diplômé ou non»), individuels («âge», «genre», «type d'organe greffé») ou médicaux (« complications médicales aiguës de moins de 6 mois post greffe ») influencent négativement ou positivement le retour au travail des patients greffés. L'étude a porté sur un petit collectif volontaire de patients greffés rénaux et hépatiques opérés entre 1993 et 2003 et suivis depuis lors au centre de transplantation d'organes (CTO) du CHUV. Il leur a été administré en face à face un questionnaire médical spécialement conçu pour l'étude. Conclusion L'étude montre que le taux de retour au travail après greffe rénale ou hépatique s'élève à 39% et qu'il existe effectivement des facteurs pouvant influencer le retour au travail après greffe. Ainsi, être « âgé de moins de 45 ans », être « au bénéfice d'une formation (diplôme) » et « travailler les deux ans précédent la greffe » sont des facteurs significatifs de retour au travail après greffe. Perspective Gage de qualité de vie, le retour au travail après greffe doit être encouragé et favorisé quand il se peut, en s'aidant des facteurs connus qui l'influencent positivement ou négativement. Pour cela, il est indispensable qu'au stade pré greffe déjà s'instaure un dialogue sur le sujet entre patients en attente de greffe et personnel médico-social, afin de mettre en oeuvre le plus précocement possible les mesures socio-professionnelles adéquates comme cela se fait déjà en Allemagne ou aux Etats-Unis par exemple.

L'implication des cellules de type cellules souches cancéreuses dans la résistance aux drogues du neuroblastome

Le neuroblastome (NB), tumeur spécifique de l'enfant, se situe au second rang en terme de¦fréquence des tumeurs solides dans la population pédiatrique (1). Il dérive des cellules¦primitives de la crête neurale, une population de cellules embryonnaires dotées d'une¦capacité de différentiation en une panoplie de tissus très variés, dont le système nerveux¦sympathique (2). Cette origine explique la très grande hétérogénéité du NB, tant du point de¦vue biologique que clinique (3). Malgré un traitement intensif et multimodal (chirurgie,¦chimiothérapie à haute dose, greffe de moelle osseuse et immunothérapie), seuls 30 % des¦patients de haut risque (stade IV) survivent sans rechute. La forte résistance du¦neuroblastome de haut grade aux diverses thérapies est une des causes probable du¦pronostic sombre de cette tumeur. Les thérapies actuelles étant insuffisamment efficaces, il¦est primordial de comprendre les mécanismes impliqués dans le processus de résistance¦afin d'élaborer de nouveaux traitements, mieux ciblés, capables de contrer toute résistance¦(4).¦Il a été démontré que certains cancers, tels que les tumeurs du poumon, du sein, de la¦prostate ou du colon, possédaient des cellules souches cancéreuses (CSCs) (5). Ces¦dernières, définies comme étant une petite sous-population de cellules malignes, jouent un¦rôle prépondérant dans l'initiation et la progression tumorale. Elles partagent certaines¦propriétés avec les cellules souches physiologiques, telles que la capacité d'autorenouvellement,¦un potentiel de prolifération indéfini, une dépendance à un¦microenvironnement spécifique, une faculté de pluripotence et une résistance accrue aux¦drogues (6). Ce modèle de CSCs a également été étudié pour le NB (7), permettant ainsi¦d'avancer l'hypothèse selon laquelle cette population de CSCs serait responsable de la¦résistance aux chimiothérapies des cellules tumorales du NB.¦Afin de tenter d'éclaircir le caractère résistant aux drogues des CSCs du NB, nous avons¦sélectionné des sous-populations cellulaires résistantes, en traitant par divers agents¦cytotoxiques (cisplatine, doxorubicine, rapamycine et vincristine) cinq lignées différentes de¦neuroblastes. Dans le but d'établir un potentiel enrichissement en CSCs au sein de ces¦sous-populations par rapport aux populations contrôles non traitées, nous avons testé leurs¦fonctions d'auto-renouvellement et de clonogénicité. Ces propriétés ont été respectivement¦mises en évidence par la capacité des cellules à former des sphères de plusieurs¦générations dans des conditions de culture inhibant l'adhésion cellulaire et par la mesure de¦la croissance cellulaire en milieu semi-solide (soft agar assay). Une analyse d'expression¦génique effectuée préalablement par microarray (Human Genome U133Plus 2.0 Affymetrix¦GeneChip oligonucleotide) dans le laboratoire avait révélé une liste de gènes surexprimés¦dans les CSCs, dont fait partie mdr1 (8). Ce gène code la protéine de transport Pgp (Pglycoprotein),¦impliquée dans le mécanisme de résistance (9,10). Une étude par cytométrie¦en flux de l'expression de MDR1 dans nos diverses populations a également été réalisée¦afin de mettre en évidence une potentielle surexpression de ce gène au sein des cellules¦résistantes aux chimiothérapies.

Auto-évaluation de la qualité d'un site Internet de pharmacie hospitalière

Introduction: L'unité d'Assistance Pharmaceutique de la Pharmacie des HUG fonctionne comme centre d'information sur les médicaments et gère des informations mises à disposition sur le web. Celles-ci sont destinées prioritairement au personnel soignant des HUG et accessibles sur le site intranet/Internet (http://www.hcuge.ch/Pharmacie), mis en service en 1998. L'objectif de ce travail était d'évaluer la qualité de l'information du site intranet/Internet et d'y apporter les améliorations nécessaires. Méthode: Le site intranet/Internet de la pharmacie des HUG a été évalué en automne 2004 à l'aide de 2 outils : NetScoring : grille d'évaluation de la qualité de l'information de santé sur Internet (http://www.chu-rouen.fr/netscoring/). Elle comporte 49 critères répartis en 8 catégories. Chaque critère est noté sur une échelle de 5 occurrences puis pondéré selon son importance (multiplication par 3 si le critère est essentiel, par 2 s'il est important ou par 1 s'il est mineur). Analyse AMDEC : méthode permettant de séquencer un processus et d'en Analyser les Modes de Défaillance, leur Effet et leur Criticité (Qual Saf Health Care 2005 :14(2);93-98). Un score est attribué à chaque mode de défaillance identifié en terme de fréquence, de sévérité et de détectabilité. La multiplication des 3 scores fournit un résultat global de criticité (indice de criticité IC, max. 810), permettant de hiérarchiser les risques. Résultats: Etat des lieux NetScoring : La qualité globale du site intranet/Internet était bonne (202 pts/312). Les points forts concernaient la pertinence et l'utilité du site, la qualité du contenu, du moteur de recherche et du design, la rapidité de chargement du site, la sélection des liens externes proposés et le respect du secret médical. Les faiblesses résidaient dans l'absence de politique de mise à jour régulière, d'annotation systématique de l'état d'actualisation des documents, d'un comité éditorial et scientifique, de mots-clés en anglais et d'une liste permettant l'identification des auteurs. Analyse AMDEC : Quatre catégories (création du document, conversion, structure du site et publication du document) et 19 modes de défaillances ont été caractérisés. Trois modes de défaillance étaient associés à un IC important: erreurs lors de la création d'un document (IC 256), information inadéquate car pratique non validée ou recommandation non généralisable (IC 147) et absence de relecture après la conversion du document en format publiable (ex : PDF) (IC 144). Mesures correctives: Une procédure standard (SOP) a été élaborée pour la gestion du site intranet/Internet. Le format standard des informations (initiales de l'auteur, dates de création et de mise à jour, logo de la pharmacie), la validation et la politique de mise à jour des documents ainsi que la procédure d'archivage y sont clairement définis. Une fiche de suivi accompagnant chaque document a été créée pour la traçabilité de toutes les modifications effectuées et la fréquence de révision à respecter. Discussion et conclusion Cette étude a permis de déterminer et de quantifier les points critiques à améliorer sur le site intranet/Internet de la Pharmacie des HUG. Les mesures correctives entreprises doivent permettre d'améliorer les principales faiblesses et défaillances mises en évidence. La mise en place d'un comité éditorial et scientifique devra être évaluée à l'avenir. Le NetScoring et l'analyse AMDEC sont des outils utiles pour l'évaluation et l'amélioration continue de la qualité d'un site Internet, sous réserve d'une interprétation critique des résultats obtenus avant la mise en place de mesures correctives. Malgré une approche totalement différente, ces outils ont permis de mettre en évidence des lacunes similaires.

Metastatic leishmaniasis. A chronic inflammatory response to Leishmania's viral endosymbiont.

Leishmania parasites have been plaguing humankind for centuries as a range of skin diseases named the cutaneous leishmaniases (CL). Carried in a hematophagous sand fly, Leishmania usually infests the skin surrounding the bite site, causing a destructive immune response that may persist for months or even years. The various symptomatic outcomes of CL range from a benevolent self- healing reddened bump to extensive open ulcerations, resistant to treatment and resulting in life- changing disfiguration. Many of these more aggressive outcomes are geographically isolated within the habitats of certain Neotropical Leishmania species; where about 15% of cases experience metastatic complications. However, despite this correlation, genetic analysis has revealed no major differences between species causing the various disease forms. We have recently identified a cytoplasmic dsRNA virus within metastatic L. guyanensis parasites that acts as a potent innate immunogen capable of worsening lesionai inflammation and prolonging parasite survival. The dsRNA genome of Leishmania RNA virus (LRV) binds and stimulates Toll-Like-Receptor-3 (TLR3), inducing this destructive inflammation, which we speculate as a factor contributing to the development of metastatic disease. This thesis establishes the first experimental model of LRV-mediated leishmanial metastasis and investigates the role of non-TLR3 viral recognition pathways in LRV-mediated pathology. Viral dsRNA can be detected by various non-TLR3 pattern recognition receptors (PRR); two such PRR groups are the RLRs (Retinoic acid-inducible gene 1 like receptors) and the NLRs (nucleotide- binding domain, leucine-rich repeat containing receptors). The RLRs are designed to detect viral dsRNA in the cytoplasm, while the NLRs react to molecular "danger" signals of cell damage, often oligomerizing into molecular scaffolds called "inflammasomes" that activate a potent inflammatory cascade. Interestingly, we found that neither RLR signalling nor the inflammasome pathway had an effect on LRV-mediated pathology. In contrast, we found a dramatic inflammasome independent effect for the NLR family member, NLRP10, where a knockout mouse model showed little evidence of disease. This phenotype was mimicked in an NLR knockout with which NLRP10 is known to interact: NLRC2. As this pathway induces the chronic inflammatory cell lineage TH17, we investigated the role of its key chronic inflammatory cytokine, IL-17A, in human patients infected by L. guyanensis. Indeed, patients infected with LRV+ parasites had a significantly increased level of IL-17A in lesionai biopsies. Interestingly, LRV presence was also associated with a significant decrease in the correlate of protection, IFN-y. This association was repeated in our murine model, where after we were able to establish the first experimental model of LRV-dependent leishmanial metastasis, which was mediated by IL-17A in the absence of IFN-y. Finally, we tested a new inhibitor of IL-17A secretion, SR1001, and reveal its potential as a Prophylactic immunomodulator and potent parasitotoxic drug. Taken together, these findings provide a basis for anti-IL-17A as a feasible therapeutic intervention to prevent and treat the metastatic complications of cutaneous leishmaniasis. -- Les parasites Leishmania infectent l'homme depuis des siècles causant des affections cutanées, appelées leishmanioses cutanées (LC). Le parasite est transmis par la mouche des sables et réside dans le derme à l'endroit de la piqûre. Au niveau de la peau, le parasite provoque une réponse immunitaire destructrice qui peut persister pendant des mois voire des années. Les symptômes de LC vont d'une simple enflure qui guérit spontanément jusqu' à de vastes ulcérations ouvertes, résistantes aux traitements. Des manifestations plus agressives sont déterminées par les habitats géographiques de certaines espèces de Leishmania. Dans ces cas, environ 15% des patients développent des lésions métastatiques. Aucun «facteur métastatique» n'a encore été trouvé à ce jour dans ces espèces. Récemment, nous avons pu identifier un virus résidant dans certains parasites métastatiques présents en Guyane française (appelé Leishmania-virus, ou LV) et qui confère un avantage de survie à son hôte parasitaire. Ce virus active fortement la réponse inflammatoire, aggravant l'inflammation et prolongeant l'infection parasitaire. Afin de diagnostiquer, prévenir et traiter ces lésions, nous nous sommes intéressés à identifier les composants de la voie de signalisation anti-virale, responsables de la persistance de cette inflammation. Cette étude décrit le premier modèle expérimental de métastases de la leishmaniose induites par LV, et identifie plusieurs composants de la voie inflammatoire anti-virale qui facilite la pathologie métastatique. Contrairement à l'homme, les souris de laboratoire infectées par des Leishmania métastatiques (contenant LV, LV+) ne développent pas de lésions métastatiques et guérissent après quelques semaines d'infection. Après avoir analysé un groupe de patients atteints de leishmaniose en Guyane française, nous avons constaté que les personnes infectées avec les parasites métastatiques LV+ avaient des niveaux significativement plus faibles d'un composant immunitaire protecteur important, appelé l'interféron (IFN)-y. En utilisant des souris génétiquement modifiées, incapables de produire de l'IFN-y, nous avons observé de telles métastases. Après inoculation dans le coussinet plantaire de souris IFN-y7" avec des parasites LV+ ou LV-, nous avons démontré que seules les souris infectées avec des leishmanies ayant LV développent de multiples lésions secondaires sur la queue. Comme nous l'avons observé chez l'homme, ces souris sécrètent une quantité significativement élevée d'un composant inflammatoire destructeur, l'interleukine (IL)-17. IL-17 a été incriminée pour son rôle dans de nombreuses maladies inflammatoires chroniques. On a ainsi trouvé un rôle destructif similaire pour l'IL-17 dans la leishmaniose métastatique. Nous avons confirmé ce rôle en abrogeant IL-17 dans des souris IFN-y7- ce qui ralentit l'apparition des métastases. Nous pouvons donc conclure que les métastases de la leishmaniose sont induites par l'IL-17 en absence d'IFN-v. En analysant plus en détails les voies de signalisation anti-virale induites par LV, nous avons pu exclure d'autres voies d'activation de la réponse inflammatoire. Nous avons ainsi démontré que la signalisation par LV est indépendante de la signalisation inflammatoire de type « inflammasome ». En revanche, nous avons pu y lier plusieurs autres molécules, telles que NLRP10 et NLRC2, connues pour leur synergie avec les réponses inflammatoires. Cette nouvelle voie pourrait être la cible pour des médicaments inhibant l'inflammation. En effet, un nouveau médicament qui bloque la production d'IL-17 chez la souris s'est montré prometteur dans notre modèle : il a réduit le gonflement des lésions ainsi que la charge parasitaire, indiquant que la voie anti-virale /inflammatoire est une approche thérapeutique possible pour prévenir et traiter cette infection négligée.

Etude de l'approvisionnement d'une banque de données avec les résultats provenant de méthodes analytiques différentes dans le cadre du profilage chimique de produits stupéfiants

Dans les laboratoires forensiques, les analyses journalières réalisées sur les produits stupéfiants concernent identification, quantification et détermination de la signature chimique. Cette approche implique la création de banques de données compilant les résultats analytiques obtenus. Les banques de données de produits stupéfiants sont approvisionnées continuellement et permettent la recherche rétrospective de liens chimiques entre différentes saisies policières, non suspectés a priori lors de l'enquête policière. Ces renseignements soutiennent l'investigation des forces de police et doivent être combinés aux informations policières traditionnelles. A un niveau international, la stratégie prônée pour l'échange en temps réel d'informations liées aux profils chimiques consiste en la création de banques de données harmonisées et partagées par les laboratoires des pays participants. Pour y parvenir, l'utilisation d'une même méthode analytique est recommandée, celle-ci étant définie par ses technologies d'analyses de séparation et de détection, par l'appareillage sélectionné pour réaliser les analyses (marque et modèle) et par les paramètres analytiques décrivant chacune des technologies d'analyse. Cette approche s'avère contraignante et longue à mettre en place en raison du travail intensif en laboratoire requis pour obtenir des résultats comparables entre différents laboratoires. De plus, elle est problématique sur le long terme pour un laboratoire en raison de l'inertie analytique et de la perte d'informations qui en découlent. En effet, selon cette approche, il n'est pas possible d'implémenter une nouvelle méthode analytique tout en approvisionnant la même banque de données en raison de la nature différente des résultats. Il faut alors créer une nouvelle banque de données approvisionnée par la nouvelle méthode analytique et en conséquence mettre à zéro la mémoire de notre connaissance, établie durant plusieurs années. Dans ce travail de recherche, une méthodologie est ainsi proposée permettant la comparaison de résultats provenant de méthodes analytiques différentes dans l'optique de l'approvisionnement d'une banque de données par ces dernières.

Pore-scale modeling of two-phase flow instabilities in porous media

Les problèmes d'écoulements multiphasiques en média poreux sont d'un grand intérêt pour de nombreuses applications scientifiques et techniques ; comme la séquestration de C02, l'extraction de pétrole et la dépollution des aquifères. La complexité intrinsèque des systèmes multiphasiques et l'hétérogénéité des formations géologiques sur des échelles multiples représentent un challenge majeur pour comprendre et modéliser les déplacements immiscibles dans les milieux poreux. Les descriptions à l'échelle supérieure basées sur la généralisation de l'équation de Darcy sont largement utilisées, mais ces méthodes sont sujettes à limitations pour les écoulements présentant de l'hystérèse. Les avancées récentes en terme de performances computationnelles et le développement de méthodes précises pour caractériser l'espace interstitiel ainsi que la distribution des phases ont favorisé l'utilisation de modèles qui permettent une résolution fine à l'échelle du pore. Ces modèles offrent un aperçu des caractéristiques de l'écoulement qui ne peuvent pas être facilement observées en laboratoire et peuvent être utilisé pour expliquer la différence entre les processus physiques et les modèles à l'échelle macroscopique existants. L'objet premier de la thèse se porte sur la simulation numérique directe : les équations de Navier-Stokes sont résolues dans l'espace interstitiel et la méthode du volume de fluide (VOF) est employée pour suivre l'évolution de l'interface. Dans VOF, la distribution des phases est décrite par une fonction fluide pour l'ensemble du domaine et des conditions aux bords particulières permettent la prise en compte des propriétés de mouillage du milieu poreux. Dans la première partie de la thèse, nous simulons le drainage dans une cellule Hele-Shaw 2D avec des obstacles cylindriques. Nous montrons que l'approche proposée est applicable même pour des ratios de densité et de viscosité très importants et permet de modéliser la transition entre déplacement stable et digitation visqueuse. Nous intéressons ensuite à l'interprétation de la pression capillaire à l'échelle macroscopique. Nous montrons que les techniques basées sur la moyenne spatiale de la pression présentent plusieurs limitations et sont imprécises en présence d'effets visqueux et de piégeage. Au contraire, une définition basée sur l'énergie permet de séparer les contributions capillaires des effets visqueux. La seconde partie de la thèse est consacrée à l'investigation des effets d'inertie associés aux reconfigurations irréversibles du ménisque causé par l'interface des instabilités. Comme prototype pour ces phénomènes, nous étudions d'abord la dynamique d'un ménisque dans un pore angulaire. Nous montrons que, dans un réseau de pores cubiques, les sauts et reconfigurations sont si fréquents que les effets d'inertie mènent à différentes configurations des fluides. A cause de la non-linéarité du problème, la distribution des fluides influence le travail des forces de pression, qui, à son tour, provoque une chute de pression dans la loi de Darcy. Cela suggère que ces phénomènes devraient être pris en compte lorsque que l'on décrit l'écoulement multiphasique en média poreux à l'échelle macroscopique. La dernière partie de la thèse s'attache à démontrer la validité de notre approche par une comparaison avec des expériences en laboratoire : un drainage instable dans un milieu poreux quasi 2D (une cellule Hele-Shaw avec des obstacles cylindriques). Plusieurs simulations sont tournées sous différentes conditions aux bords et en utilisant différents modèles (modèle intégré 2D et modèle 3D) afin de comparer certaines quantités macroscopiques avec les observations au laboratoire correspondantes. Malgré le challenge de modéliser des déplacements instables, où, par définition, de petites perturbations peuvent grandir sans fin, notre approche numérique apporte de résultats satisfaisants pour tous les cas étudiés. - Problems involving multiphase flow in porous media are of great interest in many scientific and engineering applications including Carbon Capture and Storage, oil recovery and groundwater remediation. The intrinsic complexity of multiphase systems and the multi scale heterogeneity of geological formations represent the major challenges to understand and model immiscible displacement in porous media. Upscaled descriptions based on generalization of Darcy's law are widely used, but they are subject to several limitations for flow that exhibit hysteric and history- dependent behaviors. Recent advances in high performance computing and the development of accurate methods to characterize pore space and phase distribution have fostered the use of models that allow sub-pore resolution. These models provide an insight on flow characteristics that cannot be easily achieved by laboratory experiments and can be used to explain the gap between physical processes and existing macro-scale models. We focus on direct numerical simulations: we solve the Navier-Stokes equations for mass and momentum conservation in the pore space and employ the Volume Of Fluid (VOF) method to track the evolution of the interface. In the VOF the distribution of the phases is described by a fluid function (whole-domain formulation) and special boundary conditions account for the wetting properties of the porous medium. In the first part of this thesis we simulate drainage in a 2-D Hele-Shaw cell filled with cylindrical obstacles. We show that the proposed approach can handle very large density and viscosity ratios and it is able to model the transition from stable displacement to viscous fingering. We then focus on the interpretation of the macroscopic capillary pressure showing that pressure average techniques are subject to several limitations and they are not accurate in presence of viscous effects and trapping. On the contrary an energy-based definition allows separating viscous and capillary contributions. In the second part of the thesis we investigate inertia effects associated with abrupt and irreversible reconfigurations of the menisci caused by interface instabilities. As a prototype of these phenomena we first consider the dynamics of a meniscus in an angular pore. We show that in a network of cubic pores, jumps and reconfigurations are so frequent that inertia effects lead to different fluid configurations. Due to the non-linearity of the problem, the distribution of the fluids influences the work done by pressure forces, which is in turn related to the pressure drop in Darcy's law. This suggests that these phenomena should be taken into account when upscaling multiphase flow in porous media. The last part of the thesis is devoted to proving the accuracy of the numerical approach by validation with experiments of unstable primary drainage in a quasi-2D porous medium (i.e., Hele-Shaw cell filled with cylindrical obstacles). We perform simulations under different boundary conditions and using different models (2-D integrated and full 3-D) and we compare several macroscopic quantities with the corresponding experiment. Despite the intrinsic challenges of modeling unstable displacement, where by definition small perturbations can grow without bounds, the numerical method gives satisfactory results for all the cases studied.