Agence de l’innovation de défense
Depuis 2002, le ministère des Armées, via la Direction générale de l’armement (DGA) puis ensuite l’Agence de l'innovation de défense (AID), récompense de jeunes docteurs ayant bénéficié d’une allocation de thèse financée par la DGA pour l’excellence de leurs travaux. Sont sélectionnées les thèses ayant un fort intérêt pour la communauté scientifique, pour le niveau de rupture des recherches, ainsi que par la qualité des résultats obtenus. Ce prix est conjointement décerné par la ministre des Armées, Florence Parly, et la ministre de l’Enseignement Supérieur, de la Recherche et de l’Innovation, Frédérique Vidal.
Les 3 lauréats du prix de thèse 2021
Contexte et objectif de la thèse : Chaque année, plus de 11 millions de personnes sont victimes de brûlures dans le monde, avec un taux de mortalité dépassant les 2,7%. Dans les armées françaises, environ 10% des blessures au combat s’accompagnent de brûlures graves. Dans les brûlures profondes de grandes tailles, les plaies peuvent mettre de long mois à cicatriser et présentent un risque d’infection microbienne important pouvant conduire à une septicémie et engageant le pronostic vital du patient. L’amélioration de la prise en charge des brûlures sévères constitue un enjeu majeur de santé publique ainsi que de santé des militaires. L'objectif de cette thèse était de comprendre si le plasma froid, un gaz partiellement ionisé, peut permettre d’améliorer le traitement des brûlures sévères en stimulant leur cicatrisation et en limitant leur infection. Constance Duchesne a mené des expériences in vitro et in vivo Dans le cadre d’une collaboration avec l’institut Pasteur, elle a également travaillé avec des Staphylocoques dorés, une bactérie impliquée dans de nombreuses infections chez les grands brûlés, afin d’étudier la capacité du plasma à éliminer des bactéries colonisant une plaie.
Résultats : Cette thèse a permis de démontrer que la technologie plasma présente de nombreux avantages pour le traitement de brûlures sévères. Elle stimule la réparation tissulaire en activant les cellules de la peau pour favoriser de nombreux mécanismes de la cicatrisation comme la croissance de nouveaux vaisseaux sanguin, la migration des cellules et la production de collagène. Par ailleurs, il a été démontré que le plasma permet la désinfection des greffes de peaux après brûlure en inactivant les bactéries, même celles résistantes aux antibiotiques ce qui présente une alternative intéressante dans le contexte des bactéries multi-résistances responsables d’une part croissante des infections nosocomiales. Le plasma s’utilise à distance et sans contact, ce qui est non négligeable dans le cas de plaies douloureuses. Il possède un excellent rapport coût/efficacité et est simple d’utilisation. Les propriétés réparatrices du plasma pourront être utilisées pour d’autres modèles de plaies cutanées comme les ulcères et des applications cosmétiques sont envisageables.
Image : Laboratoire de Physique des Plasmas, C. Duchesne
Objectifs de la thèse : Etudier de manière expérimentale les dynamiques non-linéaires dans les lasers à cascades quantiques (LCQs). Ces derniers ont la particularité d'émettre dans le domaine moyen-infrarouge. Lorsqu'une partie du signal lumineux émis par un LCQ est renvoyée dans ce même laser grâce à un miroir (on appelle cela la contre-réaction optique), il est possible de déstabiliser le signal émis par le LCQ, ce qui signifie que le signal ne sera plus constant dans le temps mais composé de dynamiques non-linéaires. Ces dynamiques non-linéaires peuvent prendre de multiples formes et ont été décrites en détail durant le travail de thèse. Un type de dynamique en particulier a retenu l’attention du ministère, il s'agit du chaos optique. Lorsqu'un LCQ génère du chaos optique, il émet un signal de forte amplitude qui fluctue dans le temps et qui a la particularité d'être imprévisible. Cette propriété permet d'utiliser le chaos optique pour masquer un message et réaliser une communication sécurisée en espace libre (autrement dit non fibrée, comme dans le cas des communications traditionnelles). Les longueurs d'onde moyen-infrarouges possèdent une meilleure pénétration dans l'atmosphère que la longueur d'onde proche-infrarouges utilisées dans les fibres optiques.
Résultats : une communication sécurisée par chaos a été réalisée avec deux LCQs, ce qui est une première. L’ensemble de ces résultats expérimentaux contribueront à étendre les champs d’application pour ce type de laser moyen-infrarouge qui reste pour le moment restreint à la spectroscopie et aux contre-mesures optiques, mais dont le potentiel est très élevé.
Contexte et objectif de la thèse : A ce jour, nous connaissons mieux le sol de la Lune que nos fonds marins. Les besoins en exploration et surveillance sous-marine et en compréhension des phénomènes océanographiques sont colossaux. L’objectif de Thomas Le Mézo était de développer un nouveau concept de robots sous-marins capable d’utiliser les courants marins pour parcourir de grandes distances, offrant un nouvel outil d’exploration qui perturbe à minima le milieu. Le milieu océanique étant particulièrement difficile, des outils mathématiques sont également nécessaires pour apporter la garantie à priori du bon déroulement d’une mission en prenant en compte les incertitudes des systèmes.
Résultats : Deux briques importantes ont été proposées par Thomas Le Mézo pour répondre au problème initial. D’une part, un flotteur profileur hybride bas-coût a été développé pour tester le concept de dérive dans le courant. Ce nouveau robot est capable de se réguler en profondeur de manière très fine grâce à un nouvel algorithme pour suivre au mieux une veine de courant. De nombreux tests en bassin et en mer ont été conduits. D’autre part, un travail important a été mené sur les ensembles invariants de systèmes dynamiques qui sont notamment à la base des preuves de stabilité de ces systèmes. Caractériser ces ensembles permet in fine de garantir qu’une mission robotique se déroulera correctement à l’avance en prenant en compte les incertitudes sur le robot et sur l’environnement. Un nouveau domaine abstrait, les mazes, et des algorithmes ont été proposés pour représenter et encadrer des ensembles invariants et plus généralement des noyaux de viabilité.
Quelles applications ? Garantir mathématiquement le bon fonctionnement d’un système – voiture autonome, avion de combat, centrale nucléaire – est essentiel en termes de sureté de fonctionnement. Les outils tels que les mazes sont une brique supplémentaire pour permettre leur déploiement en toute sécurité. D’autre part, les recherches sur des robots sous-marins parcourant de grande distance, en meute et silencieusement permet d’envisager de nombreuses applications qui vont de l’étude des processus océanographique de petite échelle jusqu’à l’écoute acoustique par exemple dans le cas de la recherche d’épave d’avion ou de mammifères marins.
Cette thèse a été nommée au prix du gdr-MACS: https://gdr-macs.cnrs.fr/sites/default/files/prix_des_meilleures_theses_du_gdr_macs_et_du_club_eea_0.pdf
Image : flotteur profileur hybride, Thomas Le Mézo
Droits : AID
