Effets du climat et des conditions météorologiques locales sur les changements de masse saisonniers du mouflon d'Amérique (Ovis Canadensis)

Comprendre de quelle façon les populations animales répondent aux conditions qui prévalent dans leur environnement revêt une grande importance. Les conditions climatiques et météorologiques sont une source importante de variabilité dans l'environnement et celles-ci ont des répercussions sur les espèces sauvages, en affectant leur physiologie, leur comportement et leurs ressources. Les ongulés alpins et nordiques font face à une succession annuelle de conditions environnementales favorables et défavorables, entraînant chez ceux-ci d'importants changements de masse saisonniers. Chez ces grands herbivores, la masse est importante puisqu'elle est positivement corrélée à la survie et à la reproduction. C'est pourquoi il est essentiel d'investiguer les paramètres affectant les changements de masse saisonniers. L'objectif principal de ma maîtrise était donc d'identifier et de mieux comprendre l'effet des conditions climatiques et météorologiques sur les changements de masse estivaux et hivernaux d'un ongulé alpin: le mouflon d'Amérique (Ovis canadensis). Pour atteindre cet objectif, j'ai utilisé les données du suivi à long terme de la population de mouflons de Ram Mountain, Alberta. Les mesures de masse répétées prises lors des captures permettent d'estimer la masse printanière et automnale des individus, ainsi que leur gain de masse estival et leur changement de masse hivernal. En affectant les coûts énergétiques de la thermorégulation et des déplacements et en influençant la végétation, les conditions climatiques et météorologiques peuvent avoir d'importantes conséquences sur les changements de masse des ongulés alpins. La température, les précipitations et un indice de climat global (le «Pacific Decadal Oscillation»; PDO) ont donc été utilisés afin de caractériser les conditions environnementales et d'investiguer les effets de ces variables sur les changements de masse saisonniers des individus de différentes classes d'âge et de sexe. Des températures froides au printemps ont engendré de plus grands gains de masse estivaux. Des printemps froids peuvent ralentir la maturation des plantes, engendrant une plus grande période où il est possible de s'alimenter de jeunes plantes nutritives, ce qui explique probablement cet effet positif des printemps froids. Cet effet doit toutefois être nuancé puisque les changements de masse hivernaux étaient également influencés par la température printanière, avec des printemps chauds menant à de plus faibles pertes de masse. Il semble que cet effet était dû à une apparition hâtive de la végétation, menant à une prise de masse des mouflons avant qu'ils ne soient capturés au printemps. Cela suggère qu'en affectant la disponibilité et la qualité de la végétation, les conditions printanières ont des répercussions à la fois sur le gain de masse estival, mais également sur les changements de masse hivernaux des mouflons. Le PDO au printemps a un effet positif important sur le gain de masse des adultes mâles lorsque la densité est faible. Des températures chaudes à l'automne engendrent de plus grands gains de masse pendant l'hiver chez les agneaux mâles (la plupart des agneaux gagnent de la masse l'hiver), potentiellement en augmentant la période possible de prise de masse pour ces jeunes individus. Les femelles de deux ans et les mâles adultes ont perdu plus de masse lors d'hivers avec beaucoup de précipitations et des températures froides, respectivement. Finalement, ce projet de recherche a permis d'identifier les variables climatiques et météorologiques clés affectant les changements de masse saisonniers d'un ongulé alpin. Cette étude a également mis en évidence des effets du PDO sur les changements de masse saisonniers, soulignant que de tels indices peuvent s'avérer utiles afin de les mettre en lien avec la variation phénotypique chez les espèces sauvages, et ce sans qu'il n'y ait nécessairement de fortes corrélations entre ces indices et les variables météorologiques locales.

Développement d'un traitement acoustique basses-fréquences à base de résonateurs d'Helmholtz intégrés pour application aéronautique

Les traitements acoustiques actuels pour parois d’avion sont performants en hautes fréquences mais nécessitent des améliorations en basses fréquences. En effet dans le cas des matériaux classiques cela nécessite une épaisseur élevée et donc les traitements ont une masse très importante. Des solutions sortant de ce cadre doivent donc être développées. Ce projet de maîtrise a pour but de créer un traitement acoustique à base de résonateurs de Helmholtz intégrés dans un matériau poreux, afin de réfléchir les ondes acoustiques basses fréquences tout en absorbant sur une large bande de fréquences en hautes fréquences. Le principe est basé sur la conception d’un méta-composite, optimisé numériquement et validé expérimentalement en tube d’impédance et chambres de transmission. La performance du concept sera également étudiée sur une maquette de la coiffe du lanceur Ariane 5 avec un modèle d’analyse énergétique statistique (SEA). Pour cela, on s’appuie sur les travaux précédents sur les résonateurs d’Helmholtz, les méta-matériaux, les méta-composites et la modélisation par matrices de transfert. L’optimisation se fait via un modèle basé sur les matrices de transfert placé dans une boucle d’optimisation.

Conception, caractérisation et optimisation de SPAD en technologie Dalsa HV CMOS 0.8 μm pour intégration dans un 3D-SiPM

Résumé : Les photodiodes à avalanche monophotonique (SPAD) sont d'intérêts pour les applications requérant la détection de photons uniques avec une grande résolution temporelle, comme en physique des hautes énergies et en imagerie médicale. En fait, les matrices de SPAD, souvent appelés photomultiplicateurs sur silicium (SiPM), remplacent graduellement les tubes photomultiplicateurs (PMT) et les photodiodes à avalanche (APD). De plus, il y a une tendance à utiliser les matrices de SPAD en technologie CMOS afin d'obtenir des pixels intelligents optimisés pour la résolution temporelle. La fabrication de SPAD en technologie CMOS commerciale apporte plusieurs avantages par rapport aux procédés optoélectroniques comme le faible coût, la capacité de production, l'intégration d'électronique et la miniaturisation des systèmes. Cependant, le défaut principal du CMOS est le manque de flexibilité de conception au niveau de l'architecture du SPAD, causé par le caractère fixe et standardisé des étapes de fabrication en technologie CMOS. Un autre inconvénient des matrices de SPAD CMOS est la perte de surface photosensible amenée par la présence de circuits CMOS. Ce document présente la conception, la caractérisation et l'optimisation de SPAD fabriqués dans une technologie CMOS commerciale (Teledyne DALSA 0.8µm HV CMOS - TDSI CMOSP8G). Des modifications de procédé sur mesure ont été introduites en collaboration avec l'entreprise CMOS pour optimiser les SPAD tout en gardant la compatibilité CMOS. Les matrices de SPAD produites sont dédiées à être intégrées en 3D avec de l'électronique CMOS économique (TDSI) ou avec de l'électronique CMOS submicronique avancée, produisant ainsi un SiPM 3D numérique. Ce SiPM 3D innovateur vise à remplacer les PMT, les APD et les SiPM commerciaux dans les applications à haute résolution temporelle. L'objectif principal du groupe de recherche est de développer un SiPM 3D avec une résolution temporelle de 10 ps pour usage en physique des hautes énergies et en imagerie médicale. Ces applications demandent des procédés fiables avec une capacité de production certifiée, ce qui justifie la volonté de produire le SiPM 3D avec des technologies CMOS commerciales. Ce mémoire étudie la conception, la caractérisation et l'optimisation de SPAD fabriqués en technologie TDSI-CMOSP8G.

Impact des changements climatiques sur certaines espèces à statut précaire au Québec et analyse des mesures de protection actuelles

Le climat planétaire évolue à une vitesse alarmante. Selon le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, les températures globales pourraient grimper de 3 à 7°C d’ici 2100. Les zones tempérées, comme le Québec, ne seront pas épargnées. Au sein de la province, le climat typique en forêt boréale pourrait se déplacer de 750 km vers le nord pour atteindre le Haut-Arctique dans quelques décennies. D’autres modifications notables du climat se traduisent dans les précipitations, les glaces, les océans, etc. Tous ces changements climatiques constituent une menace grandissante pour la biodiversité. D’ailleurs, ils pourraient devenir la principale cause d’extinction d’espèces dans le futur, surpassant même la dégradation d’habitats et la pollution. Afin de témoigner de la portée des changements climatiques sur la biodiversité, 6 espèces fauniques à statut précaire au Québec sont étudiées dans le cadre de l’essai. Par leurs fortes réponses aux stress, elles agissent à titre de bioindicateurs des changements climatiques. Ces espèces, de classes taxonomiques différentes, sont : le chevalier cuivré (Moxostoma hubbsi), l’ours blanc (Ursus maritimus), la grive de Bicknell (Catharus Bicknelli), la rainette faux-grillon de l’Ouest (Pseudacris triseriata), la tortue luth (Dermochelys coriacea) et le satyre fauve des Maritimes (Coenonympha nipisiquit). L’étude approfondie de ces espèces a permis de relever un total de 47 impacts potentiels des changements climatiques. En majorité, ces impacts concernent la perte d’habitats, l’augmentation de la compétition, la diminution du succès reproducteur et l’entrave à la survie. L’objectif de cet essai est d’évaluer les mesures de protection actuelles permettant de faire face à ces impacts. Bien qu’elles varient grandement d’une espèce à l’autre, elles peuvent être regroupées en quatre grandes thématiques, soit la recherche et le suivi, la gestion des aires protégées, l’adaptation du cadre législatif et l’aménagement écosystémique. L’évaluation de ces mesures a permis de soulever certains constats. En premier lieu, la recherche et le suivi constituent la principale mesure de protection adoptée. En second lieu, il appert que les mesures de protection actuelles manquent de spécificité. En effet, dans la majorité des cas, elles protègent l’espèce de manière indirecte seulement. Au final, dans le but d’améliorer ou de combler les lacunes des mesures de protection actuelles, des recommandations ont été formulées. D’une part, celles-ci présentent des actions concrètes comme la translocation ou l’aménagement écosystémique. D’autre part, elles suggèrent des modifications quant aux méthodes de suivi, à la gestion des aires protégées et aux cadres législatifs.

Potentiel évolutif de l'hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor) : plasticité phénotypique et variation génétique dans un contexte d'hétérogénéité environnementale

Les changements environnementaux actuels entrainent des modifications importantes dans les pressions de sélection qui agissent sur les populations naturelles. Cependant, la capacité de réponse des populations à ces modifications et l’importance relative des différents mécanismes comme la plasticité phénotypique et les changements de la composition génétique des populations restent encore trop peu connus. L’objectif général de ma thèse était donc d’évaluer les rôles de la plasticité phénotypique et de la variation génétique sur le potentiel évolutif en population naturelle. Pour ce faire, j’ai utilisé comme modèle d’étude l’Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor), un passereau migrateur qui est suivi dans le Sud du Québec depuis 2004 dans un environnement hétérogène. Dans un premier temps (chapitre 2), j’ai évalué les déterminants environnementaux de la date de ponte et évalué leurs effets à des niveaux individuels et populationnels de plasticité phénotypique. Comme observé chez de nombreuses espèces aviaires, la température avait un effet important sur la synchronisation de la ponte, similaire au niveau individuel et populationnel, avec les dates de ponte plus hâtive lorsque les températures étaient plus chaudes. Par contre, ces relations semblaient contraintes par la densité locale d’hirondelles, considérée dans ce système d’étude comme un indice de la qualité de l’environnement. Plus précisément, les réponses plastiques à la température étaient moins prononcées à faible densité, c’est-à-dire dans les habitats plus contraignants. Ces résultats suggèrent donc que malgré la présence de plasticité phénotypique chez une espèce donnée, son efficacité pour pallier les changements climatiques peut être inégale entre les populations. Dans un deuxième temps (chapitre 3), je me suis intéressée à 4 gènes candidats liés à la phénologie (CLOCK, NPAS2, ADCYAP1 et CREB1) montrant de la variation de type courtes répétitions en tandem, et à leur relation avec deux traits phénologiques, la date de ponte et le temps d’incubation. Ces analyses ont montré plusieurs relations entre la variation observée à ces gènes et celle des traits phénologiques étudiés, dans la plupart des cas en interaction avec des variables environnementales (densité locale, latitude ou température printanière). Par exemple, les femelles avec en moyenne des allèles plus courts au gène CLOCK pondaient plus tôt que celles avec des allèles plus longs, une relation plus marquée à densité locale élevée. Les différents résultats suggèrent l’importance que peuvent prendre les interactions génotype-environnement, qui sont rarement prises en compte dans les études de gènes candidats, et qui pourraient expliquer une partie des résultats discordants entre les celles-ci. Dans un troisième temps (chapitre 4), j’ai vérifié la faisabilité d’une étude en génétique quantitative avec les données récoltées dans le système d’étude utilisée, caractérisé par un fort taux de reproduction hors couple et un faible recrutement des oisillons. Plus précisément, j’ai testé à l’aide de données empiriques et simulées la précision et l’exactitude des estimations d’héritabilité et de corrélations génétiques pour trois types de traits, morphologiques, reproducteurs et d’oisillons. Les résultats suggéraient un manque de précision important pour les traits morphologiques et reproducteurs, de même que des biais considérables lors de l’utilisation du pédigrée social plutôt que du pédigrée génétique. Ces analyses révèlent entre autres l’utilité des simulations pour tester adéquatement la faisabilité d’une étude en génétique quantitative sur une population donnée. Dans une dernière étude (chapitre 5), j’ai documenté les effets de l’hétérogénéité environnementale et de l’utilisation de différentes approches de génétique quantitative sur les prédictions de réponses évolutives en population naturelle. Plus particulièrement, cette étude s’est concentrée sur trois traits morphologiques (masse, longueur de l’aile et du tarse) mesurés à différents moments au cours du développement des oisillons. Les différentes analyses ont montré une sélection plus forte à faible densité locale pour la masse à 12 jours ainsi que des variations dans les composantes de variances phénotypiques selon la qualité de l’environnement (densité locale faible ou élevée) pour la plupart des combinaisons trait-âge étudiées. Il en résultait une tendance à des réponses évolutives prédites plus grandes à faible densité locale. Par contre, les prédictions obtenues avec l’équation du reproducteur et le second théorème de la sélection différaient fréquemment, et contrastaient grandement avec les tendances phénotypiques observées. En somme, les résultats de ma thèse suggèrent que les possibilités d’ajustement aux changements environnementaux par la plasticité phénotypique et d’adaptation par des changements génétiques entre les générations peuvent varier selon l’environnement expérimenté par une population. Mes recherches contribuent à une meilleure compréhension des facteurs et mécanismes influençant la persistance à long terme des populations naturelles face aux modifications dans les pressions de sélection.

“Acid-spike” effect in spurs/tracks of the low/high linear energy transfer radiolysis of water : potential implications for radiobiology and nuclear industry

Résumé : Les ions hydronium (H3O + ) sont formés, à temps courts, dans les grappes ou le long des trajectoires de la radiolyse de l'eau par des rayonnements ionisants à faible transfert d’énergie linéaire (TEL) ou à TEL élevé. Cette formation in situ de H3O + rend la région des grappes/trajectoires du rayonnement temporairement plus acide que le milieu environnant. Bien que des preuves expérimentales de l’acidité d’une grappe aient déjà été signalées, il n'y a que des informations fragmentaires quant à son ampleur et sa dépendance en temps. Dans ce travail, nous déterminons les concentrations en H3O + et les valeurs de pH correspondantes en fonction du temps à partir des rendements de H3O + calculés à l’aide de simulations Monte Carlo de la chimie intervenant dans les trajectoires. Quatre ions incidents de différents TEL ont été sélectionnés et deux modèles de grappe/trajectoire ont été utilisés : 1) un modèle de grappe isolée "sphérique" (faible TEL) et 2) un modèle de trajectoire "cylindrique" (TEL élevé). Dans tous les cas étudiés, un effet de pH acide brusque transitoire, que nous appelons un effet de "pic acide", est observé immédiatement après l’irradiation. Cet effet ne semble pas avoir été exploré dans l'eau ou un milieu cellulaire soumis à un rayonnement ionisant, en particulier à haut TEL. À cet égard, ce travail soulève des questions sur les implications possibles de cet effet en radiobiologie, dont certaines sont évoquées brièvement. Nos calculs ont ensuite été étendus à l’étude de l'influence de la température, de 25 à 350 °C, sur la formation in situ d’ions H3O + et l’effet de pic acide qui intervient à temps courts lors de la radiolyse de l’eau à faible TEL. Les résultats montrent une augmentation marquée de la réponse de pic acide à hautes températures. Comme de nombreux processus intervenant dans le cœur d’un réacteur nucléaire refroidi à l'eau dépendent de façon critique du pH, la question ici est de savoir si ces fortes variations d’acidité, même si elles sont hautement localisées et transitoires, contribuent à la corrosion et l’endommagement des matériaux.

Induction optimale d'hypothermie par ventilation liquidienne totale : validation expérimentale et projection à l'humain

La ventilation liquidienne totale (VLT) consiste à remplir les poumons d'un liquide perfluorocarbone (PFC). Un respirateur liquidien assure la ventilation par un renouvellement cyclique de volume courant de PFC oxygéné et à température contrôlée. Ayant une capacité thermique volumique 1665 fois plus élevée que l'air, le poumon rempli de PFC devient un échangeur de chaleur performant avec la circulation pulmonaire. La température du PFC inspiré permet ainsi de contrôler la température artérielle, et par le fait même, le refroidissement des organes et des tissus. Des résultats récents d'expérimentations animales sur petits animaux ont démontré que le refroidissement ultra-rapide par VLT hypothermisante (VLTh) avait d'importants effets neuroprotecteurs et cardioprotecteurs. Induire rapidement et efficacement une hypothermie chez un patient par VLTh est une technique émergente qui suscite de grands espoirs thérapeutiques. Par contre, aucun dispositif approuvé pour la clinique n'est disponible et aucun résultat de VLTh sur humain n'est encore disponible. Le problème se situe dans le fait de contrôler la température du PFC inspiré de façon optimale pour induire une hypothermie chez l'humain tout en s'assurant que la température cardiaque reste supérieure à 30 °C pour éviter tout risque d'arythmie. Cette thèse présente le développement d'un modèle thermique paramétrique d'un sujet en VLTh complètement lié à la physiologie. Aux fins de validation du modèle sur des ovins pédiatriques et adultes, le prototype de respirateur liquidien Inolivent pour nouveau-né a dû être reconçu et adapté pour ventiler de plus gros animaux. Pour arriver à contrôler de façon optimale la température du PFC inspiré, un algorithme de commande optimale sous-contraintes a été développé. Après la validation du modèle thermique du nouveau-né à l'adulte par expérimentations animales, celui-ci a été projeté à l'humain. Afin de réduire le temps de calcul, un passage du modèle thermique en temps continu vers un modèle discret cycle-par-cycle a été effectué. À l'aide de la commande optimale et du développement numérique d'un profil de ventilation liquidienne chez des patients humains, des simulations d'induction d'hypothermie par VLTh ont pu être réalisées. La validation expérimentale du modèle thermique sur ovins nouveau-nés (5 kg), juvéniles (22 kg) et adultes (61 kg) a montré que celui-ci permettait de prédire les températures artérielles systémiques, du retour veineux et rectales. La projection à l'humain a permis de démontrer qu'il est possible de contrôler la température du PFC de façon optimale en boucle ouverte si le débit cardiaque et le volume mort thermique sont connus. S'ils ne peuvent être mesurés, la commande optimale pour le pire cas peut être calculée rendant l'induction d'hypothermie par VLTh sécuritaire pour tous les patients, mais diminuant quelque peu les vitesses de refroidissement.

Élaboration d'ateliers concernant les devoirs à la maison appuyés par la théorie des intelligences multiples de Gardner et destinés au personnel enseignant du primaire.

L'idée de développer des ateliers destinés aux enseignants sur le sujet des devoirs et des leçons est le résultat de multiples facteurs tant personnels que professionnels qui influencèrent l'orientation de cette recherche. Il en est presque une vérité de La Palice que d'affirmer que les devoirs et leçons sont à l'origine de bien des conflits entre parents et enfants. Dans les hautes sphères intellectuelles, ce sujet de recherche grandement répertorié n'a jamais réussi à faire un consensus. L'intérêt pour le sujet a pris des dimensions importantes dans ma pratique pédagogique lorsque j'ai été initiée à la théorie des Intelligences multiples durant un travail de rédaction pour une maison d'édition. Je fus à même de constater que cette théorie de l'intelligence au pluriel combinée à une approche ludique pouvait devenir un outil innovateur dans la façon de traiter les devoirs et les leçons à la maison. Prendre le temps de s'arrêter sur le sujet des devoirs et leçons a permis une infiltration discrète au coeur d'une problématique qui demeure d'actualité, et ce, depuis plusieurs années. J'ai été à même de constater rapidement que la controverse entourant le sujet des devoirs et leçons impliquait l'ensemble du milieu de l'éducation. Parents, enfants, enseignants, dirigeants et penseurs se retrouvent au coeur de cette tourmente. Il était primordial de cibler l'entité qui rejoignait l'ensemble des différents paliers concernés par le sujet, afin de pouvoir créer un outil de travail pouvant agir le plus largement sur le milieu. Les enseignants, par leur fonction, se situent au carrefour de la problématique découlant des devoirs et des leçons. C'est donc pour eux que j'ai consacré cette recherche.

Le redoublement au post-primaire général public dans la région du Centre-Ouest du Burkina Faso : analyse des principales caractéristiques liées aux représentations sociales et aux modèles d’intervention éducative véhiculés par les personnels enseignants et les directions des écoles

La recension des écrits scientifiques à laquelle nous avons procédé a souligné clairement de très hautes fréquences de redoublement chez les jeunes d’âge scolaire relevant des enseignements primaire et post-primaire, dans les ex-colonies françaises d’Afrique occidentale et centrale (Burkina-Faso, Sénégal, Gabon). Au Burkina Faso, le taux moyen de redoublement observé au post-primaire a été d’environ 30 % au cours du quinquennat 2007/2008 à 2012/2013. La région du Centre-Ouest est celle qui en a enregistré le taux le plus élevé (33,1 %) sur les treize régions administratives du pays au cours de la période mentionnée, ce qui a justifié son choix dans le cadre de cette étude. L’objectif général visait à déterminer, dans le microsystème qu’est l’école au post-primaire général public, les caractéristiques des représentations sociales (RS) et des modèles d’intervention éducative (MIE) valorisés chez des enseignants et des directions d’écoles qui sont en relation avec le redoublement d’élèves habitant la région ciblée. L’étude menée est quantitative et de type descriptif. Dans le cadre de celle-ci nous avons fait usage d’une démarche d’enquête par questionnaire auprès d’un échantillon de convenance, stratifié et pondéré constitué de 199 enseignantes et enseignants, incluant un membre du personnel de direction pour chacune des institutions de provenance des sujets (N = 14 directions). Le résultat majeur est spécifique aux enseignants titulaires du CAPES (diplôme pédagogique le plus élevé) qui travaillent dans les communes urbaines où les écoles présentent un seuil élevé de redoublement (21 % et plus). Il suggère des caractéristiques qui correspondent à des profils de valorisation élevés de la représentation positive du redoublement d’une part, et de celle de l’externalité des causes du phénomène, d’autre part. Les principales caractéristiques des MIE privilégiés par ces derniers rapportent, quant à elles, une valorisation moyenne ou faible du MIE 3 (hétérostructuration coactive) et concomitamment une valorisation élevée du MIE 4 (interstructuration cognitive). Cependant, les données recueillies auprès des directions d’écoles dont la taille sous-échantillonnale demeure restreinte n’ont permis qu’une interprétation limitée hors de laquelle notre discours s’avérerait hautement spéculatif. Les enseignants et les directions d’école pourront bénéficier de l’intégration des données issues de l’étude au plan de la formation continue. Ils pourront par conséquent questionner leurs pratiques pédagogiques et leurs attitudes au regard des causes et des effets réels du redoublement sur la réussite et la persévérance scolaire des jeunes au post-primaire. Cela dans un contexte, où la scolarisation de base obligatoire de 10 ans constitue un objectif visé à l’horizon 2025 par le gouvernement du Burkina Faso dans le cadre de la réforme éducative engagée depuis 2007.