Synthèse de titanates de lithium nanostructurés par plasma inductif pour les batteries lithium-ion

Le marché des accumulateurs lithium-ion est en expansion. Cette croissance repose partiellement sur la multiplication des niches d’utilisation et l’amélioration constante de leurs performances. En raison de leur durabilité exceptionnelle, de leur faible coût, de leur haute densité de puissance et de leur fiabilité, les anodes basées sur les titanates de lithium, et plus particulièrement le spinelle Li4Ti5O12, présentent une alternative d’intérêt aux matériaux classiques d’anodes en carbone pour de multiples applications. Leur utilisation sous forme de nanomatériaux permet d’augmenter significativement la puissance disponible par unité de poids. Ces nanomatériaux ne sont typiquement pas contraints dans une direction particulière (nanofils, nanoplaquettes), car ces formes impliquent une tension de surface plus importante et requièrent donc généralement un mécanisme de synthèse dédié. Or, ces nanostructures permettent des réductions supplémentaires dans les dimensions caractéristiques de diffusion et de conduction, maximisant ainsi la puissance disponible, tout en affectant les propriétés habituellement intrinsèques des matériaux. Par ailleurs, les réacteurs continus reposant sur la technologie du plasma thermique inductif constituent une voie de synthèse démontrée afin de générer des volumes importants de matériaux nanostructurés. Il s’avère donc pertinent d’évaluer leur potentiel dans la production de titanates de lithium nanostructurés. La pureté des titanates de lithium est difficile à jauger. Les techniques de quantification habituelles reposent sur la fluorescence ou la diffraction en rayons X, auxquelles le lithium élémentaire se prête peu ou pas. Afin de quantifier les nombreuses phases (Li4Ti5O12, Li2Ti3O7, Li2TiO3, TiO2, Li2CO3) identifiées dans les échantillons produits par plasma, un raffinement de Rietveld fut développé et validé. La présence de γ-Li2TiO3 fut identifiée, et la calorimétrie en balayage différentiel fut explorée comme outil permettant d’identifier et de quantifier la présence de β-Li2TiO3. Différentes proportions entre les phases produites et différents types de morphologies furent observés en fonction des conditions d’opération du plasma. Ainsi, des conditions de trempe réductrice et d’ensemencement en Li4Ti5O12 nanométrique semblent favoriser l’émergence de nanomorphologies en nanofils (associés à Li4Ti5O12) et en nanoplaquette (associées à Li2TiO3). De plus, l’ensemencement et les recuits augmentèrent significativement le rendement en la phase spinelle Li4Ti5O12 recherchée. Les recuits sur les poudres synthétisées par plasma indiquèrent que la décomposition du Li2Ti3O7 produit du Li4Ti5O12, du Li2TiO3 et du TiO2 (rutile). Afin d’approfondir l’investigation de ces réactions de décomposition, les paramètres cristallins du Li2Ti3O7 et du γ-Li2TiO3 furent définis à haute température. Des mesures continues en diffraction en rayon X à haute température furent réalisées lors de recuits de poudres synthétisées par plasma, ainsi que sur des mélanges de TiO2 anatase et de Li2CO3. Celles-ci indiquent la production d’un intermédiaire Li2Ti3O7 à partir de l’anatase et du carbonate, sa décomposition en Li4Ti5O12 et TiO2 (rutile) sur toute la plage de température étudiée, et en Li2TiO3 et TiO2 (rutile) à des températures inférieures à 700°C.

Élucidation et identification des différents interacteurs impliqués dans le mécanisme de régulation du LDLR par la protéine PCSK9

Résumé : Les maladies cardiovasculaires représentent la principale cause de mortalité mondiale, soit le tiers des décès annuels selon l’Organisation mondiale de la Santé. L’hypercholestérolémie, caractérisée par une élévation des niveaux plasmatiques de lipoprotéines de faible densité (LDL), est l’un des facteurs de risque majeur pour les maladies cardiovasculaires. La proprotéine convertase subtilisine/kexine type 9 (PCSK9) joue un rôle essentiel dans l’homéostasie du cholestérol sanguin par la régulation des niveaux protéiques du récepteur LDL (LDLR). PCSK9 est capable de se lier au LDLR et favorise l’internalisation et la dégradation du récepteur dans les lysosomes. L’inhibition de PCSK9 s’avère une cible thérapeutique validée pour le traitement de l’hypercholestérolémie et la prévention des maladies cardiovasculaires. Par contre, plusieurs mécanismes responsables de la régulation et la dégradation du complexe PCSK9-LDLR n’ont pas encore été complètement caractérisés comme la régulation par la protéine annexin A2 (AnxA2), un inhibiteur endogène de PCSK9. De plus, plusieurs évidences suggèrent la présence d’une ou plusieurs protéines, encore inconnues, impliquées dans le mécanisme d’action de PCSK9. Celles-ci pourraient réguler l’internalisation et le transport du complexe PCSK9-LDLR vers les lysosomes. Les objectifs de cette thèse sont de mieux définir le rôle et l’impact de l’AnxA2 sur la protéine PCSK9 en plus d’identifier de nouveaux partenaires d’interactions de PCSK9 pour mieux caractériser son mécanisme d’action sur la régulation des niveaux de LDLR. Nous avons démontré que l’inhibition de PCSK9 par l’AnxA2 extracellulaire s’effectue via sa liaison aux domaines M1+M2 de la région C-terminale de PCSK9 et nous avons mis en évidence les premières preuves d’un contrôle intracellulaire de l’AnxA2 sur la traduction de l’ARNm de PCSK9. Nos résultats révèlent une liaison de l’AnxA2 à l’ARN messager de PCSK9 qui cause une répression traductionnelle. Nous avons également identifié la protéine glypican-3 (GPC3) comme un nouveau partenaire d’interaction extracellulaire avec le PCSK9 et intracellulaire avec le complexe PCSK9-LDLR dans le réticulum endoplasmique des cellules HepG2 et Huh7. Nos études démontrent que GPC3 réduit l’activité extracellulaire de PCSK9 en agissant comme un compétiteur du LDLR pour la liaison avec PCSK9. Une meilleure compréhension des mécanismes de régulation et de dégradation du complexe PCKS9-LDLR permettra de mieux évaluer l’impact et l’efficacité des inhibiteurs de la protéine PCSK9.

Classification multi-échelle d'images à très haute résolution spatiale basée sur une nouvelle approche texturale

Résumé : Face à l’accroissement de la résolution spatiale des capteurs optiques satellitaires, de nouvelles stratégies doivent être développées pour classifier les images de télédétection. En effet, l’abondance de détails dans ces images diminue fortement l’efficacité des classifications spectrales; de nombreuses méthodes de classification texturale, notamment les approches statistiques, ne sont plus adaptées. À l’inverse, les approches structurelles offrent une ouverture intéressante : ces approches orientées objet consistent à étudier la structure de l’image pour en interpréter le sens. Un algorithme de ce type est proposé dans la première partie de cette thèse. Reposant sur la détection et l’analyse de points-clés (KPC : KeyPoint-based Classification), il offre une solution efficace au problème de la classification d’images à très haute résolution spatiale. Les classifications effectuées sur les données montrent en particulier sa capacité à différencier des textures visuellement similaires. Par ailleurs, il a été montré dans la littérature que la fusion évidentielle, reposant sur la théorie de Dempster-Shafer, est tout à fait adaptée aux images de télédétection en raison de son aptitude à intégrer des concepts tels que l’ambiguïté et l’incertitude. Peu d’études ont en revanche été menées sur l’application de cette théorie à des données texturales complexes telles que celles issues de classifications structurelles. La seconde partie de cette thèse vise à combler ce manque, en s’intéressant à la fusion de classifications KPC multi-échelle par la théorie de Dempster-Shafer. Les tests menés montrent que cette approche multi-échelle permet d’améliorer la classification finale dans le cas où l’image initiale est de faible qualité. De plus, l’étude effectuée met en évidence le potentiel d’amélioration apporté par l’estimation de la fiabilité des classifications intermédiaires, et fournit des pistes pour mener ces estimations.

Modèles de Markov cachés à haute précision dynamique

La reconnaissance vocale est une technologie sujette à amélioration. Malgré 40 ans de travaux, de nombreuses applications restent néanmoins hors de portée en raison d'une trop faible efficacité. De façon à pallier à ce problème, l'auteur propose une amélioration au cadre conceptuel classique. Plus précisément, une nouvelle méthode d'entraînement des modèles markoviens cachés est exposée de manière à augmenter la précision dynamique des classificateurs. Le présent document décrit en détail le résultat de trois ans de recherche et les contributions scientifiques qui en sont le produit. L'aboutissement final de cet effort est la production d'un article de journal proposant une nouvelle tentative d'approche à la communauté scientifique internationale. Dans cet article, les auteurs proposent que des topologies finement adaptées de modèles markoviens cachés (HMMs) soient essentielles à une modélisation temporelle de haute précision. Un cadre conceptuel pour l'apprentissage efficace de topologies par élagage de modèles génériques complexes est donc soumis. Des modèles HMM à topologie gauche-à-droite sont d'abord entraînés de façon classique. Des modèles complexes à topologie générique sont ensuite obtenus par écrasement des modèles gauche-à-droite. Finalement, un enchaînement successif d'élagages et d'entraînements Baum-Welch est fait de manière à augmenter la précision temporelle des modèles.

Associations villageoises (AV) et crédit rural en zone office de la Haute Vallée du Niger (OHVN)

Au Mali, le monde rural est un système complexe dont le développement implique son appréhension dans sa complexité. Cependant, la réalité malienne montre un manque de formation, d'organisation et une exploitation irrationnelle des ressources entravant les efforts du développement. Dans cette situation, il est difficile au crédit rural de jouer son rôle dans le développement. Les paysans du Mali, et plus précisément ceux dans la zone Office de la Haute Vallée du Niger (OHVN), tirent annuellement de leurs cultures, des revenus assez faibles. Malheureusement ces sommes ne restent pas dans le secteur rural pour faciliter la promotion de l'agriculture. Elles sont, pour la plupart, utilisées pour payer les arriérés de crédit. Ainsi, au cours d'un stage que nous avons eu à effectuer à Bancoumana (un secteur tabacole encadré par l'Office), il a été constaté que les paysans sont confrontés à plusieurs problèmes, qu'ils soient d'origine économique, sociologique ou autre. Entre autres problèmes: la faiblesse des revenus d'où incapacité d'investir et d'épargner; - l'insuffisance de sensibilisation sur le crédit rural; - l'insuffisance de formation en gestion et organisation. Dans cette problématique, nous soulevons des points d'ordre économique et social. En fait, dans la politique de crédit pratiquée par de nombreux organismes de développement (expérience vécue en Madagascar), on ne tient pas compte des habitudes et de la tradition en matière de crédit. Les politiques de crédit restent incomprises et inappliquées par les paysans. L'élaboration de ces politiques ne s'appuie pas solidement sur le vécu des participants et des bénéficiaires-cibles, encore moins sur les valeurs. En se basant sur nos investigations antérieures, nous avons jugé nécessaire de voir comment évolue la politique de crédit dans la zone de l'Office de la Haute Vallée du Niger. La présente étude a pour but de comprendre le fonctionnement du crédit rural dans notre zone d'étude, à l'aide d'une analyse descriptive. Nous proposons des recommandations et des suggestions s'il y a lieu.

Amélioration de la résolution spatiale de simulations de neige du modèle SNOWPACK dans un contexte de l'accès à la nourriture du caribou de Peary

Le caribou de Peary, désigné en voie de disparition, n’est pas épargné par les changements climatiques. Par le passé, des hivers successifs caractérisés par des conditions météorologiques extrêmes ont entrainé des déclins importants de population en quelques années, pouvant aller jusqu’à 98 %. L’augmentation des épisodes de redoux hivernaux et de pluies sur neige réduit les conditions d’accès à la nourriture de cette sous-espèce. Ces conditions ont pour conséquence d’augmenter la densité des couches de neige dans le manteau neigeux, ce qui empêche le caribou d’avoir accès au fourrage couvrant le sol en hiver. Dans cet esprit, l’outil de spatialisation de SNOWPACK dans l’Arctique (OSSA) développé dans Ouellet et al. (2016) permet la spatialisation des conditions d’accès à la nourriture du caribou de Peary en utilisant le modèle de simulation du couvert nival SNOWPACK. Le paramètre du couvert nival utilisé est l’épaisseur cumulée au-delà d’un seuil fixe de densité durant la saison hivernale (ECD). L'OSSA fournit un résultat d’une résolution spatiale de 32 km puisque les données météorologiques utilisées sont les données de réanalyses du North American Regional Reanalysis (NARR) qui possède une résolution de 32 km. Cette résolution grossière ne permet pas de documenter et prédire la migration locale des différentes populations sur les îles de l'archipel arctique canadien. L’objectif principal de ce projet est donc d’évaluer le potentiel d'une approche de raffinement spatial de l'OSSA à une résolution de 1 km. Afin d’affiner la résolution spatiale de la simulation de l’ECD, des données de pente et de l’albédo du sol à une résolution de 1 km ont été utilisées. Avant d’effectuer les simulations à haute résolution, la sensibilité de l’ECD à ces deux paramètres du terrain a été testée. Les simulations préliminaires ont permis de démontrer que plus la pente est élevée, plus l’ECD sera faible. Également, il a été identifié que la pente va affecter l’ECD à partir d’un seuil de 3 degré. L’albédo du sol a aussi un impact significatif sur l’ECD, mais à un niveau moins important que la pente. Finalement, la comparaison des résultats à faible et haute résolution a pu démontrer que l’approche de raffinement spatial appliquée permet d’obtenir une information plus détaillée des conditions d’accès à la nourriture du caribou de Peary. Les résultats d’ECD obtenus à 1 km de résolution montrent des écarts avec l’ECD à 32 km de résolution pouvant dépasser les 2000 cm. Finalement, cette étude montre l’intérêt d’automatiser cette approche afin de pouvoir spatialiser les conditions d’accès à la nourriture à une résolution de 1 km et de prédire certaines micro-variabilités dans les déplacements futurs des caribous de Peary en fonction des changements climatiques.

Étude du comportement des fluides magnétorhéologiques (MR) en compression-cisaillement simultanée

Les fluides magnétorhéologiques (MR) sont des fluides intelligents dont la viscosité apparente peut être modifiée rapidement (<1ms) par l'application d'un champ magnétique externe. À l'aide de cette caractéristique unique, les embrayages MR permettent de moduler rapidement un couple entre deux surfaces sans contact mécanique direct. De construction simple et robuste, les embrayages MR offrent ainsi un potentiel remarquable d'innovation pour diverses applications robotiques nécessitant un contrôle rapide et une haute fiabilité, comme dans les domaines de l'automobile [10], de l'aéronautique [16] ou de l'interaction humaine [77]. À ce jour, les embrayages MR exploitent le fluide MR strictement en cisaillement pur. Dans de telles conditions, la densité de couple des embrayages est limitée par l'optimisation de la mécanique des embrayages (ex. : poids) [63] et les propriétés fondamentales des fluides MR (ex. : contrainte) [11]. Alors qu'en cisaillement pur, la contrainte des fluides MR est limitée à ∼100 kPa, des études récentes démontrent qu'elle peut être augmentée d'un ordre de grandeur (>1000 kPa) lorsque le fluide MR est soumis à une compression, avant d'être cisaillé [89]. La combinaison de la compression et du cisaillement du fluide MR pourrait ainsi décupler la densité de couple des embrayages MR, mais ce phénomène d'agrégation assistée par compression, aussi appelé squeeze-strengthening ou super-strong} (SS), est toujours très mal compris. Beaucoup d'incertitude persiste quant à l'origine exacte du phénomène [45], des conditions qui le favorisent [55] [75] et des effets qu'il engendre [31]. Dans le but ultime d'augmenter la densité de couple des embrayages MR à l'aide du phénomène SS, le présent projet de recherche vise à étudier le comportement rhéologique des fluides MR dans des conditions de compression et de cisaillement simultané afin d'en comprendre les conditions qui favorisent le phénomène d'augmentation des contraintes. Pour ce faire, un banc d'essai permettant la compression pure, le cisaillement pur et la compression-cisaillement simultanée des fluides MR est conçu et utilisé pour étudier le fluide MR lorsque soumis à des conditions de chargement typique des embrayages MR. Les résultats expérimentaux issus de cette vaste étude expérimentale permettront d'établir un lien direct entre ce phénomène et le celui de filtration, duquel un modèle prédictif sera proposé. À l'aide du modèle théorique, le phénomène SS sera étudié à l'aide de diverses compositions de fluide MR (ex. : concentration, taille des particules, viscosité) et différentes géométries de compression, ce qui permettra de valoriser le modèle pour la conception préliminaire d'embrayages MR qui exploitent le phénomène SS.

Le paysage de la peur en milieu agricole: le cas de la Grande Oie des neiges

Depuis environ 40 ans, l’intensification des pratiques agricoles a grandement transformé le paysage agricole et ce tant, dans les Amériques qu’en Europe. Quoique, plusieurs espèces animales soient affectées négativement par ces changements, certaines espèces en bénéficient. C’est le cas de la Grande Oie des neiges (Chen caerulescens atlantica) qui a vu sa population croître de façon importante et ce, au point de devenir problématique. De fait, la Grande Oie des neiges cause des dommages importants aux cultures du Québec (1 646 229 ± 800 000 par an entre 2009 et 2015) et aux écosystèmes qu’elle utilise lorsqu’elle fait halte dans la vallée du Saint-Laurent, Québec, Canada. Bien que plusieurs actions aient été tentées pour contrôler sa population le problème persiste. La quête alimentaire des animaux est entre autres modulée par les comportements anti-prédateurs, tels que le temps passé en vigilance et une utilisation différentielle des habitats. Ces comportements sont à leur tour affectés par le risque de prédation et la vie en groupe. En effet, le risque de prédation perçu par un individu dépend entre autres (1) de la taille du groupe auquel il appartient ; (2) de la densité et de l’activité des proies et des prédateurs dans l’environnement ; (3) de son niveau de connaissance de l’environnement ; et (4) des caractéristiques du paysage qu’il occupe. Il s’ensuit que le risque de prédation varie dans l’espace et dans le temps. La représentation cartographique de ce risque à un moment donné consiste en un paysage de la peur, où chaque location ou chaque élément d’un paysage se voit associé un risque de prédation. On s’attend donc à ce que la quête alimentaire des individus, tant dans leur utilisation des habitats que dans leur budget d’activité, soit affectée par la structure du paysage de la peur. Par conséquent, on peut se demander si le paysage de la peur peut être utilisé comme outil de gestion d’une espèce, notamment pour la Grande Oie des neiges. Mon objectif est de quantifier comment la perception du risque de prédation par la Grande Oie des neiges varie en fonction de différents éléments des paysages agricoles visités par les oies, mais aussi de quantifier cette variation selon différentes contraintes énergétiques et temporelles durant leurs haltes migratoires. Ceci afin de voir si le paysage de la peur pourrait être utiliser comme outil de gestion. À ce titre, je vise à mesurer l’effet du type de cultures, de la nature de l’élément paysager, de la distance de celui-ci et du niveau de compétition intraspécifique au sein des sites d’alimentation et ce, durant les deux migrations, sur l’utilisation des habitats et le budget d’activité des oies. Je pose que les oies prendront plus de risques si les contraintes temporelles sont fortes, de même que si elles se nourrissent dans une parcelle alimentaire de haute qualité et si elles subissent une plus forte de compétition. Pour ce faire, j’ai parcouru les Basses-Terres-du-Saint-Laurent de Salaberry-de-Valleyfield jusqu’à l’Islet lors des printemps 2014 et 2015 et de l’automne 2014. J’ai ainsi repéré et observé 141 groupes d’oies exploitant des terres agricoles pour lesquels j’ai noté la position des individus dans les champs et mesuré leur taux de vigilance, de même que noté divers facteurs qui pourraient affecter ces deux comportements, dont le type de cultures exploitées et le fait d’être ou non au sein d’une zone où la chasse est permise. Au printemps, le taux de vigilance des oies était, plus élevé dans les cultures de maïs, plus bas si la densité locale d’oies augmentait et plus bas dans les sanctuaires (i.e., en absence de chasse). Alors qu’à l’automne, le taux de vigilance était, plus élevé à proximité d’une route ou d’un fossé et plus élevé en bordure du groupe. Au printemps, la distance aux éléments du paysage potentiellement dangereux était, plus grande face à une bordure de forêt et plus faible face à la route. La distance était plus petite dans les cultures de maïs, plus élevée dans le foin et plus faible dans les sanctuaires. À l’automne, les effets des différents éléments étaient semblables à ceux du printemps. La distance était plus grande si la taille du groupe augmentait et plus petite dans les sanctuaires. De plus, les oies semblaient montrer un évitement des bordures forestières alors que les autres éléments du paysage étudiés ne semblent pas être sélectionnés ou évités. Les oies subissent des contraintes différentes au printemps et à l’automne. Ces contraintes semblent moduler la prise en compte du risque de prédation entre les saisons. En effet, les oies semblent privilégier l’alimentation au détriment de la prise de risques au printemps, une décision probablement liée à la reproduction dont le succès dépend d’une arrivée relativement hâtive sur les aires de nidification arctiques et donc, des réserves énergétiques accumulées sur les haltes migratoires. En opposition, les oies semblent prendre davantage conscience du risque de prédation dans leur quête alimentaire à l’automne, ce qui pourrait être lié au fait qu’elles sont accompagnées de leurs jeunes et à une contrainte énergétique et temporelle plus faible qu’au printemps. En bref, les oies semblent subir les effets de la peur reliée à la chasse. Mes résultats semblent indiquer que le paysage de la peur pourrait être utilisé dans les stratégies de gestion. Par exemple, en instaurant des haies brise-vent dans les secteurs où le risque de dommages agricoles est élevé, le risque de prédation perçu par les oies y serait plus élevé et pourrait ainsi diminuer l’utilisation de ces secteurs.