Caractérisation des propriétés mécaniques de la pâte de carbone à 150°C dans le but d’optimiser la mise en forme des anodes utilisées dans les cuves Hall-Héroult

Les anodes de carbone sont des éléments consommables servant d’électrode dans la réaction électrochimique d’une cuve Hall-Héroult. Ces dernières sont produites massivement via une chaine de production dont la mise en forme est une des étapes critiques puisqu’elle définit une partie de leur qualité. Le procédé de mise en forme actuel n’est pas pleinement optimisé. Des gradients de densité importants à l’intérieur des anodes diminuent leur performance dans les cuves d’électrolyse. Encore aujourd’hui, les anodes de carbone sont produites avec comme seuls critères de qualité leur densité globale et leurs propriétés mécaniques finales. La manufacture d’anodes est optimisée de façon empirique directement sur la chaine de production. Cependant, la qualité d’une anode se résume en une conductivité électrique uniforme afin de minimiser les concentrations de courant qui ont plusieurs effets néfastes sur leur performance et sur les coûts de production d’aluminium. Cette thèse est basée sur l’hypothèse que la conductivité électrique de l’anode n’est influencée que par sa densité considérant une composition chimique uniforme. L’objectif est de caractériser les paramètres d’un modèle afin de nourrir une loi constitutive qui permettra de modéliser la mise en forme des blocs anodiques. L’utilisation de la modélisation numérique permet d’analyser le comportement de la pâte lors de sa mise en forme. Ainsi, il devient possible de prédire les gradients de densité à l’intérieur des anodes et d’optimiser les paramètres de mise en forme pour en améliorer leur qualité. Le modèle sélectionné est basé sur les propriétés mécaniques et tribologiques réelles de la pâte. La thèse débute avec une étude comportementale qui a pour objectif d’améliorer la compréhension des comportements constitutifs de la pâte observés lors d’essais de pressage préliminaires. Cette étude est basée sur des essais de pressage de pâte de carbone chaude produite dans un moule rigide et sur des essais de pressage d’agrégats secs à l’intérieur du même moule instrumenté d’un piézoélectrique permettant d’enregistrer les émissions acoustiques. Cette analyse a précédé la caractérisation des propriétés de la pâte afin de mieux interpréter son comportement mécanique étant donné la nature complexe de ce matériau carboné dont les propriétés mécaniques sont évolutives en fonction de la masse volumique. Un premier montage expérimental a été spécifiquement développé afin de caractériser le module de Young et le coefficient de Poisson de la pâte. Ce même montage a également servi dans la caractérisation de la viscosité (comportement temporel) de la pâte. Il n’existe aucun essai adapté pour caractériser ces propriétés pour ce type de matériau chauffé à 150°C. Un moule à paroi déformable instrumenté de jauges de déformation a été utilisé pour réaliser les essais. Un second montage a été développé pour caractériser les coefficients de friction statique et cinétique de la pâte aussi chauffée à 150°C. Le modèle a été exploité afin de caractériser les propriétés mécaniques de la pâte par identification inverse et pour simuler la mise en forme d’anodes de laboratoire. Les propriétés mécaniques de la pâte obtenues par la caractérisation expérimentale ont été comparées à celles obtenues par la méthode d’identification inverse. Les cartographies tirées des simulations ont également été comparées aux cartographies des anodes pressées en laboratoire. La tomodensitométrie a été utilisée pour produire ces dernières cartographies de densité. Les résultats des simulations confirment qu’il y a un potentiel majeur à l’utilisation de la modélisation numérique comme outil d’optimisation du procédé de mise en forme de la pâte de carbone. La modélisation numérique permet d’évaluer l’influence de chacun des paramètres de mise en forme sans interrompre la production et/ou d’implanter des changements coûteux dans la ligne de production. Cet outil permet donc d’explorer des avenues telles la modulation des paramètres fréquentiels, la modification de la distribution initiale de la pâte dans le moule, la possibilité de mouler l’anode inversée (upside down), etc. afin d’optimiser le processus de mise en forme et d’augmenter la qualité des anodes.

Optical and mechanical analysis on a biological cell in optical tweezers

La réponse mécanique d’une cellule à une force externe permet d’inférer sa structure et fonction. Les pinces optiques s’avèrent une approche particulièrement attrayante pour la manipulation et caractérisation biophysique sophistiquée des cellules de façon non invasive. Cette thèse explore l’utilisation de trois types de pinces optiques couramment utilisées : 1) statiques (static), 2) à exposition partagée (time-sharing) et 3) oscillantes (oscillating). L’utilisation d’un code basé sur la méthode des éléments finis en trois dimensions (3DFEM) nous permet de modéliser ces trois types de piégeage optique afin d’extraire les propriétés mécaniques cellulaires à partir des expériences. La combinaison des pinces optiques avec la mécanique des cellules requiert des compétences interdisciplinaires. Une revue des approches expérimentales sur le piégeage optique et les tests unicellulaires est présentée. Les bases théoriques liant l’interaction entre la force radiative optique et la réponse mécanique de la cellule aussi. Pour la première fois, une simulation adaptée (3DFEM) incluant la diffusion lumineuse et la distribution du stress radiatif permet de prédire la déformation d’une cellule biconcave –analogue aux globules rouges—dans un piège statique double (static dual-trap). À l’équilibre, on observe que la déformation finale est donnée par l’espacement entre les deux faisceaux lasers: la cellule peut être étirée ou même comprimée. L’exposition partagée (time-sharing) est la technique qui permet de maintenir plusieurs sites de piégeage simultanément à partir du même faisceau laser. Notre analyse quantitative montre que, même oscillantes, la force optique et la déformation sont omniprésentes dans la cellule : la déformation viscoélastique et la dissipation de l’énergie sont analysées. Une autre cellule-type, la tige cubique, est étudiée : cela nous permet d’élucider de nouvelles propriétés sur la symétrie de la réponse mécanique. Enfin, l’analyse de la déformation résolue en temps dans un piége statique ou à exposition partagée montre que la déformation dépend simultanément de la viscoélasticité, la force externe et sa forme tridimensionnelle. La technique à force oscillante (oscillating tweezers) montre toutefois un décalage temporel, entre la force et la déformation, indépendant de la forme 3D; cette approche donnerait directement accès au tenseur viscoélastique complexe de la cellule.

Déficits cognitifs numériques impliqués dans la dyscalculie développementale

INTRODUCTION : La dyscalculie est un déficit spécifique d’apprentissage des mathématiques dont la prévalence s’étend de 1 à 10 %. La dyscalculie a des répercussions sur la scolarité et sur la vie quotidienne pouvant persister jusqu’à l’âge adulte et ainsi nuire à l’insertion professionnelle. Il existe actuellement deux grandes hypothèses cognitives pour expliquer la dyscalculie développementale : l’hypothèse d’un trouble cognitif général tel qu’un trouble de la mémoire de travail et l’hypothèse d’un trouble cognitif spécifiquement numérique. OBJECTIFS : L’objectif général de cette thèse doctorale est d’évaluer les déficits cognitifs numériques impliqués dans la dyscalculie développementale chez des enfants franco-québécois âgés entre huit et neuf ans, scolarisés en 3e année du primaire (1ère année du 2e cycle). Dans un premier temps, la thèse vise à recenser les écrits (étude 1) portant sur les déficits cognitifs numériques impliqués dans la dyscalculie. Ensuite, elle a pour objectifs spécifiques l’étude des capacités de traitement des quantités non symboliques (étude 2) et symboliques arabe et orale (étude 3), ainsi que de l’intégrité des représentations numériques sous forme de ligne numérique (étude 4). MÉTHODE : Des études comparatives d’un groupe d’enfants en difficulté mathématique (groupe dyscalculique) et d’un groupe d’enfants sans difficulté mathématique ont été réalisées. Des tâches faisant intervenir le code analogique (i.e. ensemble de points), le code arabe, le code oral, et la ligne numérique des nombres ont été administrées dans le but de mesurer les capacités de traitement, de production, et de reconnaissance des nombres. RÉSULTATS : La recension de la littérature permet d’établir qu’il n’existe aucun consensus quant aux déficits cognitifs numériques impliqués dans la dyscalculie (étude 1). Les résultats des études expérimentales montrent que les enfants dyscalculiques présentent des difficultés à traiter avec précision les petites quantités analogiques (étude 2) mais des habiletés préservées pour traiter approximativement les grandes quantités (étude 4). Ils présentent aussi des difficultés à traiter les nombres symboliques (arabe, oral) qui se manifestent par des atteintes de reconnaissance, de traitement et de production des nombres (études 3 et 4). Leur acuité numérique est également plus faible lorsqu’ils doivent traiter cognitivement les nombres symboliques sur une ligne numérique (étude 4). CONCLUSION : Les enfants dyscalculiques présentent un déficit du sens du nombre au niveau du traitement des petites quantités par le Système Numérique Précis, ainsi qu’un déficit de traitement des nombres symboliques. Ce déficit se manifeste à la fois par un déficit de reconnaissance, un déficit d’accès au sens du nombre via les codes symboliques et une acuité plus faible de la ligne numérique lorsqu’elle implique les nombres symboliques.

Prédictions sportives chez des athlètes de basketball: perception d’efficacité personnelle et illusion de contrôle

Les athlètes sont nombreux à parier sur les sports et leurs connaissances en sport pourraient les amener à s’y sentir compétents. Les théories similaires de la perception d’efficacité personnelle (PEP) et de l’illusion de contrôle offrent des pistes de réflexion sur cette impression de compétence. Comme la PEP peut se généraliser entre tâches similaires, la PEP des athlètes à une tâche sportive pourrait se généraliser, sous forme d’illusions de contrôle, vers la PEP à des prédictions sportives. L’objectif principal du mémoire est de vérifier si la PEP à une tâche de basketball se généralise vers des prédictions. Un objectif secondaire est de vérifier le lien entre la PEP aux prédictions sportives et l’illusion de contrôle. Vingt-trois basketteurs de niveau collégial ou universitaire sont répartis aléatoirement en deux conditions : PEP augmentée et diminuée. Lors d’une tâche de basketball, les athlètes doivent statuer le nombre de paniers qu’ils croient réussir et tenter de l’atteindre. Pour manipuler la PEP, il est mentionné aux athlètes qu’ils ont deux minutes pour accomplir la tâche, mais ont plus ou moins 15 % de ce temps. Ils effectuent ensuite des prédictions sur le basketball et sur un autre sport. Les résultats révèlent l’augmentation et la diminution significative de la PEP à la tâche de basketball, sans généralisation aux prédictions, puisque les athlètes des deux conditions rapportent une PEP élevée aux prédictions sur le basketball et modérée sur l’autre sport. Aussi, le lien PEP − illusion de contrôle n’est pas significatif. Les résultats illustrent toutefois que les athlètes présentent une PEP et une illusion de contrôle plus élevées aux prédictions sur le basketball que sur l’autre sport. Il semble que les basketteurs se sentent plus compétents pour prédire des événements de basketball qu’un autre sport, et ce, indépendamment de leur PEP à une tâche motrice de basketball.

La qualification et le traitement légal des ressources phytogénétiques au bénéfice de la sécurité alimentaire mondiale durable - Regard critique sur leur gestion

L’agrobiodiversité est le résultat de la domestication, de l’amélioration des caractères génétiques, de la conservation et de l’échange des semences par les agriculteurs depuis la première révolution agricole, il y a près de 10 000 ans. Toutefois, cette diversification agricole s’amenuise, s’érode. Cette érosion touche désormais les espèces végétales majeures. Plusieurs variétés de plantes cultivées sont abandonnées au profit de variétés artificialisées et uniformisées. Suivant une logique plus économique, les ressources génétiques végétales ou phytogénétiques, d’abord qualifiées de patrimoine commun de l’humanité, deviennent rapidement des biens prisés par l’industrie biotechnologique confortant les pays riches en biodiversité, mais économiquement faibles, à subordonner cette richesse au principe de la souveraineté permanente sur les ressources naturelles. Ce principe à la base du droit international a permis aux États hôtes de contrôler l’accès aux ressources biologiques sur leur territoire, mettant ainsi fin au pillage de celles-ci, mais également au libre accès pour tous à la ressource. À l’évidence, la nature hybride des ressources phytogénétiques enclenche un processus complexe d’exclusivismes et de prérogatives. D’une part, ces ressources composent la base de notre alimentation et à ce titre elles intéressent l’humanité entière, d’autre part, elles sont la matière première utilisée par les oligopoles semenciers, une double vocation qui suscite un partage antagonique à plusieurs égards. Cette thèse analyse les perspectives offertes par le droit international public afin de réconcilier ces positions au bénéfice de la sécurité alimentaire mondiale durable, et s’interroge sur le meilleur cadre juridique que le droit international puisse attribuer aux ressources phytogénétiques afin d’améliorer la circulation et la disponibilité des denrées agricoles et alimentaires. À cet effet, l’entrée en vigueur du Traité international sur les ressources phytogénétiques pour l’alimentation et l’agriculture va créer une sorte de système compromissoire conciliant dans un même souffle, l’intérêt général et l’appropriation privative au profit de la sécurité alimentaire mondiale durable : le Système multilatéral d’accès et de partage des avantages. Un dispositif ad hoc exceptionnel qui facilite l’accès à une partie négociée de ces ressources ainsi que le partage juste et équitable des avantages qui découlent de leur utilisation entre tous les usagers. Le Système multilatéral est la clé de voûte du Traité. Par le truchement de ce système, le Traité matérialise un ordre juridique raffiné et complexe qui opère une récursivité des ressources phytogénétiques vers le domaine public international, et par incidence, invite à considérer ces ressources comme des biens communs libres d’accès pour la recherche, l’amélioration et le réensemencement. Outre cette requalification, ce système ouvrira la voie à une nouvelle forme de gestion fiduciaire octroyant des droits et impliquant des responsabilités à l’égard d’un groupe d’usagers particuliers.

Interrelation entre déficits métaboliques et neuropathologie associée à la maladie d’Alzheimer chez la souris 3xTg-AD

La maladie d’Alzheimer (MA) est la maladie neurodégénérative qui cause le plus important nombre de cas de démence. On estime que près de 15% des canadiens âgés de plus de 65 ans sont atteints de la MA. Avec le vieillissement de la population, le nombre de cas augmentera de manière substantielle dans les prochaines années. À l’heure actuelle, aucun traitement ne permet de ralentir la progression de la maladie. Pour plus de 99% des cas, ses causes exactes demeurent indéterminées. Toutefois, de nombreux facteurs de risque ont été identifiés. Parmi eux, on retrouve plusieurs facteurs liés au métabolisme énergétique dont l’obésité et le diabète de type 2 (DT2). De manière intéressante, des modifications du métabolisme, telles qu’une résistance à l’insuline centrale et périphérique, sont également observées chez les patients Alzheimer. Afin de mieux comprendre l’interaction entre le DT2 et la MA, nous avons d’abord étudié les altérations métaboliques chez la souris triple transgénique (3xTg-AD), un modèle murin de la MA. Nous avons, en premier lieu, observé une intolérance au glucose qui progresse avec l’âge, qui est plus importante chez les femelles et qui semble liée à l’accumulation du peptide beta-amyloïde (Aβ) humain dans le pancréas. Ensuite, nous avons nourri cette souris avec une diète riche en gras pour vérifier l’impact d’une aggravation des déficits métaboliques sur la pathologie Alzheimer. L’aggravation de l’intolérance au glucose chez les souris 3xTg-AD semblait liée à l’atrophie des îlots de Langerhans et, en conséquence, à une réduction de la production d’insuline en réponse à l’injection de glucose. En plus de l’aggravation des déficits métaboliques, la diète riche en gras a augmenté de manière drastique l’accumulation de la forme soluble du peptide Aβ dans le cortex et a déterioré la mémoire des souris 3xTg-AD. De manière intéressante, l’élévation du peptide Aβ et les troubles de la mémoire ont été rétablis par l’administration d’une seule dose d’insuline. Aussi, nous avons observé une augmentation du peptide Aβ dans le plasma 30 minutes à la suite de l’injection d’insuline, suggérant qu’il est possible que la baisse rapide du peptide soit en partie causée par une élévation de la clairance du peptide au cerveau. Ces résultats renforcent les évidences supportant le potentiel thérapeutique de l’insuline dans le traitement de la MA. Toutefois, les résultats chez les patients mettent en lumière l’inefficacité de l’administration intranasale d’insuline chez les porteurs de l’allèle 4 du gène de l’apolipoprotéine E (APOE4). Afin de comprendre les raisons qui expliquent cette différence de réponse à l’insuline chez les porteurs de l’APOE4, nous avons injecté des souris exprimant l’APOE3 et l’APOE4 humain avec de l’insuline dans le but de vérifier l’effet central et périphérique de l’insuline chez ces animaux. Les souris APOE4 montrent une plus importante élévation de la signalisation de l’insuline au cerveau comparativement aux souris APOE3. Cette plus haute réponse est aussi associée à une élévation plus importante de la phosphorylation de la protéine tau, un marqueur neuropathologique de la MA. En somme, ces résultats suggèrent qu’il existe un cercle vicieux entre la MA et le DT2. L’administration d’insuline a un potentiel thérapeutique intéressant pour la MA, malgré des effets limités chez les patients APOE4 en raison de son impact probable sur la phosphorylation de la protéine tau.