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.

Étude numérique des phénomènes transitoires dans une turbine axiale de type hélice durant l’emballement

Ce mémoire présente l’étude numérique d’un emballement de turbine hydraulique axiale à échelle modèle. Cet état transitoire est simulé du point de meilleur rendement jusqu’à l’atteinte de 95% de la vitesse d’emballement. Pour ce faire, une méthodologie numérique est développée à l’aide du logiciel commercial ANSYS CFX en utilisant une approche "Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes" avec modèle de turbulence k-ε. Cette méthodologie numérique a été validée grâce à des mesures expérimentales de pression acquises en situation d’emballement sur les aubes d’une roue de turbine axiale étudiée au Laboratoire de Machines Hydrauliques de l’Université Laval. La validation des simulations numériques a été réalisée grâce à des comparaisons dans les domaines temporel et fréquentiel entre les pressions mesurées expérimentalement et calculées numériquement. Les analyses fréquentielles en transitoire ont été effectuées à l’aide de transformées en ondelettes afin de représenter l’évolution temporelle du spectre de fréquence. Des analyses qualitatives de phénomènes hydrauliques prenant place dans la turbine sont aussi présentées. Les analyses effectuées ont permis de confirmer le développement d’un tourbillon en précession par rapport à la roue dans l’aspirateur provocant les fluctuations de pression dominantes à des fréquences subsynchrones. La comparaison entre les données expérimentales et numériques a permis de valider une stratégie de simulation transitoire et d’en définir les limites en vue de prochaines simulations d’emballement. Des tests supplémentaires sont suggérés pour améliorer la précision ou le niveau de confiance de la méthode.

Étiologie génétique et cognitive de l’association entre les habiletés en lecture et les dimensions du trouble déficitaire de l’attention avec ou sans hyperactivité (TDAH)

La présente thèse examine les associations entre les dimensions du TDAH et les habiletés en lecture sur les plans phénotypique, génétique et cognitif. En premier lieu, les associations entre les dimensions du TDAH (inattention et hyperactivité/impulsivité) et les habiletés en lecture (décodage et compréhension en lecture) chez des enfants au début du primaire (6-8 ans) ont été examinées. Les résultats révèlent des associations similaires. Toutefois, seules celles entre l’inattention et les habiletés en lecture demeurent après que l’hyperactivité/impulsivité, les symptômes de trouble du comportement et les habiletés non verbales aient été contrôlés. De plus, les associations entre l’inattention et les habiletés en lecture s’expliquent en grande partie par des facteurs génétiques. En second lieu, les associations entre les dimensions du TDAH et les habiletés en lecture (lecture de mots et exactitude/vitesse lors de la lecture d’un texte) ont été étudiées à 14-15 ans. Seule l’inattention demeure associée aux habiletés en lecture après que l’hyperactivité/impulsivité, les habiletés verbales et les habiletés non verbales aient été contrôlées. L’inattention et les habiletés en lecture sont aussi corrélées sur le plan génétique, mais ces corrélations deviennent non significatives lorsque les habiletés verbales sont contrôlées. En dernier lieu, des habiletés cognitives ont été étudiées comme mécanismes sous-jacents potentiels de l’association entre l’inattention et les habiletés en lecture (décodage et compréhension en lecture) à l’enfance. Il apparait que la conscience phonologique, la vitesse de dénomination de chiffres, le traitement temporel bimodal et le vocabulaire sont des médiateurs de l’association entre l’inattention et le décodage alors que la conscience phonologique, la vitesse de dénomination de chiffres et de couleurs et le vocabulaire sont des médiateurs de l’association entre l’inattention et la compréhension en lecture. De plus, des facteurs génétiques communs ont été observés entre certains médiateurs (conscience phonologique, vitesse de dénomination des chiffres et traitement temporel bimodal), l’inattention et le décodage. Somme toute, la présente thèse montre que des facteurs génétiques expliquent en partie ces associations à l’enfance et l’adolescence. Des médiateurs cognitifs sous-tendent ces associations, possiblement par des processus génétiques et environnementaux qui devront être précisés dans le futur.

Mémoire de source, propension à halluciner et psychose : identification de marqueurs cognitifs et cliniques chez une population à haut risque génétique

Les déficits cognitifs sont centraux à la psychose et sont observables plusieurs années avant le premier épisode psychotique. L’atteinte de la mémoire épisodique est fréquemment identifiée comme une des plus sévères, tant chez les patients qu’avant l’apparition de la pathologie chez des populations à risque. Chez les patients psychotiques, l’étude neuropsychologique des processus mnésiques a permis de mieux comprendre l’origine de cette atteinte. Une altération des processus de mémoire de source qui permettent d’associer un souvenir à son origine a ainsi été identifiée et a été associée aux symptômes positifs de psychose, principalement aux hallucinations. La mémoire de source de même que la présence de symptômes sous-cliniques n’ont pourtant jamais été investiguées avant l’apparition de la maladie chez une population à haut risque génétique de psychose (HRG). Or, leur étude permettrait de voir si les déficits en mémoire de source de même que le vécu d’expériences hallucinatoires sont associés à l’apparition de la psychose ou s’ils en précèdent l’émergence, constituant alors des indicateurs précoces de pathologie. Afin d’étudier cette question, trois principaux objectifs ont été poursuivis par la présente thèse : 1) caractériser le fonctionnement de la mémoire de source chez une population HRG afin d’observer si une atteinte de ce processus précède l’apparition de la maladie, 2) évaluer si des manifestations sous-cliniques de symptômes psychotiques, soit les expériences hallucinatoires, sont identifiables chez une population à risque et 3) investiguer si un lien est présent entre le fonctionnement en mémoire de source et la symptomatologie sous-clinique chez une population à risque, à l’instar de ce qui est documenté chez les patients. Les résultats de la thèse ont permis de démontrer que les HRG présentent une atteinte de la mémoire de source ciblée à l’attribution du contexte temporel des souvenirs, ainsi que des distorsions mnésiques qui se manifestent par une fragmentation des souvenirs et par une défaillance de la métacognition en mémoire. Il a également été observé que les expériences hallucinatoires sous-cliniques étaient plus fréquentes chez les HRG. Des associations ont été documentées entre certaines distorsions en mémoire et la propension à halluciner. Ces résultats permettent d’identifier de nouveaux indicateurs cliniques et cognitifs du risque de développer une psychose et permettent de soulever des hypothèses liant l’attribution de la source interne-externe de l’information et le développement de la maladie. Les implications empiriques, théoriques, méthodologiques et cliniques de la thèse sont discutées.

Dynamique des ambiances lumineuses - approche basée sur la photométrie vidéo d’espaces de transition

Les variations de la lumière naturelle lors du passage d’un espace à un autre caractérisent de manière complexe, mais importante le design d’un bâtiment. Cette adaptation visuelle s’inscrit dans un processus spatiotemporel et influe sur le confort et le bien-être de ses occupants. La littérature fait état du peu de connaissances de la relation lumière espace-temps. Cette recherche propose donc d’étudier cette relation spatio-temporelle existant entre la lumière et l’espace, afin de qualifier un parcours architectural au moyen d’une expérimentation in situ et de segments filmiques. La recherche combine l’utilisation d’un luminance-mètre, d’une caméra vidéo et d’une méthode d’analyse d’images numériques afin de permettre l’évaluation des qualités spatio-temporelles de la lumière. Le parcours architectural est analysé selon la diversité et l’intensité des ambiances lumineuses en fonction du temps permettant de décrire les perceptions visuelles d’espaces transitions. Cette méthode dynamique offre un potentiel d’analyse et de création aux concepteurs désireux d’enrichir le design de séquences spatiales en favorisant la diversité lumineuse dans l’expérience architecturale. Mots clefs: adaptation visuelle, analyse d’images, ambiance lumineuse, contraste, éclairage naturel, espaces transitions, lumière perception visuelle, vidéo, spatio-temporel.

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.

Modérateurs de l’efficacité d’une approche de médiation auprès de jeunes suivis pour troubles de comportement en vertu de la Loi sur la protection de la jeunesse

Méthodologie: Analyses de régression multiple

Xanten-Vetera - Analyse et caractérisation du processus de colonisation et de romanisation d’une région frontalière en Germanie inférieure

Ce mémoire analyse le processus de romanisation et de colonisation de Xanten-Vetera, une région frontalière de l’Empire romain située en basse Rhénanie dans la province romaine de Germania inferior. À l’intérieur d’un cadre temporel inclus entre les conquêtes de Jules César et le milieu du second siècle apr. J.-C., l’étude cherche à comprendre et à restituer la présence militaire ainsi que le développement des peuplades civiles sur place, du fait des transferts de population et de l’immigration gallo-romaine. Le processus de romanisation est analysé en tenant compte des réalités ethnographiques, sociales et culturelles et selon les théories les plus actuelles de la recherche moderne sur ce sujet. Comme il s’agit d’une agglomération située sur une voie fluviale en périphérie de l’Empire, le concept de « frontière » y est évalué afin d’estimer si Xanten-Vetera constituait une zone de convergence ou de divergence par rapport à l’espace rhénan. Dans un deuxième temps, cette recherche analyse le contexte militaire et social durant lequel l’empereur Trajan prit la décision d’octroyer le statut de colonie à ce territoire qui devint la Colonia Ulpia Traiana. Cette démarche qui se veut régionale souligne la nature particulière de l’histoire de Xanten-Vetera sous le Haut Empire ; les migrations et les tragédies à l’intérieur de cet espace géographique ont façonné un endroit au destin unique en Germanie et dans l’Empire romain. Enfin, ce travail fournit un exemple pertinent de l’évolution des motivations qui ont guidé les politiques coloniales sous les Julio-Claudiens, les Flaviens et les Antonins et suggère l’essor des groupes de pression non militaires dans ce contexte.

Schizophrénie et perception du temps : une méta-analyse

Méthodologie: Méta-analyse