Fonction surrénalienne après bolus d'étomidate en chirurgie cardiaque : une étude rétrospective [Adrenal function after induction of cardiac surgery patients with etomidate: A retrospective study]

Objectif Un bolus unique d'étomidate inhibe une enzyme mitochondriale impliquée dans la synthèse du cortisol. Au sein de notre institution, tout patient candidat à une chirurgie cardiaque reçoit de l'étomidate à l'induction de l'anesthésie. L'objectif de cette étude a été de déterminer l'incidence des dysfonctions surrénaliennes chez les patients bénéficiant d'une chirurgie cardiaque et nécessitant de hautes doses de noradrénaline au cours de la période postopératoire. Type d'étude Étude rétrospective descriptive dans l'unité de réanimation d'un centre hospitalier universitaire. Patients et méthodes Soixante-trois patients admis en réanimation après chirurgie cardiaque nécessitant plus de 0,2μg/kg par minute de noradrénaline au cours des premières 48 heures postopératoires ont été étudiés. L'insuffisance surrénalienne absolue a été définie par un cortisol basal inférieur à 414nmo/l (15μg/dl), l'insuffisance surrénalienne relative par un cortisol basal entre 414nmo/l (15μg/dl) et 938nmo/l (34μg/dl) avec une augmentation de la cortisolémie (à 60 minutes après un test de stimulation par 250μg de corticotropine de synthèse) inférieure à 250nmo/l (9μg/dl). Résultats Quatorze patients (22 %) ont présenté une fonction surrénalienne normale, 10 (16 %) une insuffisance surrénalienne absolue et 39 (62 %) une insuffisance surrénalienne relative. Tous les patients ont reçu une substitution stéroïdienne, sans aucune différence d'évolution clinique entre les différents groupes. Conclusion L'incidence de l'insuffisance surrénalienne chez les patients qui ont reçu un bolus d'étomidate à l'induction, lors d'une chirurgie cardiaque avec circulation extracorporelle, et présenté une défaillance circulatoire postopératoire, est élevée.

Landscape structure affects dispersal in the greater white-toothed shrew: inference between genetic and simulated ecological distances

Animal dispersal in a fragmented landscape depends on the complex interaction between landscape structure and animal behavior. To better understand how individuals disperse, it is important to explicitly represent the properties of organisms and the landscape in which they move. A common approach to modelling dispersal includes representing the landscape as a grid of equal sized cells and then simulating individual movement as a correlated random walk. This approach uses a priori scale of resolution, which limits the representation of all landscape features and how different dispersal abilities are modelled. We develop a vector-based landscape model coupled with an object-oriented model for animal dispersal. In this spatially explicit dispersal model, landscape features are defined based on their geographic and thematic properties and dispersal is modelled through consideration of an organism's behavior, movement rules and searching strategies (such as visual cues). We present the model's underlying concepts, its ability to adequately represent landscape features and provide simulation of dispersal according to different dispersal abilities. We demonstrate the potential of the model by simulating two virtual species in a real Swiss landscape. This illustrates the model's ability to simulate complex dispersal processes and provides information about dispersal such as colonization probability and spatial distribution of the organism's path

CHARACTERIZATION OF NrsZ, A NOVEL SMALL REGULATORY NON-CODING RNA INVOLVED IN THE ADAPTATION OF PSEUDOMONAS AERUGINOSA PAO1

The opportunistic ubiquitous pathogen Pseudomonas aeruginosa strain PAOl is a versatile Gram-negative bacterium that has the extraordinary capacity to colonize a wide diversity of ecological niches and to cause severe and persistent infections in humans. To ensure an optimal coordination of the genes involved in nutrient utilization, this bacterium uses the NtrB/C and/or the CbrA/B two-component systems, to sense nutrients availability and to regulate in consequence the expression of genes involved in their uptake and catabolism. NtrB/C is specialized in nitrogen utilization, while the CbrA/B system is involved in both carbon and nitrogen utilization and both systems activate their target genes expression in concert with the alternative sigma factor RpoN. Moreover, the NtrB/C and CbrA/B two- component systems regulate the secondary metabolism of the bacterium, such as the production of virulence factors. In addition to the fine-tuning transcriptional regulation, P. aeruginosa can rapidly modulate its metabolism using small non-coding regulatory RNAs (sRNAs), which regulate gene expression at the post-transcriptional level by diverse and sophisticated mechanisms and contribute to the fast physiological adaptability of this bacterium. In our search for novel RpoN-dependent sRNAs modulating the nutritional adaptation of P. aeruginosa PAOl, we discovered NrsZ (Nitrogen regulated sRNA), a novel RpoN-dependent sRNA that is induced under nitrogen starvation by the NtrB/C two-component system. NrsZ has a unique architecture, formed of three similar stem-loop structures (SL I, II and II) separated by variant spacer sequences. Moreover, this sRNA is processed in short individual stem-loop molecules, by internal cleavage involving the endoribonuclease RNAse E. Concerning NrsZ functions in P. aeruginosa PAOl, this sRNA was shown to trigger the swarming motility and the rhamnolipid biosurfactants production. This regulation is due to the NrsZ-mediated activation of rhlA expression, a gene encoding for an enzyme essential for swarming motility and rhamnolipids production. Interestingly, the SL I structure of NrsZ ensures its regulatory function on rhlA expression, suggesting that the similar SLs are the functional units of this modular sRNA. However, the regulatory mechanism of action of NrsZ on rhlA expression activation remains unclear and is currently being investigated. Additionally, the NrsZ regulatory network was investigated by a transcriptome analysis, suggesting that numerous genes involved in both primary and secondary metabolism are regulated by this sRNA. To emphasize the importance of NrsZ, we investigated its conservation in other Pseudomonas species and demonstrated that NrsZ is conserved and expressed under nitrogen limitation in Pseudomonas protegens Pf-5, Pseudomonas putida KT2442, Pseudomonas entomophila L48 and Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, strains having different ecological features, suggesting an important role of NrsZ in the adaptation of Pseudomonads to nitrogen starvation. Interestingly the architecture of the different NrsZ homologs is similarly composed by SL structures and variant spacer sequences. However, the number of SL repetitions is not identical, and one to six SLs were predicted on the different NrsZ homologs. Moreover, NrsZ is processed in short molecules in all the strains, similarly to what was previously observed in P. aeruginosa PAOl, and the heterologous expression of the NrsZ homologs restored rhlA expression, swarming motility and rhamnolipids production in the P. aeruginosa NrsZ mutant. In many aspects, NrsZ is an atypical sRNA in the bacterial panorama. To our knowledge, NrsZ is the first described sRNA induced by the NtrB/C. Moreover, its unique modular architecture and its processing in similar short SL molecules suggest that NrsZ belongs to a novel family of bacterial sRNAs. -- L'agent pathogène opportuniste et ubiquitaire Pseudomonas aeruginosa souche PAOl est une bactérie Gram négative versatile ayant l'extraordinaire capacité de coloniser différentes niches écologiques et de causer des infections sévères et persistantes chez l'être humain. Afin d'assurer une coordination optimale des gènes impliqués dans l'utilisation de différents nutriments, cette bactérie se sert de systèmes à deux composants tel que NtrB/C et CbrA/B afin de détecter la disponibilité des ressources nutritives, puis de réguler en conséquence l'expression des gènes impliqués dans leur importation et leur catabolisme. Le système NtrB/C régule l'utilisation des sources d'azote alors que le système CbrA/B est impliqué à la fois dans l'utilisation des sources de carbone et d'azote. Ces deux systèmes activent l'expression de leurs gènes-cibles de concert avec le facteur sigma alternatif RpoN. En outre, NtrB/C et CbrA/B régulent aussi le métabolisme secondaire, contrôlant notamment la production d'importants facteurs de virulence. En plus de toutes ces régulations génétiques fines ayant lieu au niveau transcriptionnel, P. aeruginosa est aussi capable de moduler son métabolisme en se servant de petits ARNs régulateurs non-codants (ARNncs), qui régulent l'expression génétique à un niveau post- transcriptionnel par divers mécanismes sophistiqués et contribuent à rendre particulièrement rapide l'adaptation physiologique de cette bactérie. Au cours de nos recherches sur de nouveaux ARNncs dépendant du facteur sigma RpoN et impliqués dans l'adaptation nutritionnelle de P. aeruginosa PAOl, nous avons découvert NrsZ (Nitrogen regulated sRNA), un ARNnc induit par la cascade NtrB/C-RpoN en condition de carence en azote. NrsZ a une architecture unique, composée de trois structures en tige- boucle (TB I, II et III) hautement similaires et séparées par des « espaceurs » ayant des séquences variables. De plus, cet ARNnc est clivé en petits fragments correspondant au trois molécules en tige-boucle, par un processus de clivage interne impliquant l'endoribonucléase RNase E. Concernant les fonctions de NrsZ chez P. aeruginosa PAOl, cet ARNnc est capable d'induire la motilité de type « swarming » et la production de biosurfactants, nommés rhamnolipides. Cette régulation est due à l'activation par NrsZ de l'expression de rhlA, un gène essentiel pour la motilité de type swarming et pour la production de rhamnolipides. Étonnamment, la structure TB I est capable d'assurer à elle seule la fonction régulatrice de NrsZ sur l'expression de rhlA, suggérant que ces molécules TBs sont les unités fonctionnelles de cet ARNnc modulaire. Cependant, le mécanisme moléculaire par lequel NrsZ active l'expression de rhlA demeure à ce jour incertain et est actuellement à l'étude. En plus, le réseau de régulations médiées par NrsZ a été étudié par une analyse de transcriptome qui a indiqué que de nombreux gènes impliqués dans le métabolisme primaire ou secondaire seraient régulés par NrsZ. Pour accentuer l'importance de NrsZ, nous avons étudié sa conservation dans d'autres espèces de Pseudomonas. Ainsi, nous avons démontré que NrsZ est conservé et exprimé en situation de carence d'azote par les souches Pseudomonas protegens Pf-5, Pseudomonas putida KT2442, Pseudomonas entomophila L48, Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000, quatre espèces ayant des caractéristiques écologiques très différentes, suggérant que NrsZ joue un rôle important dans l'adaptation du genre Pseudomonas envers la carence en azote. Chez toutes les souches étudiées, les différents homologues de NrsZ présentent une architecture similaire faite de TBs conservées et d'espaceurs. Cependant, le nombre de TBs n'est pas identique et peut varier de une à six copies selon la souche. Les différentes versions de NrsZ sont clivées en petites molécules dans ces quatre souches, comme il a été observé chez P. aeruginosa PAOl. De plus, l'expression hétérologue des différentes variantes de NrsZ est capable de restaurer l'expression de rhlA, la motilité swarming et la production de rhamnolipides dans une souche de P. aeruginosa dont nrsZ a été inactivé. Par bien des aspects, NrsZ est un ARNnc atypique dans le monde bactérien. À notre connaissance, NrsZ est le premier ARNnc décrit comme étant régulé par le système NtrB/C. De plus, son unique architecture modulaire et son clivage en petites molécules similaires suggèrent que NrsZ appartient à une nouvelle famille d'ARNncs bactériens.

Virtual anthropology: A comparison between the performance of conventional X-ray and MDCT in investigating the trabecular structure of long bones.

Recently, modern cross-sectional imaging techniques such as multi-detector computed tomography (MDCT) have pioneered post mortem investigations, especially in forensic medicine. Such approaches can also be used to investigate bones non-invasively for anthropological purposes. Long bones are often examined in forensic cases because they are frequently discovered and transferred to medico-legal departments for investigation. To estimate their age, the trabecular structure must be examined. This study aimed to compare the performance of MDCT with conventional X-rays to investigate the trabecular structure of long bones. Fifty-two dry bones (24 humeri and 28 femora) from anthropological collections were first examined by conventional X-ray, and then by MDCT. Trabecular structure was evaluated by seven observers (two experienced and five inexperienced in anthropology) who analyzed images obtained by radiological methods. Analyses contained the measurement of one quantitative parameter (caput diameter of humerus and femur) and staging the trabecular structure of each bone. Preciseness of each technique was indicated by describing areas of trabecular destruction and particularities of the bones, such as pathological changes. Concerning quantitative parameters, the measurements demonstrate comparable results for the MDCT and conventional X-ray techniques. In contrast, the overall inter-observer reliability of the staging was low with MDCT and conventional X-ray. Reliability increased significantly when only the results of the staging performed by the two experienced observers were compared, particularly regarding the MDCT analysis. Our results also indicate that MDCT appears to be better suited to a detailed examination of the trabecular structure. In our opinion, MDCT is an adequate tool with which to examine the trabecular structure of long bones. However, adequate methods should be developed or existing methods should be adapted to MDCT.

Exporting Contours to DICOM-RT Structure Set

This paper presents an ITK implementation for exportingthe contours of the automated segmentation results toDICOM-RT Structure Set format. The âeurooeradiotherapystructure setâeuro (RTSTRUCT) object of the DICOM standard isused for the transfer of patient structures and relateddata, between the devices found within and outside theradiotherapy department. It mainly contains theinformation of regions of interest (ROIs) and points ofinterest (E.g. dose reference points). In many cases,rather than manually drawing these ROIs on the CT images,one can indeed benefit from the automated segmentationalgorithms already implemented in ITK. But at present, itis not possible to export the ROIs obtained from ITK toRTSTRUCT format. In order to bridge this gap, we havedeveloped a framework for exporting contour data toRTSTRUCT. We provide here the complete implementation ofRTSTRUCT exporter and present the details of the pipelineused. Results on a 3-D CT image of the Head and Neck(H&N) region are presented.

Genetic and karyotypic structure in the shrews of the Sorex araneus group: are they independent?

The species of the common shrew (Sorex araneus) group are morphologically very similar but exhibit high levels of karyotypic variation. Here we used genetic variation at 10 microsatellite markers in a data set of 212 individuals mostly sampled in the western Alps and composed of five karyotypic taxa (Sorex coronatus, Sorex antinorii and the S. araneus chromosome races Cordon, Bretolet and Vaud) to investigate the concordance between genetic and karyotypic structure. Bayesian analysis confirmed the taxonomic status of the three sampled species since individuals consistently grouped according to their taxonomical status. However, introgression can still be detected between S. antinorii and the race Cordon of S. araneus. This observation is consistent with the expected low karyotypic complexity of hybrids between these two taxa. Geographically based cryptic substructure was discovered within S. antinorii, a pattern consistent with the different postglaciation recolonization routes of this species. Additionally, we detected two genetic groups within S. araneus notwithstanding the presence of three chromosome races. This pattern can be explained by the probable hybrid status of the Bretolet race but also suggests a relatively low impact of chromosomal differences on genetic structure compared to historical factors. Finally, we propose that the current data set (available at http://www.unil.ch/dee/page7010_en.html#1) could be used as a reference by those wanting to identify Sorex individuals sampled in the western Alps.

Geographical and altitudinal population genetic structure of two dung fly species with contrasting mobility and temperature preference.

Local adaptation of populations requires some degree of spatio-temporal isolation. Previous studies of the two dung fly species Scathophaga stercoraria and Sepsis cynipsea have revealed low levels of geographic and altitudinal genetic differentiation in quantitative life history and morphological traits, but instead high degrees of phenotypic plasticity. These patterns suggest that gene flow is extensive despite considerable geographic barriers and large spatio-temporal variation in selection on body size and related traits. In this study we addressed this hypothesis by investigating genetic differentiation of dung fly populations throughout Switzerland based on the same 10 electrophoretic loci in each species. Overall, we found no significant geographic differentiation of populations for either species. This is inconsistent with the higher rates of gene flow expected due to better flying capacity of the larger S. stercoraria. However, heterozygote deficiencies within populations indicated structuring on a finer scale, seen for several loci in S. cynipsea, and for the locus PGM (Phosphoglucomutase) in S. stercoraria. Additionally, S. cynipsea showed a tendency towards a greater gene diversity at higher altitudes, mediated primarily by the locus MDH (malate dehydrogenase), at which a second allele was only present in populations above 1000 m. This may be caused by increased environmental stress at higher altitudes in this warm-adapted species. MDH might thus be a candidate locus subject to thermal selection in this species, but this remains to be corroborated by direct evidence. In S. stercoraria, no altitudinal variation was found.

Complex regional pain syndrome type I affects brain structure in prefrontal and motor cortex.

The complex regional pain syndrome (CRPS) is a rare but debilitating pain disorder that mostly occurs after injuries to the upper limb. A number of studies indicated altered brain function in CRPS, whereas possible influences on brain structure remain poorly investigated. We acquired structural magnetic resonance imaging data from CRPS type I patients and applied voxel-by-voxel statistics to compare white and gray matter brain segments of CRPS patients with matched controls. Patients and controls were statistically compared in two different ways: First, we applied a 2-sample ttest to compare whole brain white and gray matter structure between patients and controls. Second, we aimed to assess structural alterations specifically of the primary somatosensory (S1) and motor cortex (M1) contralateral to the CRPS affected side. To this end, MRI scans of patients with left-sided CRPS (and matched controls) were horizontally flipped before preprocessing and region-of-interest-based group comparison. The unpaired ttest of the "non-flipped" data revealed that CRPS patients presented increased gray matter density in the dorsomedial prefrontal cortex. The same test applied to the "flipped" data showed further increases in gray matter density, not in the S1, but in the M1 contralateral to the CRPS-affected limb which were inversely related to decreased white matter density of the internal capsule within the ipsilateral brain hemisphere. The gray-white matter interaction between motor cortex and internal capsule suggests compensatory mechanisms within the central motor system possibly due to motor dysfunction. Altered gray matter structure in dorsomedial prefrontal cortex may occur in response to emotional processes such as pain-related suffering or elevated analgesic top-down control.

Multiscale descriptions of density-driven flow instabilities in porous media

Les instabilités engendrées par des gradients de densité interviennent dans une variété d'écoulements. Un exemple est celui de la séquestration géologique du dioxyde de carbone en milieux poreux. Ce gaz est injecté à haute pression dans des aquifères salines et profondes. La différence de densité entre la saumure saturée en CO2 dissous et la saumure environnante induit des courants favorables qui le transportent vers les couches géologiques profondes. Les gradients de densité peuvent aussi être la cause du transport indésirable de matières toxiques, ce qui peut éventuellement conduire à la pollution des sols et des eaux. La gamme d'échelles intervenant dans ce type de phénomènes est très large. Elle s'étend de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères à laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Une reproduction fiable de la physique par la simulation numérique demeure donc un défi en raison du caractère multi-échelles aussi bien au niveau spatial et temporel de ces phénomènes. Il requiert donc le développement d'algorithmes performants et l'utilisation d'outils de calculs modernes. En conjugaison avec les méthodes de résolution itératives, les méthodes multi-échelles permettent de résoudre les grands systèmes d'équations algébriques de manière efficace. Ces méthodes ont été introduites comme méthodes d'upscaling et de downscaling pour la simulation d'écoulements en milieux poreux afin de traiter de fortes hétérogénéités du champ de perméabilité. Le principe repose sur l'utilisation parallèle de deux maillages, le premier est choisi en fonction de la résolution du champ de perméabilité (grille fine), alors que le second (grille grossière) est utilisé pour approximer le problème fin à moindre coût. La qualité de la solution multi-échelles peut être améliorée de manière itérative pour empêcher des erreurs trop importantes si le champ de perméabilité est complexe. Les méthodes adaptatives qui restreignent les procédures de mise à jour aux régions à forts gradients permettent de limiter les coûts de calculs additionnels. Dans le cas d'instabilités induites par des gradients de densité, l'échelle des phénomènes varie au cours du temps. En conséquence, des méthodes multi-échelles adaptatives sont requises pour tenir compte de cette dynamique. L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes multi-échelles adaptatifs et efficaces pour la simulation des instabilités induites par des gradients de densité. Pour cela, nous nous basons sur la méthode des volumes finis multi-échelles (MsFV) qui offre l'avantage de résoudre les phénomènes de transport tout en conservant la masse de manière exacte. Dans la première partie, nous pouvons démontrer que les approximations de la méthode MsFV engendrent des phénomènes de digitation non-physiques dont la suppression requiert des opérations de correction itératives. Les coûts de calculs additionnels de ces opérations peuvent toutefois être compensés par des méthodes adaptatives. Nous proposons aussi l'utilisation de la méthode MsFV comme méthode de downscaling: la grille grossière étant utilisée dans les zones où l'écoulement est relativement homogène alors que la grille plus fine est utilisée pour résoudre les forts gradients. Dans la seconde partie, la méthode multi-échelle est étendue à un nombre arbitraire de niveaux. Nous prouvons que la méthode généralisée est performante pour la résolution de grands systèmes d'équations algébriques. Dans la dernière partie, nous focalisons notre étude sur les échelles qui déterminent l'évolution des instabilités engendrées par des gradients de densité. L'identification de la structure locale ainsi que globale de l'écoulement permet de procéder à un upscaling des instabilités à temps long alors que les structures à petite échelle sont conservées lors du déclenchement de l'instabilité. Les résultats présentés dans ce travail permettent d'étendre les connaissances des méthodes MsFV et offrent des formulations multi-échelles efficaces pour la simulation des instabilités engendrées par des gradients de densité. - Density-driven instabilities in porous media are of interest for a wide range of applications, for instance, for geological sequestration of CO2, during which CO2 is injected at high pressure into deep saline aquifers. Due to the density difference between the C02-saturated brine and the surrounding brine, a downward migration of CO2 into deeper regions, where the risk of leakage is reduced, takes place. Similarly, undesired spontaneous mobilization of potentially hazardous substances that might endanger groundwater quality can be triggered by density differences. Over the last years, these effects have been investigated with the help of numerical groundwater models. Major challenges in simulating density-driven instabilities arise from the different scales of interest involved, i.e., the scale at which instabilities are triggered and the aquifer scale over which long-term processes take place. An accurate numerical reproduction is possible, only if the finest scale is captured. For large aquifers, this leads to problems with a large number of unknowns. Advanced numerical methods are required to efficiently solve these problems with today's available computational resources. Beside efficient iterative solvers, multiscale methods are available to solve large numerical systems. Originally, multiscale methods have been developed as upscaling-downscaling techniques to resolve strong permeability contrasts. In this case, two static grids are used: one is chosen with respect to the resolution of the permeability field (fine grid); the other (coarse grid) is used to approximate the fine-scale problem at low computational costs. The quality of the multiscale solution can be iteratively improved to avoid large errors in case of complex permeability structures. Adaptive formulations, which restrict the iterative update to domains with large gradients, enable limiting the additional computational costs of the iterations. In case of density-driven instabilities, additional spatial scales appear which change with time. Flexible adaptive methods are required to account for these emerging dynamic scales. The objective of this work is to develop an adaptive multiscale formulation for the efficient and accurate simulation of density-driven instabilities. We consider the Multiscale Finite-Volume (MsFV) method, which is well suited for simulations including the solution of transport problems as it guarantees a conservative velocity field. In the first part of this thesis, we investigate the applicability of the standard MsFV method to density- driven flow problems. We demonstrate that approximations in MsFV may trigger unphysical fingers and iterative corrections are necessary. Adaptive formulations (e.g., limiting a refined solution to domains with large concentration gradients where fingers form) can be used to balance the extra costs. We also propose to use the MsFV method as downscaling technique: the coarse discretization is used in areas without significant change in the flow field whereas the problem is refined in the zones of interest. This enables accounting for the dynamic change in scales of density-driven instabilities. In the second part of the thesis the MsFV algorithm, which originally employs one coarse level, is extended to an arbitrary number of coarse levels. We prove that this keeps the MsFV method efficient for problems with a large number of unknowns. In the last part of this thesis, we focus on the scales that control the evolution of density fingers. The identification of local and global flow patterns allows a coarse description at late times while conserving fine-scale details during onset stage. Results presented in this work advance the understanding of the Multiscale Finite-Volume method and offer efficient dynamic multiscale formulations to simulate density-driven instabilities. - Les nappes phréatiques caractérisées par des structures poreuses et des fractures très perméables représentent un intérêt particulier pour les hydrogéologues et ingénieurs environnementaux. Dans ces milieux, une large variété d'écoulements peut être observée. Les plus communs sont le transport de contaminants par les eaux souterraines, le transport réactif ou l'écoulement simultané de plusieurs phases non miscibles, comme le pétrole et l'eau. L'échelle qui caractérise ces écoulements est définie par l'interaction de l'hétérogénéité géologique et des processus physiques. Un fluide au repos dans l'espace interstitiel d'un milieu poreux peut être déstabilisé par des gradients de densité. Ils peuvent être induits par des changements locaux de température ou par dissolution d'un composé chimique. Les instabilités engendrées par des gradients de densité revêtent un intérêt particulier puisque qu'elles peuvent éventuellement compromettre la qualité des eaux. Un exemple frappant est la salinisation de l'eau douce dans les nappes phréatiques par pénétration d'eau salée plus dense dans les régions profondes. Dans le cas des écoulements gouvernés par les gradients de densité, les échelles caractéristiques de l'écoulement s'étendent de l'échelle poreuse où les phénomènes de croissance des instabilités s'opèrent, jusqu'à l'échelle des aquifères sur laquelle interviennent les phénomènes à temps long. Etant donné que les investigations in-situ sont pratiquement impossibles, les modèles numériques sont utilisés pour prédire et évaluer les risques liés aux instabilités engendrées par les gradients de densité. Une description correcte de ces phénomènes repose sur la description de toutes les échelles de l'écoulement dont la gamme peut s'étendre sur huit à dix ordres de grandeur dans le cas de grands aquifères. Il en résulte des problèmes numériques de grande taille qui sont très couteux à résoudre. Des schémas numériques sophistiqués sont donc nécessaires pour effectuer des simulations précises d'instabilités hydro-dynamiques à grande échelle. Dans ce travail, nous présentons différentes méthodes numériques qui permettent de simuler efficacement et avec précision les instabilités dues aux gradients de densité. Ces nouvelles méthodes sont basées sur les volumes finis multi-échelles. L'idée est de projeter le problème original à une échelle plus grande où il est moins coûteux à résoudre puis de relever la solution grossière vers l'échelle de départ. Cette technique est particulièrement adaptée pour résoudre des problèmes où une large gamme d'échelle intervient et évolue de manière spatio-temporelle. Ceci permet de réduire les coûts de calculs en limitant la description détaillée du problème aux régions qui contiennent un front de concentration mobile. Les aboutissements sont illustrés par la simulation de phénomènes tels que l'intrusion d'eau salée ou la séquestration de dioxyde de carbone.