Low density polyethylene (LDPE) passive samplers for the investigation of polychlorinated biphenyl (PCB) point sources in rivers

This study aims to provide a passive sampling approach which can be routinely used to investigate polychlorinated biphenyl (PCB) sources in rivers. The approach consists of deploying low density polyethylene (LDPE) strips downstream and upstream of potential PCB sources as well as in their water discharges. Concentrations of indicator PCBs (iPCBs) absorbed in samplers (Cs) from upstream and downstream sites are compared with each other to reveal increases of PCB levels. Cs measured in water discharges are used to determine if released amounts of PCBs are compatible with increases revealed in the river. As water velocity can greatly vary along a river stretch and influences the uptake at each site in a different way, differences in velocity have to be taken into account to correctly interpret Cs. LDPE strips were exposed to velocities between 1.6 and 37 cm s−1 using a channel system built in the field. Relationships between velocity and Cs were established for each iPCB to determine the expected change in Cs due to velocity variations. For PCBs 28 and 52, this change does not exceed a factor 2 for velocity variations in the range from 1.6 to 100 cm s−1 (extrapolated data above 37 cm s−1). For PCBs 101, 138, 153 and 180, this change only exceeds a factor 2 in the case of large velocity variations. The approach was applied in the Swiss river Venoge to first conduct a primary investigation of potential PCB sources and then conduct thorough investigations of two suspected sources.

The yield of high-density electric source imaging in focal epilepsy

Background: EEG is the cornerstone of epilepsy diagnostics and mandatory to determine the underlying epilepsy syndrome (e.g. focal vs idiopathic generalized). However, its potential as imaging tool is still underrecognized. In the present study, we aim to determine the prerequisites of maximal benefit of electric source imaging (ESI) to localize the irritative zone in patients with focal epilepsy. Methods: 150 patients suffering from focal epilepsy and with minimum 1 year post-operative follow-up were studied prospectively by reviewers blinded to the underlying diagnosis and outcome. We evaluated the influence of two important factors on sensitivity and specificity of ESI: the number of electrodes (low resolution, LR-ESI: \30 vs. high resolution, HR-ESI: 128-256 electrodes), and the use of individual MRI (i-MRI) vs. template MRI (t-MRI) as head model.Results: ESI had a sensitivity of 85% and a specificity of 87% when HR-ESI with i-MRI was used. Using LR-ESI, sensitivity decreased to 68%, or even 57% when only t-MRI was available. The sensitivity of HR-ESI/i-MRI compared favorably with those of MRI (76%), PET (69%) and ictal/interictal SPECT (64%).Interpretation: This study on a large patient group shows excellent sensitivity and specificity of ESI if 128 EEG channels or more are used for ESI and if the results are co-registered to the patient's individual MRI. Localization precision is as high as or even higher than established brain imaging techniques, providing excellent costeffectiveness in epilepsy evaluation. HR-ESI appears to be a valuable additional imaging tool, given that larger electrode arrays are easily and rapidly applied with modern EEG equipment and that structural MRI is nearly always available for these patients.

PTH and 1.25 vitamin D response to a low-calcium diet is associated with bone mineral density in renal stone formers.

BACKGROUND: Renal calcium stones and hypercalciuria are associated with a reduced bone mineral density (BMD). Therefore, the effect of changes in calcium homeostasis is of interest for both stones and bones. We hypothesized that the response of calciuria, parathyroid hormone (PTH) and 1.25 vitamin D to changes in dietary calcium might be related to BMD. METHODS: A single-centre prospective interventional study of 94 hyper- and non-hypercalciuric calcium stone formers consecutively retrieved from our stone clinic. The patients were investigated on a free-choice diet, a low-calcium diet, while fasting and after an oral calcium load. Patient groups were defined according to lumbar BMD (z-score) obtained by dual X-ray absorptiometry (group 1: z-score <-0.5, n = 30; group 2: z-score -0.5-0.5, n = 36; group 3: z-score >0.5, n = 28). The effect of the dietary interventions on calciuria, 1.25 vitamin D and PTH in relation to BMD was measured. RESULTS: An inverse relationship between BMD and calciuria was observed on all four calcium intakes (P = 0.009). On a free-choice diet, 1.25 vitamin D and PTH levels were identical in the three patient groups. However, the relative responses of 1.25 vitamin D and PTH to the low-calcium diet were opposite in the three groups with the highest increase of 1.25 vitamin D in group 1 and the lowest in group 3, whereas PTH increase was most pronounced in group 3 and least in group 1. CONCLUSION: Calcium stone formers with a low lumbar BMD exhibit a blunted response of PTH release and an apparently overshooting production of 1.25 vitamin D following a low-calcium diet.

Effects of zoledronate versus placebo on spine bone mineral density and microarchitecture assessed by the trabecular bone score in postmenopausal women with osteoporosis: A three-year study.

The trabecular bone score (TBS) is an index of bone microarchitectural texture calculated from anteroposterior dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) scans of the lumbar spine (LS) that predicts fracture risk, independent of bone mineral density (BMD). The aim of this study was to compare the effects of yearly intravenous zoledronate (ZOL) versus placebo (PLB) on LS BMD and TBS in postmenopausal women with osteoporosis. Changes in TBS were assessed in the subset of 107 patients recruited at the Department of Osteoporosis of the University Hospital of Berne, Switzerland, who were included in the HORIZON trial. All subjects received adequate calcium and vitamin D3. In these patients randomly assigned to either ZOL (n = 54) or PLB (n = 53) for 3 years, BMD was measured by DXA and TBS assessed by TBS iNsight (v1.9) at baseline and 6, 12, 24, and 36 months after treatment initiation. Baseline characteristics (mean ± SD) were similar between groups in terms of age, 76.8 ± 5.0 years; body mass index (BMI), 24.5 ± 3.6 kg/m(2) ; TBS, 1.178 ± 0.1 but for LS T-score (ZOL-2.9 ± 1.5 versus PLB-2.1 ± 1.5). Changes in LS BMD were significantly greater with ZOL than with PLB at all time points (p < 0.0001 for all), reaching +9.58% versus +1.38% at month 36. Change in TBS was significantly greater with ZOL than with PLB as of month 24, reaching +1.41 versus-0.49% at month 36; p = 0.031, respectively. LS BMD and TBS were weakly correlated (r = 0.20) and there were no correlations between changes in BMD and TBS from baseline at any visit. In postmenopausal women with osteoporosis, once-yearly intravenous ZOL therapy significantly increased LS BMD relative to PLB over 3 years and TBS as of 2 years. © 2013 American Society for Bone and Mineral Research.

A cell therapy approach for erythropoietin delivery using encapsulated human primary fibroblasts

Summary Cell therapy has emerged as a strategy for the treatment of various human diseases. Cells can be transplanted considering their morphological and functional properties to restore a tissue damage, as represented by blood transfusion, bone marrow or pancreatic islet cells transplantation. With the advent of the gene therapy, cells also were used as biological supports for the production of therapeutic molecules that can act either locally or at distance. This strategy represents the basis of ex vivo gene therapy characterized by the removal of cells from an organism, their genetic modification and their implantation into the same or another individual in a physiologically suitable location. The tissue or biological function damage dictates the type of cells chosen for implantation and the required function of the implanted cells. The general aim of this work was to develop an ex vivo gene therapy approach for the secretion of erythropoietin (Epo) in patients suffering from Epo-responsive anemia, thus extending to humans, studies previously performed with mouse cells transplanted in mice and rats. Considering the potential clinical application, allogeneic primary human cells were chosen for practical and safety reasons. In contrast to autologous cells, the use of allogeneic cells allows to characterize a cell lineage that can be further transplanted in many individuals. Furthermore allogeneic cells avoid the potential risk of zoonosis encountered with xenogeneic cells. Accordingly, the immune reaction against this allogeneic source was prevented by cell macro- encapsulation that prevents cell-to-cell contact with the host immune system and allows to easy retrieve the implanted device. The first step consisted in testing the survival of various human primary cells that were encapsulated and implanted for one month in the subcutaneous tissue of immunocompetent and naturally or therapeutically immunodepressed mice, assuming that xenogeneic applications constitute a stringent and representative screening before human transplantation. A fibroblast lineage from the foreskin of a young donor, DARC 3.1 cells, showed the highest mean survival score. We have then performed studies to optimize the manufacturing procedures of the encapsulation device for successful engraftment. The development of calcifications on the polyvinyl alcohol (PVA) matrix serving as a scaffold for enclosed cells into the hollow fiber devices was reported after one month in vivo. Various parameters, including matrix rinsing solutions, batches of PVA and cell lineages were assessed for their respective role in the development of the phenomenon. We observed that the calcifications could be totally prevented by using ultra-pure sterile water instead of phosphate buffer saline solution in the rinsing procedure of the PVA matrix. Moreover, a higher lactate dehydrogenase activity of the cells was found to decrease calcium depositions due to more acidic microenvironment, inhibiting the calcium precipitation. After the selection of the appropriate cell lineage and the optimization of encapsulation conditions, a retroviral-based approach was applied to DARC 3.1 fibroblasts for the transduction of the human Epo cDNA. Various modifications of the retroviral vector and the infection conditions were performed to obtain clinically relevant levels of human Epo. The insertion of a post-transcriptional regulatory element from the woodchuck hepatitis virus as well as of a Kozak consensus sequence led to a 7.5-fold increase in transgene expression. Human Epo production was further optimized by increasing the multiplicity of infection and by selecting high producer cells allowing to reach 200 IU hEpo/10E6 cells /day. These modified cells were encapsulated and implanted in vivo in the same conditions as previously described. All the mouse strains showed a sustained increase in their hematocrit and a high proportion of viable cells were observed after retrieval of the capsules. Finally, in the perspective of human application, a syngeneic model using encapsulated murine myoblasts transplanted in mice was realized to investigate the roles of both the host immune response and the cells metabolic requirements. Various loading densities and anti-inflammatory as well as immunosuppressive drugs were studied. The results showed that an immune process is responsible of cell death in capsules loaded at high cell density. A supporting matrix of PVA was shown to limit the cell density and to avoid early metabolic cell death, preventing therefore the immune reaction. This study has led to the development of encapsulated cells of human origin producing clinically relevant amounts of human EPO. This work resulted also to the optimization of cell encapsulation technical parameters allowing to begin a clinical application in end-stage renal failure patients. Résumé La thérapie cellulaire s'est imposée comme une stratégie de traitement potentiel pour diverses maladies. Si l'on considère leur morphologie et leur fonction, les cellules peuvent être transplantées dans le but de remplacer une perte tissulaire comme c'est le cas pour les transfusions sanguines ou les greffes de moelle osseuse ou de cellules pancréatiques. Avec le développement de la thérapie génique, les cellules sont également devenues des supports biologiques pour la production de molécules thérapeutiques. Cette stratégie représente le fondement de la thérapie génique ex vivo, caractérisée par le prélèvement de cellules d'un organisme, leur modification génétique et leur implantation dans le même individu ou dans un autre organisme. Le choix du type de cellule et la fonction qu'elle doit remplir pour un traitement spécifique dépend du tissu ou de la fonction biologique atteintes. Le but général de ce travail est de développer .une approche par thérapie génique ex vivo de sécrétion d'érythropoïétine (Epo) chez des patients souffrant d'anémie, prolongeant ainsi des travaux réalisés avec des cellules murines implantées chez des souris et des rats. Dans cette perpective, notre choix s'est porté sur des cellules humaines primaires allogéniques. En effet, contrairement aux cellules autologues, une caractérisation unique de cellules allogéniques peut déboucher sur de nombreuses applications. Par ailleurs, l'emploi de cellules allogéniques permet d'éviter les riques de zoonose que l'on peut rencontrer avec des cellules xénogéniques. Afin de protéger les cellules allogéniques soumises à une réaction immunitaire, leur confinement dans des macro-capsules cylindriques avant leur implantation permet d'éviter leur contact avec les cellules immunitaires de l'hôte, et de les retrouver sans difficulté en cas d'intolérance ou d'effet secondaire. Dans un premier temps, nous avons évalué la survie de différentes lignées cellulaires humaines primaires, une fois encapsulées et implantées dans le tissu sous-cutané de souris, soit immunocompétentes, soit immunodéprimées naturellement ou par l'intermédiaire d'un immunosuppresseur. Ce modèle in vivo correspond à des conditions xénogéniques et représente par conséquent un environnement de loin plus hostile pour les cellules qu'une transplantation allogénique. Une lignée fibroblastique issue du prépuce d'un jeune enfant, nommée DARC 3 .1, a montré une remarquable résistance avec un score de survie moyen le plus élevé parmi les lignées testées. Par la suite, nous nous sommes intéressés aux paramètres intervenant dans la réalisation du système d'implantation afin d'optimaliser les conditions pour une meilleure adaptation des cellules à ce nouvel environnement. En effet, en raison de l'apparition, après un mois in vivo, de calcifications au niveau de la matrice de polyvinyl alcohol (PVA) servant de support aux cellules encapsulées, différents paramètres ont été étudiés, tels que les procédures de fabrication, les lots de PVA ou encore les lignées cellulaires encapsulées, afin de mettre en évidence leur rôle respectif dans la survenue de ce processus. Nous avons montré que l'apparition des calcifications peut être totalement prévenue par l'utilisation d'eau pure au lieu de tampon phosphaté lors du rinçage des matrices de PVA. De plus, nous avons observe qu'un taux de lactate déshydrogénase cellulaire élevé était corrélé avec une diminution des dépôts de calcium au sein de la matrice en raison d'un micro-environnement plus acide inhibant la précipitation du calcium. Après sélection de la lignée cellulaire appropriée et de l'optimisation des conditions d'encapsulation, une modification génétique des fibroblastes DARC 3.1 a été réalisée par une approche rétrovirale, permettant l'insertion de l'ADN du gène de l'Epo dans le génome cellulaire. Diverses modifications, tant au niveau génétique qu'au niveau des conditions d'infection, ont été entreprises afin d'obtenir des taux de sécrétion d'Epo cliniquement appropriés. L'insertion dans la séquence d'ADN d'un élément de régulation post¬transcriptionnelle dérivé du virus de l'hépatite du rongeur (« woodchuck ») ainsi que d'une séquence consensus appelée « Kozak » ont abouti à une augmentation de sécrétion d'Epo 7.5 fois plus importante. De même, l'optimisation de la multiplicité d'infection et la sélection plus drastique des cellules hautement productrices ont permis finalement d'obtenir une sécrétion correspondant à 200 IU d'Epo/10E6 cells/jour. Ces cellules génétiquement modifiées ont été encapsulées et implantées in vivo dans les mêmes conditions que celles décrites plus haut. Toutes les souris transplantées ont montré une augmentation significative de leur hématocrite et une proportion importante de cellules présentait une survie conservée au moment de l'explantation des capsules. Finalement, dans la perspective d'une application humaine, un modèle syngénique a été proposé, basé sur l'implantation de myoblastes murins encapsulés dans des souris, afin d'investiguer les rôles respectifs de la réponse immunitaire du receveur et des besoins métaboliques cellulaires sur leur survie à long terme. Les cellules ont été encapsulées à différentes densités et les animaux transplantés se sont vus administrer des injections de molécules anti-inflammatoires ou immunosuppressives. Les résultats ont démontré qu'une réaction immunologique péri-capsulaire était à la base du rejet cellulaire dans le cas de capsules à haute densité cellulaire. Une matrice de PVA peut limiter cette densité et éviter une mort cellulaire précoce due à une insuffisance métabolique et par conséquent prévenir la réaction immunitaire. Ce travail a permis le développement de cellules encapsulées d'origine humaine sécrétant des taux d'Epo humaine adaptés à des traitements cliniques. De pair avec l'optimalisation des paramètres d'encapsulation, ces résultats ont abouti à l'initiation d'une application clinique destinée à des patients en insuffisance rénale terminale.

Population density and optimal body size.

The population density of an organism is one of the main aspects of its environment, and shoud therefore strongly influence its adaptive strategy. The r/K theory, based on the logistic model, was developed to formalize this influence. K-selectioon is classically thought to favour large body sizes. This prediction, however, cannot be directly derived from the logistic model: some auxiliary hypotheses are therefor implicit. These are to be made explicit if the theory is to be tested. An alternative approach, based on the Euler-Lotka equation, shows that density itself is irrelevant, but that the relative effect of density on adult and juvenile features is crucial. For instance, increasing population will select for a smaller body size if the density affects mainly juvenile growth and/or survival. In this case, density shoud indeed favour large body sizes. The theory appears nevertheless inconsistent, since a probable consequence of increasing body size will be a decrease in the carrying capacity

Evaluation of the potential use of trabecular bone score to complement bone mineral density in the diagnosis of osteoporosis: a preliminary spine BMD-matched, case-control study.

The trabecular bone score (TBS) is a new parameter that is determined from gray-level analysis of dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) images. It relies on the mean thickness and volume fraction of trabecular bone microarchitecture. This was a preliminary case-control study to evaluate the potential diagnostic value of TBS as a complement to bone mineral density (BMD), by comparing postmenopausal women with and without fractures. The sample consisted of 45 women with osteoporotic fractures (5 hip fractures, 20 vertebral fractures, and 20 other types of fracture) and 155 women without a fracture. Stratification was performed, taking into account each type of fracture (except hip), and women with and without fractures were matched for age and spine BMD. BMD and TBS were measured at the total spine. TBS measured at the total spine revealed a significant difference between the fracture and age- and spine BMD-matched nonfracture group, when considering all types of fractures and vertebral fractures. In these cases, the diagnostic value of the combination of BMD and TBS likely will be higher compared with that of BMD alone. TBS, as evaluated from standard DXA scans directly, potentially complements BMD in the detection of osteoporotic fractures. Prospective studies are necessary to fully evaluate the potential role of TBS as a complementary risk factor for fracture.

Effects of Exemestane and Tamoxifen Treatment on Bone Texture Analysis Assessed by TBS in Comparison With Bone Mineral Density Assessed by DXA in Women With Breast Cancer.

We performed an analysis of a substudy of the randomized Tamoxifen Exemestane Adjuvant Multinational trial to determine the effects of exemestane (EXE) and tamoxifen (TAM) adjuvant treatment on bone mineral density (BMD) measured by dual-energy X-ray absorptiometry compared with the trabecular bone score, a novel grey-level texture measurement that correlates with 3-dimensional parameters of bone texture in postmenopausal women with hormone receptor-positive breast cancer for the first time. In total, 36 women were randomized to receive TAM (n = 17) or EXE (n = 19). Patients receiving TAM showed a mean increase of BMD in lumbar spine from baseline of 1.0%, 1.5%, and 1.9% and in trabecular bone score of 2.2%, 3.5%, and 3.3% at 6-, 12-, and 24-mo treatment, respectively. Conversely, patients receiving EXE showed a mean decrease from baseline in lumbar spine BMD of -2.3%, -3.6%, and -5.3% and in trabecular bone score of -0.9%, -1.7%, and -2.3% at 6-, 12-, and 24-mo treatment, respectively. Changes in trabecular bone score from baseline at spine were also significantly different between EXE and TAM: p = 0.05, 0.007, and 0.006 at 6, 12, and 24mo, respectively. TAM induced an increase in BMD and bone texture analysis, whereas EXE resulted in decreases. The results were independent from each other.

Spatial weights : constructing weight-compatible exchange matrices from proximity matrices

Exchange matrices represent spatial weights as symmetric probability distributions on pairs of regions, whose margins yield regional weights, generally well-specified and known in most contexts. This contribution proposes a mechanism for constructing exchange matrices, derived from quite general symmetric proximity matrices, in such a way that the margin of the exchange matrix coincides with the regional weights. Exchange matrices generate in turn diffusive squared Euclidean dissimilarities, measuring spatial remoteness between pairs of regions. Unweighted and weighted spatial frameworks are reviewed and compared, regarding in particular their impact on permutation and normal tests of spatial autocorrelation. Applications include tests of spatial autocorrelation with diagonal weights, factorial visualization of the network of regions, multivariate generalizations of Moran's I, as well as "landscape clustering", aimed at creating regional aggregates both spatially contiguous and endowed with similar features.

Preserved capillary density of dorsal finger skin in treated hypertensive patients with or without type 2 diabetes.

OBJECTIVES: Capillary rarefaction is a hallmark of untreated hypertension. Recent data indicate that rarefaction may be reversed by antihypertensive treatment in nondiabetic hypertensive patients. Despite the frequent association of diabetes with hypertension, nothing is known on the capillary density of treated diabetic patients with hypertension. METHODS: We enrolled 21 normotensive healthy, 25 hypertensive only, and 21 diabetic (type 2) hypertensive subjects. All hypertensive patients were treated with a blocker of the renin-angiotensin system, and a majority had a home blood pressure ≤135/85 mmHg. Capillary density was assessed with videomicroscopy on dorsal finger skin and with laser Doppler imaging on forearm skin (maximal vasodilation elicited by local heating). RESULTS: There was no difference between any of the study groups in either dorsal finger skin capillary density (controls 101 ± 11 capillaries/mm(2) , nondiabetic hypertensive 99 ± 16, diabetic hypertensive 96 ± 18, p > 0.5) or maximal blood flow in forearm skin (controls 666 ± 114 perfusion units, nondiabetic hypertensive 612 ± 126, diabetic hypertensive 620 ± 103, p > 0.5). CONCLUSIONS: Irrespective of the presence or not of type 2 diabetes, capillary density is normal in hypertensive patients with reasonable control of blood pressure achieved with a blocker of the renin-angiotensin system.

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.