Méthodes rapides et efficaces pour la résolution numérique d'équations de type Hamilton-Jacobi avec application à la simulation de feux de forêt

Cette thèse est divisée en trois chapitres. Le premier explique comment utiliser la méthode «level-set» de manière rigoureuse pour faire la simulation de feux de forêt en utilisant comme modèle physique pour la propagation le modèle de l'ellipse de Richards. Le second présente un nouveau schéma semi-implicite avec une preuve de convergence pour la solution d'une équation de type Hamilton-Jacobi anisotrope. L'avantage principal de cette méthode est qu'elle permet de réutiliser des solutions à des problèmes «proches» pour accélérer le calcul. Une autre application de ce schéma est l'homogénéisation. Le troisième chapitre montre comment utiliser les méthodes numériques des deux premiers chapitres pour étudier l'influence de variations à petites échelles dans la vitesse du vent sur la propagation d'un feu de forêt à l'aide de la théorie de l'homogénéisation.

Implication des biofilms dans la rhinosinusite chronique et l’évaluation des traitements avec un modèle in vitro

Introduction : La chronicité de la rhinosinusite, sa résistance aux antibiotiques, et ses exacerbations aiguës laissent croire que les biofilms sont impliqués dans la rhinosinusite chronique. Objectifs : Nous avons évalué la capacité des bactéries Pseudomonas aeruginosa, staphylocoques à coagulase négative et Staphylococcus aureus à former des biofilms par un essai in vitro, et si cette capacité de formation a un lien avec l’évolution de la maladie. Nous avons évalué in vitro l’effet de la moxifloxacine, un antibiotique utilisé dans le traitement de la rhinosinusite chronique sur des biofilms matures de Staphylococcus aureus. Méthodes : Trent et une souches bactériennes ont été isolées de 19 patients atteints de rhinosinusite chronique et qui ont subit au moins une chirurgie endoscopique des sinus. L’évolution de la maladie a été notée comme "bonne" ou "mauvaise" selon l’évaluation du clinicien. La production de biofilm a été évaluée grâce à la coloration au crystal violet. Nous avons évalué la viabilité du biofilm après traitement avec la moxifloxacine. Ces résultats ont été confirmés en microscopie confocale à balayage laser et par la coloration au LIVE/DEAD BacLight. Résultat et Conclusion : Vingt deux des 31 souches ont produit un biofilm. La production d’un biofilm plus importante chez Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus était associée à une mauvaise évolution. Ceci suggère un rôle du biofilm dans la pathogenèse de la rhinosinusite chronique. Le traitement avec la moxifloxacine, à une concentration de 1000X la concentration minimale inhibitrice réduit le nombre des bactéries viables de 2 à 2.5 log. Ces concentrations (100 µg/ml - 200 µg/ml) sont faciles à atteindre dans des solutions topiques. Les résultats de notre étude suggèrent que l’utilisation de concentrations supérieure à la concentration minimale inhibitrice sous forme topique peut ouvrir des voies de recherche sur de nouveaux traitements qui peuvent être bénéfiques pour les patients atteints de forme sévère de rhinosinusite chronique surtout après une chirurgie endoscopique des sinus.

Étude numérique des origines hémodynamiques des oscillations dans des réseaux de capillaires

En simulant l’écoulement du sang dans un réseau de capillaires (en l’absence de contrôle biologique), il est possible d’observer la présence d’oscillations de certains paramètres comme le débit volumique, la pression et l’hématocrite (volume des globules rouges par rapport au volume du sang total). Ce comportement semble être en concordance avec certaines expériences in vivo. Malgré cet accord, il faut se demander si les fluctuations observées lors des simulations de l’écoulement sont physiques, numériques ou un artefact de modèles irréalistes puisqu’il existe toujours des différences entre des modélisations et des expériences in vivo. Pour répondre à cette question de façon satisfaisante, nous étudierons et analyserons l’écoulement du sang ainsi que la nature des oscillations observées dans quelques réseaux de capillaires utilisant un modèle convectif et un modèle moyenné pour décrire les équations de conservation de masse des globules rouges. Ces modèles tiennent compte de deux effets rhéologiques importants : l’effet Fåhraeus-Lindqvist décrivant la viscosité apparente dans un vaisseau et l’effet de séparation de phase schématisant la distribution des globules rouges aux points de bifurcation. Pour décrire ce dernier effet, deux lois de séparation de phase (les lois de Pries et al. et de Fenton et al.) seront étudiées et comparées. Dans ce mémoire, nous présenterons une description du problème physiologique (rhéologie du sang). Nous montrerons les modèles mathématiques employés (moyenné et convectif) ainsi que les lois de séparation de phase (Pries et al. et Fenton et al.) accompagnés d’une analyse des schémas numériques implémentés. Pour le modèle moyenné, nous employons le schéma numérique explicite traditionnel d’Euler ainsi qu’un nouveau schéma implicite qui permet de résoudre ce problème d’une manière efficace. Ceci est fait en utilisant une méthode de Newton- Krylov avec gradient conjugué préconditionné et la méthode de GMRES pour les itérations intérieures ainsi qu’une méthode quasi-Newton (la méthode de Broyden). Cette méthode inclura le schéma implicite d’Euler et la méthode des trapèzes. Pour le schéma convectif, la méthode explicite de Kiani et al. sera implémentée ainsi qu’une nouvelle approche implicite. La stabilité des deux modèles sera également explorée. À l’aide de trois différentes topologies, nous comparerons les résultats de ces deux modèles mathématiques ainsi que les lois de séparation de phase afin de déterminer dans quelle mesure les oscillations observées peuvent être attribuables au choix des modèles mathématiques ou au choix des méthodes numériques.

Multi-view 3D reconstruction using virtual cameras

Ce mémoire s'intéresse à la reconstruction d'un modèle 3D à partir de plusieurs images. Le modèle 3D est élaboré avec une représentation hiérarchique de voxels sous la forme d'un octree. Un cube englobant le modèle 3D est calculé à partir de la position des caméras. Ce cube contient les voxels et il définit la position de caméras virtuelles. Le modèle 3D est initialisé par une enveloppe convexe basée sur la couleur uniforme du fond des images. Cette enveloppe permet de creuser la périphérie du modèle 3D. Ensuite un coût pondéré est calculé pour évaluer la qualité de chaque voxel à faire partie de la surface de l'objet. Ce coût tient compte de la similarité des pixels provenant de chaque image associée à la caméra virtuelle. Finalement et pour chacune des caméras virtuelles, une surface est calculée basée sur le coût en utilisant la méthode de SGM. La méthode SGM tient compte du voisinage lors du calcul de profondeur et ce mémoire présente une variation de la méthode pour tenir compte des voxels précédemment exclus du modèle par l'étape d'initialisation ou de creusage par une autre surface. Par la suite, les surfaces calculées sont utilisées pour creuser et finaliser le modèle 3D. Ce mémoire présente une combinaison innovante d'étapes permettant de créer un modèle 3D basé sur un ensemble d'images existant ou encore sur une suite d'images capturées en série pouvant mener à la création d'un modèle 3D en temps réel.

Les théories implicites des agresseurs sexuelles d'enfants

Objectif: Ce mémoire avait pour objectif d’examiner le contenu cognitif du discours d’agresseurs sexuels d’enfants dans un échantillon d’hommes francophones afin de déterminer s’il est possible de reproduire les catégories de théories implicites telles que proposées par Ward et Keenan (1999). Le but était également d’investiguer la possibilité de retrouver de nouvelles théories implicites. Méthode: 20 entrevues semi-structurées ont été réalisées auprès d’un échantillon d’agresseurs sexuels d’enfants judiciarisés (Centre hospitalier Robert-Giffard, Établissement Montée St-François). À partir de ces entrevues, 2 juges indépendants ont sélectionné le contenu cognitif du discours des agresseurs sexuels. Ce contenu a ensuite été classé thématiquement. Chacun des thèmes émergents a fait l’objet d’une analyse indépendante afin de déterminer si les catégories permettaient une classification optimale des distorsions cognitives. Les juges ont donc repris 3 entrevues et ont recodifié les données afin de comparer la codification. Les données ont été analysées à l’aide de NVivo, un logiciel d’analyse de données qualitatives. Les résultats ont été discutés et comparés aux résultats de Ward et Keenan (1999). Résultats: Les analyses ont permis de trouver 6 théories implicites. Les théories Le droit d’agir à sa guise, Le monde est incontrôlable et L’agression ne cause pas de tort aux enfants étaient identiques à leur version originale. La théorie Le monde est dangereux variait de sa version originale car aucun lien causal n’a été trouvé entre la perception des adultes et des enfants. Deux visions uniques et indépendantes l’une de l’autre ont plutôt été observées. Aussi, les résultats ont montré que les agresseurs partageaient une image dichotomique de la femme. D’ailleurs, ce résultat est consistant avec la théorie implicite Les femmes sont dangereuses de Polaschek et Ward (2004). La théorie Les enfants sont des êtres sexuels variait de sa version originale quant à sa conceptualisation. Les enfants sont des partenaires de vie est une nouvelle théorie implicite n’ayant pas été discutée par Ward et Keenan. Ce résultat est consistant avec les recherches de Wilson (1999) sur la congruence émotionnelle envers les enfants des agresseurs sexuels.

Etudes ab initio des effets de la température sur le spectre optique des semi-conducteurs

Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université Catholique de Louvain (Belgique)

Théories implicites chez les agresseurs de femmes adultes

La présence de distorsions cognitives chez les délinquants sexuels est considérée comme étant intimement liée à l’étiologie et au maintient des comportements sexuels déviants. Selon Ward et Keenan (1999), les distorsions cognitives émergent des théories implicites. Les théories implicites peuvent être définies comme étant un réseau de croyances interreliées que les délinquants ont à propos d’eux et du monde qui les entoure. Polaschek et Ward (2002) ainsi que Polaschek et Gannon (2004) ont postulé qu’il existe 5 théories implicites chez les violeurs : Les femmes sont des objets sexuels; L’excitation sexuelle de l’homme est incontrôlable; Le droit de faire ce que nous voulons; Le monde est dangereux; et Les femmes sont dangereuses. La présente recherche avait pour but d’examiner si les théories implicites chez les violeurs étaient pleinement représentées par les travaux de Polaschek et collègues. Les distorsions cognitives de 21 agresseurs sexuels de femmes adultes ont été analysées à partir de l’analyse de leurs discours. Les analyses indiquent que quatre des cinq théories implicites sont présentes dans notre échantillon. De plus, la théorie implicite Les femmes sont des objets sexuels serait mieux conceptualisée en tant que Les femmes sont des objets. Finalement, et en complément aux résultats des études de Polaschek, notre échantillon présente des cognitions qui normalisent la criminalité, la délinquance, la violence et la sexualité pour atteindre leurs buts; nous conduisant à la création d’une nouvelle théorie implicite : Normalisation du crime. Nos résultats indiquent qu’il y aurait peut-être d’autre

La pensée des femmes violentes : les théories implicites liées au comportement violent.

Les théories implicites (TIs) sont des croyances sous-jacentes et interconnectées qui influencent les pensées conscientes et le comportement (Ward, 2000). Elles ont été étudiées chez les délinquants et les délinquantes sexuels, ainsi que chez les délinquants violents, mais pas chez les délinquantes violentes. La recherche montre que les cognitions des délinquants violents peuvent être organisées en quatre TIs: 1) Battre ou être battu, 2) Je suis la loi, 3) La violence est normale, et 4) Je perds le contrôle (Polaschek, Calvert & Gannon , 2008). L’objectif de la présente étude était de déterminer quelles sont les TIs des délinquantes violentes afin de mieux comprendre leur comportement. Des entrevues semi structurées ont été menées avec 21 femmes violentes incarcérées. Dans l'analyse, les cognitions des participantes ont été extraites en utilisant l’analyse du discours (Angers, 2005). Ces cognitions ont ensuite été plus profondément analysées pour en ressortir les TIs en suivant la méthode de la théorisation ancrée (Strauss & Corbin, 1990). Les résultats suggèrent qu’il existe six théories implicites liées au comportement violent des femmes. Deux d'entre elles sont neutres, car aussi retrouvées chez les hommes: 1) la violence est normale et 2) je perds le contrôle. Les quatre autres sont sexo-spécifiques: 3) ceux qui agissent injustement méritent d'être battus, 4) j'ai besoin de me protéger et protéger les autres, 5) je ne suis pas violente, et 6) ma vie est trop difficile. En outre, les résultats suggèrent qu'il existe deux groupes distincts d’agresseures en ce qui concerne les cognitions: les « antisociales » et les « classiques ». Les implications et explications théoriques de nos résultats seront discutées.

Conception et synthèse d’aminoglycosides semi-synthétiques

Plusieurs aminoglycosides font partie d’une famille d’antibiotiques à large spectre d’action. Les aminoglycosides ayant une activité antibiotique viennent interférer dans la synthèse protéique effectuée par les bactéries. Les protéines mal codées entraineront la mort cellulaire. Au fil des années, de nombreux cas de résistance ont émergé après une utilisation soutenue des aminoglycosides. De nombreux aminoglycosides semi-synthétiques ont été synthétisés avec comme objectif de restaurer leur activité antimicrobienne. Parmi les modifications ayant connu du succès, notons la didésoxygénation d’un diol et l’introduction de la chaine latérale HABA. Des études précédentes ont montré l’efficacité de ces modifications sur les aminoglycosides. Les présents travaux portent sur l’installation de la chaine latérale HABA et la didésoxygénation d’un diol sur la paromomycine et la néomycine. La didésoxygénation sélective des diols a été effectuée en utilisant la méthodologie développée par Garegg et Samuelsson, une variation de la réaction de Tipson-Cohen. Cette méthode a permis l’obtention du motif didésoxygéné sur les cycles A et D dans des rendements jamais égalés pour ce motif synthétique. La chaîne latérale a été introduite en tirant profit de la réactivité et de la sélectivité d’un carbamate cyclique. Ces méthodes combinées ont permis la synthèse efficace de nombreux analogues semi-synthétiques nouveaux. La 3',4'-didéhydro-N-1-HABA-néomycine et la 3',4',3''',4'''-tétradésoxy-N-1-HABA-néomycine montrent une activité impressionnante contre des souches de bactéries résistantes aux aminoglycosides. Des tests de toxicité effectués en collaboration avec Achaogen Inc. ont démontré que ces composés sont relativement toxiques sur les cellules rénales de type H2K, ce qui réduit de façon importante leur index thérapeutique. Afin d’abaisser la toxicité des composés, la relation entre toxicité et basicité a été explorée. Des substitutions de l’amine en 6''' ont été effectuées afin d’abaisser la basicité de l’amine. Les résultats de toxicité et d’activité antimicrobienne démontrent une corrélation importante entre la basicité des amines et la toxicité/activité des aminoglycosides antibiotiques. L’effet d’une modulation du pKa a aussi été exploré en installant des chaines fluorées sur l’amine en 6''' de la paromomycine et de la néomycine. Une séquence synthtétique pour isoler l’amine en 6''' de la néomycine a aussi été développée.

Rendu de matériaux semi-transparents hétérogènes en temps réel

On retrouve dans la nature un nombre impressionnant de matériaux semi-transparents tels le marbre, le jade ou la peau, ainsi que plusieurs liquides comme le lait ou les jus. Que ce soit pour le domaine cinématographique ou le divertissement interactif, l'intérêt d'obtenir une image de synthèse de ce type de matériau demeure toujours très important. Bien que plusieurs méthodes arrivent à simuler la diffusion de la lumière de manière convaincante a l'intérieur de matériaux semi-transparents, peu d'entre elles y arrivent de manière interactive. Ce mémoire présente une nouvelle méthode de diffusion de la lumière à l'intérieur d'objets semi-transparents hétérogènes en temps réel. Le coeur de la méthode repose sur une discrétisation du modèle géométrique sous forme de voxels, ceux-ci étant utilisés comme simplification du domaine de diffusion. Notre technique repose sur la résolution de l'équation de diffusion à l'aide de méthodes itératives permettant d'obtenir une simulation rapide et efficace. Notre méthode se démarque principalement par son exécution complètement dynamique ne nécessitant aucun pré-calcul et permettant une déformation complète de la géométrie.