Variation des biomarqueurs dans le spectre visible non résolu de la Terre

L’évolution rapide des technologies de détection et de caractérisation des exoplanètes depuis le début des années 1990 permet de croire que de nouveaux instruments du type Terrestrial Planet Finder (TPF) pourront prendre les premiers spectres d’exoplanètes semblables à la Terre d’ici une ou deux décennies. Dans ce contexte, l’étude du spectre de la seule planète habitée connue, la Terre, est essentielle pour concevoir ces instruments et analyser leurs résultats. Cette recherche présente les spectres de la Terre dans le visible (390-900 nm), acquis lors de 8 nuits d’observation étalées sur plus d’un an. Ces spectres ont été obtenus en observant la lumière cendrée de la Lune avec le télescope de 1.6 m de l’Observatoire du Mont-Mégantic (OMM). La surface de la Lune réfléchissant de manière diffuse la lumière provenant d’une portion de la Terre, ces spectres sont non résolus spatialement. L’évolution de ces spectres en fonction de la lumière réfléchie à différentes phases de Terre est analogue à celle du spectre d’une exoplanète, dont la phase change selon sa position autour de l’étoile. L'eau, l'oxygène et l'ozone de l’atmosphère, détectés dans tous nos spectres, sont des biomarqueurs dont la présence suggère l’habitabilité de la planète et/ou la présence d’une activité biologique. Le Vegetation Red Edge (VRE), une autre biosignature spectrale, dû aux organismes photosynthétiques à la surface, est caractérisé par l’augmentation de la réflectivité autour de 700 nm. Pour les spectres de 5 nuits, cette augmentation a été évaluée entre -5 et 15% ±~5%, après que les contributions de la diffusion de Rayleigh, des aérosols et d’une large bande moléculaire de l’ozone aient été enlevées. Les valeurs mesurées sont cohérentes avec la présence de végétation dans la phase de la Terre contribuant au spectre, mais s’étendent sur une plage de variations plus large que celles trouvées dans la littérature (0-10%). Cela pourrait s’expliquer par des choix faits lors de la réduction des données et du calcul du VRE, ou encore par la présence d’autres éléments de surface ou de l’atmosphère dont la contribution spectrale autour de 700 nm serait variable.

L'élastographie ultrasonore dynamique vasculaire : une nouvelle modalité d'imagerie non-invasive pour la caractérisation mécanique de la thrombose veineuse

L’accident thromboembolique veineux, tel que la thrombose veineuse profonde (TVP) ou thrombophlébite des membres inférieurs, est une pathologie vasculaire caractérisée par la formation d’un caillot sanguin causant une obstruction partielle ou totale de la lumière sanguine. Les embolies pulmonaires sont une complication mortelle des TVP qui surviennent lorsque le caillot se détache, circule dans le sang et produit une obstruction de la ramification artérielle irriguant les poumons. La combinaison d’outils et de techniques d’imagerie cliniques tels que les règles de prédiction cliniques (signes et symptômes) et les tests sanguins (D-dimères) complémentés par un examen ultrasonographique veineux (test de compression, écho-Doppler), permet de diagnostiquer les premiers épisodes de TVP. Cependant, la performance de ces outils diagnostiques reste très faible pour la détection de TVP récurrentes. Afin de diriger le patient vers une thérapie optimale, la problématique n’est plus basée sur la détection de la thrombose mais plutôt sur l’évaluation de la maturité et de l’âge du thrombus, paramètres qui sont directement corrélées à ses propriétés mécaniques (e.g. élasticité, viscosité). L’élastographie dynamique (ED) a récemment été proposée comme une nouvelle modalité d’imagerie non-invasive capable de caractériser quantitativement les propriétés mécaniques de tissus. L’ED est basée sur l’analyse des paramètres acoustiques (i.e. vitesse, atténuation, pattern de distribution) d’ondes de cisaillement basses fréquences (10-7000 Hz) se propageant dans le milieu sondé. Ces ondes de cisaillement générées par vibration externe, ou par source interne à l’aide de la focalisation de faisceaux ultrasonores (force de radiation), sont mesurées par imagerie ultrasonore ultra-rapide ou par résonance magnétique. Une méthode basée sur l’ED adaptée à la caractérisation mécanique de thromboses veineuses permettrait de quantifier la sévérité de cette pathologie à des fins d’amélioration diagnostique. Cette thèse présente un ensemble de travaux reliés au développement et à la validation complète et rigoureuse d’une nouvelle technique d’imagerie non-invasive élastographique pour la mesure quantitative des propriétés mécaniques de thromboses veineuses. L’atteinte de cet objectif principal nécessite une première étape visant à améliorer les connaissances sur le comportement mécanique du caillot sanguin (sang coagulé) soumis à une sollicitation dynamique telle qu’en ED. Les modules de conservation (comportement élastique, G’) et de perte (comportement visqueux, G’’) en cisaillement de caillots sanguins porcins sont mesurés par ED lors de la cascade de coagulation (à 70 Hz), et après coagulation complète (entre 50 Hz et 160 Hz). Ces résultats constituent les toutes premières mesures du comportement dynamique de caillots sanguins dans une gamme fréquentielle aussi étendue. L’étape subséquente consiste à mettre en place un instrument innovant de référence (« gold standard »), appelé RheoSpectris, dédié à la mesure de la viscoélasticité hyper-fréquence (entre 10 Hz et 1000 Hz) des matériaux et biomatériaux. Cet outil est indispensable pour valider et calibrer toute nouvelle technique d’élastographie dynamique. Une étude comparative entre RheoSpectris et la rhéométrie classique est réalisée afin de valider des mesures faites sur différents matériaux (silicone, thermoplastique, biomatériaux, gel). L’excellente concordance entre les deux technologies permet de conclure que RheoSpectris est un instrument fiable pour la mesure mécanique à des fréquences difficilement accessibles par les outils actuels. Les bases théoriques d’une nouvelle modalité d’imagerie élastographique, nommée SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography »), sont présentées et validées sur des fantômes vasculaires. Cette approche permet de caractériser les propriétés mécaniques d’une inclusion confinée (e.g. caillot sanguin) à partir de sa résonance (amplification du déplacement) produite par la propagation d’ondes de cisaillement judicieusement orientées. SWIRE a également l’avantage d’amplifier l’amplitude de vibration à l’intérieur de l’hétérogénéité afin de faciliter sa détection et sa segmentation. Finalement, la méthode DVT-SWIRE (« Deep venous thrombosis – SWIRE ») est adaptée à la caractérisation de l’élasticité quantitative de thromboses veineuses pour une utilisation en clinique. Cette méthode exploite la première fréquence de résonance mesurée dans la thrombose lors de la propagation d’ondes de cisaillement planes (vibration d’une plaque externe) ou cylindriques (simulation de la force de radiation par génération supersonique). DVT-SWIRE est appliquée sur des fantômes simulant une TVP et les résultats sont comparés à ceux donnés par l’instrument de référence RheoSpectris. Cette méthode est également utilisée avec succès dans une étude ex vivo pour l’évaluation de l’élasticité de thromboses porcines explantées après avoir été induites in vivo par chirurgie.

L’évaluation de la compétence professionnelle des futurs maitres du Québec à intégrer les technologies de l'information et des communications (TIC) : maitrise et usages

Au Québec, la compétence professionnelle à intégrer les technologies de l’information et de la communication (TIC) est une compétence professionnelle à acquérir par les étudiants en enseignement. Cependant, son acquisition est problématique à plusieurs niveaux. Afin d’évaluer et mieux comprendre la compétence, cette thèse présente trois objectifs : 1) décrire le degré de maitrise des TIC et leurs usages dans les salles de classe 2) identifier les facteurs qui influencent l’intégration des TIC en fonction de la compétence professionnelle, et finalement 3) décrire le niveau d’atteinte des composantes de la compétence. Pour atteindre les objectifs de l’étude, une méthodologie mixte fut employée. Ce sont 2065 futurs enseignants du Québec provenant de neuf universités québécoises qui ont complété le questionnaire en plus de 34 participants à des groupes de discussion (n = 5). Cette thèse rédigée sous forme d’articles, répondra à chacun des objectifs visés. Dans le but de mieux comprendre l’utilisation actuelle des TIC par les futurs maitres, le premier article fournira un aperçu de la maitrise d’outils technologiques susceptibles d’être utilisés lors des stages. Le deuxième article visera à identifier les variables externes ainsi que les différentes composantes de la compétence qui ont une influence sur l’intégration des TIC lors des stages. Dans le troisième article, afin de comprendre où se situent les forces et les faiblesses des futurs maitres quant à la compétence professionnelle à intégrer les TIC, une description du niveau d’atteinte de chacune des composantes sera réalisée afin d’en dégager une appréciation globale. Les principaux résultats montrent que pour la moitié des répondants, seuls cinq outils sur 12 sont intégrés en stage et ce sont principalement les outils peu complexes qui sont bien maitrisés. Le logiciel de présentation Power Point, est le plus fréquemment utilisé. Les données considérées dans le premier article suggèrent aussi l’importance d’augmenter, de façon générale, la maitrise technique des futurs enseignants. Les résultats du second article ont permis de constater que la « prévision d’activités faisant appel aux TIC » est une variable prédictive majeure pour l’intégration des TIC. L’analyse des résultats suggèrent le besoin d’enseigner aux futurs maitres comment développer le réflexe d’inclure les TIC dans leurs plans de leçons. De plus, l’appropriation de la sixième composante de la compétence joue un rôle important sur la probabilité d’intégrer les TIC. Les résultats du troisième article indiquent que les composantes 2, 4, 5 et 6 de la compétence sont partiellement maitrisées. La mieux maitrisée est la première composante. Finalement, la troisième composante de la compétence s’est avérée être encore non atteinte et reste à être développer par les futurs enseignants. Cette thèse nous apprend que des efforts considérables restent encore à accomplir quant à la maitrise de la compétence professionnelle à intégrer les TIC. Ces efforts doivent être accomplis à la fois par les futurs enseignants ainsi que par les universités au niveau de la structure des cours de TIC en formation initiale des maitres.

Approches bio-informatiques appliquées aux technologies émergentes en génomique

Les études génétiques, telles que les études de liaison ou d’association, ont permis d’acquérir une plus grande connaissance sur l’étiologie de plusieurs maladies affectant les populations humaines. Même si une dizaine de milliers d’études génétiques ont été réalisées sur des centaines de maladies ou autres traits, une grande partie de leur héritabilité reste inexpliquée. Depuis une dizaine d’années, plusieurs percées dans le domaine de la génomique ont été réalisées. Par exemple, l’utilisation des micropuces d’hybridation génomique comparative à haute densité a permis de démontrer l’existence à grande échelle des variations et des polymorphismes en nombre de copies. Ces derniers sont maintenant détectables à l’aide de micropuce d’ADN ou du séquençage à haut débit. De plus, des études récentes utilisant le séquençage à haut débit ont permis de démontrer que la majorité des variations présentes dans l’exome d’un individu étaient rares ou même propres à cet individu. Ceci a permis la conception d’une nouvelle micropuce d’ADN permettant de déterminer rapidement et à faible coût le génotype de plusieurs milliers de variations rares pour un grand ensemble d’individus à la fois. Dans ce contexte, l’objectif général de cette thèse vise le développement de nouvelles méthodologies et de nouveaux outils bio-informatiques de haute performance permettant la détection, à de hauts critères de qualité, des variations en nombre de copies et des variations nucléotidiques rares dans le cadre d’études génétiques. Ces avancées permettront, à long terme, d’expliquer une plus grande partie de l’héritabilité manquante des traits complexes, poussant ainsi l’avancement des connaissances sur l’étiologie de ces derniers. Un algorithme permettant le partitionnement des polymorphismes en nombre de copies a donc été conçu, rendant possible l’utilisation de ces variations structurales dans le cadre d’étude de liaison génétique sur données familiales. Ensuite, une étude exploratoire a permis de caractériser les différents problèmes associés aux études génétiques utilisant des variations en nombre de copies rares sur des individus non reliés. Cette étude a été réalisée avec la collaboration du Wellcome Trust Centre for Human Genetics de l’University of Oxford. Par la suite, une comparaison de la performance des algorithmes de génotypage lors de leur utilisation avec une nouvelle micropuce d’ADN contenant une majorité de marqueurs rares a été réalisée. Finalement, un outil bio-informatique permettant de filtrer de façon efficace et rapide des données génétiques a été implémenté. Cet outil permet de générer des données de meilleure qualité, avec une meilleure reproductibilité des résultats, tout en diminuant les chances d’obtenir une fausse association.

Élaboration d’un modèle de gestion de risques pour le transfert des technologies médicales dans le nouveau bâtiment du projet de modernisation au CHU Sainte-Justine.

Rapport de stage présenté à la Faculté de médecine en vue de l'obtention du grade de Maître ès sciences appliquées (M.Sc.A.) en génie biomédical, option génie clinique.

The tautomerism, solvatochromism and non-linear optical properties of fluorescent 3-hydroxyquinoxaline-2-carboxalidine-4-aminoantipyrine

The Schiff base, 3-hydroxyquinoxaline-2-carboxalidine-4-aminoantipyrine, was synthesized by the condensation of 3-hydroxyquinoxaline-2-carboxaldehyde with 4-aminoantipyrine. HPLC, FT-IR and NMR spectral data revealed that the compound exists predominantly in the amide tautomeric form and exhibits both absorption and fluorescence solvatochromism, large stokes shift, two electron quasireversible redox behaviour and good thermal stability, with a glass transition temperature of 104oC. The third-order non-linear optical character was studied using open aperture Z-scan methodology employing 7 ns pulses at 532 nm. The third-order non-linear absorption coefficient, b, was 1.48 x 10-6 cm W-1 and the imaginary part of the third-order non-linear optical susceptibility, Im c(3), was 3.36 x10-10 esu. The optical limiting threshold for the compound was found to be 340 MW cm-2.

The tautomerism, solvatochromism and non-linear optical properties of fluorescent 3-hydroxyquinoxaline-2-carboxalidine-4-aminoantipyrine

The Schiff base, 3-hydroxyquinoxaline-2-carboxalidine-4-aminoantipyrine, was synthesized by the condensation of 3-hydroxyquinoxaline-2-carboxaldehyde with 4-aminoantipyrine. HPLC, FT-IR and NMR spectral data revealed that the compound exists predominantly in the amide tautomeric form and exhibits both absorption and fluorescence solvatochromism, large stokes shift, two electron quasireversible redox behaviour and good thermal stability, with a glass transition temperature of 104 oC. The third-order non-linear optical character was studied using open aperture Z-scan methodology employing 7 ns pulses at 532 nm. The third-order non-linear absorption coefficient, b, was 1.48 x 10-6 cm W-1 and the imaginary part of the third-order non-linear optical susceptibility, Im c(3), was 3.36x10-10 esu. The optical limiting threshold for the compound was found to be 340 MW cm-2.

Laser-induced thermal characterization of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix

In this paper, we report the measurements of thermal diffusivity of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix sintered at different temperatures using laser induced non-destructive photoacoustic technique. Measurements of thermal diffusivity also have been carried out on specimens with various concentration of nano metal. Analysis of the data is done on the basis of one-dimensional model of Rosencwaig and Gersho. The present measurements on the thermal diffusivity of nano metal dispersed ceramic alumina shows that porosity has a great influence on the heat transport and the thermal diffusivity value. The present analysis also shows that the inclusion of nano metal into ceramic matrix increases its interconnectivity and hence the thermal diffusivity value. The present study on the samples sintered at different temperature shows that the porosity of the ceramics varies considerably with the change in sintering temperature. The results are interpreted in terms of phonon assisted heat transfer mechanism and the exclusion of pores with the increase in sintering temperature.

Laser-induced thermal characterization of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix

In this paper, we report the measurements of thermal diffusivity of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix sintered at different temperatures using laser induced non-destructive photoacoustic technique. Measurements of thermal diffusivity also have been carried out on specimens with various concentration of nano metal. Analysis of the data is done on the basis of one-dimensional model of Rosencwaig and Gersho. The present measurements on the thermal diffusivity of nano metal dispersed ceramic alumina shows that porosity has a great influence on the heat transport and the thermal diffusivity value. The present analysis also shows that the inclusion of nano metal into ceramic matrix increases its interconnectivity and hence the thermal diffusivity value. The present study on the samples sintered at different temperature shows that the porosity of the ceramics varies considerably with the change in sintering temperature. The results are interpreted in terms of phonon assisted heat transfer mechanism and the exclusion of pores with the increase in sintering temperature

Laser-induced thermal characterization of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix

In this paper, we report the measurements of thermal diffusivity of nano Ag metal dispersed ceramic alumina matrix sintered at different temperatures using laser induced non-destructive photoacoustic technique. Measurements of thermal diffusivity also have been carried out on specimens with various concentration of nano metal. Analysis of the data is done on the basis of one-dimensional model of Rosencwaig and Gersho. The present measurements on the thermal diffusivity of nano metal dispersed ceramic alumina shows that porosity has a great influence on the heat transport and the thermal diffusivity value. The present analysis also shows that the inclusion of nano metal into ceramic matrix increases its interconnectivity and hence the thermal diffusivity value. The present study on the samples sintered at different temperature shows that the porosity of the ceramics varies considerably with the change in sintering temperature. The results are interpreted in terms of phonon assisted heat transfer mechanism and the exclusion of pores with the increase in sintering temperature

Photoacoustic Thermal Characterization of Porous Rare-Earth Phosphate Ceramics

The laser induced non-destructive photoacoustic technique has been employed to measure the thermal diffusivity of lanthanum phosphate ceramics prepared by the sol–gel route. The thermal diffusivity value was evaluated by knowing the transition frequency between the thermally thin to thermally thick region from the log–log plot of photoacoustic amplitude versus chopping frequency. Analysis of the data was carried out on the basis of the one-dimensional model of Rosencwaig and Gersho. The present investigation reveals that the sintering temperature has great influence on the propagation of heat carriers and hence on the thermal diffusivity value. The results were interpreted in terms of variations in porosity with sintering temperature as well as with changes in grain size.

Measurement of the absolute fluorescence quantum yield of rhodamine B solution using a dual-beam thermal lens technique

The dual-beam thermal lens technique has been found to be very effective for the measurement of fluorescence quantum yields of dye solutions. The concentration-dependence of the quantum yield of rhodamine B in methanol is studied here using this technique. The observed results are in line with the conclusion that the reduction in the quantum yield in the quenching region is essentially due to the non-radiative relaxation of the absorbed energy. The thermal lens has been found to become abberated above 40 mW of pump laser power. This low value for the upper limit of pump power is due to the fact that the medium is a resonantly absorbing one.

Thermal characterisation of dye-intercalated K-10 montmorillonite ceramics using photoacoustic technique

Thermal diffusivity (TD) measurements were performed on some industrially important dyes – auramine O (AO), malachite green and methylene blue (MB) – adsorbed K-10 montmorillonites using photoacoustic method. The TD value for the dye-adsorbed clay mineral was observed to change with a variation in dye concentration. The contribution of the dye towards TD was also determined. The repeatedly adsorbed samples with MB and AO exhibited a lower TD than the single-adsorbed samples. TD values of sintered MB samples were also obtained experimentally. These sintered samples exhibit a higher TD, although they show a trend similar to that of non-sintered pellets. A variation in dye concentration and sintering temperature can be used for tuning the TD value of the clay mineral to the desired level.

Realization of a Scanning Photoacoustic Technique: Thermal properties of Bulk and Film Samples

Among the large number of photothcrmal techniques available, photoacoustics assumes a very significant place because of its essential simplicity and the variety of applications it finds in science and technology. The photoacoustic (PA) effect is the generation of an acoustic signal when a sample, kept inside an enclosed volume, is irradiated by an intensity modulated beam of radiation. The radiation absorbed by the sample is converted into thermal waves by nonradiative de-excitation processes. The propagating thermal waves cause a corresponding expansion and contraction of the gas medium surrounding the sample, which in tum can be detected as sound waves by a sensitive microphone. These sound waves have the same frequency as the initial modulation frequency of light. Lock-in detection method enables one to have a sufficiently high signal to noise ratio for the detected signal. The PA signal amplitude depends on the optical absorption coefficient of the sample and its thermal properties. The PA signal phase is a function of the thermal diffusivity of the sample.Measurement of the PA amplitude and phase enables one to get valuable information about the thermal and optical properties of the sample. Since the PA signal depends on the optical and thennal properties of the sample, their variation will get reflected in the PA signal. Therefore, if the PA signal is collected from various points on a sample surface it will give a profile of the variations in the optical/thennal properties across the sample surface. Since the optical and thermal properties are affected by the presence of defects, interfaces, change of material etc. these will get reflected in the PA signal. By varying the modulation frequency, we can get information about the subsurface features also. This is the basic principle of PA imaging or PA depth profiling. It is a quickly expanding field with potential applications in thin film technology, chemical engineering, biology, medical diagnosis etc. Since it is a non-destructive method, PA imaging has added advantages over some of the other imaging techniques. A major part of the work presented in this thesis is concemed with the development of a PA imaging setup that can be used to detect the presence of surface and subsmface defects in solid samples.Determination of thermal transport properties such as thermal diffusivity, effusivity, conductivity and heat capacity of materials is another application of photothennal effect. There are various methods, depending on the nature of the sample, to determine these properties. However, there are only a few methods developed to determine all these properties simultaneously. Even though a few techniques to determine the above thermal properties individually for a coating can be found in literature, no technique is available for the simultaneous measurement of these parameters for a coating. We have developed a scanning photoacoustic technique that can be used to determine all the above thermal transport properties simultaneously in the case of opaque coatings such as paints. Another work that we have presented in this thesis is the determination of thermal effusivity of many bulk solids by a scanning photoacoustic technique. This is one of the very few methods developed to determine thermal effiisivity directly.

Studies on Thermal structure in the seas around in India

The thesis entitled Studies on Thermal Structure in the Seas Around India. An attempt is made in this study to document the observed variability of thermal structure, both on seasonal and short-term scales, in the eastern Arabian Sea and southwestern Bay of Bengal, from the spatial and time series data sets from a reasonably strong data base. The present study has certain limitations. The mean temperatures are based on an uneven distribution of data in space and time. Some of the areas, although having a ‘full annual coverage, do not have adequate data for some months. Some portions in the area under study are having data gaps. The consistency and the coherence in the internal wave characteristics could not be examined due to non-availability of adequate data sets. The influence of generating mechanisms; other than winds and tides on the observed internal wave fields could not be ascertained due to lack of data. However, a comprehensive and intensive data collection can overcome these limitations. The deployment of moored buoys with arrays of sensors at different depths at some important locations for about 5 to 10 years can provide intensive and extensive data sets. This strong data base can afford to address the short-term and seasonal variability of thermal field and understand in detail the individual and collective influences of various physical and dynamical mechanisms responsible for such variability.