Avaliação da técnica de dispersão da matriz em fase sólida assistida por vórtex para análise de fármacos em peixes

Os fármacos classificados como contaminantes orgânicos emergentes tornaramse tópico de discussão ambiental pois estes são capazes de atingir diferentes matrizes do meio ambiente, como água, solo e organismos aquáticos, e estudos demonstrando a toxicidade tem despertado o interesse científico. Neste estudo um método analítico foi otimizado e validado para determinação de quinze fármacos em amostras de peixes empregando preparo de amostras por dispersão da matriz em fase sólida (MSPD) assistida por vórtex e determinação por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas sequencial (LC-MS/MS). O estudo ainda focou na aplicação de diferentes suportes sólidos na etapa de dispersão da MSPD, sendo que três (quitina, quitosana e concha de mexilhão dourado) foram utilizados pela primeira vez para esta finalidade, O método otimizado foi validado seguindo os parâmetros do INMETRO, ANVISA, SANCO e FDA. A curva analítica e linearidade foram avaliados através da calibração externa e superposição na matriz. Os compostos demonstraram linearidade dentro da faixa recomendada, com coeficiente de correlação maior do que 0,99. Os limites de detecção do método variaram de 1 a 100 ng g -1 , e os limites de quantificação a variaram de 5 a 1000 ng g -1 . Os valores de recuperação variaram de 68% a 108%, com RSD menores que 13% para todos os compostos. O efeito de matriz foi avaliado e quatro dos quinze compostos apresentaram efeito maior que ±20%. Na aplicabilidade o método demonstrou ser eficiente para extração de fármacos de diferentes espécies de peixe, apresentando exatidão e precisão adequados. Não foram encontrados resíduos de fármacos nas amostras analisadas.

The interaction between two oppositely travelling, horizontally offset, antisymmetric quasi-geostrophic hetons

We investigate numerically the nonlinear interactions between hetons. Hetons are baroclinic structures consisting of two vortices of opposite sign lying at different depths. Hetons are long-lived. They most often translate (they can sometimes rotate) and therefore they can noticeably contribute to the transport of scalar properties in the oceans. Heton interactions can interrupt this translation and thus this transport, by inducing a reconfiguration of interacting hetons into more complex baroclinic multipoles. More specifically, we study here the general case of two hetons, which collide with an offset between their translation axes. For this purpose, we use the point vortex theory, the ellipsoidal vortex model and direct simulations in the three-dimensional quasi-geostrophic contour surgery model. More specifically, this paper shows that there are in general three regimes for the interaction. For small horizontal offsets between the hetons, their vortices recombine as same-depth dipoles which escape at an angle. The angle depends in particular on the horizontal offset. It is a right angle for no offset, and the angle is shallower for small but finite offsets. The second limiting regime is for large horizontal offsets where the two hetons remain the same hetonic structures but are deflected by the weaker mutual interaction. Finally, the intermediate regime is for moderate offsets. This is the regime where the formation of a metastable quadrupole is possible. The formation of this quadrupole greatly restrains transport. Indeed, it constrains the vortices to reside in a closed area. It is shown that the formation of such structures is enhanced by the quasi-periodic deformation of the vortices. Indeed, these structures are nearly unobtainable for singular vortices (point vortices) but may be obtained using deformable, finite-core vortices.

Imagerie Musicale Involontaire : caractéristiques phénoménologiques et mnésiques

L’imagerie musicale involontaire (IMIN) est un phénomène mental extrêmement commun. Il peut être défini en tant que type d’imagerie mentale musicale qui devient consciente sans effort ou intentionnalité et qui n’est pas pathologique. La forme la plus connue d’IMIN est le « ver d’oreille », qui se présente généralement comme un court extrait musical tournant en boucle en tête et dont on se débarrasse difficilement. L’objectif principal de la présente thèse est d’investiguer les mécanismes cognitifs sous-tendant le phénomène puisque, malgré l’intérêt répandu dans les médias populaires, son étude expérimentale est récente et un modèle intégré n’a pas encore été proposé. Dans la première étude, l’induction expérimentale a été tentée et les caractéristiques des images mentales d’épisodes d’IMIN ont été investiguées. Dans le laboratoire, des chansons accrocheuses (versus des proverbes) ont été présentées répétitivement aux participants qui devaient ensuite les chanter le plus fidèlement possible. Ils ont par après quitté le laboratoire, une enregistreuse numérique en mains, avec la consigne d’enregistrer une reproduction vocale la plus fidèle possible de ce qu’ils avaient en tête lors de tous leurs épisodes d’IMIN sur une période de quatre jours, ainsi que de décrire leur timbre. L’expérience a été répétée deux semaines plus tard. Douze des dix-huit participants du groupe expérimental ont rapporté des pièces induites comme épisodes d’IMIN, ce qui confirme l’efficacité de la procédure d’induction. La tonalité et le tempo des productions ont ensuite été analysés et comparés à ceux des pièces originales. Similairement pour les épisodes d’IMIN induits et les autres, les tempi produits et, dans une moindre mesure pour les non-musiciens, les tonalités étaient proches des originaux. Le timbre décrit était généralement une version simplifiée de l’original (un instrument et/ou une voix). Trois études se sont ensuite intéressées au lien entre le potentiel d’IMIN et la mémorabilité. Dans une étude préliminaire, 150 chansons du palmarès francophone radiophonique ont été évaluées en ligne par 164 participants, sur leur niveau de familiarité, d’appréciation et de potentiel d’IMIN. Les pièces ont ensuite été divisées en groupes de stimuli à faible et à fort potentiel d’IMIN, qui ont été utilisés dans une tâche typique de rappel libre/reconnaissance, premièrement avec des francophones (pour qui les pièces étaient familières) et ensuite avec des non-francophones (pour qui les pièces étaient non-familières). Globalement, les pièces à fort potentiel d’IMIN étaient mieux rappelées et reconnues que les pièces à faible potentiel. Une dernière étude a investigué l’impact de la variabilité inter-stimulus du timbre sur les résultats précédents, en demandant à une chanteuse d’enregistrer les lignes vocales des pièces et en répétant l’expérience avec ces nouveaux stimuli. La différence précédemment observée entre les stimuli à fort et à faible potentiel d’IMIN dans la tâche de reconnaissance a ainsi disparu, ce qui suggère que le timbre est une caractéristique importante pour le potentiel d’IMIN. En guise de conclusion, nous suggérons que les phénomènes mentaux et les mécanismes cognitifs jouant un rôle dans les autres types de souvenirs involontaires peuvent aussi s’appliquer à l’IMIN. Dépendamment du contexte, la récupération mnésique des pièces peut résulter de la répétition en mémoire à court terme, de l’amorçage à court et long terme ou de l’indiçage provenant de stimuli dans l’environnement ou les pensées. Une des plus importantes différences observables entre l’IMIN et les autres souvenirs involontaires est la répétition. Nous proposons que la nature même de la musique, qui est définie par la répétition à un niveau micro- et macro-structurel en est responsable.

Bcl-xL (S49) and (S62) sequential phosphorylation/dephosphorylation during mitosis prevents chromosome instability and aneuploidy

Une caractéristique intéressante de la protéine Bcl-xL est la présence d'un domaine en boucle non-structurée entre les hélices α1 and α2 de la protéine. Ce domaine protéique n'est pas essentiel pour sa fonction anti-apoptotique et absent chez CED-9, la protéine orthologue chez Caenorhabditis elegans. A l'intérieur de ce domaine, Bcl-xL subit une phosphorylation et déphosphorylation dynamique sur les résidus Ser49 et Ser62 en phase G2 du cycle cellulaire et lors de la mitose. Lorsque ces résidus sont mutés et les protéines exprimées dans des cellules cancéreuses, les cellules démontrent plusieurs défauts mitotiques liés à l'instabilité chromosomique. Pour analyser les effets de Bcl-xL Ser49 et Ser62 dans les cellules normales, les présentes études ont été réalisées dans des cellules diploïdes humaines normales, et in vivo chez Caenorhabditis elegans. Dans une première étude, nous avons utilisé la lignée cellulaire de cellules fibroblastiques diploïdes humaines normales BJ, exprimant Bcl-xL (type sauvage), (S49A), (S49D), (S62A), (S62D) et les double (S49/62A) et (S49/62D) mutants. Les cellules exprimant les mutants de phosphorylation ont montré des cinétiques de doublement de la population cellulaire réduites. Ces effets sur la cinétique de doublement de la population cellulaire corrèle avec l'apparition de la sénescence cellulaire, sans impact sur les taux de mort cellulaire. Ces cellules sénescentes affichent des phénotypes typiques de sénescence associés notamment à haut niveau de l'activité β-galactosidase associée à la sénescence, la sécrétion d' interleukine-6, l'activation de p53 et de p21WAF1/ Cip1, un inhibiteur des complexes kinase cycline-dépendant, ainsi que la formation de foyers de chromatine nucléaire associés à γH2A.X. Les analyses de fluorescence par hybridation in situ et des caryotypes par coloration au Giemsa ont révélé que l'expression des mutants de phosphorylation de Bcl-xL provoquent de l'instabilité chromosomique et l'aneuploïdie. Ces résultats suggèrent que les cycles de phosphorylation et déphosphorylation dynamiques de Bcl-xL Ser49 et Ser62 sont importants dans le maintien de l'intégrité des chromosomes lors de la mitose dans les cellules normales. Dans une deuxième étude, nous avons entrepris des expériences chez Caenorhabditis elegans pour comprendre l'importance des résidus Ser49 et Ser62 de Bcl-xL in vivo. Les vers transgéniques portant les mutations de Bcl-xL (S49A, S62A, S49D, S62D et S49/62A) ont été générés et leurs effets ont été analysés sur les cellules germinales des jeunes vers adultes. Les vers portant les mutations de Bcl-xL ont montré une diminution de ponte et d'éclosion des oeufs, des variations de la longueur de leurs régions mitotiques et des zones de transition, des anomalies chromosomiques à leur stade de diplotène, et une augmentation de l'apoptose des cellules germinales. Certaines de ces souches transgéniques, en particulier les variants Ser/Ala, ont également montré des variations de durée de vie par rapport aux vers témoins. Ces observations in vivo ont confirmé l'importance de Ser49 et Ser62 à l'intérieur du domaine à boucle de Bcl-xL pour le maintien de la stabilité chromosomique. Ces études auront une incidence sur les futures stratégies visant à développer et à identifier des composés qui pourraient cibler non seulement le domaine anti-apoptotique de la protéine Bcl-xL, mais aussi son domaine mitotique pour la thérapie du cancer.

Études d'ingénierie du ribozyme VS de Neurospora

Les ribozymes sont des ARN catalytiques fréquemment exploités pour le développement d’outils biochimiques et d’agents thérapeutiques. Ils sont particulièrement intéressants pour effectuer l’inactivation de gènes, en permettant la dégradation d’ARNm ou d’ARN viraux associés à des maladies. Les ribozymes les plus utilisés en ce moment pour le développement d’agents thérapeutiques sont les ribozymes hammerhead et hairpin, qui permettent la reconnaissance spécifique d’ARN simple brin par la formation de structures secondaires stables. In vivo, la majorité des ARN adoptent des structures secondaires et tertiaires complexes et les régions simples brins sont parfois difficiles d’accès. Il serait intéressant de pouvoir cibler des ARN repliés et un motif d’ARN intéressant à cibler est la tige-boucle d’ARN qui peut être importante dans le repliement global des ARN et pour accomplir des fonctions biologiques. Le ribozyme VS de Neurospora fait la reconnaissance de son substrat replié en tigeboucle de façon spécifique par une interaction kissing-loop, mais il n’a jamais été exploité pour faire la reconnaissance d’un ARN cible très différent de son substrat naturel. Le but des travaux présentés dans cette thèse est de déterminer si le ribozyme VS possède l’adaptabilité nécessaire pour l’ingénierie de ribozymes qui clivent des ARN cibles différents du substrat naturel. Dans le cadre de cette thèse, le ribozyme VS a été modifié pour l’adapter à différents substrats et des études de cinétiques ont été réalisées pour évaluer l’impact de ces modifications sur l’activité de clivage du ribozyme. Dans un premier temps, le ribozyme a été modifié pour faire la reconnaissance et le clivage de substrats possédant différentes longueurs de tiges Ib. Le ribozyme a été adapté avec succès à ces substrats de différentes longueurs de tige Ib, avec une activité qui est similaire à celle du ribozyme avec un substrat sans modification. Dans un deuxième temps, c’est l’interaction kissing-loop I/V du ribozyme qui a été substituée de façon rationnelle, dans le but de savoir si un ribozyme VS mutant peut reconnaitre et cliver un substrat ayant une boucle différente de celle de son substrat naturel. L’interaction kissing-loop I/V a été substituée pour les interactions kissing-loop TAR/TAR* de l’ARN du VIH-1 et L22/L88 de l’ARN 23S de Deinococcus radiodurans. La réaction de iii clivage des ribozymes comportant ces nouvelles interactions kissing-loop est toujours observée, mais avec une activité diminuée. Finalement, la sélection in vitro (SELEX) de ribozymes a été effectuée pour permettre un clivage plus efficace d’un substrat mutant avec une nouvelle boucle. Le SELEX a permis la sélection d’un ribozyme qui clive un substrat avec une boucle terminale mutée pour celle de l’ARN TAR du VIH-1 et cela avec une activité de clivage très efficace. L’ensemble de ces études démontre que le ribozyme VS peut être modifié de diverses façons pour la reconnaissance spécifique de différents substrats, tout en conservant une bonne activité de clivage. Ces résultats montrent le grand potentiel d’ingénierie du ribozyme VS et sont prometteurs pour la poursuite d’études d’ingénierie du ribozyme VS, en vue du clivage d’ARN cibles repliés en tige-boucle complètement différents du substrat naturel du ribozyme VS.

Automatização de um dinamômetro hidráulico para ensaios de motores de combustão interna

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2015.

Obtenção de nanopartículas de hexaferrita de bário pelo método pechini

In this study barium hexaferrite was (general formulae BaFe12O19) was synthesized by the Pechini method under different conditions of heat treatment. Precursors like barium carbonate and iron nitrate were used. These magnetic ceramic, with magnetoplumbite type structure, are widely used as permanent magnet because of its excellent magnetic properties, such as: high Curie temperature, good magnetic anisotropy, high coercivity and corrosion resistance. The samples were characterized by thermal analysis (DTA and TG), X- ray Diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM) end Vibrating sample Magnetometer (VSM). The results confirm the expected phase, which was reinforced according to our analysis. A single phase powder at relatively high temperatures with particle sizes around 100 nm was obtained. The characteristic magnetic behavior one of the phases has been noted (probably superparamagnetic material), while another phase was identified as a ferrimagnetic material. The ferrimagnetic phase showed vortex configuration with two central and slightly inclined plateaus. In general, increase of heat treatment temperature and time, directly influenced the technological properties of the samples

Experimental characterization of wingtip vortices using smoke flow visualizations

In order to predict the axial development of the wingtip vortices strength an accurate theoretical model is required. Several experimental techniques have been used to that end, e.g. PIV or hotwire anemometry, but they imply a significant cost and effort. For this reason, we have carried out experiments using the smoke-wire technique to visualize smoke streaks in six planes perpendicular to the main stream flow direction. Using this visualization technique, we obtained quantitative information regarding the vortex velocity field by means of Batchelor's model~\cite{batchelor}, which only depends on two free parameters, i.e. the vortex strength, $S$, and the virtual origin, $z_0$. Results for two chord based Reynolds numbers have been compared with those provided by del Pino et at. (2011), finding good agreement.

Dispersive liquid–liquid microextraction for metals enrichment: A useful strategy for improving sensitivity of laser-induced breakdown spectroscopy in liquid samples analysis

A rapid and efficient Dispersive Liquid–Liquid Microextraction (DLLME) followed by Laser-Induced Breakdown Spectroscopy detection (LIBS) was evaluated for simultaneous determination of Cr, Cu, Mn, Ni and Zn in water samples. Metals in the samples were extracted with tetrachloromethane as pyrrolidinedithiocarbamate (APDC) complexes, using vortex agitation to achieve dispersion of the extractant solvent. Several DLLME experimental factors affecting extraction efficiency were optimized with a multivariate approach. Under optimum DLLME conditions, DLLME-LIBS method was found to be of about 4.0–5.5 times more sensitive than LIBS, achieving limits of detection of about 3.7–5.6 times lower. To assess accuracy of the proposed DLLME-LIBS procedure, a certified reference material of estuarine water was analyzed.

Southern Hemisphere Summer Mesopause Responses to El Niño-Southern Oscillation

In the Southern Hemisphere (SH) polar region, satellite observations reveal a significant upper-mesosphere cooling and a lower-thermosphere warming during warm ENSO events in December. An opposite pattern is observed in the tropical mesopause region. The observed upper-mesosphere cooling agrees with a climate model simulation. Analysis of the simulation suggests that enhanced planetary wave (PW) dissipation in the Northern Hemisphere (NH) high-latitude stratosphere during El Nino strengthens the Brewer-Dobson circulation and cools the equatorial stratosphere. This increases the magnitude of the SH stratosphere meridional temperature gradient and thus causes the anomalous stratospheric easterly zonal wind and early breakdown of the SH stratospheric polar vortex. The resulting perturbation to gravity wave (GW) filtering causes anomalous SH mesospheric eastward GW forcing and polar upwelling and cooling. In addition, constructive inference of ENSO and quasi-biennial oscillation (QBO) could lead to stronger stratospheric easterly zonal wind anomalies at the SH high latitudes in November and December and early breakdown of the SH stratospheric polar vortex during warm ENSO events in the easterly QBO phase (defined by the equatorial zonal wind at similar to 25 hPa). This would in turn cause much more SH mesospheric eastward GW forcing and much colder polar temperatures, and hence it would induce an early onset time of SH summer polar mesospheric clouds (PMCs). The opposite mechanism occurs during cold ENSO events in the westerly QBO phase. This implies that ENSO together with QBO could significantly modulate the breakdown time of SH stratospheric polar vortex and the onset time of SH PMC.

Determination of acrylamide levels in selected commercial and traditional foods in Syria

Purpose: To determine acrylamide (AA) levels in different brands of commercial and traditional foodstuffs available in Syria by ultra-performance liquid chromatography-mass spectrometery (UPLCMS). Methods: A total of 63 samples were analyzed. Food samples were defatted by hexane and then extracted with methanol 98 % in a vortex mixer. Thereafter, Carrez I and Carrez II were added to precipitate proteins from the co-extractives and then centrifuged to obtain a clear aqueous extract that was evaporated to dryness. The extract was dissolved in 1 mL of water, eluted through a preconditioned Oasis HLB cartridge and then filtered. The filtrate was analyzed by UPLC-MS/MS to determine AA content. Results: Among the commercial foods tested, the highest acrylamide quantity was found in potato products (396 ± 3.59 – 1844 ± 5.29 μg kg−1) and the lowest in corn products (183 ± 2.64 – 366 ± 4.58 μg kg−1). This was followed by biscuits (57 ± 2.64 – 1433 ± 2.51 μg kg−1), breakfast cereals (121 ± 8.73 – 245 ± 3.60 μg kg−1), bread (119 ± 1.73 – 263 ± 3.60 μg kg−1) and then coffee (113 ± 2.64 - 64 ± 3.05 μg kg−1). Regarding traditional foods, the highest level of AA was found in AL- Mshabak (481 ± 2.08 μg kg−1) and AL-Awamat (421 ± 2.64 μg kg−1) followed by AL-Namora (282 ± 4.35 μg kg−1) and AL-Kenafa (242 ± 2.64 μg kg−1). It was also observed that the lowest amount of AA was in fried bread (230 μg kg−1), AL-Fatayer (192 ± 3.51 μg kg−1) and AL-Baqlawa (172 ± 4.35 μg kg−1) while Eid Aqras (130 ± 4.58 μg kg−1) and AL-Brazeq (167 ± 3.78 μg kg−1) contained the least amount of AA. Conclusion: The results indicate that the highest levels of AA are found in the most commonly consumed foods. There was significant difference (p < 0.05) in AA levels among different food items and within different brands of the same product.

Flow around a hemisphere-cylinder at high angle of attack and low Reynolds number. Part II: POD and DMD applied to reduced domains

Three-dimensional direct numerical simulations (DNS) have been performed on a finite-size hemispherecylinder model at angle of attack AoA = 20◦ and Reynolds numbers Re = 350 and 1000. Under these conditions, massive separation exists on the nose and lee-side of the cylinder, and at both Reynolds numbers the flow is found to be unsteady. Proper orthogonal decomposition (POD) and dynamic mode decomposition (DMD) are employed in order to study the primary instability that triggers unsteadiness at Re = 350. The dominant coherent flow structures identified at the lower Reynolds number are also found to exist at Re = 1000; the question is then posed whether the flow oscillations and structures found at the two Reynolds numbers are related. POD and DMD computations are performed using different subdomains of the DNS computational domain. Besides reducing the computational cost of the analyses, this also permits to isolate spatially localized oscillatory structures from other, more energetic structures present in the flow. It is found that POD and DMD are in general sensitive to domain truncation and noneducated choices of the subdomain may lead to inconsistent results. Analyses at Re = 350 show that the primary instability is related to the counter rotating vortex pair conforming the three-dimensional afterbody wake, and characterized by the frequency St ≈ 0.11, in line with results in the literature. At Re = 1000, vortex-shedding is present in the wake with an associated broadband spectrum centered around the same frequency. The horn/leeward vortices at the cylinder lee-side, upstream of the cylinder base, also present finite amplitude oscillations at the higher Reynolds number. The spatial structure of these oscillations, described by the POD modes, is easily differentiated from that of the wake oscillations. Additionally, the frequency spectra associated with the lee-side vortices presents well defined peaks, corresponding to St ≈ 0.11 and its few harmonics, as opposed to the broadband spectrum found at the wake.

Flow around a hemisphere-cylinder at high angle of attack and low Reynolds number. Part I: Experimental and numerical investigation

Three-dimensional Direct Numerical Simulations combined with Particle Image Velocimetry experiments have been performed on a hemisphere-cylinder at Reynolds number 1000 and angle of attack 20◦. At these flow conditions, a pair of vortices, so-called “horn” vortices, are found to be associated with flow separation. In order to understand the highly complex phenomena associated with this fully threedimensional massively separated flow, different structural analysis techniques have been employed: Proper Orthogonal and Dynamic Mode Decompositions, POD and DMD, respectively, as well as criticalpoint theory. A single dominant frequency associated with the von Karman vortex shedding has been identified in both the experimental and the numerical results. POD and DMD modes associated with this frequency were recovered in the analysis. Flow separation was also found to be intrinsically linked to the observed modes. On the other hand, critical-point theory has been applied in order to highlight possible links of the topology patterns over the surface of the body with the computed modes. Critical points and separation lines on the body surface show in detail the presence of different flow patterns in the base flow: a three-dimensional separation bubble and two pairs of unsteady vortices systems, the horn vortices, mentioned before, and the so-called “leeward” vortices. The horn vortices emerge perpendicularly from the body surface at the separation region. On the other hand, the leeward vortices are originated downstream of the separation bubble, as a result of the boundary layer separation. The frequencies associated with these vortical structures have been quantified.

Two roads to planet detection

One of the most exciting discoveries in astrophysics of the last last decade is of the sheer diversity of planetary systems. These include "hot Jupiters", giant planets so close to their host stars that they orbit once every few days; "Super-Earths", planets with sizes intermediate to those of Earth and Neptune, of which no analogs exist in our own solar system; multi-planet systems with planets smaller than Mars to larger than Jupiter; planets orbiting binary stars; free-floating planets flying through the emptiness of space without any star; even planets orbiting pulsars. Despite these remarkable discoveries, the field is still young, and there are many areas about which precious little is known. In particular, we don't know the planets orbiting Sun-like stars nearest to our own solar system, and we know very little about the compositions of extrasolar planets. This thesis provides developments in those directions, through two instrumentation projects.

The first chapter of this thesis concerns detecting planets in the Solar neighborhood using precision stellar radial velocities, also known as the Doppler technique. We present an analysis determining the most efficient way to detect planets considering factors such as spectral type, wavelengths of observation, spectrograph resolution, observing time, and instrumental sensitivity. We show that G and K dwarfs observed at 400-600 nm are the best targets for surveys complete down to a given planet mass and out to a specified orbital period. Overall we find that M dwarfs observed at 700-800 nm are the best targets for habitable-zone planets, particularly when including the effects of systematic noise floors caused by instrumental imperfections. Somewhat surprisingly, we demonstrate that a modestly sized observatory, with a dedicated observing program, is up to the task of discovering such planets.

We present just such an observatory in the second chapter, called the "MINiature Exoplanet Radial Velocity Array," or MINERVA. We describe the design, which uses a novel multi-aperture approach to increase stability and performance through lower system etendue, as well as keeping costs and time to deployment down. We present calculations of the expected planet yield, and data showing the system performance from our testing and development of the system at Caltech's campus. We also present the motivation, design, and performance of a fiber coupling system for the array, critical for efficiently and reliably bringing light from the telescopes to the spectrograph. We finish by presenting the current status of MINERVA, operational at Mt. Hopkins observatory in Arizona.

The second part of this thesis concerns a very different method of planet detection, direct imaging, which involves discovery and characterization of planets by collecting and analyzing their light. Directly analyzing planetary light is the most promising way to study their atmospheres, formation histories, and compositions. Direct imaging is extremely challenging, as it requires a high performance adaptive optics system to unblur the point-spread function of the parent star through the atmosphere, a coronagraph to suppress stellar diffraction, and image post-processing to remove non-common path "speckle" aberrations that can overwhelm any planetary companions.

To this end, we present the "Stellar Double Coronagraph," or SDC, a flexible coronagraphic platform for use with the 200" Hale telescope. It has two focal and pupil planes, allowing for a number of different observing modes, including multiple vortex phase masks in series for improved contrast and inner working angle behind the obscured aperture of the telescope. We present the motivation, design, performance, and data reduction pipeline of the instrument. In the following chapter, we present some early science results, including the first image of a companion to the star delta Andromeda, which had been previously hypothesized but never seen.

A further chapter presents a wavefront control code developed for the instrument, using the technique of "speckle nulling," which can remove optical aberrations from the system using the deformable mirror of the adaptive optics system. This code allows for improved contrast and inner working angles, and was written in a modular style so as to be portable to other high contrast imaging platforms. We present its performance on optical, near-infrared, and thermal infrared instruments on the Palomar and Keck telescopes, showing how it can improve contrasts by a factor of a few in less than ten iterations.

One of the large challenges in direct imaging is sensing and correcting the electric field in the focal plane to remove scattered light that can be much brighter than any planets. In the last chapter, we present a new method of focal-plane wavefront sensing, combining a coronagraph with a simple phase-shifting interferometer. We present its design and implementation on the Stellar Double Coronagraph, demonstrating its ability to create regions of high contrast by measuring and correcting for optical aberrations in the focal plane. Finally, we derive how it is possible to use the same hardware to distinguish companions from speckle errors using the principles of optical coherence. We present results observing the brown dwarf HD 49197b, demonstrating the ability to detect it despite it being buried in the speckle noise floor. We believe this is the first detection of a substellar companion using the coherence properties of light.

Échanges d’énergie et d’eau des écosystèmes nordiques dans un contexte de changement climatique

Le réchauffement climatique affecte fortement les régions nordiques du Canada où le dégel du pergélisol discontinu à sa limite sud est accompagné du mouvement de la limite des arbres vers le nord en zone de pergélisol continu. Ces altérations faites aux paysages de la Taïga des Plaines sont le point de départ de plusieurs rétroactions puisque les changements apportés aux caractéristiques de la surface (au niveau de l’albédo, l’humidité du sol et la rugosité de la surface) vont à leur tour entraîner des modifications biophysiques et éventuellement influencer l’augmentation ou la diminution subséquente des températures et de l’humidité de l’air. Seulement, il y a un nombre important de facteurs d’influence qu’il est difficile de projeter toutes les boucles rétroactives qui surviendront avec les présents changements climatiques en régions nordiques. Dans le but de caractériser les échanges d’eau et d’énergie entre la surface et l’atmosphère de trois sites des Territoires du Nord-Ouest subissant les conséquences de l’augmentation des températures de l’air, la méthode micro-météorologique de covariance des turbulences fut utilisée en 2013 aux sites de Scotty Creek (forêt boréale et tourbière nordique en zone de pergélisol sporadique-discontinu), de Havikpak Creek (forêt boréale nordique en zone de pergélisol continu) et de Trail Valley Creek (toundra arctique en zone de pergélisol continu). En identifiant les procédés biotiques et abiotiques (ex. intensité lumineuse, disponibilité en eau, etc.) d’évapotranspiration aux trois sites, les contrôles par l’eau et l’énergie furent caractérisés et permirent ainsi de projeter une augmentation de la limitation en eau, mais surtout en énergie du site de Trail Valley Creek. La répartition de l’énergie projetée est semblable à celle de Havikpak Creek, avec une augmentation de la proportion du flux de chaleur sensible au détriment de celui latent suite aux modifications des caractéristiques de la surface (albédo, rugosité et humidité du sol). L’augmentation relative du flux d’énergie sensible laisse présager une boucle rétroactive positive de l’augmentation des températures de l’air à ce site. Ensuite, en comparant des données modelées de la hauteur de la couche limite planétaire et des données provenant de profils atmosphériques d’Environnement Canada entre les trois sites, les changements de hauteur de cette couche atmosphérique furent aussi projetés. Trail Valley Creek pourrait connaître une hausse de la hauteur de sa couche limite planétaire avec le temps alors que Scotty Creek connaîtrait une diminution de celle-ci. Ces changements au niveau des couches atmosphériques liés à la répartition des flux d’énergie dans les écosystèmes se répercuteraient alors sur le climat régional de façon difficile à déterminer pour l’instant. Les changements apportés désignent une boucle rétroactive positive des températures de l’air à Trail Valley Creek et l’inverse à Scotty Creek. Les deux axes d’analyse arrivent donc aux mêmes conclusions et soulignent aussi l’importance de l’influence mutuelle entre le climat et les caractéristiques spécifiques des écosystèmes à la surface.