A detailed study of the lithiation of iron phosphate as well as the development of a novel synthesis of lithium iron silicate as cathode material for lithium-ion batteries

Dans cette thèse nous démontrons le travail fait sur deux matériaux de cathodes pour les piles lithium-ion. Dans la première partie, nous avons préparé du phosphate de fer lithié (LiFePO4) par deux méthodes de lithiation présentées dans la littérature qui utilisent du phosphate de fer (FePO4) amorphe comme précurseur. Pour les deux méthodes, le produit obtenu à chaque étape de la synthèse a été analysé par la spectroscopie Mössbauer ainsi que par diffraction des rayons X (DRX) pour mieux comprendre le mécanisme de la réaction. Les résultats de ces analyses ont été publiés dans Journal of Power Sources. Le deuxième matériau de cathode qui a été étudié est le silicate de fer lithié (Li2FeSiO4). Une nouvelle méthode de synthèse a été développée pour obtenir le silicate de fer lithié en utilisant des produits chimiques peu couteux ainsi que de l’équipement de laboratoire de base. Le matériau a été obtenu par une synthèse à l’état solide. Les performances électrochimiques ont été obtenues après une étape de broyage et un dépôt d’une couche de carbone. Un essai a été fait pour synthétiser une version substituée du silicate de fer lithié dans le but d’augmenter les performances électrochimiques de ce matériau.

The Development, Validation and Implementation of a Broad-Based ADME Genotyping Assay into Research and Clinical Trials

Afin d’adresser la variabilité interindividuelle observée dans la réponse pharmacocinétique à de nombreux médicaments, nous avons créé un panel de génotypage personnalisée en utilisant des méthodes de conception et d’élaboration d’essais uniques. Celles-ci ont pour but premier de capturer les variations génétiques présentent dans les gènes clés impliqués dans les processus d'absorption, de distribution, de métabolisme et d’excrétion (ADME) de nombreux agents thérapeutiques. Bien que ces gènes et voies de signalement sont impliqués dans plusieurs mécanismes pharmacocinétiques qui sont bien connues, il y a eu jusqu’à présent peu d'efforts envers l’évaluation simultanée d’un grand nombre de ces gènes moyennant un seul outil expérimental. La recherche pharmacogénomique peut être réalisée en utilisant deux approches: 1) les marqueurs fonctionnels peuvent être utilisés pour présélectionner ou stratifier les populations de patients en se basant sur des états métaboliques connus; 2) les marqueurs Tag peuvent être utilisés pour découvrir de nouvelles corrélations génotype-phénotype. Présentement, il existe un besoin pour un outil de recherche qui englobe un grand nombre de gènes ADME et variantes et dont le contenu est applicable à ces deux modèles d'étude. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé un panel d’essais de génotypage de 3,000 marqueurs génétiques ADME qui peuvent satisfaire ce besoin. Dans le cadre de ce projet, les gènes et marqueurs associés avec la famille ADME ont été sélectionnés en collaboration avec plusieurs groupes du milieu universitaire et de l'industrie pharmaceutique. Pendant trois phases de développement de cet essai de génotypage, le taux de conversion pour 3,000 marqueurs a été amélioré de 83% à 97,4% grâce à l'incorporation de nouvelles stratégies ayant pour but de surmonter les zones d'interférence génomiques comprenant entre autres les régions homologues et les polymorphismes sous-jacent les régions d’intérêt. La précision du panel de génotypage a été validée par l’évaluation de plus de 200 échantillons pour lesquelles les génotypes sont connus pour lesquels nous avons obtenu une concordance > 98%. De plus, une comparaison croisée entre nos données provenant de cet essai et des données obtenues par différentes plateformes technologiques déjà disponibles sur le marché a révélé une concordance globale de > 99,5%. L'efficacité de notre stratégie de conception ont été démontrées par l'utilisation réussie de cet essai dans le cadre de plusieurs projets de recherche où plus de 1,000 échantillons ont été testés. Nous avons entre autre évalué avec succès 150 échantillons hépatiques qui ont été largement caractérisés pour plusieurs phénotypes. Dans ces échantillons, nous avons pu valider 13 gènes ADME avec cis-eQTL précédemment rapportés et de découvrir et de 13 autres gènes ADME avec cis eQTLs qui n'avaient pas été observés en utilisant des méthodes standard. Enfin, à l'appui de ce travail, un outil logiciel a été développé, Opitimus Primer, pour aider pour aider au développement du test. Le logiciel a également été utilisé pour aider à l'enrichissement de cibles génomiques pour d'expériences séquençage. Le contenu ainsi que la conception, l’optimisation et la validation de notre panel le distingue largement de l’ensemble des essais commerciaux couramment disponibles sur le marché qui comprennent soit des marqueurs fonctionnels pour seulement un petit nombre de gènes, ou alors n’offre pas une couverture adéquate pour les gènes connus d’ADME. Nous pouvons ainsi conclure que l’essai que nous avons développé est et continuera certainement d’être un outil d’une grande utilité pour les futures études et essais cliniques dans le domaine de la pharmacocinétique, qui bénéficieraient de l'évaluation d'une longue liste complète de gènes d’ADME.

Development and evaluation of a research-based prosthodontic clinical record

Introduction: Bien que l'importance de transférer les données de la recherche à la pratique a été largement démontrée, ce processus est toujours lent et fait face à plusieurs défis tels que la conceptualisation des évidences, la validité interne et externe de la recherche scientifique et les coûts élevés de la collecte de grandes quantités de données axées sur le patient. Les dossiers dentaires des patients contiennent des renseignements valables qui donneraient aux chercheurs cliniques une opportunité d'utiliser un large éventail d'informations quantitatives ou qualitatives. La standardisation du dossier clinique permettrait d’échanger et de réutiliser des données dans différents domaines de recherche. Objectifs: Le but de cette étude était de concevoir un dossier patient axé sur la recherche dans le domaine de la prosthodontie amovible à la clinique de premier cycle de l’Université de Montréal. Méthodes: Cette étude a utilisé des méthodes de recherche-action avec 4 étapes séquentielles : l'identification des problèmes, la collecte et l'interprétation des données, la planification et l’évaluation de l'action. Les participants de l'étude (n=14) incluaient des professeurs, des chercheurs cliniques et des instructeurs cliniques dans le domaine de la prosthodontie amovible. La collecte des données a été menée à l’aide d’une revue de littérature ciblée et complète sur les résultats en prosthodontie ainsi que par le biais de discussions de groupes et d’entrevues. Les données qualitatives ont été analysées en utilisant QDA Miner 3.2.3. Résultats: Les participants de l'étude ont soulevé plusieurs points absents au formulaire actuel de prosthodontie à la clinique de premier cycle. Ils ont partagé leurs idées pour la conception d'un nouveau dossier-patient basé sur 3 objectifs principaux: les objectifs cliniques, éducatifs et de recherche. Les principaux sujets d’intérêt en prosthodontie amovibles, les instruments appropriés ainsi que les paramètres cliniques ont été sélectionnés par le groupe de recherche. Ces résultats ont été intégrés dans un nouveau formulaire basé sur cette consultation. La pertinence du nouveau formulaire a été évaluée par le même groupe d'experts et les modifications requises ont été effectuées. Les participants de l'étude ont convenu que le cycle de recherche-action doit être poursuivi afin d'évaluer la faisabilité d’implémentation de ce dossier modifié dans un cadre universitaire. Conclusion: Cette étude est une première étape pour développer une base de données dans le domaine de la prothodontie amovible. La recherche-action est une méthode de recherche utile dans ce processus, et les éducateurs académiques sont bien placés pour mener ce type de recherche.

The reception of Eugen Wüster’s work and the development of terminology

L’objectif principal de cette thèse est d’explorer et d’analyser la réception de l’œuvre d’Eugen Wüster afin d’expliquer comment ses travaux ont influencé le développement disciplinaire de la terminologie. Du point de vue historique, les travaux de Wüster, en particulier la Théorie générale de la terminologie, ont stimulé la recherche en terminologie. Malgré des opinions divergentes, on s’entend pour reconnaître que les travaux de Wüster constituent la pierre angulaire de la terminologie moderne. Notre recherche vise spécifiquement à explorer la réception de l’œuvre wüsterienne en étudiant les écrits relatifs à cette œuvre dans la littérature universitaire en anglais, en espagnol et en français entre 1979 et 2009, en Europe et en Amérique. Réalisée dans le cadre du débat sur la réception de l’œuvre de Wüster, cette étude se concentre exclusivement sur l’analyse des critiques et des commentaires de son œuvre. Pour ce faire, nous avons tenu compte de la production intellectuelle de Wüster, de sa réception positive ou négative, des nouvelles approches théoriques en terminologie ainsi que des études portant sur l’état de la question en terminologie entre 1979 et 2009. Au moyen d’une recherche qualitative de type exploratoire, nous avons analysé un corpus de textes dans lesquels les auteurs : a. ont cité textuellement au moins un extrait d’un texte écrit par Wüster ; b. ont référé aux travaux de Wüster dans la bibliographie de l’article ; ou c. ont fait un commentaire sur ces travaux. De cette manière, nous avons cerné les grandes lignes du débat autour de la réception de son œuvre. Les résultats de notre étude sont éloquents. Ils offrent une idée claire de la réception des travaux de Wüster dans la communauté scientifique. Premièrement, Wüster représente une figure centrale de la terminologie moderne en ce qui concerne la normalisation terminologique. Il fut le premier à proposer une théorie de la terminologie. Deuxièmement, la contextualisation appropriée de son œuvre constitue un point de départ essentiel pour une appréciation éclairée et juste de sa contribution à l’évolution de la discipline. Troisièmement, les résultats de notre recherche dévoilent comment les nouvelles approches théoriques de la terminologie se sont adaptées aux progrès scientifiques et techniques. Quatrièmement, une étude menée sur 166 articles publiés dans des revues savantes confirme que l’œuvre de Wüster a provoqué des réactions variées tant en Europe qu’en Amérique et que sa réception est plutôt positive. Les résultats de notre étude font état d’une tendance qu’ont les auteurs de critiquer les travaux de Wüster avec lesquels, dans la plupart des cas, ils ne semblent cependant pas être bien familiarisés. La « méthodologie des programmes de recherche scientifique », proposée par Lakatos (1978) et appliquée comme un modèle interprétatif, nous a permis de démontrer que Wüster a joué un rôle décisif dans le développement de la terminologie comme discipline et que la terminologie peut être perçue comme un programme de recherche scientifique. La conclusion principale de notre thèse est que la terminologie a vécu des changements considérables et progressifs qui l’ont aidée à devenir, en termes lakatosiens, une discipline forte tant au plan théorique que descriptif.

Development of an enzyme immobilization platform based on microencapsulation for paper-based biosensors

Un papier bioactif est obtenu par la modification d’un papier en y immobilisant une ou plusieurs biomolécules. La recherche et le développement de papiers bioactifs est en plein essor car le papier est un substrat peu dispendieux qui est déjà d’usage très répandu à travers le monde. Bien que les papiers bioactifs n’aient pas connus de succès commercial depuis la mise en marche de bandelettes mesurant le taux de glucose dans les années cinquante, de nombreux groupes de recherche travaillent à immobiliser des biomolécules sur le papier pour obtenir un papier bioactif qui est abordable et possède une bonne durée de vie. Contrairement à la glucose oxidase, l’enzyme utilisée sur ces bandelettes, la majorité des biomolécules sont très fragiles et perdent leur activité très rapidement lorsqu’immobilisées sur des papiers. Le développement de nouveaux papiers bioactifs pouvant détecter des substances d’intérêt ou même désactiver des pathogènes dépend donc de découverte de nouvelles techniques d’immobilisation des biomolécules permettant de maintenir leur activité tout en étant applicable dans la chaîne de production actuelle des papiers fins. Le but de cette thèse est de développer une technique d’immobilisation efficace et versatile, permettant de protéger l’activité de biomolécules incorporées sur des papiers. La microencapsulation a été choisie comme technique d’immobilisation car elle permet d’enfermer de grandes quantités de biomolécules à l’intérieur d’une sphère poreuse permettant leur protection. Pour cette étude, le polymère poly(éthylènediimine) a été choisi afin de générer la paroi des microcapsules. Les enzymes laccase et glucose oxidase, dont les propriétés sont bien établies, seront utilisées comme biomolécules test. Dans un premier temps, deux procédures d’encapsulation ont été développées puis étudiées. La méthode par émulsion produit des microcapsules de plus petits diamètres que la méthode par encapsulation utilisant un encapsulateur, bien que cette dernière offre une meilleure efficacité d’encapsulation. Par la suite, l’effet de la procédure d’encapsulation sur l’activité enzymatique et la stabilité thermique des enzymes a été étudié à cause de l’importance du maintien de l’activité sur le développement d’une plateforme d’immobilisation. L’effet de la nature du polymère utilisé pour la fabrication des capsules sur la conformation de l’enzyme a été étudié pour la première fois. Finalement, l’applicabilité des microcapsules de poly(éthylèneimine) dans la confection de papiers bioactifs a été démontré par le biais de trois prototypes. Un papier réagissant au glucose a été obtenu en immobilisant des microcapsules contenant l’enzyme glucose oxidase. Un papier sensible à l’enzyme neuraminidase pour la détection de la vaginose bactérienne avec une plus grande stabilité durant l’entreposage a été fait en encapsulant les réactifs colorimétriques dans des capsules de poly(éthylèneimine). L’utilisation de microcapsules pour l’immobilisation d’anticorps a également été étudiée. Les avancées au niveau de la plateforme d’immobilisation de biomolécules par microencapsulation qui ont été réalisées lors de cette thèse permettront de mieux comprendre l’effet des réactifs impliqués dans la procédure de microencapsulation sur la stabilité, l’activité et la conformation des biomolécules. Les résultats obtenus démontrent que la plateforme d’immobilisation développée peut être appliquée pour la confection de nouveaux papiers bioactifs.

The effects of administration of a nuclear factor kappa-B inhibitor on pulmonary endothelial dysfunction after cardiopulmonary bypass: impact on oxygenation and hemodynamics and development of therapeutic and preventive modalities in a porcine model

Introduction: La circulation extracorporelle (CEC) peut entraîner une dysfonction endothéliale pulmonaire et l’hypertension pulmonaire. Le SN50 agit au niveau de la signalisation cellulaire pour prévenir ces réactions à la CEC et pourrait renverser la dysfonction endothéliale pulmonaire post-CEC sans effets néfastes sur l’hémodynamie. Méthodes: Quatre groups de porcs ont reçu un parmi quatre traîtements avant de subir 90 minutes de CEC et 60 minutes de reperfusion: (1) milrinone nébulisé; (2) sildenafil nébulisé; (3) placebo nébulisé; et (4) SN-50 intraveineux. Un monitoring hémodynamique invasif a été utilisé. La réactivité vasculaire des artères pulmonaires de deuxième ordre a été évaluée face à l’acétylcholine et la bradykinine. Résultats: Le sildénafil produit une augmentation significative de la pression de l’artère pulmonaire (PAP) moyenne à 60 minutes de reperfusion par rapport au début de la chirurgie. Les relaxations dépendantes de l’endothélium face à la bradykinine étaient meilleurs dans les groupes milrinone et SN-50 et surtout dans le groupe sildénafil par rapport au groupe placébo. Le SN-50 produisait de moins bonnes relaxations dépendantes de l’endothélium face à l’acétylcholine que les autres traitements incluant placébo. Conclusion: Le sildénafil prévient mieux la dysfonction endothéliale pulmonaire que les autres traitements. Les bénéfices du SN-50 sont possiblement sous-estimés vu que la dose n’a pas pu être ajustée à la durée de CEC. Le sildenafil inhalé mérite une étude plus importante chez l’humain et le SN-50 dans un model de CEC animal.

Meta-heuristic Solution Methods for Rich Vehicle Routing Problems

Le problème de tournées de véhicules (VRP), introduit par Dantzig and Ramser en 1959, est devenu l'un des problèmes les plus étudiés en recherche opérationnelle, et ce, en raison de son intérêt méthodologique et de ses retombées pratiques dans de nombreux domaines tels que le transport, la logistique, les télécommunications et la production. L'objectif général du VRP est d'optimiser l'utilisation des ressources de transport afin de répondre aux besoins des clients tout en respectant les contraintes découlant des exigences du contexte d’application. Les applications réelles du VRP doivent tenir compte d’une grande variété de contraintes et plus ces contraintes sont nombreuse, plus le problème est difficile à résoudre. Les VRPs qui tiennent compte de l’ensemble de ces contraintes rencontrées en pratique et qui se rapprochent des applications réelles forment la classe des problèmes ‘riches’ de tournées de véhicules. Résoudre ces problèmes de manière efficiente pose des défis considérables pour la communauté de chercheurs qui se penchent sur les VRPs. Cette thèse, composée de deux parties, explore certaines extensions du VRP vers ces problèmes. La première partie de cette thèse porte sur le VRP périodique avec des contraintes de fenêtres de temps (PVRPTW). Celui-ci est une extension du VRP classique avec fenêtres de temps (VRPTW) puisqu’il considère un horizon de planification de plusieurs jours pendant lesquels les clients n'ont généralement pas besoin d’être desservi à tous les jours, mais plutôt peuvent être visités selon un certain nombre de combinaisons possibles de jours de livraison. Cette généralisation étend l'éventail d'applications de ce problème à diverses activités de distributions commerciales, telle la collecte des déchets, le balayage des rues, la distribution de produits alimentaires, la livraison du courrier, etc. La principale contribution scientifique de la première partie de cette thèse est le développement d'une méta-heuristique hybride dans la quelle un ensemble de procédures de recherche locales et de méta-heuristiques basées sur les principes de voisinages coopèrent avec un algorithme génétique afin d’améliorer la qualité des solutions et de promouvoir la diversité de la population. Les résultats obtenus montrent que la méthode proposée est très performante et donne de nouvelles meilleures solutions pour certains grands exemplaires du problème. La deuxième partie de cette étude a pour but de présenter, modéliser et résoudre deux problèmes riches de tournées de véhicules, qui sont des extensions du VRPTW en ce sens qu'ils incluent des demandes dépendantes du temps de ramassage et de livraison avec des restrictions au niveau de la synchronization temporelle. Ces problèmes sont connus respectivement sous le nom de Time-dependent Multi-zone Multi-Trip Vehicle Routing Problem with Time Windows (TMZT-VRPTW) et de Multi-zone Mult-Trip Pickup and Delivery Problem with Time Windows and Synchronization (MZT-PDTWS). Ces deux problèmes proviennent de la planification des opérations de systèmes logistiques urbains à deux niveaux. La difficulté de ces problèmes réside dans la manipulation de deux ensembles entrelacés de décisions: la composante des tournées de véhicules qui vise à déterminer les séquences de clients visités par chaque véhicule, et la composante de planification qui vise à faciliter l'arrivée des véhicules selon des restrictions au niveau de la synchronisation temporelle. Auparavant, ces questions ont été abordées séparément. La combinaison de ces types de décisions dans une seule formulation mathématique et dans une même méthode de résolution devrait donc donner de meilleurs résultats que de considérer ces décisions séparément. Dans cette étude, nous proposons des solutions heuristiques qui tiennent compte de ces deux types de décisions simultanément, et ce, d'une manière complète et efficace. Les résultats de tests expérimentaux confirment la performance de la méthode proposée lorsqu’on la compare aux autres méthodes présentées dans la littérature. En effet, la méthode développée propose des solutions nécessitant moins de véhicules et engendrant de moindres frais de déplacement pour effectuer efficacement la même quantité de travail. Dans le contexte des systèmes logistiques urbains, nos résultats impliquent une réduction de la présence de véhicules dans les rues de la ville et, par conséquent, de leur impact négatif sur la congestion et sur l’environnement.

The effectiveness of scoliosis screening programs: methods for systematic review and expert panel recommendations formulation

Background: Literature on scoliosis screening is vast, however because of the observational nature of available data and methodological flaws, data interpretation is often complex, leading to incomplete and sometimes, somewhat misleading conclusions. The need to propose a set of methods for critical appraisal of the literature about scoliosis screening, a comprehensive summary and rating of the available evidence appeared essential. METHODS: To address these gaps, the study aims were: i) To propose a framework for the assessment of published studies on scoliosis screening effectiveness; ii) To suggest specific questions to be answered on screening effectiveness instead of trying to reach a global position for or against the programs; iii) To contextualize the knowledge through expert panel consultation and meaningful recommendations. The general methodological approach proceeds through the following steps: Elaboration of the conceptual framework; Formulation of the review questions; Identification of the criteria for the review; Selection of the studies; Critical assessment of the studies; Results synthesis; Formulation and grading of recommendations in response to the questions. This plan follows at best GRADE Group (Grades of Recommendation, Assessment, Development and Evaluation) requirements for systematic reviews, assessing quality of evidence and grading the strength of recommendations. CONCLUSIONS: In this article, the methods developed in support of this work are presented since they may be of some interest for similar reviews in scoliosis and orthopaedic fields.

Quantitative proteomics methods for the analysis of histone post-translational modifications

Les histones sont des protéines nucléaires hautement conservées chez les cellules des eucaryotes. Elles permettent d’organiser et de compacter l’ADN sous la forme de nucléosomes, ceux-ci representant les sous unités de base de la chromatine. Les histones peuvent être modifiées par de nombreuses modifications post-traductionnelles (PTMs) telles que l’acétylation, la méthylation et la phosphorylation. Ces modifications jouent un rôle essentiel dans la réplication de l’ADN, la transcription et l’assemblage de la chromatine. L’abondance de ces modifications peut varier de facon significative lors du developpement des maladies incluant plusieurs types de cancer. Par exemple, la perte totale de la triméthylation sur H4K20 ainsi que l’acétylation sur H4K16 sont des marqueurs tumoraux spécifiques a certains types de cancer chez l’humain. Par conséquent, l’étude de ces modifications et des événements determinant la dynamique des leurs changements d’abondance sont des atouts importants pour mieux comprendre les fonctions cellulaires et moléculaires lors du développement de la maladie. De manière générale, les modifications des histones sont étudiées par des approches biochimiques telles que les immuno-buvardage de type Western ou les méthodes d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP). Cependant, ces approches présentent plusieurs inconvénients telles que le manque de spécificité ou la disponibilité des anticorps, leur coût ou encore la difficulté de les produire et de les valider. Au cours des dernières décennies, la spectrométrie de masse (MS) s’est avérée être une méthode performante pour la caractérisation et la quantification des modifications d’histones. La MS offre de nombreux avantages par rapport aux techniques traditionnelles. Entre autre, elle permet d’effectuer des analyses reproductibles, spécifiques et facilite l’etude d’un large spectre de PTMs en une seule analyse. Dans cette thèse, nous présenterons le développement et l’application de nouveaux outils analytiques pour l’identification et à la quantification des PTMs modifiant les histones. Dans un premier temps, une méthode a été développée pour mesurer les changements d’acétylation spécifiques à certains sites des histones. Cette méthode combine l’analyse des histones intactes et les méthodes de séquençage peptidique afin de déterminer les changements d’acétylation suite à la réaction in vitro par l’histone acétyltransférase (HAT) de levure Rtt109 en présence de ses chaperonnes (Asf1 ou Vps75). Dans un second temps, nous avons développé une méthode d’analyse des peptides isomériques des histones. Cette méthode combine la LC-MS/MS à haute résolution et un nouvel outil informatique appelé Iso-PeptidAce qui permet de déconvoluer les spectres mixtes de peptides isomériques. Nous avons évalué Iso-PeptidAce avec un mélange de peptides synthétiques isomériques. Nous avons également validé les performances de cette approche avec des histones isolées de cellules humaines érythroleucémiques (K562) traitées avec des inhibiteurs d’histones désacétylases (HDACi) utilisés en clinique, et des histones de Saccharomyces cerevisiae liées au facteur d’assemblage de la chromatine (CAF-1) purifiées par chromatographie d’affinité. Enfin, en utilisant la méthode présentée précédemment, nous avons fait une analyse approfondie de la spécificité de plusieurs HATs et HDACs chez Schizosaccharomyces pombe. Nous avons donc déterminé les niveaux d’acétylation d’histones purifiées à partir de cellules contrôles ou de souches mutantes auxquelles il manque une HAT ou HDAC. Notre analyse nous a permis de valider plusieurs cibles connues des HATs et HDACs et d’en identifier de nouvelles. Nos données ont également permis de définir le rôle des différentes HATs et HDACs dans le maintien de l’équilibre d’acétylation des histones. Dans l’ensemble, nous anticipons que les méthodes décrites dans cette thèse permettront de résoudre certains défis rencontrés dans l’étude de la chromatine. De plus, ces données apportent de nouvelles connaissances pour l’élaboration d’études génétiques et biochimiques utilisant S. pombe.

Development of a Technique for Estimating Rain Parameters from Rain Noise Measurements

The measurement of global precipitation is of great importance in climate modeling since the release of latent heat associated with tropical convection is one of the pricipal driving mechanisms of atmospheric circulation.Knowledge of the larger-scale precipitation field also has important potential applications in the generation of initial conditions for numerical weather prediction models Knowledge of the relationship between rainfall intensity and kinetic energy, and its variations in time and space is important for erosion prediction. Vegetation on earth also greatly depends on the total amount of rainfall as well as the drop size distribution (DSD) in rainfall.While methods using visible,infrared, and microwave radiometer data have been shown to yield useful estimates of precipitation, validation of these products for the open ocean has been hampered by the limited amount of surface rainfall measurements available for accurate assessement, especially for the tropical oceans.Surface rain fall measurements(often called the ground truth)are carried out by rain gauges working on various principles like weighing type,tipping bucket,capacitive type and so on.The acoustic technique is yet another promising method of rain parameter measurement that has many advantages. The basic principle of acoustic method is that the droplets falling in water produce underwater sound with distinct features, using which the rainfall parameters can be computed. The acoustic technique can also be used for developing a low cost and accurate device for automatic measurement of rainfall rate and kinetic energy of rain.especially suitable for telemetry applications. This technique can also be utilized to develop a low cost Disdrometer that finds application in rainfall analysis as well as in calibration of nozzles and sprinklers. This thesis is divided into the following 7 chapters, which describes the methodology adopted, the results obtained and the conclusions arrived at.

Development of Best Practices for Ship Recycling Processes

Ship recycling has been considered as the best means to dispose off an obsolete ship. The current state of art of technology combined with the demands of sustainable developments from the global maritime industrial sector has modified the status of erstwhile ‘ship breaking’ involving ship scrap business to a modern industry undertaking dismantling of ships and recycling/reusing the dismantled products in a supply chain of pre owned product market by following the principles of recycling. Industries will have to formulate a set of best practices and blend them with the engineering activities for producing better quality products, improving the productivity and for achieving improved performances related to sustainable development. Improved performance by industries in a sustainable development perspective is accomplished only by implementing the 4E principles, ie.,. ecofriendliness, engineering efficiency, energy conservation and ergonomics in their core operations. The present study has done a comprehensive investigation into various ship recycling operations for formulating a set of best practices.Being the ultimate life cycle stage of a ship, ship recycling activities incorporate certain commercial procedures well in advance to facilitate the objectives of dismantling and recycling/reusing of various parts of the vessel. Thorough knowledge regarding these background procedures in ship recycling is essential for examining and understanding the industrial business operations associated with it. As a first step, the practices followed in merchant shipping operations regarding the decision on decommissioning have been and made available in the thesis. Brief description about the positioning methods and important preparations for the most feasible ship recycling method ie.,. beach method have been provided as a part of the outline of the background information. Available sources of guidelines, codes and rules & regulations for ship recycling have been compiled and included in the discussion.Very brief summary of practices in major ship recycling destinations has been prepared and listed for providing an overview of the global ship recycling activities. The present status of ship recycling by treating it as a full fledged engineering industry has been brought out to establish the need for looking into the development of the best practices. Major engineering attributes of ship as a unique engineering product and the significant influencing factors on her life cycle stage operations have been studied and added to the information base on ship recycling. Role of ship recycling industry as an important player in global sustainable development efforts has been reviewed by analysing the benefits of ship recycling. A brief synopsis on the state of art of ship recycling in major international ship recycling centres has also been incorporated in the backdrop knowledgebase generation on ship recycling processes.Publications available in this field have been reviewed and classified into five subject categories viz., Infrastructure for recycling yards and methods of dismantling, Rules regarding ship recycling activities, Environmental and safety aspects of ship recycling, Role of naval architects and ship classification societies, Application of information technology and Demand forecasting. The inference from the literature survey have been summarised and recorded. Noticeable observations in the inference include need of creation of a comprehensive knowledgebase on ship recycling and its effective implementation in the industry and the insignificant involvement of naval architects and shipbuilding engineers in ship recycling industry. These two important inferences and the message conveyed by them have been addressed with due importance in the subsequent part of the present study.As a part of the study the importance of demand forecasting in ship recycling has been introduced and presented. A sample input for ship recycling data for implementation of computer based methods of demand forecasting has been presented in this section of the thesis.The interdisciplinary nature of engineering processes involved in ship recycling has been identified as one of the important features of this industry. The present study has identified more than a dozen major stake holders in ship recycling having their own interests and roles. It has also been observed that most of the ship recycling activities is carried out in South East Asian countries where the beach based ship recycling is done in yards without proper infrastructure support. A model of beach based ship recycling has been developed and the roles, responsibilities and the mutual interactions of the elements of the system have been documented as a part of the study Subsequently the need of a generation of a wide knowledgebase on ship recycling activities as pointed out by the literature survey has been addressed. The information base and source of expertise required to build a broad knowledgebase on ship recycling operations have been identified and tabulated. Eleven important ship recycling processes have been identified and a brief sketch of steps involved in these processes have been examined and addressed in detail. Based on these findings, a detailed sequential disassembly process plan of ship recycling has been prepared and charted. After having established the need of best practices in ship recycling initially, the present study here identifies development of a user friendly expert system for ship recycling process as one of the constituents of the proposed best practises. A user friendly expert system has been developed for beach based ship recycling processes and is named as Ship Recycling Recommender (SRR). Two important functions of SRR, first one for the ‘Administrators’, the stake holders at the helm of the ship recycling affairs and second one for the ‘Users’, the stake holders who execute the actual dismantling have been presented by highlighting the steps involved in the execution of the software. The important output generated, ie.,. recommended practices for ship dismantling processes and safe handling information on materials present onboard have been presented with the help of ship recycling reports generated by the expert system. A brief account of necessity of having a ship recycling work content estimation as part of the best practices has been presented in the study. This is supported by a detailed work estimation schedule for the same as one of the appendices.As mentioned earlier, a definite lack of involvement of naval architect has been observed in development of methodologies for improving the status of ship recycling industry. Present study has put forward a holistic approach to review the status of ship recycling not simply as end of life activity of all ‘time expired’ vessels, but as a focal point of integrating all life cycle activities. A new engineering design philosophy targeting sustainable development of marine industrial domain, named design for ship recycling has been identified, formulated and presented. A new model of ship life cycle has been proposed by adding few stages to the traditional life cycle after analysing their critical role in accomplishing clean and safe end of life and partial dismantling of ships. Two applications of design for ship recycling viz, recyclability of ships and her products and allotment of Green Safety Index for ships have been presented as a part of implementation of the philosophy in actual practice.

Development of Time - Frequency Techniques for Sonar Applications

Sonar signal processing comprises of a large number of signal processing algorithms for implementing functions such as Target Detection, Localisation, Classification, Tracking and Parameter estimation. Current implementations of these functions rely on conventional techniques largely based on Fourier Techniques, primarily meant for stationary signals. Interestingly enough, the signals received by the sonar sensors are often non-stationary and hence processing methods capable of handling the non-stationarity will definitely fare better than Fourier transform based methods.Time-frequency methods(TFMs) are known as one of the best DSP tools for nonstationary signal processing, with which one can analyze signals in time and frequency domains simultaneously. But, other than STFT, TFMs have been largely limited to academic research because of the complexity of the algorithms and the limitations of computing power. With the availability of fast processors, many applications of TFMs have been reported in the fields of speech and image processing and biomedical applications, but not many in sonar processing. A structured effort, to fill these lacunae by exploring the potential of TFMs in sonar applications, is the net outcome of this thesis. To this end, four TFMs have been explored in detail viz. Wavelet Transform, Fractional Fourier Transfonn, Wigner Ville Distribution and Ambiguity Function and their potential in implementing five major sonar functions has been demonstrated with very promising results. What has been conclusively brought out in this thesis, is that there is no "one best TFM" for all applications, but there is "one best TFM" for each application. Accordingly, the TFM has to be adapted and tailored in many ways in order to develop specific algorithms for each of the applications.

Development of a New Transform:MRT

Fourier transform methods are employed heavily in digital signal processing. Discrete Fourier Transform (DFT) is among the most commonly used digital signal transforms. The exponential kernel of the DFT has the properties of symmetry and periodicity. Fast Fourier Transform (FFT) methods for fast DFT computation exploit these kernel properties in different ways. In this thesis, an approach of grouping data on the basis of the corresponding phase of the exponential kernel of the DFT is exploited to introduce a new digital signal transform, named the M-dimensional Real Transform (MRT), for l-D and 2-D signals. The new transform is developed using number theoretic principles as regards its specific features. A few properties of the transform are explored, and an inverse transform presented. A fundamental assumption is that the size of the input signal be even. The transform computation involves only real additions. The MRT is an integer-to-integer transform. There are two kinds of redundancy, complete redundancy & derived redundancy, in MRT. Redundancy is analyzed and removed to arrive at a more compact version called the Unique MRT (UMRT). l-D UMRT is a non-expansive transform for all signal sizes, while the 2-D UMRT is non-expansive for signal sizes that are powers of 2. The 2-D UMRT is applied in image processing applications like image compression and orientation analysis. The MRT & UMRT, being general transforms, will find potential applications in various fields of signal and image processing.

Human Resources Development in Higher Education in Kerala

The study is entitled “HUMAN RESOURCES DEVELOPMENT IN HIGHER EDUCATION IN KERALA”. The concept “Human Resource Development” is of high value in business and industry and has been used and applied since years. In industry and business the 'human' element is considred as a resource and hence its development and protection is very essential and inevitable. Of all the factors of production, human resource is the only factor having rational faculty and therefore, it must be handled with utmost care. Right recruitment, right training and right induction followed by faultless monitoring and welfare measures are but decisive factors in business and industry. Altogether there is a constant attention up on human factor there. But this is not a practice at all in education. So far there has not been any such measure of care and close watch and performance analysis of human resource on education front. This may be the main reason for lack of accountability in the sphere of education. The present study reveals the importance of introducing HRD practices in higher educational institutions in Kerala. In order to promise human capital formation through education, it is basic requirement. The higher educational institutions must follow the method of industry and commerce because education can be treated as an industry in service sector. There also we can follow the methods of right recruitment, right training and promotion, delegation, performance analysis and accountability checking of human resource. HRD is a powerful idea of transformation of human being into highly productive and contributing factor The HRD of students is the sum total of HRD of teachers. Reminding the primordial usage 'Yatha Raja Thadha Praja’ the quality of faculty resembles in students. The quality of administrative staff in colleges also affects the quality of higher education. Hence, it is high time to introduce the managerial method of HRD with all its paraphernalia in higher educational institutions so as to assure proper human capital formation in higher education in India.

Development of Safety and Quality Management System in Shrimp Farming

Shrimp Aquaculture has provided tremendous opportunity for the economic and social upliftment of rural communities in the coastal areas of our country Over a hundred thousand farmers, of whom about 90% belong to the small and marginal category, are engaged in shrimp farming. Penaeus monodon is the most predominant cultured species in India which is mainly exported to highly sophisticated, quality and safety conscious world markets. Food safety has been of concem to humankind since the dawn of history and the concern about food safety resulted in the evolution of a cost effective, food safety assurance method, the Hazard Analysis Critical Control Point (HACCP). Considering the major contribution of cultured Penaeus monodon to the total shrimp production and the economic losses encountered due to disease outbreak and also because traditional methods of quality control and end point inspection cannot guarantee the safety of our cultured seafood products, it is essential that science based preventive approaches like HACCP and Pre requisite Programmes (PRP) be implemented in our shrimp farming operations. PRP is considered as a support system which provides a solid foundation for HACCP. The safety of postlarvae (PL) supplied for brackish water shrimp farming has also become an issue of concern over the past few years. The quality and safety of hatchery produced seeds have been deteriorating and disease outbreaks have become very common in hatcheries. It is in this context that the necessity for following strict quarantine measures with standards and code of practices becomes significant. Though there were a lot of hue and cry on the need for extending the focus of seafood safety assurance from processing and exporting to the pre-harvest and hatchery rearing phases, an experimental move in this direction has been rare or nil. An integrated management system only can assure the effective control of the quality, hygiene and safety related issues. This study therefore aims at designing a safety and quality management system model for implementation in shrimp farming and hatchery operations by linking the concepts of HACCP and PRP.