Systematic construction of models for the exchange hole of density functional theory.

Dans ce travail, nous étendons le nombre de conditions physiques actuellement con- nues du trou d’échange exact avec la dérivation de l’expansion de quatrième ordre du trou d’échange sphérique moyenne exacte. Nous comparons les expansions de deux- ième et de quatrième ordre avec le trou d’échange exact pour des systèmes atomiques et moléculaires. Nous avons constaté que, en général, l’expansion du quatrième ordre reproduit plus fidèlement le trou d’échange exact pour les petites valeurs de la distance interélectronique. Nous démontrons que les ensembles de base de type gaussiennes ont une influence significative sur les termes de cette nouvelle condition, en étudiant com- ment les oscillations causées par ces ensembles de bases affectent son premier terme. Aussi, nous proposons quatre modèles de trous d’échange analytiques auxquels nous imposons toutes les conditions actuellement connues du trou d’échange exact et la nou- velle présentée dans ce travail. Nous évaluons la performance des modèles en calculant des énergies d’échange et ses contributions à des énergies d’atomisation. On constate que les oscillations causeés par les bases de type gaussiennes peuvent compromettre la précision et la solution des modèles.

Relation entre CaMKII et les dynamiques calciques endothéliales : impact de l'hypertension arterielle.

L’endothélium vasculaire joue un rôle prépondérant dans la régulation du tonus vasculaire en générant l’oxyde nitrique (NO), la prostacycline (PGI2) et les facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) comme puissants vasodilatateurs. Ces mécanismes requièrent le calcium (Ca2+) à divers niveaux, démontrant l’importance des dynamiques calciques endothéliales. Une perturbation de l’homéostasie calcique est observée dans une dysfonction endothéliale liée à l’hypertension artérielle. Il est impératif d’approfondir nos connaissances sur les signalisations calciques endothéliales impliquées dans le contrôle du tonus vasculaire. Des études récentes ont montré qu’une variation locale de la concentration en Ca2+ libre intracellulaire ([Ca2+]i) est suffisante pour générer une réponse physiologique importante. Les pulsars calciques sont caractérisés par une augmentation de [Ca2+]i spontanée et transitoire spécifiquement localisée au niveau des projections myoendothéliales (PMEs). Ces PMEs sont des sites de communication privilégiés entre les cellules endothéliales (CEs) et les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Les pulsars calciques sont impliqués dans le mécanisme de l’EDHF via l’activation des canaux potassiques Ca2+-dépendant de moyenne conductance (KCa3.1 ou IKCa). Les travaux de cette thèse visent à améliorer nos connaissances sur les signalisations calciques locales en caractérisant une nouvelle voie de signalisation pouvant être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Outre les canaux KCa3.1 peu d’informations sont disponibles sur les cibles sensibles aux pulsars calciques. Une première étude a permis d’identifier la protéine kinase II dépendante du complexe Ca2+/calmoduline (CaMKII) sous ses isoformes α, β et δ dans les CEs d’artères natives de souris comme une cible pouvant être modulée par les pulsars calciques. Des études en immunofluorescence ont permis d’observer la localisation particulière de CaMKII endothéliale dans les PMEs, les sites des pulsars calciques. Une stimulation spécifique des pulsars calciques par la phényléphrine (PE) engendre un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Sachant que CaMKII active l’oxyde nitrique synthase endothéliale (NOS3), nous avons évalué l’impact d’une stimulation des pulsars calciques sur la production de NO en présence d’un inhibiteur de CaMKII, le KN-93. Nous avons démontré que la production de NO est en partie dépendante de l’activation de CaMKII par les pulsars calciques. En utilisant un modèle d’hypertension induite par l’infusion chronique de PE, nous avons permis de mettre en évidence une perturbation dans la relation entre les pulsars calciques et CaMKII. Dans une seconde étude nous avons établi deux modèles (normo- et hypertendus) d’infusion chronique à l’angiotensine II (AngII) afin évaluer l’impact des ROS et de l’hypertension sur la voie de signalisation pulsars/CaMKII/NO. Nos résultats ont montré une augmentation des pulsars calciques accompagnée d’un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Une stimulation aigue à l’AngII suggère que les ROS modulent les dynamiques calciques et que l’AngII stimule la production de NO. Cette étude propose que ces voies de signalisations impliquent les récepteurs de type 1 et 2 à l’AngII (AT1 et AT2). L’étude des pulsars calciques dépend fortement de la structure native des artères qui permet de conserver la formation des PMEs. La dernière étude présentée dans cette thèse a permis d’établir une relation entre les PMEs et les pulsars calciques dans trois lits vasculaires distincts (artères mésentériques, pulmonaires et coronariennes). Nos résultats ont montré que les paramètres cinétiques des pulsars calciques sont fortement conservés entre les différents lits vasculaires. Toutefois, la fréquence globale ainsi que le nombre de sites actifs des pulsars calciques diffèrent avec une proportion plus élevée dans les artères mésentériques et coronariennes comparativement aux artères pulmonaires. Ces résultats corrèlent avec le nombre plus élevé de PMEs retrouvé dans les artères mésentériques et coronariennes. Ces travaux suggèrent que les pulsars calciques sont fondamentaux pour les artères de résistance. Les études de cette thèse ont mené à l’identification d’une nouvelle voie de signalisation impliquant les pulsars calciques et CaMKII endothéliale dans la stimulation de la production de NO. Cette nouvelle voie de signalisation pourrait être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Les pulsars calciques semblent être fortement conservés entre les différentes artères de résistances et ce malgré la disparité dans les PMEs, suggérant un rôle prépondérant dans la fonction vasculaire. Ces travaux ouvrent une avenue pour le développement de potentielles cibles thérapeutiques pouvant contrer la dysfonction endothéliale associée à l’hypertension artérielle.

L'étude in vivo de l'impact de la pression pulsée sur les capillaires cérébraux de souris

Plusieurs décennies de recherche ont permis de mieux comprendre les effets de l’athérosclérose sur le système cardiovasculaire, d’améliorer la prévention et de développer des traitements efficaces. Les effets de l’athéroslérose sur le cerveau demeurent toutefois mal compris même si le lien entre le fonctionnement cognitif et la santé du système vasculaire est maintenant bien établi. La venue de nouvelles méthodes d’imagerie telle la microscopie laser à 2-photons (TPLM) permet d’étudier l’impact de certaines maladies sur la microvasculature cérébrale en mesurant le flux sanguin dans des vaisseaux uniques situés dans des régions cérébrales millimétriques sous la surface. Les résultats des études in vitro peuvent dorénavant être corrélés à ceux obtenus in vivo. En premier lieu, ce mémoire revoit la théorie ayant permis le développement de la TPLM qui permet de prendre des mesures hémodynamiques in vivo dans des vaisseaux de très petits calibres tels des capillaires cérébraux de souris. Par la suite, son utilisation est décrite chez des souris anesthésiées afin de comparer les mesures d’hémodynamie cérébrale tels la vitesse des globules rouges, le flux de globules rouges, le flux sanguin cérébral, l’hématocrite sanguin et le diamètre des vaisseaux. Finalement, nous avons comparé les données hémodynamiques entre des souris de 3 mois normales (WT ; n=6) et des souris atteintes d’athérosclérose précoce (ATX ; n=6). Les résultats obtenus sur un nombre total de 209 capillaires (103 pour les souris WT et 106 pour les souris ATX) démontrent que les souris ATX possèdent une vitesse des globules rouges (+40%) plus grande, un flux de globule rouge plus grand (+12%) et un flux capillaire plus élevé (+14%) sans démontrer pour aucun de ces paramètres, une différence statistiquement significative. L’hématocrite moyen (35±4% vs 33±2% ; p=0.71) et le diamètre moyen des vaisseaux (4.88±0.22μm vs 4.86±0.20μm ; p=0.23) étaient également comparables. La vitesse des globules rouges a démontré une faible corrélation avec le diamètre des vaisseaux (r=0.39) et avec le flux de globules rouges/seconde (r=0.59). En conclusion, les travaux menés dans le cadre de ce mémoire de maîtrise permettent d'envisager, grâce aux nouvelles méthodes d’imagerie cérébrale telle la TPLM, une meilleure compréhension des mécanismes hémodynamiques sous-jacents à la microcirculation cérébrale. L’effet d’une pression pulsée augmentée, tel que proposée dans l’athérosclérose reste cependant à démontrer avec cette méthode d’imagerie.

South-West Monsoon Rainfall of Kerala and Its Variability

This study focuses on the south –west monsoon rainfall over Kerala and its variability both on the spatial and temporal scales. The main objectives of the study are, interanual, long-term and decadal variabilities in MRF(monsoon rain fall),relationship between antecedent global circulation parameters, diurnal variability using data of a large number of stations in Kerala and the spatial distribution of rainfall under two large scale synoptic. Kerala gets nearly 190cm of rainfall during the south-west monsoon season 1st June to 30th September. This is more than twice the monsoon rainfall of India. A good part of kerala’s rainfall is caused by the orography of the Western Ghats Mountain ranges. The state receives 286cm of annual rainfall of which 68%is during the south-west monsoon season. The summer monsoon rainfall of Kerala shows a decreasing trend of 12.0%in 96 years. The study shows that the Intra Seasonal Oscillations(ISO) of the monsoon season has large interanual variability,some years having long period and other years having short period ISO. It is seen that Western Ghats has a strong control on the east west profile on the monsoon rainfall.

Spatial and Temporal Variability of some Meteorological Parameters over Tropical Indian Ocean

The objective of the present study is to understand the spatial and temporal variability of sea surface temperature(SST), precipitable water, zonal and meridional components of wind stress over the tropical Indian Ocean to understand the different scales of variability of these features of Indian Ocean. Empirical Orthogonal Function (EOF) and wavelet analysis techniques are utilized to understand the standing oscillations and multi scale oscillations respectively. The study has been carried out over Indian Ocean and South Indian Ocean. For the present study, NCEP/NCAR(National Center for Environmental Prediction National Center for Atmospheric Research) reanalyzed daily fields of sea surface temperature, zonal and meridional surface wind components and precipitable water amount during 1960-1998 are used. The principle of EOF analysis and the methodology used for the analysis of spatial and temporal variance modes.

Transient response of wavelength-switchable erbium -doped fiber lasers with linear coupled cavities

The transient characteristics of an erbium-doped fiber (F.DF) laser, which can switch between wavelengths. are investigated. 77te laser has a set of coupled linear cavities. The slow gain dynamics of EDFs and the cross-gain saturation in the coupled cavities give rise to delayed switching responses and relocation oscillations, which are respertively measured to be l ins and 3.5 ms for the worst rase, and which mar be decreased by increasing the pump power. Thus, the switching speed of the laser may be higher than 100 Hz

STUDIES ON SCATTERING AND QUASI-NORMAL MODES IN BLACK HOLE SPACE-TIMES

The question of stability of black hole was first studied by Regge and Wheeler who investigated linear perturbations of the exterior Schwarzschild spacetime. Further work on this problem led to the study of quasi-normal modes which is believed as a characteristic sound of black holes. Quasi-normal modes (QNMs) describe the damped oscillations under perturbations in the surrounding geometry of a black hole with frequencies and damping times of oscillations entirely fixed by the black hole parameters.In the present work we study the influence of cosmic string on the QNMs of various black hole background spacetimes which are perturbed by a massless Dirac field.

Intraseasonal oscillation of total precipitable water over North Indian Ocean and its application in the diagnostic study of coastal rainfall

TRMM Microwave Imager (TMI) is reported to be a useful sensor to measure the atmospheric and oceanic parameters even in cloudy conditions. Vertically integrated specific humidity, Total Precipitable Water (TPW) retrieved from the water vapour absorption channel (22GHz.) along with 10m wind speed and rain rate derived from TMI is used to investigate the moisture variation over North Indian Ocean. Intraseasonal Oscillations (ISO) of TPW during the summer monsoon seasons 1998, 1999, and 2000 over North Indian Ocean is explored using wavelet analysis. The dominant waves in TPW during the monsoon periods and the differences in ISO over Arabian Sea and Bay of Bengal are investigated. The northward propagation of TPW anomaly and its coherence with the coastal rainfall is also studied. For the diagnostic study of heavy rainfall spells over the west coast, the intrusion of TPW over the North Arabian Sea is seen to be a useful tool.

Phase synchronization in an array of driven Josephson junctions

We consider an array of N Josephson junctions connected in parallel and explore the condition for chaotic synchronization. It is found that the outer junctions can be synchronized while they remain uncorrelated to the inner ones when an external biasing is applied. The stability of the solution is found out for the outer junctions in the synchronization manifold. Symmetry considerations lead to a situation wherein the inner junctions can synchronize for certain values of the parameter. In the presence of a phase difference between the applied fields, all the junctions exhibit phase synchronization. It is also found that chaotic motion changes to periodic in the presence of phase differences.

Multipole modes and spin features in the Raman spectrum of nanoscopic quantum rings

We present a systematic study of ground state and spectroscopic properties of many-electron nanoscopic quantum rings. Addition energies at zero magnetic field (B) and electrochemical potentials as a function of B are given for a ring hosting up to 24 electrons. We find discontinuities in the excitation energies of multipole spin and charge density modes, and a coupling between the charge and spin density responses that allow to identify the formation of ferromagnetic ground states in narrow magnetic field regions. These effects can be observed in Raman experiments, and are related to the fractional Aharonov-Bohm oscillations of the energy and of the persistent current in the ring

Studies on nonlinear dynamics of certain reaction systems

The nonlinear dynamics of certain important reaction systems are discussed and analysed in this thesis. The interest in the theoretical and the experimental studies of chemical reactions showing oscillatory dynamics and associated properties is increasing very rapidly. An attempt is made to study some nonlinear phenomena exhibited by the well known chemical oscillator, the BelousovZhabotinskii reaction whose mathematical properties are much in common with the properties of biological oscillators. While extremely complex, this reaction is still much simpler than biological systems at least from the modelling point of view. A suitable model [19] for the system is analysed and the researcher has studied the limit cycle behaviour of the system, for different values of the stoichiometric parameter f, by keeping the value of the reaction rate (k6) fixed at k6 = l. The more complicated three-variable model is stiff in nature.

Multifractal dimension of chaotic attractors in a driven semiconductor superlattice

The multifractal dimension of chaotic attractors has been studied in a weakly coupled superlattice driven by an incommensurate sinusoidal voltage as a function of the driving voltage amplitude. The derived multifractal dimension for the observed bifurcation sequence shows different characteristics for chaotic, quasiperiodic, and frequency-locked attractors. In the chaotic regime, strange attractors are observed. Even in the quasiperiodic regime, attractors with a certain degree of strangeness may exist. From the observed multifractal dimensions, the deterministic nature of the chaotic oscillations is clearly identified.

Chaotic dynamics of electric-field domains in periodically driven superlattices

Self-sustained time-dependent current oscillations under dc voltage bias have been observed in recent experiments on n-doped semiconductor superlattices with sequential resonant tunneling. The current oscillations are caused by the motion and recycling of the domain wall separating low- and high-electric-field regions of the superlattice, as the analysis of a discrete drift model shows and experimental evidence supports. Numerical simulation shows that different nonlinear dynamical regimes of the domain wall appear when an external microwave signal is superimposed on the dc bias and its driving frequency and driving amplitude vary. On the frequency-amplitude parameter plane, there are regions of entrainment and quasiperiodicity forming Arnold tongues. Chaos is demonstrated to appear at the boundaries of the tongues and in the regions where they overlap. Coexistence of up to four electric-field domains randomly nucleated in space is detected under ac+dc driving.

Chaos in resonant-tunneling superlattices

Spatiotemporal chaos is predicted to occur in n-doped semiconductor superlattices with sequential resonant tunneling as their main charge transport mechanism. Under dc voltage bias, undamped time-dependent oscillations of the current (due to the motion and recycling of electric field domain walls) have been observed in recent experiments. Chaos is the result of forcing this natural oscillation by means of an appropriate external microwave signal.

Characteristics of oscillation in surface layer and above over Cochin

The oscillations in the Atmospheric Boundary Layer (ABL) are important because the transport mechanism from the surface to the upper atmosphere is governed by the ABL characteristics. The study was carried out using wind and temperature data observed at surface, 925 hPa and 850 hPa levels over Cochin and the different frequencies embedded in the boundary layer parameters are identified by employing wavelet technique. Surface boundary layer characteristics over the monsoon region are closely linked to the upper layer monsoon features. In this perception it is important to study the various oscillations in the surface boundary layer and the layer above. It is found that the wind and temperature at different levels show oscillations in Quasi Biweekly Mode (QBM) and Intra Seasonal Oscillation (ISO) bands as observed in a typical monsoon system. Amplitude of the oscillation varies with height. The amplitude of the QBM periodicity is more in the surface levels but in the upper levels the amplitude of the ISO periodicity is more than that of the QBM. From this, it is obvious that the controlling mechanism of QBM band is surface parameters such as surface friction and that for ISO band is associated with the active-break cycles of monsoon system