Paramétrisation de la rétrodiffusion ultrasonore érythrocytaire haute fréquence et pertinence comme facteur de risque de la thrombose veineuse

L’agrégation érythrocytaire est le principal facteur responsable des propriétés non newtoniennes sanguines pour des conditions d’écoulement à faible cisaillement. Lorsque les globules rouges s’agrègent, ils forment des rouleaux et des structures tridimensionnelles enchevêtrées qui font passer la viscosité sanguine de quelques mPa.s à une centaine de mPa.s. Cette organisation microstructurale érythrocytaire est maintenue par des liens inter-globulaires de faible énergie, lesquels sont brisés par une augmentation du cisaillement. Ces propriétés macroscopiques sont bien connues. Toutefois, les liens étiologiques entre ces propriétés rhéologiques générales et leurs effets pathophysiologiques demeurent difficiles à évaluer in vivo puisque les propriétés sanguines sont dynamiques et fortement tributaires des conditions d’écoulement. Ainsi, à partir de propriétés rhéologiques mesurées in vitro dans des conditions contrôlées, il devient difficile d’extrapoler leurs valeurs dans un environnement physiologique. Or, les thrombophlébites se développent systématiquement en des loci particuliers du système cardiovasculaire. D’autre part, plusieurs études cliniques ont établi que des conditions hémorhéologiques perturbées constituent des facteurs de risque de thrombose veineuse mais leurs contributions étiologiques demeurent hypothétiques ou corrélatives. En conséquence, un outil de caractérisation hémorhéologique applicable in vivo et in situ devrait permettre de mieux cerner et comprendre ces implications. Les ultrasons, qui se propagent dans les tissus biologiques, sont sensibles à l’agrégation érythrocytaire. De nature non invasive, l’imagerie ultrasonore permet de caractériser in vivo et in situ la microstructure sanguine dans des conditions d’écoulements physiologiques. Les signaux ultrasonores rétrodiffusés portent une information sur la microstructure sanguine reflétant directement les perturbations hémorhéologiques locales. Une cartographie in vivo de l’agrégation érythrocytaire, unique aux ultrasons, devrait permettre d’investiguer les implications étiologiques de l’hémorhéologie dans la maladie thrombotique vasculaire. Cette thèse complète une série de travaux effectués au Laboratoire de Biorhéologie et d’Ultrasonographie Médicale (LBUM) du centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal portant sur la rétrodiffusion ultrasonore érythrocytaire et menant à une application in vivo de la méthode. Elle se situe à la suite de travaux de modélisation qui ont mis en évidence la pertinence d’un modèle particulaire tenant compte de la densité des globules rouges, de la section de rétrodiffusion unitaire d’un globule et du facteur de structure. Ce modèle permet d’établir le lien entre la microstructure sanguine et le spectre fréquentiel du coefficient de rétrodiffusion ultrasonore. Une approximation au second ordre en fréquence du facteur de structure est proposée dans ces travaux pour décrire la microstructure sanguine. Cette approche est tout d’abord présentée et validée dans un champ d’écoulement cisaillé homogène. Une extension de la méthode en 2D permet ensuite la cartographie des propriétés structurelles sanguines en écoulement tubulaire par des images paramétriques qui mettent en évidence le caractère temporel de l’agrégation et la sensibilité ultrasonore à ces phénomènes. Une extrapolation menant à une relation entre la taille des agrégats érythrocytaires et la viscosité sanguine permet l’établissement de cartes de viscosité locales. Enfin, il est démontré, à l’aide d’un modèle animal, qu’une augmentation subite de l’agrégation érythrocytaire provoque la formation d’un thrombus veineux. Le niveau d’agrégation, la présence du thrombus et les variations du débit ont été caractérisés, dans cette étude, par imagerie ultrasonore. Nos résultats suggèrent que des paramètres hémorhéologiques, préférablement mesurés in vivo et in situ, devraient faire partie du profil de risque thrombotique.

From Classical to Quantum Secret Sharing

Dans ce mémoire, nous nous pencherons tout particulièrement sur une primitive cryptographique connue sous le nom de partage de secret. Nous explorerons autant le domaine classique que le domaine quantique de ces primitives, couronnant notre étude par la présentation d’un nouveau protocole de partage de secret quantique nécessitant un nombre minimal de parts quantiques c.-à-d. une seule part quantique par participant. L’ouverture de notre étude se fera par la présentation dans le chapitre préliminaire d’un survol des notions mathématiques sous-jacentes à la théorie de l’information quantique ayant pour but primaire d’établir la notation utilisée dans ce manuscrit, ainsi que la présentation d’un précis des propriétés mathématique de l’état de Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) fréquemment utilisé dans les domaines quantiques de la cryptographie et des jeux de la communication. Mais, comme nous l’avons mentionné plus haut, c’est le domaine cryptographique qui restera le point focal de cette étude. Dans le second chapitre, nous nous intéresserons à la théorie des codes correcteurs d’erreurs classiques et quantiques qui seront à leur tour d’extrême importances lors de l’introduction de la théorie quantique du partage de secret dans le chapitre suivant. Dans la première partie du troisième chapitre, nous nous concentrerons sur le domaine classique du partage de secret en présentant un cadre théorique général portant sur la construction de ces primitives illustrant tout au long les concepts introduits par des exemples présentés pour leurs intérêts autant historiques que pédagogiques. Ceci préparera le chemin pour notre exposé sur la théorie quantique du partage de secret qui sera le focus de la seconde partie de ce même chapitre. Nous présenterons alors les théorèmes et définitions les plus généraux connus à date portant sur la construction de ces primitives en portant un intérêt particulier au partage quantique à seuil. Nous montrerons le lien étroit entre la théorie quantique des codes correcteurs d’erreurs et celle du partage de secret. Ce lien est si étroit que l’on considère les codes correcteurs d’erreurs quantiques étaient de plus proches analogues aux partages de secrets quantiques que ne leur étaient les codes de partage de secrets classiques. Finalement, nous présenterons un de nos trois résultats parus dans A. Broadbent, P.-R. Chouha, A. Tapp (2009); un protocole sécuritaire et minimal de partage de secret quantique a seuil (les deux autres résultats dont nous traiterons pas ici portent sur la complexité de la communication et sur la simulation classique de l’état de GHZ).

A Study on the Engineering Behaviour of Grouted Loose Soils

The constructional activities in the coastal belt of our country often demand deep foundations because of the poor engineering properties and the related problems arising from weak soil at shallow depths.The soil profile in coastal area often consists of very loose sandy soils extending to a depth of 3 to 4 m from the ground level underlain by clayey soils of medium consistency.The very low shearing resistance of the foundation bed causes local as well as punching shear failure.Hence structures built on these soils may suffer from excessive settlements.This type of soil profile is very common in coastal areas of Kerala,especially in Cochin. Further,the high water table and limited depth of the top sandy layer in these areas restrict the depth of foundation thereby further reducing the safe bearing capacity.

Waste plastic as a stabilizing additive in Stone Mastic Asphalt

The present study investigates the benefits of stabilizing the stone mastic asphalt (SMA) mixture in flexible pavement with shredded waste plastic. Conventional (without plastic) and the stabilized SMA mixtures were subjected to performance tests including Marshall Stability, tensile strength and compressive strength tests. Triaxial tests were also conducted with varying percentage bitumen by weight of mineral aggregate (6% to 8%) and by varying percentage plastic by weight of mix (6% to 12% with an increment of 1%). Plastic content of 10% by weight of bitumen is recommended for the improvement of the performance of Stone Mastic Asphalt mixtures. 10% plastic content gives an increase in the stability, split tensile strength and compressive strength of about 64%, 18% and 75% respectively compared to the conventional SMA mix. Triaxial test results show a 44% increase in cohesion and 3% decrease in angle of shearing resistance showing an increase in the shear strength. The drain down value decreases with an increase in plastic content and the value is only 0.09 % at 10% plastic content and proves to be an effective stabilizing additive in SMA mixtures

Qualitative und quantitative Schwingungsmessung und -analyse mittels Digital-Shearografie

Speckle Pattern Shearing Interferometrie (Shearografie) ist eine speckle-interferometrische Messmethode und zeichnet sich durch die ganzflächige, berührungslose Arbeitsweise, hohe räumliche Auflösung und hohe Messempfindlichkeit aus. Diese Dissertation beinhaltet die neue bzw. weitere Entwicklung der Shearografie zur qualitativen Schwingungsbeobachtung und zur quantitativen Schwingungsmessung. Für die qualitative Schwingungsbeobachtung in Echtzeit werden die Optimierung des Zeitmittelungsverfahrens und die neue entwickelte Online-Charakterisierung von Streifenmustern mit statistischen Verfahren vorgestellt. Auf dieser Basis können sowohl eine genaue Fehlstellen-Detektion bei der zerstörungsfreien Materialprüfung als auch eine präzise Resonanzuntersuchung zeitsparend und vollautomatisch durchgeführt werden. Für die quantitative Schwingungsmessung wird eine sog. dynamische Phasenschiebe-Technik neu entwickelt, welche durch die Einführung eines synchron zum Objekt schwingenden Referenzspiegels realisiert wird. Mit dieser Technik ermöglicht das Zeitmittelungsverfahren die Amplituden und Phasen einer Objektschwingung quantitativ zu ermitteln. Auch eine Weiterentwicklung des stroboskopischen Verfahrens in Kombination mit zeitlicher Phasenverschiebung wird in der Arbeit präsentiert, womit der gesamte Prozess der Schwingungsmessung und -rekonstruktion beschleunigt und automatisch durchgeführt wird. Zur Bestimmung des Verschiebungsfeldes aus den gemessenen Amplituden und Phasen des Verformungsgradienten stellt diese Arbeit auch eine Weiterentwicklung des Summationsverfahrens vor. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Genauigkeit des ermittelten Verschiebungsfelds unabhängig von der Sheargröße ist und gleichzeitig das praktische Problem - Unstetigkeit - gelöst wird. Eine quantitative Messung erfordert eine genaue Kalibrierung der gesamten Messkette. Ein auf dem Least-Square-Verfahren basierendes Kalibrierverfahren wird in der Arbeit zur Kalibrierung der statischen und dynamischen Phasenverschiebung vorgestellt. Auch die Ermittelung der Sheargröße mit Hilfe der 1D- bzw. 2D-Kreuz-Korrelation wird präsentiert. Zum Schluss wurde die gesamte Entwicklung durch eine Vergleichsmessung mit einem handelsüblichen Scanning-Laser-Doppler-Vibrometer experimentell verifiziert.

Influence of molecular composition on the development of microstructure from sheared polyethylene melts: Molecular and lamellar templating

A combination of in situ and ex situ X-ray scattering techniques and transmission electron microscopy has been used to study the crystallization behaviour of polyethylene, following the imposition of melt shear. In the case of a branched material, the imposition of shear flow up to a rate of 30 s(-1) was found to induce no anisotropy. Although shearing the linear material only ever induced a very small degree of anisotropy in the melt, for shear rates > 0.15 s(-1), subsequent crystallization resulted in increasing anisotropy. Blends of the above two polyethylenes were produced, in which the linear material constituted the minority fraction (similar to 10%). Isothermal crystallization at temperatures where extensive crystallization of the branched material does not occur demonstrated that the behaviour of the linear component of the sheared blend mirrored that of the linear polyethylene alone. However, in addition, it was found that when crystallized in the presence of an oriented morphology, the branched polymer also formed anisotropic structures. We have termed the process templating, in which the crystallization behaviour of the bulk of the system (similar to 90% branched material) is completely altered (spherulitic to oriented lamellar) by mapping it onto a pre-existing minority structure (similar to 10% linear polymer). (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Instability of surface-temperature filaments in strain and shear

The effects of uniform straining and shearing on the stability of a surface quasi-geostrophic temperature filament are investigated. Straining is shown to stabilize perturbations for wide filaments but only for a finite time until the filament thins to a critical width, after which some perturbations can grow. No filament can be stabilized in practice, since there are perturbations that can grow large for any strain rate. The optimally growing perturbations, defined as solutions that reach a certain threshold amplitude first, are found numerically for a wide range of parameter values. The radii of the vortices formed through nonlinear roll-up are found to be proportional to θ/s, where θ is the temperature anomaly of the filament and s the strain rate, and are not dependent on the initial size of the filament. Shearing is shown to reduce the normal-mode growth rates, but it cannot stabilize them completely when there are temperature discontinuities in the basic state; smooth filaments can be stabilized completely by shearing and a simple scaling argument provides the shear rate required. Copyright © 2010 Royal Meteorological Society

A rheological and SAXS study of the lamellar order in a side-on liquid crystalline block copolymer

We study the structure and shear flow behavior of a side-on liquid crystalline triblock copolymer, named PBA-b-PA444-b-PBA (PBA is poly(butyl acrylate) and PA444 is a poly(acrylate) with a nematic liquid crystal side-on mesogen), in the self-assembled lamellar phase and in the disordered phase. Simultaneous oscillatory shear and small-angle X-ray scattering experiments show that shearing PBA-b-PA444-b-PBA at high frequency and strain amplitudes leads to the alignment of the lamellae with normals perpendicular to the shear direction and to the velocity gradient direction, i.e., in the perpendicular orientation. The order-to-disorder transition temperature (T-ODT) is independent of the applied strain, in contrast to results reported in the literature for coil-coil diblock copolymers, which show an increase in T-ODT with shear rate. It is possible that in our system, T-ODT does not depend on the applied strain because the fluctuations are weaker than those present in coil-coil diblock copolymer systems.

Self-assembly of an amyloid peptide fragment–PEG conjugate: lyotropic phase formation and influence of PEG crystallization

The self-assembly of PEGylated peptides containing a modified sequence from the amyloid beta peptide, YYKLVFF, has been studied in aqueous solution. Two PEG molar masses, PEG1k and PEG3k, were used in the conjugates. It is shown that both YYKLVFF–PEG hybrids form fibrils comprising a peptide core and a PEG corona. The fibrils are much longer for YYKLVFF–PEG1k, pointing to an influence of PEG chain length. The beta-sheet secondary structure of the peptide is retained in the conjugate. Lyotropic liquid crystal phases, specifically nematic and hexagonal columnar phases, are formed at sufficiently high concentration. Flow alignment of these mesophases was investigated by small-angle neutron scattering with in situ steady shearing in a Couette cell. On drying, PEG crystallization occurs leading to characteristic peaks in the X-ray diffraction pattern, and to lamellar structures imaged by atomic force microscopy. The X-ray diffraction pattern retains features of the cross-beta pattern from the beta-sheet structure, showing that this is not disrupted by PEG crystallization.

Rheology of magmas with bimodal crystal size and shape distributions: insights from analog experiments

Magmas in volcanic conduits commonly contain microlites in association with preexisting phenocrysts, as often indicated by volcanic rock textures. In this study, we present two different experiments that inves- tigate the flow behavior of these bidisperse systems. In the first experiments, rotational rheometric methods are used to determine the rheology of monodisperse and polydisperse suspensions consisting of smaller, prolate particles (microlites) and larger, equant particles (phenocrysts) in a bubble‐free Newtonian liquid (silicate melt). Our data show that increasing the relative proportion of prolate microlites to equant pheno- crysts in a magma at constant total particle content can increase the relative viscosity by up to three orders of magnitude. Consequently, the rheological effect of particles in magmas cannot be modeled by assuming a monodisperse population of particles. We propose a new model that uses interpolated parameters based on the relative proportions of small and large particles and produces a considerably improved fit to the data than earlier models. In a second series of experiments we investigate the textures produced by shearing bimodal suspensions in gradually solidifying epoxy resin in a concentric cylinder setup. The resulting textures show the prolate particles are aligned with the flow lines and spherical particles are found in well‐organized strings, with sphere‐depleted shear bands in high‐shear regions. These observations may explain the measured variation in the shear thinning and yield stress behavior with increasing solid fraction and particle aspect ratio. The implications for magma flow are discussed, and rheological results and tex- tural observations are compared with observations on natural samples.

Orientational behaviour of thermotropic and lyotropic liquid crystal polymer systems under shear flow

A comparison is made of the development of global orientation during shearing of lyotropic solutions of hydroxypropylcellulose with that observed for the thermotropic phase of hydroxypropylcellulose. At shear rates the behaviour of the two systems is similar, both during steady-state shear, and in terms of relaxation following cessation of shear flow. At low shear rates, the levels of orientation observed for the thermotropic system are substantially greater than observed for the lyotropic solutions. The relationship of these differences to variations in molecular parameters, viscous stress and to director tumbling is discussed.

Extending Murty interferometry to the Terahertz part of the spectrum

We discuss some novel technologies that enable the implementation of shearing interferometry at the terahertz part of the spectrum. Possible applications include the direct measurement of lens parameters, the measurement of refractive index of materials that are transparent to terahertz frequencies, determination of homogeneity of samples, measurement of optical distortions and the non-contact evaluation of thermal expansion coefficient of materials buried inside media that are opaque to optical or infrared frequencies but transparent to THz frequencies. The introduction of a shear to a Gaussian free-space propagating terahertz beam in a controlled manner also makes possible a range of new encoding and optical signal processing modalities.

Recent Glacier Retreat Exceeds Internal Variability

Glacier fluctuations exclusively due to internal variations in the climate system are simulated using downscaled integrations of the ECHAM4/OPYC coupled general circulation model (GCM). A process-based modeling approach using a mass balance model of intermediate complexity and a dynamic ice flow model considering simple shearing flow and sliding are applied. Multimillennia records of glacier length fluctuations for Nigardsbreen (Norway) and Rhonegletscher (Switzerland) are simulated using autoregressive processes determined by statistically downscaled GCM experiments. Return periods and probabilities of specific glacier length changes using GCM integrations excluding external forcings such as solar irradiation changes, volcanic, or anthropogenic effects are analyzed and compared to historical glacier length records. Preindustrial fluctuations of the glaciers as far as observed or reconstructed, including their advance during the “Little Ice Age,” can be explained by internal variability in the climate system as represented by a GCM. However, fluctuations comparable to the present-day glacier retreat exceed any variation simulated by the GCM control experiments and must be caused by external forcing, with anthropogenic forcing being a likely candidate.

Time development of small disturbances to plane Couette Flow

The question of linear sheared-disturbance evolution in constant-shear parallel flow is here reexamined with regard to the temporary-amplification phenomenon noted first by Orr in 1907. The results apply directly to Rossby waves on a beta-plane, and are also relevant to the Eady model of baroclinic instability. It is shown that an isotropic initial distribution of standing waves maintains a constant energy level throughout the shearing process, the amplification of some waves being precisely balanced by the decay of the others. An expression is obtained for the energy of a distribution of disturbances whose wavevectors lie within a given angular wedge and an upper bound derived. It is concluded that the case for ubiquitous amplification made in recent studies may have been somewhat overstated: while carefully-chosen individual Fourier components can amplify considerably before they decay. a general distribution will tend to exhibit little or no amplification.