Interactions between the cholinergic and dopaminergic systems during the production of ultrasonic vocalizations in rats

Rats produce ultrasonic vocalizations that can be categorized into two types of ultrasonic calls based on their sonographic structure. One group contains 22-kHz ultrasonic vocalization (USVs), characterized by relatively constant (flat) frequency with peak frequency ranging from 19 to 28-kHz, and a call duration ranging between 100 – 3000 ms. These vocalization can be induced by cholinomimetic agents injected into the ascending mesolimbic cholinergic system that terminates in the anterior hypothalamic-preoptic area (AH-MPO) and lateral septum (LS). The other group of USVs contains 50-kHz USVs, characterized by high peak frequency, ranging from 39 to 90-kHz, short duration ranging from 10-90 ms, and varying frequency and complex sonographic morphology. These vocalizations can be induced by dopaminergic agents injected into the nucleus accumbens, the target area for the mesolimbic dopaminergic system. 22-kHz USVs are emitted in situations that are highly aversive, such as proximity of a predator or anticipation of a foot shock, while 50 kHz USVs are emitted in rewarding and appetitive situations, such as juvenile play behaviour or anticipation of rewarding electrical brain stimulation. The activities of these two mesolimbic systems were postulated to be antagonistic to each other. The current thesis is focused on the interaction of these systems indexed by emission of relevant USVs. It was hypothesized that emission of 22 kHz USVs will be antagonized by prior activation of the dopaminergic system while emission of 50 kHz will be antagonized by prior activation of the cholinergic system. It was found that injection of apomorphine into the shell of the nucleus accumbens significantly decreased the number of carbachol-induced 22 kHz USVs from both AH-MPO and LS. Injection of carbachol into the LS significantly decreased the number of apomorphine-induced 50 kHz USVs from the shell of the nucleus accumbens. The results of the study supported the main hypotheses that the mesolimbic dopaminergic and cholinergic systems function in antagonism to each other.

Interactions between the cholinergic and dopaminergic system during the production of ultrasonic vocalizations in rats

Rats produce ultrasonic vocalizations that can be categorized into two types of ultrasonic calls based on their sonographic structure. One group contains 22-kHz ultrasonic vocalization (USVs), characterized by relatively constant (flat) frequency with peak frequency ranging from 19 to 28-kHz, and a call duration ranging between 100 – 3000 ms. These vocalization can be induced by cholinomimetic agents injected into the ascending mesolimbic cholinergic system that terminates in the anterior hypothalamic-preoptic area (AH-MPO) and lateral septum (LS). The other group of USVs contains 50-kHz USVs, characterized by high peak frequency, ranging from 39 to 90-kHz, short duration ranging from 10-90 ms, and varying frequency and complex sonographic morphology. These vocalizations can be induced by dopaminergic agents injected into the nucleus accumbens, the target area for the mesolimbic dopaminergic system. 22-kHz USVs are emitted in situations that are highly aversive, such as proximity of a predator or anticipation of a foot shock, while 50 kHz USVs are emitted in rewarding and appetitive situations, such as juvenile play behaviour or anticipation of rewarding electrical brain stimulation. The activities of these two mesolimbic systems were postulated to be antagonistic to each other. The current thesis is focused on the interaction of these systems indexed by emission of relevant USVs. It was hypothesized that emission of 22 kHz USVs will be antagonized by prior activation of the dopaminergic system while emission of 50 kHz will be antagonized by prior activation of the cholinergic system. It was found that injection of apomorphine into the shell of the nucleus accumbens significantly decreased the number of carbachol-induced 22 kHz USVs from both AH-MPO and LS. Injection of carbachol into the LS significantly decreased the number of apomorphine-induced 50 kHz USVs from the shell of the nucleus accumbens. The results of the study supported the main hypotheses that the mesolimbic dopaminergic and cholinergic systems function in antagonism to each other.

The Synthesis of Imidazole Fatty Acid Conjugates as Inhibitors of Apoptosis

Ionizing radiation is known to initiate apoptosis in mammalian cells by causing the transformation of cytochrome c into a peroxidase, which results in the specific peroxidation of the mitochondrial phospholipid cardiolipin. Here we report the design and synthesis of 8 imidazole fatty acid derivatives that bind to the cyt c:CL complex and inhibit the peroxidase activity required for the initiation of apoptosis. We postulate that imidazole acts as a sixth ligand to the haem iron and stops the interaction with H2O2. Two mitochondrially directed analogues (3-hydroxypropyl)triphenylphosphonium esters) of 12-imidazole-stearic acid and 12-imidazole-oleic acid not only were demonstrated to be peroxidase inhibitors in vitro, but were also extraordinarily effective in protecting mice from lethal doses (9 Gy) of ionization radiation. We studied the structure activity relationship to a group of triphenyl phosphonium derivatives containing imidazole at different positions on the fatty acid chain, and observed that the C8-imidazole stearate analogue had marginally better activity than the others. But overall, the structure activity result were remarkable “flat” with all compounds prepared having rather similar inhibitory strength. We also synthesized carnitine mono and di-esters of 12-imidazole fatty acids but full biological data is not yet available for these compounds.

The Ligand and Membrane-binding Behaviour of the Phosphatidylinositol Transfer Proteins (PITPa & PITPb)

Human Class I phosphatidylinositol transfer proteins (PITPs) exists in two forms: PITPα and PITPβ. PITPs are believed to be lipid transfer proteins based on their capacity to transfer either phosphatidylinositol (PI) or phosphatidylcholine (PC) between membrane compartments in vitro. In Drosophila, the PITP domain is found to be part of a multi-domain protein named retinal degeneration B (RdgBα). The PITP domain of RdgBα shares 40 % sequence identity with PITPα and has been shown to possess PI and PC binding and transfer activity. The detailed molecular mechanism of ligand transfer by the human PITPs and the Drosophila PITP domain remains to be fully established. Here, we investigated the membrane interactions of these proteins using dual polarization interferometry (DPI). DPI is a technique that measures protein binding affinity to a flat immobilized lipid bilayer. In addition, we also measured how quickly these proteins transfer their ligands to lipid vesicles using a fluorescence resonance energy transfer (FRET)-based assay. DPI investigations suggest that PITPβ had a two-fold higher affinity for membranes compared to PITPα. This was reflected by a four-fold faster ligand transfer rate for PITPβ in comparison to PITPα as determined by the FRET assay. Interestingly, DPI analysis also demonstrated that PI-bound human PITPs have lower membrane affinity compared to PC-bound PITPs. In addition, the FRET studies demonstrated the significance of membrane curvature in the ligand transfer rate of PITPs. The ligand transfer rate was higher when the accepting vesicles were highly curved. Furthermore, when the accepting vesicles contained phosphatidic acid (PA) which have smaller head groups, the transfer rate increased. In contrast, when the accepting vesicles contained phosphoinositides which have larger head groups, the transfer rate was diminished. However, PI, the favorite ligand of PITPs, or the presence of anionic lipids did not appear to influence the ligand transfer rate of PITPs. Both DPI and FRET examinations revealed that the PITP domain of RdgBα was able to bind to membranes. However, the RdgBα PITP domain appears to be a poor binder and transporter of PC.

La structure du sommeil et l’activité cardiaque nocturne chez les adolescents ayant un trouble anxieux

L’objectif de la présente thèse était de caractériser le sommeil d’un groupe clinique d’enfants et d’adolescents ayant un trouble d’anxiété comme diagnostic primaire et le comparer à un groupe témoin. Dans un premier temps, nous avons vérifié si le profil de la fréquence cardiaque nocturne des enfants et des adolescents pouvait être regroupé selon le diagnostic. Pour ce faire, la fréquence cardiaque nocturne de 67 adolescents anxieux et 19 sujets non anxieux a été enregistrée à l’aide d’un équipement ambulatoire. Les résultats de cette étude montrent que le profil de la fréquence cardiaque nocturne chez les enfants anxieux varie selon le diagnostic. Alors que les adolescents non anxieux montrent un profil de la fréquence cardiaque nocturne plat, on retrouve les associations suivantes chez les adolescents ayant un trouble anxieux : a) un profil croissant de la fréquence cardiaque chez les adolescents ayant un trouble d’anxiété de séparation; b) un profil décroissant de la fréquence cardiaque chez les adolescents ayant un trouble d’anxiété généralisé; c) un profil en forme de U chez les adolescents ayant un trouble d’anxiété sociale. De plus, une association significative a été observée entre le diagnostic et la présence de fatigue matinale. L’association d’un profil de la fréquence cardiaque nocturne avec un diagnostic d’anxiété suggère la présence d’une dysrégulation de la modulation chronobiologique du système nerveux autonome. Étant donné que le profil de la fréquence cardiaque nocturne s’exprime différemment selon le diagnostic, qu’en est-il de l’architecture du sommeil? Dans un deuxième temps, nous avons enregistré le sommeil en laboratoire d’un groupe clinique de 19 jeunes ayant un trouble d’anxiété comme diagnostic primaire, avec comorbidités et médication et comparé à 19 jeunes non anxieux. Les résultats de cette étude ont montré que les participants du groupe anxieux ont une latence au sommeil plus longue, une latence au sommeil paradoxal plus longue et une durée d’éveil plus longue lorsque comparé au groupe témoin. L’évaluation subjective de la qualité du sommeil chez le groupe d’adolescents anxieux montre que leur auto-évaluation reflète les valeurs enregistrées en laboratoire. Nous avons également observé chez le groupe anxieux une fréquence cardiaque moyenne plus élevée et un index plus élevé d’apnée-hypopnée, bien que non pathologique. Nous avons également observé une association positive entre l’anxiété de trait et l’indice d’apnée-hypopnée et la latence au sommeil, ainsi qu’une association positive entre l’anxiété manifeste et la latence au sommeil paradoxal. Ces résultats suggèrent que le sommeil chez cette population est altéré, que des signes d’hypervigilance physiologique sont présents et qu'une association existe entre ces deux paramètres. Finalement, dans la troisième étude de cette thèse, nous avons analysé l’activité cardiaque pendant le sommeil en utilisant les paramètres temporels et fréquentiels de la variabilité cardiaque chez un groupe clinique de dix-sept enfants et adolescents ayant un trouble d’anxiété comme diagnostic primaire avec comorbidité et médication, et comparé à un groupe non anxieux. Les résultats ont montré que les participants du groupe anxieux, lorsque comparés au groupe non anxieux, présentent des intervalles interbattements plus courts, un indice temporel de la variabilité cardiaque représentant la branche parasympathique moindre, une activité des hautes fréquences normalisées moindre et un ratio basse fréquence sur haute fréquence augmenté. Plusieurs corrélations ont été observées entre les mesures cliniques de l’anxiété et les mesures de la variabilité cardiaque. Ces résultats viennent ajouter à la littérature actuelle un volet descriptif clinique à ce jour non documenté, soit l’impact de l’anxiété pathologique chez un groupe clinique d’enfants et d’adolescents sur le processus normal du sommeil et sur la régulation de la fréquence cardiaque. En résumé, les résultats de ces trois études ont permis de documenter chez un groupe clinique d’enfants et d’adolescents ayant de l’anxiété pathologique, la présence d’une altération circadienne du profil de la fréquence cardiaque, d’une architecture altérée du sommeil ainsi qu’une dysrégulation du système nerveux contrôlant l’activité cardiaque.

Age and species related variation in the development of growth plates of the knee and implications for the locomotion of Australopithecus afarensis

Comprendre l'évolution de la bipédie est un élément essentiel à la recherche en paléoanthropologie, car ce comportement est le trait le plus important utilisé pour identifier les fossiles comme appartenant à la lignée des hominines. La topographie de la surface infradiaphysaire du fémur et du tibia pourrait donner un aperçu du comportement locomoteur des espèces fossiles, mais n'a pas été étudiée de façon approfondie. Ce trait reflète directement les différences dans la locomotion, puisque la surface change de topographie pour mieux résister aux charges encourues par les mouvements réguliers. Le plan infradiaphysaire du fémur chez les humain est relativement plat, tandis que la surface est plus irrégulière chez les grands singes. Dans ce projet, les métaphyses du genou ont été étudiées d’une manière quantifiée afin de percevoir les différences entre espèces et mieux comprendre le développement ontogénique de ces traits. Les angles formés par les protrusions et les creux de ces surfaces ont été mesurés à partir de points de repère enregistrés en trois-dimensions sur les métaphyses du genou chez les humains, chimpanzés, gorilles, et orangs-outans, et chez trois fossiles Australopithecus afarensis, afin d’observer de l’effet de facteurs tel le stade de croissance et l’appartenance à une espèce sur la topographie des plaques de croissance du genou. Les angles d’obliquité du fémur et du tibia ont aussi été mesurés et analysés. Les résultats ont révélé que le stade développemental et l’appartenance à une espèce et, par association, le mode de locomotion, ont un effet significatif sur les métaphyses du genou. Il a également été constaté que les mesures d'Australopithecus afarensis chevauchent les valeurs trouvées chez les humains et chez les grands singes, ce qui suggère que cette espèce avait possiblement conservé une composante arboricole dans son comportement locomoteur habituel.

Films minces supramoléculaires de copolymères de PS-P4VP réalisés par trempage

Bien que ce soit un procédé industriel répandu, les films de copolymères à blocs préparés par trempage (« dip-coating ») sont moins étudiés que ceux obtenus par tournette (« spin-coating »). Pourtant, il est possible grâce à cette technique de contrôler précisément les caractéristiques de ces films. Au-delà de la méthode de fabrication, la capacité de modifier la morphologie des films trempés à l’aide d’autres facteurs externes est un enjeu primordial pour leur utilisation dans les nanotechnologies. Nous avons choisi, ici, d’étudier l’influence d’une petite molécule sur la morphologie de films supramoléculaires réalisés par « dip-coating » à partir de solutions de poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) dans le tétrahydrofurane (THF). En présence de 1-naphtol (NOH) et d’1-acide napthoïque (NCOOH), qui se complexent par pont hydrogène au bloc P4VP, ces films donnent, respectivement, une morphologie en nodules (sphères) et en stries (cylindres horizontaux). Des études par spectroscopie infrarouge ont permis de mesurer la quantité de petite molécule dans ces films minces, qui varie avec la vitesse de retrait mais qui s’avère être identique pour les deux petites molécules, à une vitesse de retrait donnée. Cependant, des études thermiques ont montré qu’une faible fraction de petite molécule est dispersée dans le PS (davantage de NOH que de NCOOH à cause de la plus faible liaison hydrogène du premier). La vitesse de retrait est un paramètre clé permettant de contrôler à la fois l’épaisseur et la composition du film supramoléculaire. L’évolution de l’épaisseur peut être modélisée par deux régimes récemment découverts. Aux faibles vitesses, l’épaisseur décroît (régime de capillarité), atteint un minimum, puis augmente aux vitesses plus élevées (régime de drainage). La quantité de petite molécule augmente aux faibles vitesses pour atteindre un plateau correspondant à la composition de la solution aux vitesses les plus élevées. Des changements de morphologie, à la fois liés à l’épaisseur et à la quantité de petite molécule, sont alors observés lorsque la vitesse de retrait est modifiée. Le choix du solvant est aussi primordial dans le procédé de « dip-coating » et a été étudié en utilisant le chloroforme, qui est un bon solvant pour les deux blocs. Il s’avère qu’à la fois la composition ainsi que la morphologie des films de PS-P4VP complexés sont différentes par rapport aux expériences réalisées dans le THF. Premièrement, la quantité de petite molécule reste constante avec la vitesse de retrait mais les films sont plus riches en NCOOH qu’en NOH. Deuxièmement, la morphologie des films contenant du NOH présente des stries ainsi que des lamelles à plat, tandis que seules ces dernières sont observables pour le NCOOH. Ce comportement est essentiellement dû à la quantité différente de petite molécule modulée par leur force de complexation différente avec le P4VP dans le chloroforme. Enfin, ces films ont été utilisés pour l’adsorption contrôlée de nanoparticules d’or afin de guider leur organisation sur des surfaces recouvertes de PS-P4VP. Avant de servir comme gabarits, un recuit en vapeurs de solvant permet soit d’améliorer l’ordre à longue distance des nodules de P4VP, soit de modifier la morphologie des films selon le solvant utilisé (THF ou chloroforme). Ils peuvent être ensuite exposés à une solution de nanoparticules d’or de 15 nm de diamètre qui permet leur adsorption sélective sur les nodules (ou stries) de P4VP.

Organisation moléculaire dirigée par le groupe CONH2 en 2D et 3D

Notre étude a pour objet la conception, la synthèse ainsi que l’étude structurale d’architectures supramoléculaires obtenues par auto-assemblage, en se basant sur les concepts de la tectonique moléculaire. Cette branche de la chimie supramoléculaire s’occupe de la conception et la synthèse de molécules organiques appelées tectons, du grec tectos qui signifie constructeur. Le tecton est souvent constitué de sites de reconnaissance branchés sur un squelette bien choisi. Les sites de reconnaissance orientés par la géométrie du squelette peuvent participer dans des interactions intermoléculaires qui sont suffisamment fortes et directionnelles pour guider la topologie du cristal résultant. La stratégie envisagée utilise des processus d'auto-assemblage engageant des interactions réversibles entre les tectons. L’auto-assemblage dirigé par de fortes interactions intermoléculaires directionnelles est largement utilisé pour fabriquer des matériaux dont les composants doivent être positionnés en trois dimensions (3D) d'une manière prévisible. Cette stratégie peut également être utilisée pour contrôler l’association moléculaire en deux dimensions (2D), ce qui permet la construction de monocouches organisées et prédéterminées sur différents types des surfaces, tels que le graphite.Notre travail a mis l’accent sur le comportement de la fonction amide comme fonction de reconnaissance qui est un analogue du groupement carboxyle déjà utilisé dans plusieurs études précédentes. Nous avons étudié le comportement d’une série de composés contenant un noyau plat conçu pour faciliter l'adsorption sur le graphite et modifiés par l'ajout de groupes amide pour favoriser la formation de liaisons hydrogène entre les molécules ainsi adsorbées. La capacité de ces composés à former de monocouches organisées à l’échelle moléculaire en 2D a été examinée par microscopie à effet tunnel, etleur organisation en 3D a également été étudiée par cristallographie aux rayons X. Dans notre étude, nous avons systématiquement modifié la géométrie moléculaire et d'autres paramètres afin d'examiner leurs effets sur l'organisation moléculaire. Nos résultats suggèrent que les analyses structurales combinées en 2D et 3D constituent un important atout dans l'effort pour comprendre les interactions entre les molécules adsorbées et l’effet de l’interaction avec la surface du substrat.

Application d’une stratégie de lutte intégrée contre le parasite Varroa destructor dans les colonies d’abeilles mellifères du Québec

Le parasite Varroa destructor provoque depuis plus de 30 ans la perte de nombreuses colonies à travers le monde. L’utilisation d’acaricides de synthèse s’est avérée inefficace au Canada et ailleurs dans le monde à la suite de la sélection de varroas résistants. Dans ce contexte, il est devenu impératif de trouver de nouveaux moyens pour contrôler cette peste apicole. Ce travail original de recherche a pour but de déterminer les paramètres fondamentaux d’une lutte intégrée contre la varroase fondée sur l’utilisation périodique de différents pesticides organiques (l’acide oxalique, l’acide formique et le thymol) associée à des seuils d’interventions. Les seuils d’intervention ont été déterminés à l’aide de régressions linéaires entre les taux de parasitisme par V. destructor et la formance zootechnique des colonies d’abeilles mellifères (production de miel et force des colonies). Un total de 154 colonies d’abeilles du Centre de recherche en sciences animales de Deschambault (CRSAD) ont été suivies de septembre 2005 à septembre 2006. Les seuils calculés et proposés à la suite de cette recherche sont de 2 varroas par jour (chute naturelle) au début mai, 10 varroas par jour à la fin juillet et de 9 varroas par jour au début septembre. L’efficacité des traitements organiques avec l’acide oxalique (AO), l’acide formique (AF) et le thymol a été vérifiée en mai (avant la première miellée) en juillet (entre deux miellées), en septembre (après la miellée et pendant le nourrissage des colonies) et en novembre (avant l’hivernage). L’acide oxalique a été appliqué en utilisant la méthode d’égouttement (4% d’AO p/v dans un sirop de sucrose 1 :1 p/v). L’acide formique a été appliquée sous forme de MiteAwayII™ (tampon commercial imbibé d’AF 65% v/v placé sur le dessus des cadres à couvain), Mitewipe (tampons Dri-Loc™ 10/15cm imbibés de 35 mL d’AF 65% v/v placés sur le dessus des cadres à couvain) ou Flash (AF 65% coulé directement sur le plateau inférieur d’une colonie, 2 mL par cadre avec abeilles). Le thymol a été appliqué sous forme d’Apiguard™ (gélose contenant 25% de thymol p/v placée sur le dessus des cadres à couvain). Les essais d’efficacité ont été réalisés de 2006 à 2008 sur un total de 170 colonies (98 appartenant au CRSAD et 72 appartenant au privé). Les résultats montrent que les traitements de printemps testés ont une faible efficacité pour le contrôle des varroas qui sont en pleine croissance durant cette période. Un traitement avec l’AF à la mi-été permet de réduire les taux de parasites sous le seuil en septembre mais il y a risque de contaminer la récolte de miel avec des résidus d’AF. Les traitements en septembre avec le MiteAwayII™ suivis par un traitement à l’acide oxalique en novembre (5 mL par égouttement entre chaque cadre avec abeilles, 4% d’AO p/v dans un sirop de sucrose 1 :1 p/v) sont les plus efficaces : ils réduisent les niveaux de varroase sous le seuil de 2 varroas par jour au printemps. Nos résultats montrent également que les traitements réalisés tôt en septembre sont plus efficaces et produisent des colonies plus fortes au printemps comparativement à un traitement réalisé un mois plus tard en octobre. En conclusion, ce travail de recherche démontre qu’il est possible de contenir le développement de la varroase dans les ruchers au Québec en utilisant une méthode de lutte intégrée basée sur une combinaison d’applications d’acaricides organiques associée à des seuils d’intervention.

Évaluation de suppléments alimentaires pour deux espèces d’acariens prédateurs, Amblyseius swirskii et Neoseiulus cucumeris (Acari: Phytoseiidae) pour l’optimisation du contrôle biologique du thrips des petits fruits (Frankliniella occidentalis) en serriculture

Projet réalisé en cotutelle avec Jacques Brodeur et Les Shipp

La torsion des métatarses : étude de sa plasticité chez l'humain

Il a été démontré que la torsion des têtes métatarsiennes est influencée par le mode de locomotion chez les primates et peut être utilisée pour déterminer la présence ou non d’une arche longitudinale chez les ancêtres hominines. Chez l’humain moderne, l’arche longitudinale rend le pied plus inversé que chez les grands singes, provoquant un léger basculement de l’axe dorsoplantaire de l’articulation proximale des métatarses. Ainsi, les têtes métatarsiennes subissent une torsion par rapport à l’axe de la diaphyse pour que leur surface plantaire reste parallèle au sol. Comme les femmes ont une arche longitudinale plus haute que les hommes et comme le port du soulier à semelles rigides provoque des changements morphologiques au niveau du pied, rendant l’arche longitudinale plus haute et l’hallux moins divergeant, il est attendu que la torsion métatarsienne soit différente selon le sexe et le type de soulier porté. Ce mémoire examine donc l’effet du contexte environnemental du pied et de la plasticité de la torsion des têtes métatarsiennes en comparant différentes populations humaines. L’échantillon disponible pour cette étude est constitué de 166 individus provenant de 18 sites archéologiques différents comprenant 57 hommes, 35 femmes et 74 individus de sexe indéterminé qui ont été divisés en quatre grands groupes : Amérindiens, Inuits, Militaires et Euro-canadiens. Il n’y a aucune différence de torsion entre les hommes et les femmes, ce qui suggère que la différence de hauteur de l’arche longitudinale entre les hommes et les femmes n’est pas assez importante pour être perçues au niveau de la torsion des têtes métatarsiennes. La topographie ne semble pas provoquer assez de modifications au niveau du pied pour provoquer une torsion différentielle des têtes métatarsiennes. Cependant, la surface du sol, plat ou accidenté, pourrait être un facteur modifiant ce trait. Finalement, le port de souliers constrictif à semelles dures comparativement aux souliers souples, tels les mocassins, provoque une torsion différentielle des têtes métatarsiennes. Les individus chaussant des souliers à semelles souples ont un premier métatarsien présentant une plus grande éversion et un troisième, quatrième et cinquième métatarsien présentant une plus petite éversion comparativement aux individus chaussant des souliers constrictifs. Ces résultats viennent appuyer l’hypothèse de la capacité plastique de la torsion des têtes métatarsiennes.

Étude de cas sur l’ajout de vecteurs d’enregistrements typés dans Gambit Scheme

Dans le but d’optimiser la représentation en mémoire des enregistrements Scheme dans le compilateur Gambit, nous avons introduit dans celui-ci un système d’annotations de type et des vecteurs contenant une représentation abrégée des enregistrements. Ces derniers omettent la référence vers le descripteur de type et l’entête habituellement présents sur chaque enregistrement et utilisent plutôt un arbre de typage couvrant toute la mémoire pour retrouver le vecteur contenant une référence. L’implémentation de ces nouvelles fonctionnalités se fait par le biais de changements au runtime de Gambit. Nous introduisons de nouvelles primitives au langage et modifions l’architecture existante pour gérer correctement les nouveaux types de données. On doit modifier le garbage collector pour prendre en compte des enregistrements contenants des valeurs hétérogènes à alignements irréguliers, et l’existence de références contenues dans d’autres objets. La gestion de l’arbre de typage doit aussi être faite automatiquement. Nous conduisons ensuite une série de tests de performance visant à déterminer si des gains sont possibles avec ces nouvelles primitives. On constate une amélioration majeure de performance au niveau de l’allocation et du comportement du gc pour les enregistrements typés de grande taille et des vecteurs d’enregistrements typés ou non. De légers surcoûts sont toutefois encourus lors des accès aux champs et, dans le cas des vecteurs d’enregistrements, au descripteur de type.

Analyse de maillages surfaciques par construction et comparaison de modèles moyens et par décomposition par graphes s’appuyant sur les courbures discrètes : application à l’étude de la cornée humaine

Réalisé en cotutelle avec Aix Marseille Université.

Spray Pyrolysed Zinc Oxide Thin Films : Effects of Doping and Ion Beam Irradiation

In recent years scientists have made rapid and significant advances in the field of semiconductor physics. One of the most important fields of current interest in materials science is the fundamental aspects and applications of conducting transparent oxide thin films (TCO). The characteristic properties of such coatings are low electrical resistivity and high transparency in the visible region. The first semitransparent and electrically conducting CdO film was reported as early as in 1907 [1]. Though early work on these films was performed out of purely scientific interest, substantial technological advances in such films were made after 1940. The technological interest in the study of transparent semiconducting films was generated mainly due to the potential applications of these materials both in industry and research. Such films demonstrated their utility as transparent electrical heaters for windscreens in the aircraft industry. However, during the last decade, these conducting transparent films have been widely used in a variety of other applications such as gas sensors [2], solar cells [3], heat reflectors [4], light emitting devices [5] and laser damage resistant coatings in high power laser technology [6]. Just a few materials dominate the current TCO industry and the two dominant markets for TCO’s are in architectural applications and flat panel displays. The architectural use of TCO is for energy efficient windows. Fluorine doped tin oxide (FTO), deposited using a pyrolysis process is the TCO usually finds maximum application. SnO2 also finds application ad coatings for windows, which are efficient in preventing radiative heat loss, due to low emissivity (0.16). Pyrolitic tin oxide is used in PV modules, touch screens and plasma displays. However indium tin oxide (ITO) is mostly used in the majority of flat panel display (FPD) applications. In FPDs, the basic function of ITO is as transparent electrodes. The volume of FPD’s produced, and hence the volume of ITO coatings produced, continues to grow rapidly. But the current increase in the cost of indium and the scarcity of this material created the difficulty in obtaining low cost TCOs. Hence search for alternative TCO materials has been a topic of active research for the last few decades. This resulted in the development of binary materials like ZnO, SnO2, CdO and ternary materials like II Zn2SnO4, CdSb2O6:Y, ZnSO3, GaInO3 etc. The use of multicomponent oxide materials makes it possible to have TCO films suitable for specialized applications because by altering their chemical compositions, one can control the electrical, optical, chemical and physical properties. But the advantages of using binary materials are the easiness to control the chemical compositions and depositions conditions. Recently, there were reports claiming the deposition of CdO:In films with a resistivity of the order of 10-5 ohm cm for flat panel displays and solar cells. However they find limited use because of Cd-Toxicity. In this regard, ZnO films developed in 1980s, are very useful as these use Zn, an abundant, inexpensive and nontoxic material. Resistivity of this material is still not very low, but can be reduced through doping with group-III elements like In, Al or Ga or with F [6]. Hence there is a great interest in ZnO as an alternative of ITO. In the present study, we prepared and characterized transparent and conducting ZnO thin films, using a cost effective technique viz Chemical Spray Pyrolysis (CSP). This technique is also suitable for large area film deposition. It involves spraying a solution, (usually aqueous) containing soluble salts of the constituents of the desired compound, onto a heated substrate.

Growth and Characterisation of Radio Frequency Magnetron Sputttered Indium Tin Oxide Thin Films

The increasing interest in the interaction of light with electricity and electronically active materials made the materials and techniques for producing semitransparent electrically conducting films particularly attractive. Transparent conductors have found major applications in a number of electronic and optoelectronic devices including resistors, transparent heating elements, antistatic and electromagnetic shield coatings, transparent electrode for solar cells, antireflection coatings, heat reflecting mirrors in glass windows and many other. Tin doped indium oxide (indium tin oxide or ITO) is one of the most commonly used transparent conducting oxides. At present and likely well into the future this material offers best available performance in terms of conductivity and transmittivity combined with excellent environmental stability, reproducibility and good surface morphology. Although partial transparency, with a reduction in conductivity, can be obtained for very thin metallic films, high transparency and simultaneously high conductivity cannot be attained in intrinsic stoichiometric materials. The only way this can be achieved is by creating electron degeneracy in a wide bandgap (Eg > 3eV or more for visible radiation) material by controllably introducing non-stoichiometry and/or appropriate dopants. These conditions can be conveniently met for ITO as well as a number of other materials like Zinc oxide, Cadmium oxide etc. ITO shows interesting and technologically important combination of properties viz high luminous transmittance, high IR reflectance, good electrical conductivity, excellent substrate adherence and chemical inertness. ITO is a key part of solar cells, window coatings, energy efficient buildings, and flat panel displays. In solar cells, ITO can be the transparent, conducting top layer that lets light into the cell to shine the junction and lets electricity flow out. Improving the ITO layer can help improve the solar cell efficiency. A transparent ii conducting oxide is a material with high transparency in a derived part of the spectrum and high electrical conductivity. Beyond these key properties of transparent conducting oxides (TCOs), ITO has a number of other key characteristics. The structure of ITO can be amorphous, crystalline, or mixed, depending on the deposition temperature and atmosphere. The electro-optical properties are a function of the crystallinity of the material. In general, ITO deposited at room temperature is amorphous, and ITO deposited at higher temperatures is crystalline. Depositing at high temperatures is more expensive than at room temperature, and this method may not be compatible with the underlying devices. The main objective of this thesis work is to optimise the growth conditions of Indium tin oxide thin films at low processing temperatures. The films are prepared by radio frequency magnetron sputtering under various deposition conditions. The films are also deposited on to flexible substrates by employing bias sputtering technique. The films thus grown were characterised using different tools. A powder x-ray diffractometer was used to analyse the crystalline nature of the films. The energy dispersive x-ray analysis (EDX) and scanning electron microscopy (SEM) were used for evaluating the composition and morphology of the films. Optical properties were investigated using the UVVIS- NIR spectrophotometer by recording the transmission/absorption spectra. The electrical properties were studied using vander Pauw four probe technique. The plasma generated during the sputtering of the ITO target was analysed using Langmuir probe and optical emission spectral studies.