Modélisation d'éléments finis pour les interactions fluide-structure

Cette thèse concerne la modélisation des interactions fluide-structure et les méthodes numériques qui s’y rattachent. De ce fait, la thèse est divisée en deux parties. La première partie concerne l’étude des interactions fluide-structure par la méthode des domaines fictifs. Dans cette contribution, le fluide est incompressible et laminaire et la structure est considérée rigide, qu’elle soit immobile ou en mouvement. Les outils que nous avons développés comportent la mise en oeuvre d’un algorithme fiable de résolution qui intégrera les deux domaines (fluide et solide) dans une formulation mixte. L’algorithme est basé sur des techniques de raffinement local adaptatif des maillages utilisés permettant de mieux séparer les éléments du milieu fluide de ceux du solide que ce soit en 2D ou en 3D. La seconde partie est l’étude des interactions mécaniques entre une structure flexible et un fluide incompressible. Dans cette contribution, nous proposons et analysons des méthodes numériques partitionnées pour la simulation de phénomènes d’interaction fluide-structure (IFS). Nous avons adopté à cet effet, la méthode dite «arbitrary Lagrangian-Eulerian» (ALE). La résolution fluide est effectuée itérativement à l’aide d’un schéma de type projection et la structure est modélisée par des modèles hyper élastiques en grandes déformations. Nous avons développé de nouvelles méthodes de mouvement de maillages pour aboutir à de grandes déformations de la structure. Enfin, une stratégie de complexification du problème d’IFS a été définie. La modélisation de la turbulence et des écoulements à surfaces libres ont été introduites et couplées à la résolution des équations de Navier-Stokes. Différentes simulations numériques sont présentées pour illustrer l’efficacité et la robustesse de l’algorithme. Les résultats numériques présentés attestent de la validité et l’efficacité des méthodes numériques développées.

Model catalyst studies of the strong metal-support interaction: Surface structure identified by STM on Pd nanoparticles on TiO2(110)

Model catalysts of Pd nanoparticles and films on TiO2 (I 10) were fabricated by metal vapour deposition (MVD). Molecular beam measurements show that the particles are active for CO adsorption, with a global sticking probability of 0.25, but that they are deactivated by annealing above 600 K, an effect indicative of SMSI. The Pd nanoparticles are single crystals oriented with their (I 11) plane parallel to the surface plane of the titania. Analysis of the surface by atomic resolution STM shows that new structures have formed at the surface of the Pd nanoparticles and films after annealing above 800 K. There are only two structures, a zigzag arrangement and a much more complex "pinwheel" structure. The former has a unit cell containing 7 atoms, and the latter is a bigger unit cell containing 25 atoms. These new structures are due to an overlayer of titania that has appeared on the surface of the Pd nanoparticles after annealing, and it is proposed that the surface layer that causes the SMSI effect is a mixed alloy of Pd and Ti, with only two discrete ratios of atoms: Pd/Ti of 1: 1 (pinwheel) and 1:2 (zigzag). We propose that it is these structures that cause the SMSI effect. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Une nouvelle mise en oeuvre de la méthode IIM pour les équations de Navier-Stokes en présence d'une force singulière

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Simulation de la nage anguilliforme

Ce document traite premièrement des diverses tentatives de modélisation et de simulation de la nage anguilliforme puis élabore une nouvelle technique, basée sur la méthode de la frontière immergée généralisée et la théorie des poutres de Reissner-Simo. Cette dernière, comme les équations des fluides polaires, est dérivée de la mécanique des milieux continus puis les équations obtenues sont discrétisées afin de les amener à une résolution numérique. Pour la première fois, la théorie des schémas de Runge-Kutta additifs est combinée à celle des schémas de Runge-Kutta-Munthe-Kaas pour engendrer une méthode d’ordre de convergence formel arbitraire. De plus, les opérations d’interpolation et d’étalement sont traitées d’un nouveau point de vue qui suggère l’usage des splines interpolatoires nodales en lieu et place des fonctions d’étalement traditionnelles. Enfin, de nombreuses vérifications numériques sont faites avant de considérer les simulations de la nage.

Expression, purification, crystallization, and NMR studies of the helicase interaction domain of Escherichia coli DnaG primase

in Escherichia coli, the DnaG primase is the RNA polymerase that synthesizes RNA primers at replication forks. It is composed of three domains, a small N-terminal zinc-binding domain, a larger central domain responsible for RNA synthesis, and a C-terminal domain comprising residues 434-581 [DnaG(434-581)] that interact with the hexameric DnaB helicase. Presumably because of this interaction, it had not been possible previously to express the C-terminal domain in a stably transformed E coli strain. This problem was overcome by expression of DnaG(434-581) under control of tandem bacteriophage gimel-promoters, and the protein was purified in yields of 4-6 mg/L of culture and studied by NMR. A TOCSY spectrum of a 2 mM solution of the protein at pH 7.0, indicated that its structured core comprises residues 444-579. This was consistent with sequence conservation among most-closely related primases. Linewidths in a NOESY spectrum of a 0.5 mM sample in 10 mM phosphate, pH 6.05, 0.1 M NaCl, recorded at 36 degreesC, indicated the protein to be monomeric. Crystals of selenomethionine-substituted DnaG(434-581) obtained by the hanging-drop vapor-diffusion method were body-centered tetragonal, space group I4(1)22, with unit cell parameters a = b 142.2 Angstrom, c = 192.1 Angstrom, and diffracted beyond 2.7 Angstrom resolution with synchrotron radiation. (C) 2003 Elsevier Inc. All rights reserved.

Mechanism of ribonuclease inhibition by ribonuclease inhibitor protein based on the crystal structure of its complex with ribonuclease A

We describe the mechanism of ribonuclease inhibition by ribonuclease inhibitor, a protein built of leucine-rich repeats, based on the crystal structure of the complex between the inhibitor and ribonuclease A. The structure was determined by molecular replacement and refined to an R(cryst) of 19.4% at 2.5 Angstrom resolution. Ribonuclease A binds to the concave region of the inhibitor protein comprising its parallel beta-sheet and loops. The inhibitor covers the ribonuclease active site and directly contacts several active-site residues. The inhibitor only partially mimics the RNase-nucleotide interaction and does not utilize the pi phosphate-binding pocket of ribonuclease A, where a sulfate ion remains bound. The 2550 Angstrom(2) of accessible surface area buried upon complex formation may be one of the major contributors to the extremely tight association (K-i = 5.9 x 10(-14) M). The interaction is predominantly electrostatic; there is a high chemical complementarity with 18 putative hydrogen bonds and salt links, but the shape complementarity is lower than in most other protein-protein complexes. Ribonuclease inhibitor changes its conformation upon complex formation; the conformational change is unusual in that it is a plastic reorganization of the entire structure without any obvious hinge and reflects the conformational flexibility of the structure of the inhibitor. There is a good agreement between the crystal structure and other biochemical studies of the interaction. The structure suggests that the conformational flexibility of RI and an unusually large contact area that compensates for a lower degree of complementarity may be the principal reasons for the ability of RI to potently inhibit diverse ribonucleases. However, the inhibition is lost with amphibian ribonucleases that have substituted most residues corresponding to inhibitor-binding residues in RNase A, and with bovine seminal ribonuclease that prevents inhibitor binding by forming a dimer. (C) 1996 Academic Press Limited

Influence of crowds in the dynamic characteristics of a structure

The interest for modelling of human actions acting on structures has been recurrent since the first accidents on suspension bridges in the nineteenth century like Broughton (1831) in the U.K. or Angers (1850) in France. Stadiums, gymnasiums are other type of structure where the human induced vibration is very important. In these structures appear particular phenomenon like the interaction person-structure (lock-in), the person-person synchronization, and the influence of the mass and damping of the people in the structure behaviour. This work focuses on the latter topic. The dynamic characteristic of a structure can be changed due to the presence of people on it. In order to evaluate these property modifications several testing have been carried out on a structure designed to be a gymnasium. For the test an electro-dynamic shaker was installed in a fixed point of the gym slab and different groups of people were located around the shaker. In each test the number of people was changed and also their posture (standing and sitting). Test data were analyzed and processed to verify modifications in the structure behaviour.

Molecular determinants of ligand specificity in carbohydrate-binding modules: an NMR and X-ray crystallography integrated study

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica – Ramo Bioquímica Estrutural

Évaluer la téléréadaptation : la synthèse des effets et l’analyse des changements cliniques et organisationnels

La téléréadaptation, tout comme d’autres champs en télésanté, est de plus en plus interpelée pour la prestation de services. Le but de ce projet de thèse est d’enrichir l’évaluation de la téléréadaptation afin que les connaissances qui en découlent puissent venir soutenir la prise de décision d’acteurs impliqués à différents niveaux en téléréadaptation. Le premier article présente une revue systématique dont l’objectif était de faire synthèse critique des études en téléréadaptation. La revue rassemble 28 études en téléréadaptation, qui confirment l’efficacité de la téléréadaptation pour diverses clientèles dans différents milieux. Certaines des études suggèrent également des bénéfices en termes de coûts, mais ces résultats demeurent préliminaires. Cette synthèse critique est utile pour soutenir la décision d’introduire la téléréadaptation pour combler un besoin. Par contre, les décideurs bénéficieraient aussi de connaissances par rapport aux changements cliniques et organisationnels qui sont associés à la téléréadaptation lorsqu’elle est introduite en milieu clinique. Les deux autres articles traitent d’une étude de cas unique qui a examiné un projet clinique de téléréadaptation dans l’est de la province de Québec, au Canada. Le cadre conceptuel qui sous-tend l’étude de cas découle de la théorie de structuration de Giddens et des modèles de structuration de la technologie, en particulier de l’interaction entre la structure, l’agent et la technologie. Les données ont été recueillies à partir de plusieurs sources (groupes de discussion, entrevues individuelles, documents officiels et observation d’enregistrements) suivi d’une analyse qualitative. Le deuxième article de la thèse porte sur le lien entre la structure, l’agent et la culture organisationnelle dans l’utilisation de la téléréadaptation. Les résultats indiquent que les différences de culture organisationnelle entre les milieux sont plus évidentes avec l’utilisation de la téléréadaptation, entraînant des situations de conflits ainsi que des occasions de changement. De plus, la culture organisationnelle joue un rôle au niveau des croyances liées à la technologie. Les résultats indiquent aussi que la téléréadaptation pourrait contribuer à changer les cultures organisationnelles. Le troisième article examine l’intégration de la téléréadaptation dans les pratiques cliniques existantes, ainsi que les nouvelles routines cliniques qu’elle permet de soutenir et la pérennisation de la téléréadaptation. Les résultats indiquent qu’il y a effectivement certaines activités de téléréadaptation qui se sont intégrées aux routines des intervenants, principalement pour les plans d’intervention interdisciplinaire, tandis que pour les consultations et le suivi des patients, l’utilisation de la téléréadaptation n’a pas été intégrée aux routines. Plusieurs facteurs en lien avec la structure et l’agent ont contraint et facilité l’intégration aux routines cliniques, dont les croyances partagées, la visibilité de la téléréadaptation, le leadership clinique et organisationnel, la disponibilité des ressources, et l’existence de liens de collaboration. La pérennité de la téléréadaptation a aussi pu être observée à partir de la généralisation des activités et le développement de nouvelles applications et collaborations en téléréadaptation, et ce, uniquement pour les activités qui s’étaient intégrées aux routines des intervenants. Les résultats démontrent donc que lorsque la téléréadaptation n’est pas intégrée aux routines cliniques, elle n’est pas utilisée. Par contre, la téléréadaptation peut démontrée certains signes de pérennité lorsque les activités, qui sont reproduites, deviennent intégrées aux routines quotidiennes des utilisateurs. Ensemble, ces études font ressortir des résultats utiles pour la mise en place de la téléréadaptation et permettent de dégager des pistes pour enrichir le champ de l’évaluation de la téléréadaptation, afin que celui-ci devienne plus pertinent et complet, et puisse mieux soutenir les prises de décision d’acteurs impliqués à différents niveaux en téléréadaptation.

Exploratory study on sequestration of some essential metals by indigo carmine food dye

Indigo carmine forms a stable complex with different ions, and the stability constant of the complexes were evaluated as log K equal to 5.75; 5.00; 4.89 and 3.89 for complexes with Cu(II), Ni(II), Co(II) and Zn(II) ions, respectively, in 0.1 mol L -1 carbonate buffer solution at pH 10. The interaction between Cu(II) ions and indigo carmine (IC) in alkaline medium resulted in the formation of the Cu 2(IC) complex, measured by the spectrophotometric method, with a stoichiometric ratio between indigo carmine and metal ions of 2:1 (metal-ligand). The reported method has also been successfully tested for determination of copper in pharmaceutical compounds based on copper-gluconate without pre-treatment.

RBPI21 interacts with negative membranes endothermically promoting the formation of rigid multilamellar structures

rBPI21 belongs to the antimicrobial peptide and protein (AMP) family. It has high affinity for lipopolysaccharide (LPS), acting mainly against Gram-negative bacteria. This work intends to elucidate the mechanism of action of rBPI21 at the membrane level. Using isothermal titration calorimetry, we observed that rBPI21 interaction occurs only with negatively charged membranes (mimicking bacterial membranes) and is entropically driven. Differential scanning calorimetry shows that membrane interaction with rBPI21 is followed by an increase of rigidity on negatively charged membrane, which is corroborated by small angle X-ray scattering (SAXS). Additionally, SAXS data reveal that rBPI21 promotes the multilamellarization of negatively charged membranes. The results support the proposed model for rBPI21 action: first it may interact with LPS at the bacterial surface. This entropic interaction could cause the release of ions that maintain the packed structure of LPS, ensuring peptide penetration. Then, rBPI21 may interact with the negatively charged leaflets of the outer and inner membranes, promoting the interaction between the two bacterial membranes, ultimately leading to cell death. © 2013 Elsevier B.V.

Estudo numérico para a determinação das pressões devidas à ação do vento em edifícios industriais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelagem do fluxo sanguíneo na aorta abdominal utilizando interação fluido-estrutura

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Nonmesonic weak decay dynamics from proton spectra of Lambda-hypernuclei

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Dynamic properties of the Ras switch I region and its importance for binding to effectors

We have investigated the dynamic properties of the switch I region of the GTP-binding protein Ras by using mutants of Thr-35, an invariant residue necessary for the switch function. Here we show that these mutants, previously used as partial loss-of-function mutations in cell-based assays, have a reduced affinity to Ras effector proteins without Thr-35 being involved in any interaction. The structure of Ras(T35S)⋅GppNHp was determined by x-ray crystallography. Whereas the overall structure is very similar to wildtype, residues from switch I are completely invisible, indicating that the effector loop region is highly mobile. 31P-NMR data had indicated an equilibrium between two rapidly interconverting conformations, one of which (state 2) corresponds to the structure found in the complex with the effectors. 31P-NMR spectra of Ras mutants (T35S) and (T35A) in the GppNHp form show that the equilibrium is shifted such that they occur predominantly in the nonbinding conformation (state 1). On addition of Ras effectors, Ras(T35S) but not Ras(T35A) shift to positions corresponding to the binding conformation. The structural data were correlated with kinetic experiments that show two-step binding reaction of wild-type and (T35S)Ras with effectors requires the existence of a rate-limiting isomerization step, which is not observed with T35A. The results indicate that minor changes in the switch region, such as removing the side chain methyl group of Thr-35, drastically affect dynamic behavior and, in turn, interaction with effectors. The dynamics of the switch I region appear to be responsible for the conservation of this threonine residue in GTP-binding proteins.