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Le myélome multiple (MM) est une hémopathie maligne caractérisée par la prolifération clonale de plasmocytes. Le MM est cliniquement et moléculairement hétérogène et comprend différents sous-groupes avec des pronostics différents. Divers événements génomiques, notamment des translocations récurrentes impliquant le gène des immunoglobulines (Ig) avec différents partenaires, des anomalies chromosomiques et de nombreuses mutations contribuent à l'hétérogénéité de la maladie. Si les translocations impliquant le Ig gene sont supposées survenir durant la maturation des lymphocytes B, les mécanismes conduisant au large spectre des lésions de l'ADN observées au cours du MM restent largement méconnus. Les processus de réparation des dommages de l’ADN sont largement impliqués dans l’instabilité génomique et la résistance aux chimiothérapies endommageant l’ADN comme les agents alkylants. Ces derniers, demeurent l’un des traitements de référence du MM malgré l’arrivée de nouveaux traitements efficaces qui ont amélioré de façon significative la survie globale des patients, à l’exception des patients à haut risque qui ont encore une survie courte avec une médiane de survie inférieure à 3 ans. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes impliqués dans l’hétérogénéité génomique observée au cours du MM. En particulier, nous avons utilisé des méthodes de séquençage de nouvelle génération pour caractériser les processus mutationnels et l’existence de gènes de fusion dans une grande cohorte de patients. De plus, nous avons concentré notre analyse génomique sur le sous-groupe de myélome avec translocation t(4; 14) en étudiant un groupe de 58 patients avec cette translocation. Nous avons ainsi identifié de nouvelles mutations «driver» de ce sous-groupe de MM associé à un mauvais pronostic, affectant ATM, ATR, FGFR3 et PRKD2. Enfin, nous avons combiné les données de séquençage de nouvelle génération et un nouveau test fonctionnel pour évaluer le rôle de la réparation des lésions de l’ADN parexcision de nucléotides (NER) dans la résistance aux agents alkylants et avons pu cibler thérapeutiquement ce mécanisme à l’aide de petites molécules. Au total, nos données révèlent un rôle majeur des processus de réparation des dommages de l'ADN dans lagénération de mutations exprimées et dans la résistance aux agents alkylants. Par ailleurs, nous avons identifié de nouveaux marqueurs d'instabilité génomique spécifiques aux MM avec t(4; 14) et de nouveaux gène de fusion impliqués dans la progression de la maladie. Nos résultats suggèrent qu'une stratégie thérapeutique ciblant le NER et en particulier l’hélicase XPB peut être efficace pour traiter le MM et sensibiliser les cellules aux agents alkylants. Nos résultats ont identifié le rôle et l’impact de certains mécanismes de réparation des dommages de l’ADN dans la biologie du MM ainsi que de nouvelles cibles thérapeutiques.

Multiple myeloma (MM) is a malignant hemopathy characterized by clonal proliferation of plasma cells. MM is clinically and molecularly hetereogenous and featured by…

Advisors/Committee Members: Arnulf, Bertrand (thesis director).

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Les textiles sont utilisés dans de nombreux dispositifs médicaux extra et intra corporels (pansements, prothèses vasculaires, etc...). La recherche vise à leur apporter des propriétés thérapeutiques (antibactérienne, cicatrisante, régénérative). Parmi les solutions développées on peut transformer le dispositif en un réservoir libérant des substances actives. Le défi est de modifier le support chimiquement inerte selon des procédés non agressifs qui permettent l’incorporation de quantités suffisantes de la molécule active pour constituer une dose thérapeutique efficace dont la libération couvrira la période de cicatrisation. Le travail présenté dans cette thèse décrit une évolution du concept précédemment élaboré par le Laboratoire UMET, basé sur le greffage de cyclodextrines sur des biomatériaux variés pour la libération prolongée de médicaments. Il s’agit de l’application de la technique layer-by-layer (LbL) consistant à élaborer un assemblage multicouche - sur un support textile (PET) par superposition alternée de deux polyélectrolytes de charges opposes, pour former un enrobage des fibres par un film multicouche qui permettra au dispositif libérer un principe actif de manière prolongée. Notre système multicouche est basé sur un polymère anionique de β-cyclodextrine, alternant avec le chitosan (polymère cationique). L’optimisation de la construction LbL du film multicouche a été étudiée en parallèle par spectroscopie optique par guide d’onde (OWLS) et sur le textile ; sa dégradation et la libération de molécules modèles de principes actifs ont été suivies dans différents milieux, et les propriétés biologiques et microbiologiques ont été étudiées.

Textiles are widely used in medical devices which are implantable or not (wound dressing, vascular prosthesis etc…) and researches currently aim to bring them therapeutic properties (antibacterial, healing, regenerative). Among the most efficient solutions, transforming the device into a drug delivery system capable of releasing some drugs or bioactive substances is investigated. The main challenges are firstly to chemically modify such inert materials with soft methods in order to keep their original properties, and secondly to adsorb a sufficient therapeutic dose of the drug that should then be released covering the critical healing period. The concept developed by the UMET laboratory consists of grafting cyclodextrins on several biomaterials for extended drug release. This work presents an evolution of this latter concept thanks to the Layer-by-Layer process. Multilayer assemblies are built on a textile support thanks to alternative adsorptions of polyelectrolytes with opposite charges. It forms a multilayer coating on the fibers which allows the extended release of active molecules. Our multilayer system is based on an anionic polymer of β-cyclodextrin and chitosan (cationic polymer). Multilayer building optimization following the LbL process was simultaneously studied with Optical Waveguide Lightmode Spectroscopy (OWLS) and on textile. Its degradation and release…

Advisors/Committee Members: Martel, Bernard (thesis director), Tabary, Nicolas (thesis director).

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Afin d’obtenir un spectre de haute résolution avec un spectromètre-imageur par transformation de Fourier (IFTS), il est nécessaire que la scène demeure statique pendant l’acquisition. Dans de nombreux cas, cette hypothèse ne peut pas être respecter simplement à cause de la présente d’un mouvement relatif entre la scène et l’instrument pendant l’acquisition. À cause de ce mouvement relatif, les échantillons obtenus à un pixel capturent différentes régions de la scène observée. Dans le meilleurs des cas, le spectre obtenu de ces échantillons sera peu précis et aura une faible résolution. Après une brève description des IFTS, nous présentons des algorithmes de d’estimation du mouvement pour recaler les trames des cubes de données acquises avec un IFTS, et desquelles il sera ensuite possible d’obtenir des spectres avec une précision et une résolution élevées. Nous utilisons des algorithmes d’estimation du mouvement qui sont robustes aux variations d’illumination, ce qui les rend appropriés pour traiter des interferogrammes. Deux scénarios sont étudiés. Pour le premier, nous observons un mouvement relatif unique entre la scène qui est imagée et l’instrument. Pour le second, plusieurs cibles d’intérêts se déplacent dans des directions différentes à l’intérieur de la scène imagée. Après le recalage des trames, nous devons ensuite résoudre un nouveau problème lié à la correction de l’effet hors-axe. Les échantillons qui sont associés à un interférogramme ont été acquis par différents pixels du senseur et leurs paramètres hors-axe sont donc différents. Nous proposons un algorithme de rééchantillonnage qui tient compte de la variation des paramètres de l’effet hors-axe. Finalement, la calibration des données obtenues avec un IFTS lorsque la scène imagée varie dans le temps est traitée dans la dernière partie de la thèse. Nous y proposons un algorithme de calibration apropriée des trames, qui précède le recalage des trames et la correction de l’effet hors-axe. Cette chaine de traitement nous permet d’obtenir des spectres avec une résolution élevée. Les algorithmes proposés ont été testés sur des données expérimentales et d’autres provenant d’un simulateur. La comparaison des résultats obtenus avec la réalité-terrain démontre la valeur de nos algorithmes: nous pouvons obtenir des spectres avec une résolution comparable à celle qui peut être obtenue lorsqu’il n’y aucun mouvement entre l’instrument (IFTS) et la scène qui est imagée.

To obtain a useful or high resolution spectrum from an Imaging Fourier Transform Spectrometer (IFTS), the scene must be stationary for the duration of the scan. This condition is hard to achieve in many cases due to the relative motion between the instrument and the scene during the scan. This relative motion results in multiple data samples at a given pixel being taken from different sub-areas of the scene, and from which (at best) spectra with low accuracy and resolution can be computed. After a review of IFTS, we present motion estimation algorithms to register the frames of data cubes acquired…

Advisors/Committee Members: Zaccarin, André, Desbiens, Raphaël.

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Depuis les travaux de chimie théorique de Moskaleva et Lin (2000), il est connu que le radical NCN est le produit de la réaction d’initiation CH + N2 du NO précoce dans les flammes. Dans le cadre de l’ANR NO-mecha, cette thèse avait pour but d’étendre la base de données expérimentales initiale (comprenant les profils de CH et NCN) dans différentes flammes stabilisées à basse pression (5.3 kPa), aux espèces NO, HCN et CN impliquées dans le processus de formation du NO-précoce afin de valider à terme un sous mécanisme cinétique. Lors de ce travail, les mesures de fractions molaires ont été mesurées in situ (pour les espèces labiles) et ex situ (HCN) en combinant deux méthodes de spectroscopie laser. La fluorescence induite par laser (LIF) permet de mesurer les profils relatifs d’espèce directement dans la flamme. Cette technique permet de mesurer la température à partir de la distribution de population rotationnelle de NO. Les mesures par LIF sont calibrées par une méthode des ajouts dosés (NO) ou par une méthode d’absorption (CN). La technique d’absorption retenue est le Cavity Ringdown Spectroscopy (CRDS) qui repose sur la mesure du temps de vie d’une impulsion laser au sein d’une cavité optique. La mesure du profil de HCN a été réalisée de façon tout à fait originale après extraction des gaz vers une cellule CRDS externe à 1036 nm. Les études portent sur cinq flammes (de richesse comprise entre 0.8 et 1.25) de prémélange CH4/O2/N2 dont une dopée par N2O. Les résultats expérimentaux sont comparés à la simulation cinétique réalisée avec le code Chemkin/Premix et le mécanisme GDFkin®3.0_NCN, montrant dans l’ensemble un accord satisfaisant.

Since the work of theoretical chemistry by Moskaleva and Lin (2000), it is known that the NCN radical is the product of the initiation reaction CH + N2 of prompt NO in flames. Under the ANR NO-mecha program, the objective of this thesis was to extend in different flames stabilized at low pressure (5.3 kPa), the initial experimental database (including CH and NCN profiles) to the species NO, HCN and CN involved in the prompt NO formation in order to validate a kinetic mechanism. In this work, measurements of mole fractions were measured in situ (for labile species) and ex situ (HCN) by combining two methods of laser spectroscopy. The laser induced fluorescence (LIF) is used to measure profiles of species directly in the flame. This technique is used to measure the temperature from the rotational population distribution of NO. The LIF measurements are calibrated by a method of standard additions (NO) or by absorption (CN). The adopted absorption technique is the Cavity Ringdown Spectroscopy (CRDS) based on the measurement of the lifetime of a laser pulse in an optical cavity. Measurement of HCN profile was carried out using an original method after gas extraction to an external CRDS cell at 1036 nm. The studies focused on five premixed flames of CH4/O2/N2 (richness comprised between 0.8 and 1.25) with a doped flame by N2O. The experimental results are compared with the kinetic…

Advisors/Committee Members: Desgroux, Pascale (thesis director), Lamoureux, Nathalie (thesis director).

▼ La terre compte 110 000 aires protégées (AP) couvrant 12% de sa surface. Or, les AP ne parviennent pas à maintenir l'intégrité écologique telle que précédemment envisagée et le taux d'extinction des espèces se maintient à un rythme alarmant même à l'intérieur des réserves. Des études récentes suggèrent que l'altération des terres entourant les AP influe sur la biodiversité et les fonctions des écosystèmes à l'intérieur des AP. Une façon de quantifier le contraste entre l'intérieur et l'extérieur des AP est donc requise afin d'évaluer l'efficacité du réseau mondial d'AP et l'améliorer. Nous avons développé une mesure de contraste d'habitat basé sur un indice de végétation comparant le couvert végétal à l'intérieur et à l'extérieur des AP mesurée à partir d'images satellitaires (résolution 500 m2). La mesure a été appliquée à un échantillon des AP mondiales. Le contraste entre la contagion (l'hétérogénéité du couvert végétal) à l'intérieur et à l'extérieur des AP était significatif pour la grande majorité des AP analysées, avec l'intérieur des AP présentant un couvert végétal plus uniforme que les terres environnantes. Contrairement aux études précédentes, nous avons trouvé un effet important du niveau de protection IUCN des AP et le niveau de contraste, celui-ci étant significativement plus élevé dans les AP à niveau de protection élevé que faible. Les réserves avec un haut niveau de protection sont généralement éloignées, mais sont néanmoins généralement situées dans des régions hautement influencées par des activités agricoles et forestières. Les AP avec un bas niveau de protection sont, elles, localisées plus près des zones fortement peuplées et sur des terres plus productives. La mesure de contagion développée dans cette étude permet d'évaluer rapidement l'état des AP à grandes échelles et dans différents biomes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : aire protégée, complexité, analyse spatiale, ndvi

▼ La terre compte 110 000 aires protégées (AP) couvrant 12% de sa surface. Or, les AP ne parviennent pas à maintenir l'intégrité écologique telle que précédemment envisagée et le taux d'extinction des espèces se maintient à un rythme alarmant même à l'intérieur des réserves. Des études récentes suggèrent que l'altération des terres entourant les AP influe sur la biodiversité et les fonctions des écosystèmes à l'intérieur des AP. Une façon de quantifier le contraste entre l'intérieur et l'extérieur des AP est donc requise afin d'évaluer l'efficacité du réseau mondial d'AP et l'améliorer. Nous avons développé une mesure de contraste d'habitat basé sur un indice de végétation comparant le couvert végétal à l'intérieur et à l'extérieur des AP mesurée à partir d'images satellitaires (résolution 500 m2). La mesure a été appliquée à un échantillon des AP mondiales. Le contraste entre la contagion (l'hétérogénéité du couvert végétal) à l'intérieur et à l'extérieur des AP était significatif pour la grande majorité des AP analysées, avec l'intérieur des AP présentant un couvert végétal plus uniforme que les terres environnantes. Contrairement aux études précédentes, nous avons trouvé un effet important du niveau de protection IUCN des AP et le niveau de contraste, celui-ci étant significativement plus élevé dans les AP à niveau de protection élevé que faible. Les réserves avec un haut niveau de protection sont généralement éloignées, mais sont néanmoins généralement situées dans des régions hautement influencées par des activités agricoles et forestières. Les AP avec un bas niveau de protection sont, elles, localisées plus près des zones fortement peuplées et sur des terres plus productives. La mesure de contagion développée dans cette étude permet d'évaluer rapidement l'état des AP à grandes échelles et dans différents biomes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : aire protégée, complexité, analyse spatiale, ndvi

▼ Semiconductor surfaces coupled to molecular structures derived from organic chemistry form the basis of an emerging class of field-effect devices. In addition to molecular electronics research, these interfaces are developed for a variety of sensor applications in the electronic and optical domains. Of practical interest are self-assembled monolayers (SAMs) comprised of n-alkanethiols [HS(CH[subscript 2])[subscript n]R], which couple to the GaAs(001) surface through S-GaAs covalent bond formation. These SAMs offer potential functionality in terms of the requisite sensor chemistry and the passivation effect such coupling is known to afford. In this thesis, the SAM-GaAs interface is investigated in the context of a photonic biosensor based on photoluminescence (PL) variation. The scope of the work is categorized into three parts: i) the structural and compositional analysis of the surface using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), ii) the investigation of electronic properties at the interface under equilibrium conditions using infrared (IR) spectroscopy, the Kelvin probe method, and XPS, and iii) the analysis of the electro-optic response under steady-state photonic excitation, specifically, the surface photovoltage (SPV) and PL intensity. Using a partial overlayer model of angle-resolved XPS spectra in which the component assignments are shown to be quantitatively valid, the coverage fraction of methyl-terminated SAMs is shown to exceed 90%. Notable among the findings are a low-oxide, Ga-rich surface with elemental As present in sub-monolayer quantities consistent with theoretical surface morphologies. Modal analysis of transmission IR spectra show that the SAM molecular order is sufficient to support a Beer-Lambert determination of the IR optical constants, which yields the observation of a SAM-specific absorbance enhancement. By correlation of the IR absorbance with the SAM dipole layer potential, the enhancement mechanism is attributed to the vibrational moments added by the electronic polarizability in the static field of the SAM. Lastly, the surface Fermi level position is determined by XPS and is used to interpret SPV results in terms of a thiol-induced reduction of the surface cross-section for minority carrier-capture. Numerical analysis confirms this result based on the carrier transport theory of PL intensity by means of a reduction of the surface recombination velocity. Advisors/Committee Members: Dubowski, Jan J. (advisor), Bensebaa, Farid (advisor).

▼ L'étude spectroscopique de la molécule HCP présentée dans ce mémoire comporte l'analyse des bandes de vibration-rotation (formule(s) : voir document). Un algorithme de calcul non-linéaire par moindres carrés a été élaboré dans le but de permettre l'évaluation simultanée des constantes spectroscopiques (formule(s) : voir document) des états de vibration (formule(s) : voir document). On obtient aussi de ce calcul, la constante (formule(s) : voir document) reliée à la résonance de type-l entre les états (formule(s) : voir document), et le paramètre de perturbation W relié à la résonance de Fermi entre les états (formule(s) : voir document). Les constantes spectroscopiques du niveau de vibration 101 ainsi déterminées, ont permis l'obtention des fréquences de vibration harmonique w1 et w3, de la constante d'anharmonicité x13 et des constantes d'interaction vibration-rotation (formule(s) : voir document). Advisors/Committee Members: Cabana, Aldée (advisor).

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L'objectif du projet est la mesure du rapport de la masse de l'électron à celle du proton par spectroscopie vibrationnelle à deux photons sans effet Doppler de H2+. Le refroidissement des ions H2+ est nécessaire et ne peut être fait que par refroidissement sympathique par des ions Be+ refroidis par laser. La première partie présente la conception et la réalisation d'un piège linaire adapté au confinement des ions H2+ et Be+ et permettant les accès optiques nécessaires pour les lasers et l'imagerie. La seconde partie décrit les sources laser à 626 (à base de diodes laser ou de lasers à fibres) ainsi que la cavité de doublage de fréquence utilisés pour obtenir le faisceau à 313 nm pour refroidir les ions Be+. La dernière partie expose les premiers résultats obtenus qui montrent que le montage est opérationnel. Elle présente l'observation et la caractérisation de cristaux de Coulomb de Be+ ainsi que des cristaux de Coulomb mixtes Be+/H2+ où les ions H2+ sont créés par impact électronique à partir du gaz résiduel. Ces résultats montrent que le montage est prêt pour réaliser la spectroscopie de H2+.

The objective of the project is to perform high-resolution Doppler-free two-photon vibrational spectroscopy of the H2+ molecular ion for accurate electron to proton mass ratio determination. Trapping and laser-cooling of the H2+ ions is necessary. Since H2+ molecular ions cannot be directly laser cooled, a solution is the implementation of sympathetic cooling via a laser cooled Be+ ions. In the first part of this thesis the design and implementation of a linear Paul trap is presented. This trap is suitable to confine H2+ and Be+ ions while allowing good optical access for multiple laser sources and the imaging system. The second part describes a low power, diode based laser system to provide narrow linewidth 626nm light, and a high power, fiber laser based laser system. Subsequently, a bow-tie cavity is presented to frequency double the 626nm light to obtain 313nm light for Be+ Doppler-cooling. In the last part the operational readiness of the trap and the fiber laser based 313nm laser source is demonstrated by the observation of Be+ Coulomb crystals. Electron impact ionization of H2 present in the residual gas allows to observe sympathetic cooling and shows that the developed setup can provide the experimental conditions for precision spectroscopy of H2+.

Advisors/Committee Members: Hilico, Laurent (thesis director).

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L’évaluation non destructive (NDT) des matériaux composites est compliquée en raison de la vaste gamme de défauts rencontrés (y compris délaminage, microfissuration, fracture de la fibre, retrait des fibres, fissuration matricielle, inclusions, vides et dommages aux chocs). La capacité de caractériser quantitativement le type, la géométrie et l’orientation des défauts est essentielle. La thermographie infrarouge (IRT), en tant que technique de diagnostic d’image, peut satisfaire le besoin industriel croissant de NDT&E. Dans la thèse, la thermographie par excitation optique et mécanique a été utilisée pour étudier différents matériaux composites, dont 1) des préformes sèches en fibres de carbone, 2) des composites de fibres naturelles, 3) des composites hybrides de basalte-fibres de carbone soumis à une charge d’impact (séquence de type sandwich et séquence d’empilement intercalé), 4) des défauts micro-dimensionnés dans un composite polymère renforcé de fibre de carbone (CFRP) en 3D avec une couture de type « joint en T », et 5) des peintures sur toile qui peuvent être considérées comme des matériaux composites. Une nouvelle technique IRT de thermographie de ligne par micro-laser (micro-LLT) a été proposée pour l’évaluation des porosités submillimétriques dans le CFRP. La microscopie de points par micro-laser (micro-LST) et la micro-vibrothermographie (micro-VT) ont également été présentées avec l’utilisation de microlentilles. La thermographie pulsée (PT) et la thermographie modulée « à verrouillage » (LT) ont été comparées à la tomographie par rayons X (TC) pour validation. Le C-scan ultrasonore (UT) et l’imagerie par ondes tera-hertziennes en onde continue (CW THz) ont également été réalisés à des fins comparatives. L’inspection par techniques thermographiques est une question ouverte à discuter pour le public scientifique. En fait, la thermographie par impulsions (PPT) basée sur la transformation de phase a été utilisée pour estimer la profondeur des dommages. Pour traiter les données thermographiques, on a également utilisé la reconstruction de signal thermographique de base (B-TSR), la thermographie des composants principaux (PCT) et la thermographie des moindres carrés partiels (PLST). Enfin, une analyse complète et comparative basée sur le diagnostic d’images thermographiques a été menée en vue d’applications industrielles potentielles.

Non-destructive testing (NDT) of composite materials is complicated due to the wide range off laws encountered (including delamination, micro-cracking, fiber fracture, fiber pullout, matrix cracking, inclusions, voids, and impact damage). The ability to quantitatively characterize the type, geometry, and orientation of flaws is essential. Infrared thermography (IRT), as an image diagnostic technique, can satisfy the increasing industrial need for NDT&E. In the thesis, optical and mechanical excitation thermography were used to investigate different composite materials, including 1) carbon fiber dry preforms, 2) natural fiber composites, 3) basalt-carbon fiber hybrid…

Advisors/Committee Members: Maldague, Xavier.

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L’évaluation non destructive (NDT) des matériaux composites est compliquée en raison de la vaste gamme de défauts rencontrés (y compris délaminage, microfissuration, fracture de la fibre, retrait des fibres, fissuration matricielle, inclusions, vides et dommages aux chocs). La capacité de caractériser quantitativement le type, la géométrie et l’orientation des défauts est essentielle. La thermographie infrarouge (IRT), en tant que technique de diagnostic d’image, peut satisfaire le besoin industriel croissant de NDT&E. Dans la thèse, la thermographie par excitation optique et mécanique a été utilisée pour étudier différents matériaux composites, dont 1) des préformes sèches en fibres de carbone, 2) des composites de fibres naturelles, 3) des composites hybrides de basalte-fibres de carbone soumis à une charge d’impact (séquence de type sandwich et séquence d’empilement intercalé), 4) des défauts micro-dimensionnés dans un composite polymère renforcé de fibre de carbone (CFRP) en 3D avec une couture de type « joint en T », et 5) des peintures sur toile qui peuvent être considérées comme des matériaux composites. Une nouvelle technique IRT de thermographie de ligne par micro-laser (micro-LLT) a été proposée pour l’évaluation des porosités submillimétriques dans le CFRP. La microscopie de points par micro-laser (micro-LST) et la micro-vibrothermographie (micro-VT) ont également été présentées avec l’utilisation de microlentilles. La thermographie pulsée (PT) et la thermographie modulée « à verrouillage » (LT) ont été comparées à la tomographie par rayons X (TC) pour validation. Le C-scan ultrasonore (UT) et l’imagerie par ondes tera-hertziennes en onde continue (CW THz) ont également été réalisés à des fins comparatives. L’inspection par techniques thermographiques est une question ouverte à discuter pour le public scientifique. En fait, la thermographie par impulsions (PPT) basée sur la transformation de phase a été utilisée pour estimer la profondeur des dommages. Pour traiter les données thermographiques, on a également utilisé la reconstruction de signal thermographique de base (B-TSR), la thermographie des composants principaux (PCT) et la thermographie des moindres carrés partiels (PLST). Enfin, une analyse complète et comparative basée sur le diagnostic d’images thermographiques a été menée en vue d’applications industrielles potentielles.

Non-destructive testing (NDT) of composite materials is complicated due to the wide range off laws encountered (including delamination, micro-cracking, fiber fracture, fiber pullout, matrix cracking, inclusions, voids, and impact damage). The ability to quantitatively characterize the type, geometry, and orientation of flaws is essential. Infrared thermography (IRT), as an image diagnostic technique, can satisfy the increasing industrial need for NDT&E. In the thesis, optical and mechanical excitation thermography were used to investigate different composite materials, including 1) carbon fiber dry preforms, 2) natural fiber composites, 3) basalt-carbon fiber hybrid…

Advisors/Committee Members: Maldague, Xavier.

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Ce travail s’inscrit dans le cadre du projet de recherche achevant le cycle de formation des étudiants de maîtrise en génie électrique avec mémoire à l’Université Laval. Ce projet a été effectué au sein de la Faculté des sciences et de génie et le Centre d’optique, photonique et laser (COPL) de l’université Laval. À cet effet, ce mémoire contient les axes majeurs nécessaires pour une étude comparative et expérimentale des techniques d’analyse du minerai de phosphate (MP). L’objectif est de déterminer la technique la plus efficace à adopter pour mettre en place une solution in situ. Une proposition d’un système LIBS à base de FPGA pour la mesure de P2O5 est également présentée ainsi que sa conception. Tout d’abord, ce mémoire présente le contexte du projet pour bien comprendre la problématique et la motivation, ainsi que les objectifs et l’importance de mettre en place une solution in situ pour l’analyse du minerai de phosphate. Ceci nous a permis d’identifier le besoin et de repérer les exigences attendues. Aussi, le présent travail couvre une revue de littérature détaillée sur les méthodes classiques d’analyse du minerai de phosphate au laboratoire, et les techniques multi élémentaires qui permettent d’analyser plusieurs composés avec un seul équipement. La faisabilité d’utiliser une de ces techniques pour répondre au besoin a été présentée dans ce travail. Pour ce faire nous avons vérifié les limitations des trois techniques recommandées pour l’analyse des minéraux. Il s’agit des techniques ICP, XRF et LIBS. Les résultats montrent que l’XRF est incapable de quantifier les éléments légers dont le nombre atomique est inférieur à 11, alors que la LIBS permet d’avoir des résultats rapides et précis pour la majorité des éléments présents dans le minerai du phosphate. À la fin de ce mémoire, nous présentons une proposition d’un système LIBS à base de FPGA pour la mesure de P2O5 (qui est l’élément le plus important dans le minerai du phosphate)

This work is part of the research project completing the training cycle of research master at Laval University. This project was carried out within the Faculty of Science and Engineering and the Center of Optics, Photonics, and Laser (COPL). To this end, this report contains the major axes necessary for a comparative and experimental study of phosphate ore techniques analysis. The objective is to determine the most efficient technique to adopt to implement an in-situ solution. At the end of this report, we will introduce a proposal for LIBS system based on FPGA board for P2O5 measurement. First, this report presents the context of the project to understand the problem and the motivation, as well as the objectives and importance of setting up an on-line solution for the analysis of phosphate ore. Allowed us to describe the need and identify the expected requirements. Secondly, the present work covers a detailed literature review about conventional methods of analyzing phosphate ore in the laboratory, and multi-elemental techniques used to analyze several compounds with a single…

Advisors/Committee Members: Messaddeq, Younès, Miled, Amine.

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Les maladies par expansion de polyglutamines sont des maladies neurodégénératives dues à l’expansion du trinucléotide cytosine-adénine-guanine (CAG) dans les gènes correspondants codant pour une expansion d’homopolymère de glutamine dans les protéines mutées. Ce projet concerne les formes les plus courantes qui sont la maladie de Huntington (MH) et les ataxies spinocérébelleuses (SCA) types 1, 2, 3 et 7. Ce sont des maladies autosomiques dominantes, responsables de troubles graves de la motricité partageant des voies physiopathologiques communes, avec un effet notable sur la dysfonction métabolique. La disponibilité des tests génétiques et le fait que la plupart du temps la maladie débute à l’âge adulte offre la possibilité d’une intervention thérapeutique avant l’apparition de symptômes. Toutefois, les échelles cliniques ne sont pas assez sensibles et ne peuvent effectivement être utilisés pour évaluer les personnes au stade présymptomatique de la maladie. Les techniques d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et de spectroscopie (SRM) sont des approches non invasives qui permettent de recueillir des informations pertinentes et sensibles. Ainsi, dans ce travail, nous présentons une combinaison de différentes techniques d’IRM et SRM afin d’identifier de robustes biomarqueurs de la MH et des SCA. Nous présentons aussi des approches thérapeutiques prometteuses dans la MH. De la même manière, nous voulons démontrer que des biomarqueurs d’imagerie sont plus sensibles que des échelles cliniques. Pour conclure, nous combinons des données multimodales – volumétrie, SRM, métabolomique et lipidomique – à partir de SCA dans un modèle qui explique mieux la pathologie.

Mutations in different gene loci that lead to the encoding of the unstable and expanded glutamine-encoding cytosine-adenine-guanine (CAG) repeats results in the group of diseases known as the polyglutamine diseases. This project focuses on the most common forms which are Huntington disease (HD) and spinocerebellar ataxia (SCA) types 1, 2, 3 and 7. These are autosomal dominant diseases responsible for severe movement disorders and are thought to share common pathophysiological pathways with a major emphasis on metabolic dysfunction. The availability of genetic testing and their predominantly adult onset opens a window for therapeutic intervention before symptoms onset. However, current clinical scales are not sensitive and cannot effectively be used to evaluate individuals at the presymptomatic stage of the diseases. This prompts the need for biomarkers that are sensitive to macroscopic and microscopic changes that may occur prior to disease onset. Magnetic resonance imaging (MRI) and spectroscopy (MRS) techniques present non-invasive approaches to extract pertinent information that otherwise would not be possible with clinical scales. In this work therefore, we present a combination of different MRI and MRS techniques to identify robust biomarkers in HD and SCA. We also present therapeutic approaches that hold promise in HD. Likewise, we show that imaging…

Advisors/Committee Members: Mochel, Fanny (thesis director).

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L’étude des réaction (a,g) d’intérêt astrophysique est vaste. Ces réactions ont un rôle important dans la phase de fusion d’hélium des étoiles, dans la nucléosynthèse au moment du big bang ainsi que dans une grande partie des scénarios d'explosions stellaires. L’étude des réactions (a,g) impliquant des faisceaux stables peut être réalisée de diverse façon. Je me suis concentrée sur deux d'entre elles. La première est l’étude en cinématique directe en détectant les rayons gamma produits. C'est ce que j'ai fait durant ma thèse pour mesurer la section efficace de 7Li(a,g)11B. Cette réaction a été étudiée au cours des années pour différentes raisons en astrophysique nucléaire. Par exemple, il a été postule que cette réaction pourrait résoudre, au moment de la nucléosynthèse du big bang, le problème du Lithium. Il est clair, aujourd'hui, que ce n'est pas la solution, cependant, elle a un rôle dans la production de boron lors des supernovae de type Ic. Une autre façon d’étudier les réactions (a,g) est d'utiliser la cinématique inverse. L’idée est d'envoyer un faisceau d'ions lourd sur une cible d’hélium. Ce type de cinématique permet de détecter, avec une bonne efficacité, le noyau lourd de recul produit si le faisceau qui n'a pas interagit avec la cible, en est correctement séparé. Les séparateurs de masses, comme St. George, sont construit dans ce but. St. George sera impliquer dans la mesure de sections efficaces de réaction d’importance pour le processus s comme 16O(a,g)20Ne.

The study of (a,g) reactions of astrophysical interest is quite vast. These reactions play an important role in the quiescent Helium burning phase of stars, in big bang nucleosynthesis and in most explosive stellar scenarios. The studies of (a,g) reactions involving stable beams are performed in various ways. I have been concentrating on two of them. The first one is studying these reactions in direct kinematics by detecting the produced gamma rays. This is what I did during my thesis to measure the cross section of 7Li(a,g)11B. It has been studied throughout the years for several purposes in nuclear astrophysics. For example, it was postulated it could solve the big bang nucleosynthesis Lithium problem. Nowadays, it is clear it does not.However, this reaction plays a role in the production of Boron during type Ic Supernovae. Another way to study (a,g) reactions is to use inverse kinematics. The idea is to send a heavy element beam on a Helium target. This kind of kinematics allows for the detection, with good efficiency, of the heavy recoil product if the beam that did not interact in the target is properly separated. Recoil mass separators, like St. George, are built for this purpose. St. George will be involved in measuring cross sections of reaction important for the s-process like 16O(a,g)20Ne.

Advisors/Committee Members: Blank, Bertram (thesis director).

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Le besoin d’allumer avec un temps très court les moteurs aéronautiques a conduit à de nombreuses études. Cependant, le processus d’allumage n’est pas encore parfaitement compris. Beaucoup d’études expérimentales sont basées sur l’obtention de probabilité d’allumage en différents points et sous différentes conditions moyennes de l’écoulement mais peu se sont concentrées sur l’étude d’un évènement unique. La raison pour le peu de compréhension totale est la nature transiente de l’allumage, qui dépend de nombreux paramètres physiques, avant, pendant et après le dépôt de l’énergie. Le but de cette étude est de développer les outils nécessaires à la compréhension d’évènements uniques en mesurant simultanément plusieurs paramètres affectant le processus d’allumage. Une nouvelle technique de mesure; la spectroscopie en deux dimensions de plasma induit par laser (2D-LIPS) a été mise au point pour obtenir les gradients de concentration d’espèces et d’énergie dans un plasma induit par laser. Cette technique se base sur l’utilisation de deux caméras, chacune munies d’un filtre interférentiel centré sur une transition atomique. Cette technique permet d’obtenir la taille initiale du plasma contenant une concentration minimale en combustible, ce qui permet de justifier le succès/l’échec d’un évènement. Elle a d’abord été validée dans une couche de mélange air/oxygène afin d’en déterminer les incertitudes et la résolution spatiale. Elle a ensuite été appliquée à un système d’injection aéronautique. Le débit d’air, préchauffé à 200_C, a été fixé à 10 g/s et les gouttes de dodécane avaient un diamètre moyen de Sauter entre 30 et 40 _m. Cet injecteur présente une instabilité aérodynamique de type Precessing Vortex Core aux alentours de 550 Hz, mesurée par 2D-PIV sur les gouttes à 20 kHz . Les mesures simultanées de 2D-LIPS et et 2D-PIV à 20 kHz ont permis d’établir un scénario d’allumage. Une concentration minimum de dodécane ainsi qu’une taille minimum de plasma sont nécessaires mais non suffisants à un allumage réussi. La force du PVC semble aussi jouer un rôle dans le destin du noyau initial. L’étude propose d’établir des probabilités conditionnées d’allumage en utilisant les mesures de 2D-LIPS. Il est ainsi montré que des essais d’allumage menant à une probabilité non conditionnée de 33% peuvent mener, grâce à la 2D-LIPS, à une probabilité conditionnée de 88%.

The need to ignite within a very short time the aircraft engines led to many studies. However, the ignition process is not yet fully understood. Many experimental studies are based on obtaining ignition probability at different points and in different average flow conditions but few have focused on the study of a single ignition event. The reason for the lack of full understanding is transient nature of the the ignition process, which depends on many physical parameters, before, during and after the deposition of spark energy. The purpose of this study is to develop the tools necessary to understand unique events by simultaneously measuring multiple parameters that affect…

Advisors/Committee Members: Darabiha, Nasser (thesis director).

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Les radicaux peroxyles sont des intermédiaires clés dans la chimie atmosphérique. Leurs schémas de réaction sont différentes selon si elles sont formées dans un environnement pollué (concentration de NOx élevé) ou dans un environnement propre (concentration de NOx faible). Dans la cadre de cette thèse la réaction entre les radicaux peroxyles et les radicaux OH a été étudié afin de mieux comprendre le schéma de réaction dans des environnements propres (au-dessus des océans ou la forêt tropicale). Des études cinétiques ont été effectuées à l'aide de photolyse laser couplée à la détection d'espèces radicalaires par fluorescence induite par laser (LIF, pour OH), et cavity ring down spectroscopy (cw-CRDS, pour radicaux peroxy). Les mécanismes de réaction de ces réactions ont été déterminés par des méthodes de chimie quantique, comme Gaussian-4 (G4), modèle complet de consigne de base (CBS) et CHEAT1. Deux systèmes ont été étudiés avec les techniques mentionnées ci-dessus: CH3O2 + OH et C2H5O2 + OH. Les constantes de vitesse et mécanismes de réaction pour les deux réactions ont été déterminées pour la première fois. En outre, la technique cw-CRDS a été appliquée pour mesurer le spectre d’absorption de CH3O2 et du précurseur CH3I dans la gamme de proche infrarouge. Les sections efficaces d'absorption ont été également déterminées à quelques longueurs d’onde sélectionnées pour le radical CH3O2. En outre, un test a été effectué pour assurer que la méthode de chimique quantum choisi est appropriée pour ce type de réactions radical-radical.

Peroxy radicals are key intermediates in atmospheric chemistry. Their reaction schemas are different depending if they are formed in a polluted environment (high NOx concentration) or in a clean environment (low NOx concentration). This thesis deals with the reaction between peroxy radicals and OH radicals in order to better understand the reaction scheme in clean environments (above the oceans or tropical forest). Kinetic studies were carried out using laser photolysis coupled to detection of radical species by laser induced fluorescence technique (LIF, for OH), and continuous wave- cavity ring-down spectroscopy (cw-CRDS, for peroxy radicals). Moreover, the reaction mechanisms of these reactions were determined by quantum chemical methods, such as Gaussian-4 (G4), complete basis set model (CBS) and CHEAT1. Two systems were studied with the above mentioned techniques: CH3O2 + OH and C2H5O2 + OH. The rate constant and reaction mechanism of both reactions were determined for the first time. In addition, the cw-CRDS technique was applied to measure the absorption spectrum of the CH3O2 and CH3I in the near infrared region and to determine the absorption cross sections of a few selected lines of the methyl peroxy radical. Furthermore, a method test was carried out, which ensured the appropriate quantum chemical method for these radical-radical reactions.

Advisors/Committee Members: Fittschen, Christa (thesis director), Viskolcz, Béla (thesis director).

▼ De nombreux échantillons sont prélevés quotidiennement dans les mines d'or et envoyés aux laboratoires d’analyses chimiques pour en déterminer la teneur en or. Habituellement, un délai de 48 heures est nécessaire à l’obtention des résultats obligeant les opérateurs miniers à prendre des décisions opérationnelles avant de connaître les résultats. Pour répondre à cette problématique, la technologie émergente de spectroscopie d’émission de plasma induit par laser (S.L.P.) (dont l’acronyme anglais est Laser Induced Breakdown Spectroscopy LIBS) fournit une analyse quantitative de la concentration en or in situ et en temps réel. Un premier travail de cette technique a été effectué amenant la limite de détection de l’or à environ 0,7 ppm sur tous les types d’échantillons rencontrés en domaine minier (poudres, roches à tout venant, carottes…). Cette valeur correspond à la limite de détection de l’appareil souhaitée par les compagnies minières. En effet, les concentrations trouvées dans les gisements aurifères sont généralement supérieures à 0,7 ppm. Toutefois, certaines mines ont une teneur de coupure à cette valeur, ou dans cet ordre de grandeur, d’où la nécessité d’avoir une limite de détection plus basse. Ce projet de maîtrise a été conçu pour aider à l’étalonnage et à la validation de cette technique. Pour cela, des études pétrographiques et minéralogiques permettant de déterminer des lithologies vont être combinées à une analyse quantitative par fluorescence des rayons X (XRF). L’ensemble de ces résultats permettra de mieux comprendre le signal LIBS. Par la suite, ces résultats LIBS vont être validés en étant comparés avec ceux fournis par les laboratoires externes au projet. Ce mémoire de maîtrise a permis de démontrer que le LIBS est une méthode très prometteuse, avec un écart type relatif (<100%) en adéquation avec celui des laboratoires d’analyse chimique (<100%) pour une méthode plus rapide et non destructive. En effet, en comparant les résultats de teneur en or obtenus par analyse chimique conventionnelle provenant de deux laboratoires différents, les écarts types relatifs sur les échantillons ayant utilisé la courbe d’étalonnage riche en silice du LIBS, et cela quelle que soit la mine, sont inférieurs à 100%, mais deviennent supérieurs à 200% pour les échantillons ayant utilisé la courbe d’étalonnage riche en fer et soufre (mines Casa Berardi, Westwood et LaRonde). Les teneurs en or obtenues avec le LIBS, comparées avec les laboratoires externes, montrent que la technique LIBS est très prometteuse avec un écart type relatif également inférieure à 100 %, indépendamment de la courbe d’étalonnage utilisée et cela, quelle que soit la forme du matériel analysé. L’écart type relatif entre les laboratoires et le LIBS est bien souvent inférieur à celui trouvé entre les deux laboratoires utilisant le même protocole expérimental démontrant le caractère prometteur de la technique LIBS. Il est possible de noter une sous-évaluation des teneurs en or par rapport aux résultats obtenus avec les laboratoires sur les échantillons… Advisors/Committee Members: Constantin, Marc, Laflamme, Marcel.

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Le domaine de la chimie bioanalytique est en plein développement. Les tendances vers une caractérisation plus précise, une analyse à haut débit et une automatisation accrue offrent la promesse de systèmes capables de fournir des informations plus détaillées sur les systèmes biologiques vivants. Les biofilms sont répandus dans la plupart des écosystèmes. Ils peuvent être formés par la plupart des microorganismes. Les biofilms microbiens sont des communautés multicellulaires de bactéries, adhérant à une surface, entourées d'une substance polymère extracellulaire (EPM). En raison de leur origine naturelle, les biofilms bactériens sont de plus en plus étudiés et utilisés pour des applications en biocatalyse, en auto-guérison et en tant que systèmes pouvant fonctionner efficacement dans des conditions ambiantes. Les principaux facteurs qui contrôlent le développement du biofilm et ses propriétés matures sont les conditions hydrodynamiques appliquées et les concentrations en éléments nutritifs. Les propriétés mécaniques du système EPM peuvent être personnalisées en fonction de son environnement. De plus, l’existence de différents groupes chimiques fonctionnels dans le biofilm permet de piéger des molécules organiques et des ions dissous. Cette thèse porte sur le développement d'une technique permettant une flexibilité et une précision dans la croissance et la détection des biofilms de Pseudomonas sp. Bactérie CT07. Le système analytique est multimodal afin d’obtenir des informations sur les propriétés chimiques et structurelles du biofilm. À cette fin, la microscopie optique et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) à réflexion totale atténuée (ATR) ont été couplées dans un système analytique coordonné avec des canaux microfluidiques pour contrôler les conditions de croissance des biofilms. Pour atteindre cet objectif, un montage ATR-IR fait maison a été développé pour permettre de sonder différents emplacements au-dessus du cristal d'ATR afin d'ajouter une capacité de mesure au système situé à différents emplacements. Les différentes méthodologies développées dans cette thèse peuvent être appliquées à d'autres systèmes complexes à l'avenir. La combinaison de la microfluidique pour un contrôle de flux précis ainsi que des mesures multiplexées dans un microcanal parallèle est la clé pour obtenir des indices importants et statistiquement pertinents sur la croissance des biofilms et sur les méthodes pour les contrôler.

The field of bioanalytical chemistry is currently undergoing rapid development. Trends toward more precise characterization, high-throughput analysis and greater levels of automation collectively offer the promise of systems that can deliver deeper insights into living biological systems. Biofilms are widespread in most ecosystems. They can be formed by most microorganisms. Microbial biofilms are multicellular communities of bacteria, adhering to a surface, surrounded by an extracellular polymeric matrix (EPM). Because they are natural, bacterial biofilms are increasingly being studied…

Advisors/Committee Members: Greener, Jesse.

▼ Cette thèse décrit plusieurs résultats expérimentaux impliquant le phénomène de la filamentation laser qui se produit lorsque des impulsions laser ultrabrèves se progagent dans l'air avec une intensité de l'ordre de ~ 10¹³ W/cm2. Un laser titane-saphir est utilisé pour gé- nérer des impulsions femtosecondes dans l'infrarouge (800 nm). En raison de ses propriétés particulières, cette forme de propagation est étudiée pour de nombreuses applications. Nous nous concentrons dans cette thèse sur la télédétection et l'identification de polluants atmosph ériques. Notre objectif est d'améliorer les résultats et de résoudre certains problèmes dans la détection de polluants, en particulier de ceux qui ont le même spectre de fluorescence induit par filamentation. Tous les résultats présentés ici ont été obtenus en laboratoire. La télédétection de polluants dans l'atmosphère implique la propagation de filaments à haute altitude où la pression atmosphérique est basse. Il est donc important de bien comprendre le phénomène de la filamentation dans ces conditions. Nous avons expérimentalement et numériquement étudié l'effet d'une basse pression sur un filament unique dans l'air. Les expériences furent réalisées en variant la pression à l'intérieur d'une cellule entre 0,3 et 1 fois la pression atmosphérique normale (1 atm ~ 1:01 X 10⁵ Pa). Une approche pour détecter à distance la présence de polluants atmosphériques est de capter la fluorescence émise par les fragments moléculaires créés lors du passage de l'impulsion laser. Ce signal est toutefois lourdement atténué avant d'atteindre le détecteur en raison de la grande distance de propagation dans ces applications et il est important de trouver des moyens pour augmenter le signal de fluorescence. Nous avons donc étudié la possibilité d'utiliser le filament lui-même comme milieu de gain dans la direction de propagation pour amplifier les émissions des impuretés de l'air. Il avait déjà été démontré qu'un filament peut amplifier le signal rétrodiffusé dans l'air pur alors nous avons débuté nos expériences dans l'air pour ensuite étudier des mélanges air-hydrocarbones ( 2% de CH₄, C₂H₂ et C₂H₄ dans l'air). Nous avons détecté la fluorescence émise par l'azote neutre à ~ 337 nm dans l'air pur et par les fragments CH à ~ 431 nm dans des mélanges air-hydrocarbones. Dans les deux cas, le signal de fluorescence émis dans la direction opposée à celle du laser a augmenté de manière nonlin éaire en fonction de la longueur du filament, tandis que celui émis sur les côtés montrait une tendance linéaire. Le dernier chapitre de cette thèse traite d'une nouvelle approche pour identifier les molé- cules basée sur leur alignement. Nous montrons en effet que des polluants dans l'air peuvent être détectés et identifiés en mesurant les constantes de rotation de diférentes molécules. Il est important de noter que cette technique permet de distinguer des polluants dont les fragments émettent le même spectre de fluorescence (les mêmes raies atomiques et bandes moléculaires). Les résultats présentés dans cette… Advisors/Committee Members: Rainville, Simon, Witzel, Bernd.

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Le travail présenté ici a consisté en la mise au point d’une méthode de spectroscopie localisée proton filtrée carbone 13C chez la souris ainsi que de la mise en place d’un protocole pour des acquisitions, in vivo, de spectroscopie localisée en rotation à l’angle magique sur la drosophile. Le travail sur la souris a en particulier porté sur l’effet d’un traitement antivasculaire sur des tumeurs cérébrales. Pour réaliser cette étude il a également fallu concevoir une sonde de mesure (support + détecteur) spécialement dédiée à ce type d’étude. Le travail a permis de mettre en évidence l’apport de cette nouvelle méthode par rapport à la méthode classique de spectroscopie proton. Le travail sur la drosophile a permis la mise en place de la spectroscopie localisée par tranche, ce qui était l’objectif de départ, mais également la mise en place d’imagerie de déplacement chimique à 1 dimension spatiale, qui permet de réaliser une cartographie de la répartition spatiale des métabolites. Ces deux méthodes de spectroscopie sur la drosophile représentent à notre connaissance, deux premières, et ouvrent des perspectives importantes de recherche sur cet insecte qui est le plus utilisé dans le domaine, en particulier car il représente un très bon modèle génétique.

Here we present a 1H −13 C filtered method for localized spectroscopy for the study of mice brain metabolism and, also for the development of localized HRMAS spectroscopy methods for the in vivo study of drosophila. The aim of the work on mice was to study the effect of a vascular disrupting agent on glioma. We had to build a probe (cradle + detector) dedicated to this work. With this work we succeed to show the contribution of the 1H −13 C spectroscopic method, compared to the classical one, 1H spectroscopy. For the drosophila part of my work we succeed to perform slice selective spectroscopy on living drosophila using high Resolution Magic Angle Spinning, we even perform chemical shift imaging (1 spatial dimension) which give us a mapping of the metabolites distribution. As far we known, those methods represent two « premieres », and offer new perspectives of research on this insect, which is the most used in this field, particularly because of the numerous genetic studies on this animal.

Advisors/Committee Members: Beloeil, Jean-Claude (thesis director).

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Le couplage de techniques d’analyse de surface (XPS, LEIS et ToF-SIMS) a permis de caractériser la nature de la phase active sur des catalyseurs à base de Mo en fonction de différents modes de synthèse. Afin d’imiter le mode par voie chimique par imprégnation, des catalyseurs modèles ont été préparés par spin coating. En outre, une nouvelle voie physique, par pulvérisation magnétron, a été explorée pour la synthèse de catalyseurs. Des corrélations entre les données spectroscopiques XPS et LEIS sur les systèmes modèles permettent de déterminer le taux de recouvrement et l’épaisseur des espèces MoOx déposées. L’étude ToF-SIMS permet de confirmer la structure de la phase active : des entités monomériques à faible teneur et polymériques à plus haute teneur en Mo. Enfin, les performances catalytiques des différents systèmes pour l’oxydation ménagée du méthanol sont discutées au regard des caractérisations spectroscopiques. Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet CATARR INTERREG IV (Materia Nova, Université de Mons et Université Lille1).

The coupling of surface analysis techniques (XPS, LEIS et ToF-SIMS) allowed to characterize the nature of the active phase on Mo-based catalysts according to different modes of synthesis. To imitate chemical means by impregnation mode, model catalysts we prepared by spin-coating. In addition, a new physical path, by magnetron sputtering, has been explored for the synthesis of catalysts. Correlations between spectroscopic data XPS and LEIS on model systems determine the recovery rate and the structure of the active phase : Mo low content monomeric and high content polymeric entities. Finally, the catalytic performances of the different catalytic systems for the controlled oxidation of methanol are discussed under spectroscopic characterizations. This work has been performed within INTERREG IV CATARR network (Materia Nova, Mons University and Lille1 University).

Advisors/Committee Members: Paul, Jean-François (thesis director), Mamede, Anne-Sophie (thesis director).

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L’objectif de ce projet est d’étudier l’influence de nanoparticules d’argent intégrées dans une matrice organosiliciée sur l’organisation de la fibronectine. L’argent étant connu depuis des siècles pour ses propriétés antibactériennes, l’étude de l’adsorption de protéines au contact de ces nanoparticules est essentielle en vue d’une utilisation dans le domaine biomédical. Dans un premier temps, les nanoparticules ont été intégrées dans une matrice organosiliciée, le tout synthétisé par plasma à basse pression. La présence d’argent dans le plasma durant le dépôt a été analysée par spectroscopie d’émission optique. Puis, la fibronectine a été adsorbée sur les surfaces pour étudier l’influence des nanoparticules. Les surfaces ont été caractérisées par différentes techniques notamment par spectroscopie photoélectronique par rayons X pour identifier la présence d’argent et de la fibronectine. La rugosité des surfaces a également été analysée par microscopie à force atomique et des mesures d’angle de contact dynamique ont été réalisées. Enfin, pour quantifier la fibronectine sur les surfaces et pour connaître l’organisation de la protéine, des tests ELISA ont été effectués.

The objective of this project is to study the influence of silver nanoparticles embedded in an organosilicon matrix on the fibronectin organization. Silver is known for its antibacterial properties for several centuries, the study of protein adsorption in contact of these nanoparticles is essential for a use in biomedical field. First, nanoparticles were embedded in an organosilicon matrix, all synthetized by low-pressure plasma. Presence of silver in the plasma during the deposition was analyzed by optical emission spectroscopy. Then, fibronectin was adsorbed on the surfaces to study the influence of silver nanoparticles. Surfaces were characterized by different methods, especially by X-ray photoelectron spectroscopy to identify the presence of silver and fibronectin. Roughness of the surfaces was analyzed by atomic force microscopy and dynamic contact angle measurements were realized. Finally, to quantify the fibronectin adsorbed on the surfaces and to know the protein organization, ELISA tests were performed.

Advisors/Committee Members: Laroche, Gaétan, Makasheva, Kremena.

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Les techniques non-conventionnelles de lithographie ont fait depuis deux décennies une entrée remarquée dans les sciences de l'ingénierie. Elles sont considérées aujourd'hui comme un enjeu majeur pour le développement des dispositifs. L'objectif principal de cette thèse est d'explorer de nouvelles voies pour la conception des micro&nanabiocapteurs en procédant à des impressions de poly(pyrrole) (PPy) à haute résolution par microtamponnage assisté par polymérisation catalytique (nanoCP-CCP) sur des substrats polymériques (poly(téréphtalate) d'éthylène (PETE), Copolymère d'oléfine cyclique (COC), polyétheréthercétone (PEEK), poly(éthylène 2,6-naphtalate (PEN) et le polyamide (PI)). Dans un premier temps, nous avons mis au point différentes techniques d'impression (greffage par impression, impression adressée et impression directe) et des conditions de polymérisation pour moduler les caractéristiques de PPy micro et nano-structurés, afin de contrôler la taille, la forme et les propriétés électriques désirées. Nous avons constaté que les paramètres les plus importants qui influent sur le processus d'impression surtout à l'échelle nanométrique sont: a) Le rapport des concentrations des réactifs pour le procédé de polymérisation qui comprend le Py-silane, nitrate d'argent (AgNO3), le chlorure du fer (III)/ le chlorure de Lithium (FeCl3/LiCl). b) Les paramètres physiques de la machine GeSIM; la pression d'impression, le niveau de contact, le temps d'encrage du tampon polydiméthylesiloxane (PDMS), et le temps d'impression. Finalement, on est arrivé à fabriquer des nanofils de PPy (PPy-NF) de 747±12,2 nm de largeur, 114±8 nm de hauteur et avec une séparation de 573±13,4 nm entre deux PPy-NF consécutifs. Ces films micro et nano-structurés ont été caractérisées par microscopie électronique à balayage (SEM), microscopie à force atomique (AFM) et spectrométrie de photon-électrons induits par rayons X (XPS). Dans une deuxième partie, on a développé des immunocapteurs à base de PPy-NF sensible aux biomarqueurs interleukine 8 et 6. Pour cela, différentes stratégies ont été adoptées pour immobiliser les anticorps spécifiques à ces deux biomarqueurs. Ces immunocapteurs ont été caractérisés par la méthode de spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS). Les résultats obtenus par rapport à la sensibilité et la sélectivité sont très satisfaisants avec des limites de détection de l'ordre de quelques pg/L pour les deux immunocapteurs développés

Non-conventional lithography techniques have made for the two last decades a huge impact in the engineering sciences. They are now regarded as a main challenge for the development of the devices. The objective of this thesis is to explore new alternative possibilities for designing micro & nano biosensors based on poly(pyrrole) (PPy) high resolution microprinting attended by catalytic polymerization (nanoCP-CCP) on substrates Polymer (poly (terephthalate) ethylene (PETE), cyclic olefin copolymer (COC), polyetheretherketone (PEEK), poly (ethylene 2,6-naphthalate (PEN), and polyamide (PI)). In a…

Advisors/Committee Members: Errachid El Salhi, Abdelhamid (thesis director).

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Dans les réacteurs à fusion, le tungstène subira des contraintes sévères dont, l’irradiation neutronique induisant la création de défauts ponctuels, et l’implantation d’hélium. La compréhension du comportement synergique des défauts lacunaires et de l’hélium est cruciale pour modéliser le comportement des composants en tungstène des futurs réacteurs à fusion thermonucléaire.Cette étude utilise la spectroscopie d’annihilation des positons (PAS) pour déterminer la nature et l’évolution en température des défauts d’implantation et l’analyse par réaction nucléaire (NRA)couplée ponctuellement à la microscopie électronique pour suivre le comportement de l’hélium.Les défauts générés dépendent des paramètres d’implantation (nature des ions, énergie, fluence). Par implantation d’3He à 800 keV, des monolacunes ont été créées et sont mobiles entre 473 et 623 K.L’augmentation de la concentration initiale en monolacunes décale le seuil de migration vers les basses températures. Des implantations à fort dpa (Fe 10 MeV) génèrent des amas lacunaires. Les impuretés jouent un rôle prépondérant sur le comportement en température des défauts.Le comportement de l’hélium a été étudié sous trois conditions d’implantation différentes. Les implantations à basse énergie (0,32 keV) montrent la création de complexes hélium-lacune par mutation. Les implantations à 60 keV mettent en évidence la compétition entre la migration, à basse fluence et le piégeage de l’hélium, à haute fluence. Finalement, des implantations à haute énergie(500 keV) renseignent sur l’influence de la microstructure sur la distribution des bulles d’hélium.

In fusion reactors, tungsten suffers severe constraints such as an intense neutron irradiation which induces the creation of point defects, and implantation of helium. Understanding the interactions between point defects and helium is crucial to model the behavior of tungsten components for future nuclear fusion applications.This study rely on the use of Positron Annihilation Spectroscopy (PAS) to determine the nature and thermal evolution of implantation-induced defects, and Nuclear Reaction Analysis (NRA) occasionally coupled with electron microscopy to investigate the behavior of helium.The nature of implantation-induced defects depends on the implantation parameters (type of ion,energy, fluence). Implantations of 3He at 800 keV, lead to the creation of monovacancies which aremobile between 473 and 623 K. Increasing the initial concentration of monovacancies shifts themigration threshold toward low temperature. Implantations with high level of damage (Fe 10 MeV) generate vacancy clusters. The impurities play a dominant role on the thermal behavior of defects. The behavior of helium was studied under three different implantation conditions. Implantations at low energy - 0.32 keV - show the creation of helium-vacancy complex by mutation. Implantations at 60keV show the competition between migration - at low fluence - and trapping of helium - at high fluence. Finally, high energy implantations (500 keV) provide…

Advisors/Committee Members: Barthe, Marie-France (thesis director).

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SITELLE est le nouveau spectromètre imageur à transformée de Fourier qui doit être installé au Télescope Canada-France-Hawaii. Le développement de son modèle de performance a permis d’évaluer les paramètres instrumentaux qui sont critiques par rapport aux exigences scientifiques. D’une part, une configuration hors-axe à miroirs plans a été sélectionnée pour répondre plus facilement à l’exigence de haute efficacité dans le proche ultraviolet. D’autre part, les critères d’asservissement ont été définis afin de concevoir un instrument limité par le bruit de photons pour une scène pertinente donnée. Ces performances doivent être maintenues pendant une acquisition totale de 4h sous des vibrations opérationnelles et toute vibration extérieure comme des bourrasques de vent sur le télescope. Enfin, le modèle de performance de SITELLE est au cœur du simulateur de rapport signal sur bruit qui permettra aux astrophysiciens d’évaluer les bénéfices potentiels de l’utilisation de ce spectromètre imageur pour leurs sujets d’études.

SITELLE is a new imaging Fourier transform spectrometer to be installed at the Canada-France- Hawaii Telescope. The development of its dedicated performance model drives the design of the instrument and the flow down of the science cases requirements into system requirements. First, the selected configuration with off-axis flat mirrors makes the achievement of a high efficiency in the near ultra violet easier. Secondly, servomechanism’s desirable performances were defined in order to design a photon noise limited instrument, based on a relevant scene. These performances should be maintained during a 4 hours data-cube acquisition, under operational vibrations and external effects such as wind gust hitting the telescope. Ultimately, this instrument performance model is the core of the signal to noise ratio simulator that will help observers to evaluate the potential benefits of SITELLE for their target.

Advisors/Committee Members: Grandmont, Frédéric, Thibault, Simon.

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Sur Mars, la datation par comptage de densité de cratères est actuellement la seule méthode utilisée pour dater les surfaces planétaires. Cependant, sur Mars, elle n’a pas encore été corrigé et complété par des datations absolues. Ce travail consiste à développer un prototype démontrant le potentiel d’une nouvelle approche expérimentale basée sur la méthode K-Ar pour dater les roches martiennes in situ. L’objectif à terme est de proposer une solution instrumentale de datation absolue pour un futur rover d’exploration.Un laser Nd :YAG quadruplé pour tirer à 266 nm ablate un échantillon basaltique mis sous vide secondaire. L’observation du plasma par « Laser Induced Breakdown Spectroscopy » apporte des informations sur la concentration en K et sur la nature chimique et minéralogique de la cible. Puisque l’ablation est faite par un laser UV et sous vide secondaire, l’ablation est reproductible par minéralogie. La reconnaissance stoechiométrique permet donc d’estimer la masse vaporisée. Après purification des gaz libérés, un spectromètre de masse quadripolaire détermine la quantité d’argon.L’ensemble de ces mesures pourvoit un âge avec une incertitude théorique de 13% dans les meilleures conditions.Les calibrations du dispositif expérimental ont apporté de nombreuses informations sur des effets sur les spectres LIBS provoqués par l’ablation sous vide secondaire. L’augmentation de la pression e tla variation de géométrie du cratère d’ablation ont des effets opposés sur les pics des éléments.Nous avons aussi démontré que l’instrument était capable de mesurer l’âge de la mésostase de roche basaltique et qu’il offre des perspectives intéressantes sur certaines phases minérales comme la biotite.

Crater counting is the only method used on Mars to give relative geochronological information but it never had been fitted and corrected by absolute geochronology. This work is about the development of a new prototype demonstrating the ability of a protocol using in situ K-Ar dating. The goal is to propose a solution of an absolute geochronology for the next explorations rovers. A quadrupled Nd:YAG laser at 266 nm ablates a basaltic sample under high vacuum. The light collection by a spectrometer (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) gives the rate of potassium and the chemical or the mineralogy of the target. Thanks to the specificities of the ablation in highvacuum and with a UV laser, the ablated mass has a good reproducibility per mineralogy. Thus, theLIBS identification gives an estimation of the ablated mass. After the purification of the released gas,a quadrupole mass spectrometer determines the quantity of argon. All these measures give an age with a theoretical uncertainty of 13% in the best conditions.The calibration of the experiment had given new information about the effects on LIBS spectrarelated to the ablation under high vacuum. The rise of the pressure and the variation of geometry of the pit have opposite effects on the elements peaks. We also demonstrated that the instrument was capable of measuring the age of…

Advisors/Committee Members: Gillot, Pierre-Yves (thesis director).

▼ Le système GABAergique du syndrome du X fragile et de la neurofibromatose de type I Le syndrome de l'X fragile (SXF) et la neurofibromatose de type 1 (NF-1) sont deux maladies monogéniques caractérisées par un risque fortement accru de trouble du spectre autistique (TSA). Or, ces deux modèles monogénétiques du TSA semblent différer quant à leurs mécanismes neuropathophysiologiques respectifs, particulièrement concernant les mécanismes neuronaux d’excitation et d’inhibition. En effet, les modèles animaux de la NF-1 ont démontré la présence d’une hyperinhibition neuronale post-synaptique, alors que les modèles animaux du SXF présentent une hypo-inhibition neuronale. Cette dissociation entre la similitude des phénotypes cliniques du SFX et de la NF-1, et l’hétérogénéité des profils neurophysiologiques de ces conditions offrent l’occasion unique d’élucider, de façon spécifique à chacune des maladies, les liens unissant les altérations neurophysiologiques des mécanismes neuronaux d’excitation et d’inhibition et leurs manifestations psychiatriques. Des études récentes ont mis en lumière les anomalies reliées aux principaux neurotransmetteurs excitateurs (glutamate) et inhibiteurs (GABA) du système nerveux central chez les modèles animaux du SXF et de la NF-1, et dans une moindre mesure, chez les patients atteints de ces maladies. Bien que ces données suggèrent une bonne correspondance entre les observations faites chez l’animal et l’humain chez le SXF, les données sont divergentes chez la NF-1 (eg. hyperinhibition chez le modèle animal NF-1 et hypoinhibition chez l’humain NF-1). Les altérations des mécanismes excitateurs et inhibiteurs chez les patients SXF et NF-1 demeurent largement méconnues ainsi que leur potentielle contribution dans les symptomatologies respectives. Dans une approche ciblée, nous avons utilisé la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM) afin d’étudier la présence d’un déséquilibre entre les mécanismes neuronaux d’excitation et d’inhibition et d’établir des corrélats physiologiques avec les phénotypes qui les caractérisent la NF-1 et le SXF. Notre étude a démontré que les deux conditions présentent des altérations GABAergiques, notamment une diminution de la concentration de GABA mesurée avec la SRM, sans toutefois démontrer la présence d’altérations marquées du fonctionnement des récepteurs GABAA et GABAB. Également, des relations opposées ont été établies avec la concentration du GABA et le fonctionnement des récepteurs GABAB entre le SXF et la NF-1, suggérant que l’activité des récepteurs GABAergiques s’exprime différemment chez ces conditions. Ces résultats montrent que le SXF et la NF-1 sont tous deux caractérisés par des anomalies du système GABAergique et ils illustrent la distinction entre la concentration des neurotransmetteurs et les mécanismes fonctionnels qui les impliquent. Advisors/Committee Members: Lepage, Jean-François (advisor).

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Les dilatations des voies urinaires de diagnostic anténatal (DVU) peuvent être transitoires, ou correspondre à une anomalie significative de l'écoulement des urines pouvant entrainer une dégradation de la fonction rénale. L'identification de biomarqueurs urinaires pourrait contribuer à différencier précocement les uropathies des dilatations transitoires. La métabolomique permet l'identification de toutes les molécules de bas poids moléculaire présentes dans un échantillon biologique et la mise en évidence d'une signature métabolique associée à un événement physiopathologique. L'objectif principal de cette thèse est l'identification de marqueurs urinaires pronostiques chez les nouveaux nés présentant une DVU de diagnostic anténatal, par spectroscopie RMN et analyse métabolomique.Soixante-dix nouveau-nés ayant une DVU unilatérale et 90 témoins ont été inclus dans cette étude prospective. Tout d'abord, nous comparons la précision de différentes classifications échographiques pour l'évaluation du risque d'intervention chirurgicale.Ensuite, nous montrons l'absence de différence significative entre les profils métaboliques urinaires des nouveau-nés ayant une DVU et ceux des témoins. Dans une troisième partie, nous démontrons l'influence significative de l'âge, du poids et de la taille sur le profil métabolique urinaire des nouveau-nés. Enfin, nous montrons l'évolution du profil métabolique urinaire avec la croissance chez les nourrissons ayant une DVU.Ce travail permet une meilleure compréhension de la physiopathologie des DVU et de la maturation métabolique des nouveau-nés. Il contribue à identifier des biais potentiels dans les études métaboliques en néonatologie

The prenatal finding of unilateral Urinary Tract Dilatation (UTD) can be transient or represent a significant urinary flow impairment that would lead to progressive deterioration of renal function. Identifying urinary biomarkers could help to differentiate uropathy requiring surgical management from transient dilatation at an early stage.Metabolic phenotyping studies provide untargeted quantification of all detectable low molecular-weight molecules by profiling without any a priori the metabolic signatures of biological samples in connection to physiopathological events.The main objective of this study is to identify diagnosis and prognosis urinary markers for uropathy in newborns with prenatally diagnosed unilateral UTD using 1H-NMR spectroscopy combined with multivariate statistical analyses.A total of 70 newborns with unilateral UTD and 90 controls were included in this prospective study. First, the usefulness of different ultrasound grading systems in predicting the need for surgical intervention is evaluated. Then, we report the absence of significant difference between the urinary metabolic profiles of newborns with UTD and controls. In thethird part, the influence of age, weight and height on the urinary metabolic profiles of healthy newborns is highlighted for the first time, and key-metabolites responsible for this evolution are identified. Finally,…

Advisors/Committee Members: Elena-Herrmann, Bénédicte (thesis director), Mure, Pierre-Yves (thesis director).