Afin d’étudier le cerveau humain dans le but d’aider les patients souffrant de maladies neurologiques, on a besoin d’une interface cérébrale entièrement implantable pour permettre l’accès direct aux neurones et enregistrer et analyser l’activité neuronale. Dans cette thèse, des interfaces cerveau-machine implantables (IMC) à très faible puissance basées sur plusieurs circuits et innovations de systèmes ont été étudiées pour être utilisées comme analyseur neuronal. Un tel système est destiné à recueillir l’activité neuronale émise par centaines de neurones tout en les activant à la demande en utilisant des moyens d’actionnement tels que l’électro- et / ou la photo-stimulation. Un tel système doit fournir plusieurs canaux d’enregistrement, tout en consommant très peu d’énergie, et présente une taille extrêmement réduite pour la sécurité et la biocompatibilité. Typiquement, un microsystème d’interfaçage avec le cerveau comprend plusieurs blocs, tels qu’un bloc analogique d’acquisition (AFE), un convertisseur analogique-numérique (ADC), des modules de traitement de signal numérique et un émetteur-récepteur de données sans fil. Un IMC extrait les signaux neuronaux du bruit, les numérise et les transmet à une station de base sans interférer avec le comportement naturel du sujet. Cette thèse se concentre sur les blocs analogiques d’acquisition à très faible consommation à utiliser dans l’IMC. Cette thèse présente des frontaux avec plusieurs stratégies innovantes pour consommer moins d’énergie tout en permettant des données de haute résolution et de haute qualité. Premièrement, nous présentons une nouvelle structure frontale utilisant un schéma de réutilisation du courant. Cette structure est extensible à un très grand nombre de canaux d’enregistrement, grâce à sa petite taille de silicium et à sa faible consommation d’énergie. L’AFE à réutilisation de courant proposée, qui comprend un amplificateur à faible bruit (LNA) et un amplificateur à gain programmable (PGA), utilise une nouvelle topologie de miroir de courant entièrement différentielle utilisant moins de transistors et améliorant plusieurs paramètres de conception, tels que la consommation d’énergie et du bruit, par rapport aux mises en oeuvre de circuit d’amplificateur de réutilisation de courant précédentes. Ensuite, dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons un nouveau convertisseur sigmadelta multicanal qui convertit plusieurs canaux indépendamment en utilisant un seul amplificateur et plusieurs condensateurs de stockage de charge. Par rapport aux techniques conventionnelles, cette méthode applique un nouveau schéma de multiplexage entrelacé, qui ne nécessite aucune phase de réinitialisation pour l’intégrateur lors du passage à un nouveau canal, ce qui améliore sa résolution. Lorsque la taille des puces n’est pas une priorité, d’autres approches peuvent être plus attrayantes, et nous proposons une nouvelle stratégie d’économie d’énergie basée sur un nouveau convertisseur sigma-delta à très basse consommation conçu pour réduire la consommation d’énergie. Ce nouveau convertisseur utilise une architecture basse tension basée sur une topologie prédictive innovante qui minimise la non-linéarité associée à l’alimentation basse tension. / Studying brain functionality to help patients suffering from neurological diseases needs fully implantable brain interface to enable access to neural activities as well as read and analyze them. In this thesis, ultra-low power implantable brain-machine-interfaces (BMIs) that are based on several innovations on circuits and systems are studied for use in neural recording applications. Such a system is intended to collect information on neural activity emitted by several hundreds of neurons, while activating them on demand using actuating means like electro- and/or photo-stimulation. Such a system must provide several recording channels, while consuming very low energy, and have an extremely small size for safety and biocompatibility. Typically, a brain interfacing microsystem includes several building blocks, such as an analog front-end (AFE), an analog-to-digital converter (ADC), digital signal processing modules, and a wireless data transceiver. A BMI extracts neural signals from noise, digitizes them, and transmits them to a base station without interfering with the natural behavior of the subject. This thesis focuses on ultra-low power front-ends to be utilized in a BMI, and presents front-ends with several innovative strategies to consume less power, while enabling high-resolution and high-quality of data. First, we present a new front-end structure using a current-reuse scheme. This structure is scalable to huge numbers of recording channels, owing to its small implementation silicon area and its low power consumption. The proposed current-reuse AFE, which includes a low-noise amplifier (LNA) and a programmable gain amplifier (PGA), employs a new fully differential current-mirror topology using fewer transistors. This is an improvement over several design parameters, in terms of power consumption and noise, over previous current-reuse amplifier circuit implementations. In the second part of this thesis, we propose a new multi-channel sigma-delta converter that converts several channels independently using a single op-amp and several charge storage capacitors. Compared to conventional techniques, this method applies a new interleaved multiplexing scheme, which does not need any reset phase for the integrator while it switches to a new channel; this enhances its resolution. When the chip area is not a priority, other approaches can be more attractive, and we propose a new power-efficient strategy based on a new in-channel ultra-low power sigma-delta converter designed to decrease further power consumption. This new converter uses a low-voltage architecture based on an innovative feed-forward topology that minimizes the nonlinearity associated with low-voltage supply.

Ce mémoire a pour objectif d’étudier une famille de méthodes pour modéliser de façon conjointe plusieurs séries temporelles. Nous nous servons de ces méthodes pour prédire le comportement de cinq séries temporelles américaines et de ressortir les liens dynamiques qui pourraient exister entre elles. Pour ce faire, nous utilisons les modèles de vecteurs autorégressifs d’ordre p proposés par Sims (1980) qui sont une généralisation multivariée des modèles de Box et Jenkins. Tout d’abord, nous définissons un ensemble de concepts et outils statistiques qui seront utiles à la compréhension de notions utilisées par la suite dans ce mémoire. S’ensuit la présentation des modèles et de la méthode de Box et Jenkins. Cette méthode est appliquée à chacune des cinq séries en vue d’avoir des modèles univariés. Puis, nous présentons les modèles VAR(p) et nous faisons un essai d’ajustement de ces modèles à un vecteur dont les composantes sont les cinq séries. Nous discutons de la valeur ajoutée de l’analyse multivariée par rapport à l’ensemble des analyses univariées / This thesis aims to study a family of methods to jointly model several time series. We use these methods to predict the behavior of five US time series and to highlight the dynamic links that might exist between them. To do this, we use the p-order autoregressive vector models proposed by Sims (1980), which are a multivariate generalization of the Box and Jenkins models. First, we define a set of concepts and statistical tools that will be useful for the understanding of notions used later in this thesis. Follows the presentation of the models and the method of Box and Jenkins. This method is applied to each of the five series in order to have univariate models. Then, we present the VAR(p) models and we test the fit of these models to a vector series whose components are the five aforementioned series. We discuss the added value of multivariate analysis compared to the five univariate analyzes.

Les polymères π-conjugués sont des matériaux à haute valeur ajoutée pour applications en électronique organique. Afin d’être utilisés dans des dispositifs électroniques, il est nécessaire d’avoir une méthode de synthèse efficace permettant d’obtenir des matériaux de bonne qualité. En effet, les polymères utilisés dans ce domaine doivent posséder une structure régulière et une masse molaire élevée. Toutefois, certains défauts peuvent se retrouver dans les chaînes polymère, ce qui diminuent leur performance en dispositif. Un des défauts possibles est l’homocouplage, soit la répétition successive d’un même motif. Ce défaut est présent peu importe la méthode de polymérisation utilisée. Dans ce projet de maîtrise, les défauts d’homocouplage dans les polymères synthétisés par poly(hétéro)arylation directe (PHAD) ont été étudiés. La PHAD est une nouvelle méthode de polymérisation novatrice permettant de diminuer le nombre d’étapes de synthèse, en plus d’être verte puisqu’elle ne produit pas de déchets organométalliques toxiques en comparaison avec les méthodes classiques de polymérisation. Les mécanismes menant aux défauts d’homocouplage dans les polymères synthétisés par PHAD sont encore sujets à discussion. En ce sens, l’influence de la nature des monomères et des réactifs utilisés sur la régiorégularité des polymères synthétisés par PHAD a été étudiée. Pour ce faire, deux polymères, le poly(3-octyoxy-4-métylthiophène) (POMT) et le poly(1-(4-dodécylthiophèn-2-yl)-5-(2-octyldodécyl)-thiéno[3, 4- c]pyrrole-4,6-dione) (P(TPDT)), ont été choisis de manière stratégique, puisque le seul défaut possible dans leur structure est l’homocouplage. Ce défaut peut être identifié et quantifié par spectroscopie RMN ¹H et ainsi permettre l’optimisation des conditions de polymérisation. De plus, les propriétés optiques et thermiques ainsi que la masse molaire des polymères ont également été analysées. Les propriétés électroniques du P(TPD-T) ont été déterminées par la mise en dispositif de transistors à effet de champs. Toutes ces caractérisations ont permis de déterminer l’influence de la présence d’homocouplage sur l’organisation du polymère à l’état solide, qui est fortement reliée aux performances en dispositifs.

La demande toujours croissante pour la capacité du réseau conduit au développement de systèmes de communication optique pour couvrir les normes Terabit Ethernet récemment proposées. Les applications de courte distance nécessitent une solution peu coûteuse et peu complexe avec détection directe. Cependant, le coût de la détection cohérente diminue chaque jour et en fait un bon candidat pour les applications à courte distance futures afin d'accroître l'efficacité spectrale et d'utiliser des formats de modulation avancés. Dans cette thèse, nous étudions des solutions pour les applications court-courrier actuelles et futures. Dans la première partie, nous nous concentrons sur des solutions pour les applications de courte distance. Le premier chapitre est la première démonstration de la transmission multi-tonalité discrète (DMT) à plus de 100 Gb/s en utilisant une photonique au silicium en bande O (SiP). Nous comparons expérimentalement le DMT avec la modulation d'amplitude d'impulsion (PAM) sur la bande O. Notre expérience montre qu'en augmentant la longueur des fibres de plus de 10 km, la PAM surpasse le DMT. Pour la bande C, nous utilisons un multi-ton discret à bande latérale unique (SSB-DMT) pour éviter l'effet d'évanouissement de la puissance induit par la dispersion chromatique. Nous étudions l'effet du bruit de phase, de la dispersion chromatique et de la sensibilité du récepteur pour optimiser le signal du DMT et extraire des équations théoriques pour calculer le taux d'erreur binaire (BER) du SSB-DMT. Ensuite, nous comparons la PAM sur bande O avec le SSB-DMT sur bande C et quantifions l'impact des limitations imposées par le matériel sur les deux formats de modulation. Notre étude fournit un outil analytique pour les applications de courte distance afin de sélectionner le format et le matériel de modulation appropriés en fonction de la portée requise, du débit binaire, etc. Dans la deuxième partie, le ciblage des futurs systèmes de détection cohérents justifié l'utilisation d'un format de modulation complexe avec détection cohérente. Nous utilisons un format de modulation avancé dans lequel nous avons combiné la propagation de transformée de Fourier discrète avec le DMT pour augmenter l'efficacité spectrale. Le format de modulation hybride a un rapport de puissance crête à moyenne inférieur (vis-à-vis du DMT) et une efficacité spectrale plus élevée (vis-à-vis de la QAM _a porteuse unique). Dans la première étape, nous comparons expérimentalement les performances des modulations hybrides, DMT standard et monoporteuse en utilisant un modulateur SiP IQ. Ensuite, nous développons une stratégie de contrôle pour le format de modulation hybride en échangeant la non-linéarité de la fonction de transfert du modulateur et le rapport signal / bruit optique. Le format de modulation hybride est ensuite optimisé pour avoir un débit maximum. En utilisant une simulation de Monte Carlo, nous comparons le format de modulation hybride optimisé avec le DMT standard pour différents débits binaires. Enfin, nous avons une comparaison de complexité entre hybride et DMT pour différentes longueurs de fibre. / Ever increasing demand for network capacity is driving the development of optical communication systems to cover recently proposed Terabit Ethernet standards. Short haul applications need low cost and low complexity solutions with direct detection, as the cost of coherent detection comes down, it will become a good candidate for future short-haul applications to increase spectral efficiency and exploit advanced modulation formats. In this thesis, we investigate solutions for both current and future short-haul systems. In the first part, we focus on solutions for short haul applications. The first chapter is the first time demonstration of more than 100 Gb/s discrete multi-tone (DMT) transmission using an O-band silicon photonics (SiP). We experimentally compare DMT with pulse amplitude modulation (PAM) on O-band. Our experiment shows that by increasing fiber length more than 10 km, PAM outperforms DMT. For C-band, we use single sideband discrete multi-tone (SSB-DMT) to avoid chromatic dispersion-induced power fading e_ect. We study the effect of phase noise, chromatic dispersion, and receiver sensitivity to optimize DMT signal and extract theoretical equations to calculate bit error rate (BER) of SSB-DMT. Next, we analytically compare PAM on O-band with SSB-DMT on C-band and quantify the impact of hardware-imposed limitations on both modulation formats. Our study provides an analytical tool for short haul applications to select appropriate modulation format and hardware based on required reach, bit rate, etc. In the second part we examine complex modulation formats that will be enabled in the future by low cost, integrated components for coherent detection.. We use an advanced modulation format in which we combined discrete Fourier transform spread with DMT to increase spectral efficiency. Hybrid modulation format has a lower peak to average power ratio (vis-a-vis DMT) and higher spectral efficiency (vis-a-vis single carrier QAM). In the first step, we experimentally compare the performance of the hybrid, standard DMT, and single carrier modulations using a SiP IQ modulator. Next, we develop a driving strategy for hybrid modulation format by trading off the modulator transfer function non-linearity and optical signal to noise ratio. Then hybrid modulation format is optimized to have maximum throughput. Using Monte Carlo simulation we compare optimized hybrid modulation format with standard DMT for different bit rates. Finally, we have a complexity comparison between hybrid and DMT for different fiber lengths to motivate same investigation for long-haul applications where, we should consider fiber non-linearity, attenuation, a polarization multiplexing.

Due à la complexité des mécanismes typiquement requis pour contraindre l’aile d’une turbine à aile oscillante à suivre des mouvements spécifiques, cette thèse étudie la possibilité de bénéficier de mouvements non contraints, dits passifs. En pratique, cela implique que l’aile est attachée à la structure de la turbine à l’aide de supports élastiques indépendants en pilonnement et en tangage, formés de ressorts et d’amortisseurs. Par conséquent, seul un contrôle indirect des mouvements est possible en ajustant adéquatement les paramètres structuraux affectant la dynamique de l’aile, tels que les paramètres d’inertie, d’amortissement et de raideur de l’aile et de ses supports élastiques. En premier lieu, un prototype ayant des mouvements passifs autant en pilonnement qu’en tangage, et donc étant complètement passif, a été conçu et testé dans un canal à surface libre. Cette première phase du présent travail de recherche a confirmé la faisabilité et le potentiel de ce concept en permettant d’extraire une quantité significative d’énergie de l’écoulement d’eau. Cependant, l’efficacité maximale atteinte est demeurée inférieure à ce qui peut être obtenu en contraignant l’aile à suivre des mouvements précis. Suite à ces expériences, un algorithme résolvant la dynamique du solide a été implémenté et couplé au logiciel résolvant la dynamique du fluide gouverné par les équations de Navier-Stokes. Des simulations numériques ont été réalisées afin d’analyser plus en détail la dynamique de chacun des deux degrés de liberté de l’aile. Plutôt que de poursuivre notre étude du concept complètement passif immédiatement, un concept de turbine semi-passive caractérisée par un mouvement de tangage passif et un mouvement de pilonnement contraint a été considéré. Des efficacités de l’ordre de 45% ont été atteintes, se comparant ainsi aux meilleures performances rapportées dans la littérature concernant les turbines à ailes oscillantes complètement contraintes. En plus de révéler le fort potentiel de ce concept de turbine semi-passive, cette étude nous a permis de nous concentrer sur certains aspects spécifiques concernant la dynamique d’une aile attachée par des ressorts en tangage. Cette analyse plus détaillée de la physique en jeu a été facilitée par le nombre réduit de paramètres structuraux en jeu par rapport à une turbine pour laquelle le mouvement de pilonnement est lui aussi passif. L’une des découvertes importantes est que le centre de masse doit être situé en aval du point de pivot afin de générer un transfert d’énergie du mouvement de pilonnement vers le mouvement de tangage par l’entremise du couplage inertiel entre les deux degrés de liberté. Ce transfert d’énergie est crucial puisque les mouvements de tangage optimaux nécessitent de l’énergie en moyenne pour être soutenus. De plus, un paramètre combinant les effets liés au moment d’inertie de l’aile par rapport à son point de pivot et à la raideur en tangage a été proposé. Ce paramètre permet de bien caractériser la dynamique du mouvement de tangage passif de la turbine semi-passive. Il permet aussi de déterminer la raideur requise pour différentes valeurs du moment d’inertie afin de maintenir une performance optimale de la turbine. Utilisant les connaissances acquises concernant la dynamique des mouvements de tangage passifs, le concept de turbine à aile oscillante complètement passive a été revisité. Les meilleures efficacités obtenues avec la turbine semi-passive ont été égalées et ont même été surpassées puisque qu’une efficacité de 53.8% a été atteinte. Les résultats ont aussi démontré qu’une performance optimale pouvait être maintenue sur de larges plages de valeurs en ce qui concerne la masse en pilonnement ainsi que le moment d’inertie par rapport au point de pivot, pourvu que les raideurs en pilonnement et en tangage soient ajustées correctement. / Due to the complexity of the mechanisms typically required when designing a flapping-foil turbine to prescribe specific heave and pitch motions, this thesis investigates the possibility of benefiting from unconstrained motions. In practice, this means that the foil is attached to the turbine structure with independent elastic supports in heave and in pitch, which consist in springs and dampers. Consequently, only an indirect control over the foil motions is possible through an adequate adjustment of the structural parameters affecting the foil dynamics, namely the inertial, damping and stiffness characteristics of the elastically-supported foil. Such motions are referred to as passive motions. As a first step, a turbine prototype with passive heave and pitch motions, thus being fully-passive, has been designed and tested in a water channel. This first phase of the present research work has confirmed the feasibility and the potential of this concept to extract a significant amount of energy from a fluid flow. However, the maximum efficiency that has been obtained is smaller than what can be achieved when prescribing specific foil motions. Following these experiments, a solid solver has been implemented and coupled with a Navier-Stokes fluid solver. Numerical simulations have been carried out to analyze the dynamics of both degrees of freedom in more details. Instead of immediately pursuing our study of the fully-passive flappingfoil turbine, a semi-passive concept, with a passive pitch motion and a prescribed heave motion, has been considered. Efficiencies of the order of 45% have been achieved, hence competing with the best performance reported in the literature for flapping-foil turbines with prescribed motions. In addition to revealing the great potential of this semi-passive turbine concept, this study has allowed us to focus on some specific aspects of the dynamics of passive pitch motions. This more detailed analysis of the physics at play has been facilitated by the reduced number of structural parameters affecting the foil dynamics compared to a turbine for which the foil is also elastically-supported in heave. One of the main findings is that the center of mass must be positioned downstream of the pitch axis in order to generate a net transfer of energy from the heave motion to the pitch motion via the inertial coupling between the two degrees of freedom. This energy transfer is crucial because optimal pitch motions require energy on average to be sustained. Moreover, a parameter combining the effects of the moment of inertia of the foil about the pitch axis and the pitch stiffness has been proposed. This parameter effectively characterizes the pitch dynamics of the semi-passive turbine. It also allows properly scaling the pitch stiffness when different moments of inertia are considered with the objective of maintaining an optimal turbine performance. Having improved our knowledge about the dynamics of passive pitch motions, the fully-passive flapping-foil turbine concept has been revisited. The best efficiencies obtained with the semi-passive concept have been matched, and even exceeded since an efficiency of 53.8% has been reached. The results have also demonstrated that an optimal performance can be maintained over large ranges of values regarding the heaving mass and the moment of inertia when the heave and pitch stiffness coefficients are adjusted adequately.

Plusieurs aliments fonctionnels sont et seront développés à partir de molécules aux propriétés nutraceutiques. Parmi ces molécules, l’épigallocatéchine-3-gallate (EGCG), principal antioxydant du thé vert, présente un grand intérêt en raison de ses propriétés antioxydantes qui pourraient jouer un rôle préventif vis-à-vis de certaines pathologies. Cependant, sa biodisponibilité est faible à cause de son instabilité en milieu intestinal. De son côté, la β-Lactoglobuline (β-Lg) est connue pour sa capacité à lier des molécules bioactives les protégeant de l’oxydation. L’objectif général de ce projet de recherche vise à étudier les interactions entre l’EGCG et la β-Lg et l'impact de ces interactions sur les propriétés fonctionnelles du système formé. La caractérisation moléculaire des interactions entre l’EGCG et la β-Lg, à l’état natif et dénaturé thermiquement, a été réalisée par des méthodes spectroscopiques. Les résultats montrent que l’EGCG interagit avec la β-Lg au niveau moléculaire en formant un complexe 1:1 induisant un changement de la structure moléculaire de la β-Lg. L'interaction provoque une diminution de l’activité antioxydante de l’EGCG dans toutes les conditions étudiées. Cependant, on observe que la β-Lg assure une protection limitée à l'EGCG contre la dégradation dans le temps : la forme dénaturée de la protéine à pH 7 étant légèrement plus efficace. L’impact de l’EGCG sur le comportement thermique de la β-Lg et sur la microstructure des gels obtenus a été étudié par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et par microscopie électronique. La présence d’EGCG change le profil d’agrégation de la protéine. Cependant, ces interactions n'entraînent pas de changements majeurs dans la microstructure des gels formés, qu'il s'agisse des gels filamenteux ou particulaires. Cette étude démontre que la β-Lg peut lier l’EGCG et maintenir une activité antioxydante non négligeable dans les deux types des gels formés par la protéine. / Molecules with nutraceutical properties can be used to develop functional foods. The major antioxidant in green tea, epigallocatechin-3-gallate (EGCG), could be valuable for preventing certain pathologies. However, its bioavailability in the intestine needs to be improved. The milk protein β-lactoglobulin is known for its ability to protect bioactive molecules from oxidation. The general aim of this research was to study EGCG–β - lactoglobulin interactions and their effects on nutraceutical functionality using spectroscopic methods. The results show that EGCG forms complexes with β-lactoglobulin in a 1:1 ratio and induces changes in the molecular structure of the protein. This interaction causes a decrease in the antioxidant activity of EGCG. However, EGCG degradation is slowed, more in the case of thermally denatured β-lactoglobulin. Using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and electron microscopy to study β-lactoglobulin thermal behaviour and gel microstructure, it was determined that binding EGCG changes the protein aggregation pattern but has little effect on the microstructure of filamentous gels or particulate gels. This study shows that both types of β-lactoglobulin gel can bind EGCG and maintain its antioxidant activity.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020. / La polarisation de concentration et le colmatage membranaire sont deux problèmes communs en électrodialyse qui affectent l’intégrité des membranes et l’efficacité du procédé de déminéralisation du lactosérum doux. L’utilisation des champs électriques pulsés (CÉPs) est l’une des méthodes les plus prometteuses pour contrer ces phénomènes. Néanmoins, les CÉPs n’ont jamais été étudiés pour la déminéralisation de solutions alimentaires complexes comme le lactosérum doux. Sept combinaisons de CÉPs (0.1s-0.1s, 1s-0.1s, 1s-1s, 10s-0.1s, 10s-1s, 10s-10s et 100s-1s) ont été testées pour évaluer leur impact sur la déminéralisation du lactosérum doux en comparaison avec le procédé conventionnel d’électrodialyse en courant continu (CC). Par rapport au CC, il a été démontré que les CÉPs avec les plus hautes fréquences, tels que 0.1s-0.1s (5 Hz), amélioraient le taux de déminéralisation de 81 % pour le même nombre de charges transportées tout en diminuant l’énergie consommée de 20 % pour le même taux de déminéralisation. Quelle que soit la condition de CÉP testée, un gain en transfert de masse élevé a été observé au début de la période d’impulsion, ce qui causait une chute du potentiel électrique des membranes environ 10 fois plus élevée que les valeurs moyennes observées en CC. Ce gain rapide en transfert de masse, présent seulement au début de la période d’impulsion, a permis la formation de phénomènes complexes, semblables à ceux observés en régime de courant surlimite, tels qu’un glissement électroosmotique de second degré avec l’émergence de vortex électroconvectifs (VEC) et la dissociation des ions H+ des acides faibles. Les CÉPs de haute fréquence donnaient lieu à une répétition plus fréquente de ce gain, en plus d’avoir un temps de pause suffisamment court pour maintenir les vortex. Ainsi, malgré le temps de pause de la condition 0.1s-0.1s (la plus haute fréquence testée), sa durée de traitement totale a été la même que le CC pour atteindre le même taux de déminéralisation tout en diminuant les variations de pH et l’énergie consommée. / Concentration polarization phenomena and membrane fouling remain the most common problems in electrodialysis (ED) that alter irreversibly the membrane integrity and decrease the process performance. The use of pulsed electric field (PEF) in ED is one of the most promising methods to counteract these both types of limitations. Nevertheless, PEF-ED has never been studied for the demineralization of complex food solutions such as sweet whey. Seven PEF combinations (0.1s-0.1s, 1s-0.1s, 1s-1s, 10s-0,1s, 10s-1s, 10s-10s and 100s-1s) were tested to assess their impacts on the demineralization of sweet whey in comparison with the conventional continuous current (CC) process. It was shown that PEF with higher frequencies, such as 0.1s-0.1s (5 Hz), improve the demineralization rate by 81 % for the same number of charges transported while decreasing energy consumption by 20 % for the same demineralization rate in comparison with CC. Regardless of the PEF condition tested, a gain in mass transfer was observed at the beginning of the pulse lapse increasing the potential drop of membranes around 10 times higher than the average value observed in the case of CC. This high gain in mass transfer only present at the beginning of the pulse lapse allowed complex phenomena, similar to those observed in the overlimiting current regime, such as an electroosmotic slip of the second kind with the emergence of electroconvective vortices (ECV) and the dissociation of weak acids from their H+ ions. PEF conditions with higher frequencies have a more frequent repetition of this gain while having a pause lapse short enough to maintain the vortices. Hence, despite the pause lapse of the 0.1s-0.1s condition (the highest frequency tested), its duration was the same as the CC condition to reach the same demineralization rate, with lower pH variations and energy consumption.

Le trouble déficitaire de l’attention/hyperactivité (TDA/H) est un trouble neurodéveloppemental dont les manifestations comportementales d’inattention, d’agitation et d’impulsivité ont largement été documentées dans la littérature. Il est désormais reconnu que ce trouble s’accompagne fréquemment d’atteintes cognitives, certaines ayant même été ciblées comme potentiels marqueurs du trouble qui pourraient être plus directement liés aux origines étiologiques et à l’expression du phénotype comportemental. De nombreuses limites méthodologiques compliquent toutefois la compréhension que les chercheurs et cliniciens se font du profil cognitif du TDA/H. De plus, très peu d’études ont jusqu’à présent documenté la trajectoire de développement cognitif dans le TDA/H, composante faisant pourtant partie intégrante de ce trouble développemental. De nombreuses questions demeurent à savoir comment évolue la cognition et si sa trajectoire évolutive peut être associée à des changements dans la symptomatologie clinique. La présente thèse a ainsi poursuivi quatre objectifs visant à 1) confirmer la présence d’atteintes au niveau de cinq fonctions ciblées comme potentiels marqueurs cognitifs du TDA/H (l’alerte, la vigilance, l’inhibition, la flexibilité et la mémoire de travail) en utilisant une méthodologie guidée par des modèles théoriques de la cognition, 2) examiner l’effet de l’âge sur l’expression de ces atteintes au travers du développement, soit de 6 à 22 ans, 3) documenter l’évolution de ces fonctions, sur une période de 8.74 ans, chez des participants présentant un TDA/H, et 4) vérifier la présence d’une association entre la trajectoire cognitive et de la symptomatologie clinique du trouble. Les résultats obtenus ont permis de démontrer que les participants avec un TDA/H présentent des performances cognitives plus faibles à des tâches mesurant l’alerte, la vigilance, l’inhibition et la flexibilité, alors que la performance en mémoire de travail serait pour sa part préservée. Ces différents marqueurs sont par ailleurs influencés de manière distincte par l’âge et poursuivent des trajectoires évolutives qui leur sont propres. La difficulté de flexibilité s’exprime ainsi spécifiquement chez les enfants avec un TDA/H et tend à se normaliser avec l’âge. L’atteinte de vigilance connaîtrait pour sa part une nette accentuation développementale à l’adolescence et aurait un fonctionnement pathologique chez les adolescents et jeunes adultes avec le trouble. L’inhibition et l’alerte seraient quant à elles moins sujettes aux effets développementaux, leur performance respective demeurant relativement stable dans le temps. Aucune association claire n’a été observée entre les trajectoires cognitives et l’évolution clinique des participants, suggérant que la réduction des symptômes comportementaux de TDA/H survenant chez certains individus à l’adolescence ne découle pas d’une amélioration du fonctionnement cognitif. Les résultats de la thèse permettent de proposer trois trajectoires cognitives du TDA/H et de soulever des hypothèses sur les facteurs pouvant leur être sous-jacents ainsi que leurs liens avec les manifestations cliniques du trouble. Ils fournissent également des pistes méthodologiques et cliniques intéressantes pour les chercheurs et cliniciens oeuvrant auprès de la clientèle avec un TDA/H. / Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is a neurodevelopmental disorder characterized by developmentally atypical levels of inattention, hyperactivity and impulsivity. Cognitive impairments are now recognized as an important component of the disorder, which could act as an intermediary between genotype and behavioural phenotype. However, methodological issues limit the conclusions that can be drawn regarding the cognitive profile of patients with ADHD. In addition, very few studies have investigated cognitive development in ADHD, although cognitive impairments are thought to be an important component of this developmental disorder. Many questions thus remain about cognitive evolution of ADHD and its association with changes in clinical symptomatology. To address these issues, four main objectives were pursued in the present thesis: 1) to confirm the presence of a dysfunction of five cognitive functions targeted as potential cognitive markers of ADHD (alertness, vigilance, inhibition, set shifting and working memory) using a methodology guided by theoretical models of cognition, 2) to examine the effect of age on the expression of these cognitive dysfunctions throughout development (6 to 22 years), 3) to document the prospective evolution of these cognitive functions in participants with ADHD over a period of 8.74 years, and 4) to verify the presence of an association between cognitive trajectories of the disorder and symptom evolution. Results have shown that participants with ADHD had lower performances of alertness, vigilance, inhibition and set shifting, while working memory seems to be preserved. These impairments were distinctively influenced by age and multiple cognitive trajectories were identified. Indeed, set shifting was found to be specifically impaired in children with ADHD and tended to normalize with age. Inversely, vigilance performance was found to decline with age, with an impairment that was specific to older participants with ADHD. The other processes, i.e. alertness, inhibition and working memory, were less prone to developmental effects and remained relatively stable over time. There was no clear association between cognitive trajectories and symptom evolution, suggesting that cognitive changes are unlikely to be causally involved in the course of symptoms. The results of the thesis lead to propose three cognitive trajectories of ADHD and to discuss the factors underlying them, as well as their relationship with the clinical manifestations of the disorder. They also have methodological and clinical implications for scientists and clinicians working with clients with ADHD.

La cathode est responsable d’environ 10 % de la chute de potentiel totale d’une cuve Hall- Héroult. Une partie significative de cette perte, sous forme d’effet Joule, provient d’un mauvais contact entre la couche de fonte et le bloc de carbone. De plus, une distribution non uniforme de la densité de courant à l’intérieur de la cuve engendre une érosion prématurée des extrémités des blocs cathodiques, limitant la durée de vie des cuves. Le présent projet vise à réduire la chute de potentiel ainsi qu’à uniformiser la densité de courant de l’assemblage cathodique par l’amélioration du contact entre la barre collectrice et le bloc de carbone. Il explore plus particulièrement l’utilisation de barres collectrices cylindriques comprenant des insertions de cuivre ne nécessitant aucune couche de fonte lors de l’opération de scellage. Différentes configurations de cathode sont explorées à l’aide d’un modèle numérique thermoélectromécanique dans le but d’en comprendre le comportement et d’évaluer leur impact sur la consommation énergétique et sur la durée de vie d’une cuve. Une analyse économique est également réalisée afin de mesurer la rentabilité des concepts. Celle-ci sert finalement à l’optimisation de la géométrie afin de maximiser les performances de nouveaux concepts. Les résultats indiquent que la chute de voltage peut être réduite et que la distribution de courant peut être uniformisée par l’amélioration de la qualité du contact entre le bloc de carbone et les barres collectrices. / The cathode, located at the bottom of a Hall-Héroult cell, is responsible for nearly 10 % of the total cell voltage drop. Poor contact between the carbon block and the cast-iron layer surrounding the collector bars increase energy losses in the form of Joule heating. In addition, a non-uniform current density distribution inside the cell results in premature erosion of the carbon block extremities, limiting the cell’s life expectancy. This project aims to reduce the voltage drop and to improve the current density uniformity in the cathode assembly by improving the contact between the collector bars and the carbon block. To do so, a new cathode design using cylindrical collector bars with copper inserts is investigated using finite element modeling. The thermal expansion during the cell start up is used to generate contact between the collector bars and the carbon block, thus not requiring any cast iron or sealing operations. Different geometry configurations are explored using a thermo-electro-mechanical model to understand its behavior and to determine their effect on energy consumption and cell life expectancy. An economic analysis is also performed to evaluate the cost effectiveness of those configurations. The geometry is finally optimized to maximize the new design’s performance. Results indicate that a significant voltage drop reduction and a more uniform current distribution can be achieved by improving the contact quality between the carbon block and the collector bars.

L’ajustement protéique du lait de fromagerie par ultrafiltration (UF) est une pratique courante, mais très peu d’études ont porté sur l’utilisation de l’osmose inverse (OI) pour la fabrication fromagère. La préconcentration du lait de fromagerie par OI permettrait d’améliorer l’éco-efficience du procédé, ainsi que d’augmenter l’efficacité de production et les rendements. Des travaux récents ont montré que les fromages fabriqués à partir des concentrés d’OI contiennent une teneur importante en lactose et en minéraux et sont plus humides que les autres types de fromages. Dans le cadre de ce projet de recherche, l’ajustement du pH, le lavage du caillé et l’utilisation d’un agent chélateur du calcium sont les leviers qui ont été évalués pour leur potentiel à égoutter et à déminéraliser le fromage. Les propriétés fromagères ont été étudiées en comparaison avec celles des concentrés d'UF. Dans cette étude, il a été possible d’explorer une nouvelle application d’un sel habituellement utilisé pour la fabrication des fromages fondus. Le salage à sec avec le citrate de sodium (TSC) a amélioré la rétention du gras de 4,56 % dans les fromages d’OI, mais des études complémentaires de distribution minérale seront nécessaires pour déterminer s’il s’agit d’un levier d’intérêt. Dans les conditions testées, le lavage du caillé n’a pas amélioré les propriétés des concentrés d’OI. L'acidification a permis d’augmenter les rendements, la rétention du gras et l’égouttage et a diminué la teneur en minéraux et le ratio calcium total / protéines du fromage modèle. Les rendements obtenus lors de la fabrication fromagère à partir des concentrés d’OI étaient de 2 à 3 % supérieurs à ceux obtenus en UF. Cette étude suggère que le pH peut jouer un rôle majeur dans l'amélioration de la qualité des fromages faits de concentrés d'OI et que ce type de concentré peut contribuer à améliorer significativement les rendements fromagers par rapport à l’UF. / The protein adjustment of cheese milk by ultrafiltration (UF) is a common practice, but very few studies have focused on the use of reverse osmosis (RO) for cheesemaking. Milk preconcentration by RO prior to cheesemaking could improve the eco-efficiency of the process, as well as to increase production efficiency and yields. Previous studies have shown that cheeses made from RO concentrates have a high content of lactose, minerals and moisture in comparison to other types of cheeses. As part of this research project, pH adjustment, curd washing and the use of a calcium chelating agent are the levers that have been evaluated for their potential to decrease the level of moisture and minerals in the cheese. Cheesemaking properties of RO concentrates have been studied in comparison with those of UF concentrates and non-concentrated milk. In this study, it was possible to explore a new application of a chelating salt usually used in processed cheese. Dry salting with trisodium citrate (TSC) improved fat recovery by 4.56%, but further studies of mineral distribution will be necessary to determine if it is a lever of interest. In the conditions tested, washing the curd with water or with TSC solution did not improve the properties of RO concentrates. Acidification helped to increase yields, fat recovery and curd drainage and decreased the mineral content and total calcium / protein ratio of model cheese. The yields obtained during cheesemaking from RO concentrates were 2 to 3 % higher than those obtained with UF. This study confirms the importance of controlling pH in cheesemaking and its fundamental impact on cheese mineralization and moisture. It also suggests that pH can play a major role in improving the quality of cheese made from RO concentrates and that this type of concentrate can significantly improve cheese yields compared to UF.