Jena, Univ., Diss., 2002. / Computerdatei im Fernzugriff.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 85-100. Publié aussi en version électronique.

Bochum, Universiẗat, Diss., 2004.

Th.--Sci. phys.--Grenoble 1, 1979. N°: 108.

The authoring of realistic terrain models is necessary to generate immersive virtual environments for computer games and film visual effects. However, creating these landscapes is difficult – it usually involves an artist spending many hours sculpting a model in a 3D design program. Specialised terrain generation programs exist to rapidly create artificial terrains, such as Bryce (2013) and Terragen (2013). These make use of complex algorithms to pseudo-randomly generate the terrains, which can then be exported into a 3D editing program for fine tuning. Height-maps are a 2D data-structure, which stores elevation values, and can be used to represent terrain data. They are also a common format used with terrain generation and editing systems. Height-maps share the same storage design as image files, as such they can be viewed like any picture and image transformation algorithms can be applied to them. Early techniques for generating terrains include fractal generation and physical simulation. These methods proved difficult to use as the algorithms were manipulated with a set of parameters. However, the outcome from changing the values is not known, which results in the user changing values over several iterations to produce their desired terrain. An improved technique brings in a higher degree of user control as well as improved realism, known as texture-based terrain synthesis. This borrows techniques from texture synthesis, which is the process of algorithmically generating a larger image from a smaller sample image. Texture-based terrain synthesis makes use or real-world terrain data to produce highly realistic landscapes, which improves upon previous techniques. Recent work in texture-based synthesis has focused on improving both the realism and user control, through the use of sketching interfaces. We present a patch-based terrain synthesis system that utilises a user sketch to control the location of desired terrain features, such as ridges and valleys. Digital Elevation Models (DEMs) of real landscapes are used as exemplars, from which candidate patches of data are extracted and matched against the user’s sketch. The best candidates are merged seamlessly into the final terrain. Because real landscapes are used the resulting terrain appears highly realistic. Our research contributes a new version of this approach that employs multiple input terrains and acceleration using a modern Graphics Processing Unit (GPU). The use of multiple inputs increases the candidate pool of patches and thus the system is capable of producing more varied terrains. This addresses the limitation where supplying the wrong type of input terrain would fail to synthesise anything useful, for example supplying the system with a mountainous DEM and expecting deep valleys in the output. We developed a hybrid multithreaded CPU and GPU implementation that achieves a 45 times speedup.

Dans cette thèse, nous avons étudié l'influence de la voie d'amorphisation sur les propriétés physiques et chimiques du lactulose. Ce sucre présente la caractéristique de pouvoir exister sous plusieurs formes tautomériques différentes. Quatre voies d'amorphisation très différentes dans leur principe ont été étudiées: la trempe du liquide, la lyophilisation, l'atomisation et le broyage mécanique. Les résultats indiquent que la voie d'amorphisation utilisée a une répercussion directe sur la composition tautomérique du matériau. L'influence de cette composition sur la transition vitreuse du matériau amorphe a été étudiée en détail. De plus les différences structurales potentielles engendrés par les différentes voies d'amorphisation ont été étudiées à la fois par diffusion neutronique et par simulation (dynamique moléculaire). Les résultats indiquent l'existence d'une structure locale ordonnée particulière dans l’amorphe obtenu par atomisation qui semble pouvoir expliquer le degré de stabilité plus élevé de l'amorphe obtenu par cette voie. Par ailleurs, la cinétique d'amorphisation induite directement à l'état solide par d'un broyage mécanique à haute énergie a pu être caractérisée en détail. Cela a nécessité l'utilisation d'une méthode originale de calorimétrie de dissolution isotherme. / In this thesis, we have investigated the influence of the amorphisation route on the physical and chemical properties of lactulose. This sugar has the characteristic of being able to exist in several different tautomeric forms. Four amorphisation routes very different in their principle have been studied: quenching from the melt, freeze-drying, spray-drying and mechanical milling. The results indicate that the amorphisation route used has a direct effect on the tautomeric composition of the material. The influence of this composition on the glass transition of the amorphous material has been studied in detail. Moreover, the eventual structural differences generated by the various amorphisation routes have been studied both by neutron scattering and by simulation (molecular dynamics). The results indicate the existence of a particular locally ordered structure in the amorphous material obtained by spray-drying which seems to be able to explain the higher degree of stability of the amorphous material obtained by this route. Furthermore, the amorphisation kinetic induced directly in the solid state by a high energy mechanical milling has been characterised in detail. This has required the use of an original method of isothermal calorimetry of dissolution.

Le but de cette recherche consiste à la modélisation numérique et expérimentale d’écoulement sanguin dans les artères, en utilisant les nouvelles méthodes de couplage fluide structure. Plusieurs approches numériques peuvent être utilisées pour ce type de couplage, la méthode des éléments finis pour la modélisation de la structure. Pour la modélisation du domaine fluide la méthode de type éléments fnis ou méthode particulaire, Smooth Particle Hydrodynamic method, (méthode SPH) peuvent utilisées. Afin de valider ces deux méthodes numériques, Eléments Finis et SPH, une première application consiste à la modélisation numérique du gonflement d’une membrane en caoutchouc. Pour cette application des données expérimentales sont disponibles pour la validation des résultats numériques. Pour le matériau caoutchouc, une loi de comportement de type Mooney Rivlin est utilisée. Pour la structure la méthode des éléments finis, formulation coque est utilisée, pour le fluide nous avons opté pour la méthode particulaire SPH. Concernant la sensibilité par rapport au maillage, plusieurs maillages pour la modélisation des domaines fluide et structure sont testés. Une bonne corrélation en terme de déplacement et de vitesse du centre de la membrane, entre les résultats numériques et données expérimentales a été observée. Cette application est publiée dans un journal international de rang A.La seconde formulation développée dans le manuscrit consiste à la modélisation et simulation numérique du problème en vue. La méthode de couplage de type Euler Lagrange, une formulation Eulerienne à maillage fixe pour le fluide et une formulation Lagrangienne pour la structure, est utilisée pour la modélisation de l’écoulement sanguin dans les artères. Différentes méthodes de pénalisation pour le couplage fluide structure ont été testées. Pour une meilleure consistance, plusieurs types de maillages fluide et structure ont été analysés, and des pas de temps vérifiant la condition de stabilité. Comme très peu de résultats expérimentant dans le domaine biomécanique sont disponibles. Les résultats numériques sont comparés aux résultats théoriques publiés dans la littérature. Une bonne corrélation entre les résultats numériques et les données théorique a été signalée dans le manuscrit. Ces résultats sont publiés dans un Journal International de rang A. / The aim of this thesis is to investigate blood flow in arteries using Fluid-Structure Interaction (FSI) numerical approach. There are different approaches which could be used, Finite Element (FE) method for modelling artery wall and either FE or Smoothed Particles Hydrodynamic (SPH) method for blood modeling. In order to investigate the appropriate numerical method to simulate the biomedical problem. both SPH and Finite Element methods were applied. Both methods were first validated for applications where experimental data are available. In order to validate the SPH and FEM method used to simulate the fluid domain and arteries, we investigate a specific problem concerning membrane inflation. Finite Element method with shell formulation was used for the membrane made of rubber material, and SPH Particle method for the fluid. This application has been selected since experimental data are available. Mooney Rivlin constitutive material law for hyper elastic incompressible material is used for the membrane and compressible air for the fluid. For mesh sensitivity and consistency, different meshes for the membrane and different particle numbers for SPH have been investigated, Good agreement with experimental data were obtained in term of displacement and velocity of the membrane center. The application is published in an international Journal with Index Citation. The second formulation developed in the manuscript concerns the fluid structure coupling problem we are interested in. Coupled Eulerian Lagrangian (CEL) approach for the modelisation of Pulse Wave Velocity (PWV) in large arteries. Different penalty methods for the fluid structure coupling have been investigated for good accuracy and consistency of the results using different fluid and structure meshes and time step satisfying stability condition. Since experimental data are not available for these approaches, numerical results were compared to the theoretical theory and previous work published in the literature. This work is published in an International Journal with Index Citation.

La recherche présentée dans cette thèse comporte l’évaluation des impacts environnementaux en utilisant l’outil d’analyse du cycle de vie (ACV) pour la conception du traitement d’un tissu de polyester (PET) multifonctionnel avec des anthraquinones naturelles. La méthodologie d’éco conception que nous avons appliquée ouvre la voie à une bio-fonctionnalisation des textiles plus respectueuse de l’environnement. Les anthraquinones ont été obtenues par extraction des racines de plantes de garance et constituent le colorant appelé garance. Les trois questions principales abordées lors de ce travail de recherche sont formulées autour de l’utilisation de la garance : (I) Peut-on traiter les tissus de PET avec de la garance pour obtenir des propriétés multifonctionnelles ? (II) Quel est le profil environnemental du procédé de teinture du PET par la garance et comment l’améliorer ? (III) Quels sont les principaux challenges pour l’utilisation de l’ACV dans l’évaluation environnementale du traitement des textiles par des colorants naturels? Nous avons montré que la garance peut être utilisée pour conférer des propriétés multifonctionnelles au PET par des procédés de fonctionnalisation par épuisement ou par foulardage. En s’appuyant sur l’ACV, l’optimisation de la teinture que nous avons réalisée réduit tous les impacts sur l’environnement et la qualité des fonctionnalités. Cette étude nous permet d’identifier les challenges qui doivent être surmontés pour que l’ACV puisse contribuer à l’utilisation de bio-molécules pour la teinture des textiles dans le respect des principes de développement durable. / The research presented in this thesis has included environmental impact assessment, using the life cycle assessment (LCA) tool, in the design process of a multifunctional polyester (PET) fabric using natural anthraquinones. By doing so an eco-design approach has been applied, with the intention to pave the way towards eco-sustainable bio-functionalization of textiles. The anthraquinones were obtained from the root extracts of the madder plant (Rubia tinctorum L), referred to as madder dye. The three research questions were therefore formulated related to the use of madder dye: (I) Can madder dye serve as a multifunctional species onto a PET woven fabric? (II) How does the environmental profile of the dyeing process of PET with madder dye look like, and how can it be improved? (III) What are the main challenges in using LCA to assess the environmental impacts of textile dyeing with plant-based dyes ? It is concluded that there is a potential for the madder dye to serve as a multifunctional species onto PET. Based on this result, a recommendation for future work would be to focus on the durability of the functionalities presented and their improvement potential, both in exhaustion dyeing and pad-dyeing. LCA driven process optimization of the exhaustion dyeing enabled improvement in every impact category studied. However, several challenges have been identified which need to be overcome for the LCA to contribute to the sustainable use of multifunctional plant-based species in textile dyeing.

Cette thèse est dédiée à l’étude analytique et numérique des instabilités d’origine thermique et thermodiffusive de fluides visco-élastiques. L’objectif recherché est de contribuer à la compréhension de la dynamique qui résulte de la compétition entre plusieurs moteurs d’instabilités. En plus du caractère visco-élastique du fluide et de la présence d’un gradient de température vertical déstabilisant, d’autres sources d’instabilités viennent s’y ajouter : Le couplage "convection/écoulement de Poiseuille" d’une part, et le couplage "convection/effet Soret" inhérent aux mélanges binaires d’autre part. Deux configurations physiques sont alors considérées. La première partie de cette thèse est consacrée aux écoulements de convection mixte de type Rayleigh-Bénard-Poiseuille de fluides visco-élastiques, alors que la deuxième partie concerne l’effet de la thermodiffusion sur les instabilités de ces fluides saturant un milieu poreux. Le choix d’un milieu poreux est essentiellement motivé par la suggestion d’un protocole industriel de séparation possible des constituants d’une solution de polymères. / This thesis is dedicated to analytical and numerical study of thermal and thermodiffusive instabilities of viscoelastic fluids. The objective is to contribute to the understanding of the dynamics that results from the competition between different origins of instabilities. In addition to the viscoelastic nature of the fluid and the presence of a destabilizing vertical temperature gradient, other sources of instabilities have to be added: the coupling "convection/Poiseuille flow" on the one hand, and the coupling "convection/Soret effect" inherent to binary mixtures on the other hand. Two physical configurations are then considered. The first part of this thesis will be devoted to the Rayleigh-Bénard-Poiseuille mixed viscoelastic fluid convection, while the second part aims to identify the effect of thermodiffusion and viscoelasticity on convective instabilities in a porous medium. The choice of a porous medium in the second part is primarily motivated by the suggestion of an industrial protocol for separating the constituents of a polymer solution.

Branched actin networks play an important role in cellular processes ranging from cell motility, endocytosis, and adhesion. The Actin-related protein 2/3 (Arp2/3) complex nucleates actin branches from the sides of existing actin filaments. Arp2/3 complex is highly regulated and requires association with ATP, actin monomers, actin filaments and a class of proteins called nucleation promoting factors (NPFs) to undergo an activating conformational change where the actin-related subunits, Arp2 and Arp3, arrange into a filament-like conformation that templates a new actin branch. While some progress has been made, the individual roles of each of these factors on the activating conformational change is poorly understood. In addition, it is still unclear how Arp2/3 complex is held in its inactive state, which is vital for understanding how activation occurs. In this dissertation, we dissect key interfaces in Arp2/3 complex that are responsible for holding it in an inactive state, and specifically evaluate the roles of ATP and WASP, the canonical NPF, in the activating conformational change of Arp2/3 complex. In chapter II, we investigated the contacts made between the Arp2 and Arp3 subunits in their inactive state, and the role of ATP in stimulating the active conformation. We found that two key interfaces, the αE/αF loop in Arp2 and the C-terminus of Arp3, a conserved extension not present in actin, are vital for holding Arp2/3 complex in its autoinhibited state. Evaluation of the role of ATP demonstrated that binding of ATP is required for the activating conformational change and displaces the Arp3 C-terminus, an important step in destabilization of the inactive state. In chapter III, we investigated the mechanism of WASP-induced conformational changes using an engineered crosslinking assay that only forms crosslinks when Arp2/3 is in its active conformation. We discovered that many WASP-related proteins are capable of stimulating this conformational change through a mechanism that involves displacement of the Arp3 C-terminus. Interestingly, purified Arp2/3 complex crosslinked in the active conformation was hyperactive compared to WASP-mediated activation, demonstrating that WASP activation limits nucleation and that actin monomer delivery is not required for nucleation. This dissertation contains unpublished co-authored material.