Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le but de cette thèse était d'analyser la relation entre l’économie de course à pied (ECO) et l'efficiencemécanique (Eff) dans la performance des coureurs spécialistes en moyenne et longue distance, utilisantdes modèles allométriques. Basé dans les résultats de trois études originales, nous avons conclu quel’échelle allométrique peut améliorer la relation entre ECO et performance dans la course à pied demoyenne et longue distance, principalement en coureurs amateurs, pour raison morpho-fonctionnelles.Également, pour cette même population, des travaux mécaniques, principalement le externe, peut êtreconsidérées comme prédicteurs de la performance de la course à pied de sujets spécialistes en longuedistance, et un exposant allométrique peut améliorer cette prédiction. En ce qui concerne à l’Eff, lesrésultats ont montré que cette variable est, aussi, une important variable de prédiction de laperformance. Toutefois, quand appliqué des exposant allométriques, il n'y avait aucune améliorationdans cette prédiction, principalement en coureurs de haut niveau. Les résultats ont montré, aussi, quepour le calcul de l’Eff, la contribution de la dépense énergétique anaérobie est important, parce que,contrairement, les résultats peuvent être surestimés. En général, lorsque l’objectif est prédit laperformance des coureurs amateurs de moyenne ou de longue distance, à travers des puissancesmétaboliques ou mécaniques, est suggéré d'adopter un exposant allométrique spécifique du groupeétudié. Toutefois, lorsque cette prédiction est réalisée avec la utilisation de l’Eff en un groupe decoureurs de haut niveau, l’échelle allométrique n’est pas indiquée. / The aim of this thesis was to use allometric models to analyze the relationship that running economy(ECO) and mechanical efficiency (Ef) have on the performance of middle- and long-distance runners.Based on the results of three original studies, we concluded that allometric scaling can improve therelationship between ECO and performance in recreational middle- and long-distance runners, mainlydue to morphofunctional aspects. Similarly, the mechanical works, especially the external mechanicalwork, may be considered to be predictive of running performance and a specific allometric exponentcan improve these predictions. The results also showed that Ef is an important predictor of theperformance of long-distance runners. However, when the specific allometric exponents were applied,there was no improvement in the prediction of this performance. The results also showed that it isimportant to consider the contribution of anaerobic energy expenditure when calculating Ef, becauseotherwise the results may be overestimated, as already reported in other studies. In general, when theobjective is to predict the performance of middle- or long-distance runners through metabolic ormechanical powers, it is useful to adopt a specific allometric exponent of the group investigated.However, when this prediction is performed considering the Ef, particularly in high-performance longdistancerunners, the allometric application is not necessary.

L’objectif principal de ce travail est d’étudier la faisabilité de réaliser des mesures du travail mécanique au cours de différentes marches pathologiques et de répondre à la question suivante : « La mesure du travail mécanique permet-elle d’expliquer l’augmentation du coût énergétique de la marche dans différents déficits unilatéraux ? ». L’énergétique et la mécanique de la marche ont été évaluées dans les quatre déficits unilatéraux suivants : l’hémiparésie, la gonarthrose unilatérale, l’arthroplastie totale d’un genou et l’amputation partielle d’un membre inférieur. Au terme de ce travail, il apparaît que : (a) les mesures du travail mécanique sont réalisables dans les quatre déficits unilatéraux choisis ; (b) les variables mécaniques permettent d’expliquer l’augmentation du coût énergétique de la marche ; (c) l’augmentation du coût énergétique ne peut être expliquée par l’inefficacité du mécanisme pendulaire de la marche.

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

Le trail running, course nature de distances, dénivelés et technicités variables, est une discipline récente à la popularité croissante. La performance en trail dépend de nombreux facteurs génétiques, énergétiques, techniques, stratégiques et motivationnels. Parmi ces facteurs, le coût énergétique de la locomotion fait débat. Les études de cette Thèse s'attachent aux corrélations plat/montée de cette variable, au calcul d'un coût en pente à partir d'un coût à plat, à l'influence de la modification forcée de la fréquence de foulée sur l'énergie consommée, et à l'impact de la fatigue générée par un ultra trail sur le coût à plat et en montée. La prise en compte des contraintes musculaires et biomécaniques en trail d'une part, des facteurs influençant l'économie de course d'autre part, ainsi que des résultats de notre principale étude de terrain, nous laissent émettre l'hypothèse que le coût énergétique et ses variations pre/post course à plat/montée, ne sont pas des indicateurs de performance de l'activité. La force, l'endurance de force et le pacing, en plus de la puissance aérobie et de l'endurance, sont les variables testées les mieux corrélées à la performance en ultra trail / Trail running is a discipline with increasing popularity over the last 2 decades. Trail performance depends on many genetic, energetic, technical, strategic and motivational factors. Among these factors, the energy cost of locomotion is debated. The studies in this Thesis focus on the level/graded correlations of this variable, on the calculation of an uphill cost from a level cost, on the influence of a forced modification of stride frequency on running economy, and on the impact of fatigue generated by an ultra trail on level and uphill costs. Taking account of the muscular and biomechanical constraints on the one hand, and the factors influencing the running economy on the other hand, as well as the results of our main field study, we hypothesize that energy cost and its pre/post fatigue variations, are not performance indicators of the activity. Force, endurance of force and pacing, in addition to aerobic power and endurance, are the tested variables best correlated to ultra trail performance

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

Le but de cette thèse était d'analyser la relation entre l'économie de course à pied (ECO) et l'efficiencemécanique (Eff) dans la performance des coureurs spécialistes en moyenne et longue distance, utilisantdes modèles allométriques. Basé dans les résultats de trois études originales, nous avons conclu quel'échelle allométrique peut améliorer la relation entre ECO et performance dans la course à pied demoyenne et longue distance, principalement en coureurs amateurs, pour raison morpho-fonctionnelles.Également, pour cette même population, des travaux mécaniques, principalement le externe, peut êtreconsidérées comme prédicteurs de la performance de la course à pied de sujets spécialistes en longuedistance, et un exposant allométrique peut améliorer cette prédiction. En ce qui concerne à l'Eff, lesrésultats ont montré que cette variable est, aussi, une important variable de prédiction de laperformance. Toutefois, quand appliqué des exposant allométriques, il n'y avait aucune améliorationdans cette prédiction, principalement en coureurs de haut niveau. Les résultats ont montré, aussi, quepour le calcul de l'Eff, la contribution de la dépense énergétique anaérobie est important, parce que,contrairement, les résultats peuvent être surestimés. En général, lorsque l'objectif est prédit laperformance des coureurs amateurs de moyenne ou de longue distance, à travers des puissancesmétaboliques ou mécaniques, est suggéré d'adopter un exposant allométrique spécifique du groupeétudié. Toutefois, lorsque cette prédiction est réalisée avec la utilisation de l'Eff en un groupe decoureurs de haut niveau, l'échelle allométrique n'est pas indiquée.

L’endurance aérobie est rarement mesurée à des intensités maximales, mais plutôt sous-maximales, principalement via des protocoles à puissance ou à durée constante. Or, les conditions réelles d’une épreuve sportive en compétition sont mieux représentées par le maintien de la plus haute puissance métabolique possible, et ce, le plus longtemps possible. Cela implique une autogestion de la puissance de travail de la part du participant – qui peut donc varier tout le long de l’épreuve – ainsi que l’atteinte des capacités aérobies maximales, dans certains cas. Dans cette étude, nous avons voulu comparer les variations de certains paramètres ventilatoires (ventilation, volume courant, fréquence respiratoire) et systémiques (rendement mécanique externe brut [RMEC], consommation d’oxygène [VO2]) entre deux protocoles d’effort maximal, l’un à puissance constante (100 % PAM), l’autre à puissance décrémentée (> 95 % VO2max). En effet, comparativement à un protocole d’effort classique à puissance constante, un protocole décrémenté implique l’utilisation de VO2 et non de la puissance mécanique comme critère de sélection de l’intensité d’effort, et augmente la durée de l’épreuve. En conséquence, le maintien de la consommation d’oxygène maximale (VO2max), et non de la puissance aérobie maximale (PAM), nous a permis d’observer des réponses physiologiques différentes de celles généralement décrites lors d’efforts incrémentés ou à puissance constante. Ces différences se sont traduites par une fréquence respiratoire plus élevée et un volume courant plus bas, indiquant l’existence d’une réponse tachypnéique plus prononcée lors d’un protocole décrémenté par rapport à un protocole à puissance constante, et reflétant ainsi une respiration plus superficielle, probablement due à une fatigue plus accrue des muscles ventilatoires. Cette fatigue serait caractérisée par un rendement mécanique plus bas et un VO2 plus élevé, et ce, malgré la diminution progressive de la puissance de travail lors de l’atteinte d’une consommation d’oxygène proche de VO2max. / Aerobic endurance is more commonly measured at submaximal rather than maximal work intensities, mainly through constant-power output trials, or time trials. However, real competition conditions are better represented through the ability to sustain the highest power output (PO) for the largest period of time. That implies the use of self-pacing strategies, which leads power output to vary throughout the exercise duration, and can also induce the attainment of maximal oxygen consumption (VO2max), in some cases. The aim of this study was thus to compare the variation of some ventilatory (tidal volume, breathing frequency) and systemic (gross mechanical efficiency, O2 cost) parameters, between two maximal endurance protocols, the first one consisting of a constant-load test (100% MAP) and the second one a decremental test at near-maximal aerobic capacity (> 95 % VO2max). Indeed, compared to a “classical” constant-power output test, a decremental test implies the use of VO2 rather than mechanical PO to control intensity throughout the task, and a higher effort duration. Consequently, we observed that the sustainment of maximal O2 consumption rather than maximal aerobic power (MAP) led to different physiological responses from those usually observed during constant-power output tests. These differences were caracterized by a higher breathing frequency as well as a lower tidal volume during the decremental test, which both reflect a more exagerated tachypneic response, and therefore indicate the existence of a shallower breathing pattern in this type of effort, probably due to a higher ventilatory muscle fatigue. This fatigue could also be expressed through a lower gross mechanical efficiency and a higher O2 cost, despite a progressive decrease of mechanical power as soon as oxygen consumption gets near VO2max.

L'objectif de ce travail était d'une part d'étudier la dégradation du phénol en milieu aqueux par un plasma GlidArc d'air humide et d'autre part d'étudier la conversion de l'acétaldéhyde dans des gaz atmosphériques par un plasma DBD généré par une haute tension impulsionnelle. Les résultats de l'étude paramétrique de la dégradation du phénol ont montré une augmentation de l'efficacité en fonction de la concentration initiale et du débit d'air humide. L'augmentation du gap entre les électrodes à occasionné celle de la concentration des ions nitrates. La majeur parie des nombreux produits de réactions est constituée d'acides carboxyliques mais aussi d'hydroquinone, de para-nitrophénol et de para-nitrosophénol. Cette identification a permis de dresser un schéma réactionnel de la dégradation du phénol. La conversion de l'acétaldéhyde a été effectuée dans des conditions de température allant de l'ambiante jusqu'à 300°C et dans deux types de mélanges: CH3CHO/N2 et CH3CHO/N2/O2 (jusqu'à 10% O2). Les résultats ont montré que le coût énergétique baisse en présence d'oxygène dans le mélange et également lorsque la température augmente. Les principaux sous-produits identifiés dans CH3CHO/N2 sont CO, H2, CH4, HCN, C2H6, CH3CN tandis que dans les mélanges oxygénés, CO2 et CO, CH2O, CH3OH sont les sous-produits les plus importants. L'étude cinétique menée à la suite de cette analyse grâce à un modèle 0D simplifié a permis de mettre en évidence le rôle primordial de la dissociation par quenching des états métastables d'azote et de l'oxydation notamment par O et OH dans la conversion de l'acétaldéhyde. La modélisation a aussi permis de comprendre les processus de formation des sous-produits majoritaires. Des catalyseurs à base de MnO2 ont été placés en aval de la zone de décharge pour décomposer l'ozone qui se forme abondamment dans les mélanges oxygénés surtout à basse température. L'oxygène atomique produit lors de cette décomposition oxyde l'acétaldéhyde résiduel et ses sous-produits. Le coût énergétique a ainsi été diminué et les concentrations des sous-produits comme CH2O et CH3OH ont été réduites. / This work aimed to study the degradation of aqueous phenol by humid air GlidArc plasma and to study the removal of acetaldehyde in atmospheric gas by pulsed DBD plasma. The parametric study of phenol degradation showed an increase in efficiency as a function of the initial concentration and humid air flow. The increase of the inter-electrodes gap has increased nitrate ions concentration. The numerous reaction products formed consist mostly of carboxylic acids. Other byproducts identified are hydroquinone, para-nitrophenol and para-nitrosophenol. By-products identification enabled drawing a reaction scheme of phenol degradation. The acetaldehyde removal has been achieved in temperature conditions ranging from ambient to 300°C and in two types of mixtures: CH3CHO/N2 and CH3CHO/N2/O2 (up to 10 % O2). The results showed that the energy cost decreases in the presence of oxygen in the mixture as well as when the temperature increases. In CH3CHO/N2, the main by-products are CO, H2, CH4, HCN, C2H6, CH3CN whereas in oxygenated mixtures, CO2 and CO, CH2O, CH3OH are the most important by-products. The kinetic study following this analysis, by using a simplified 0D model has highlighted the key role of the quenching of nitrogen metastables states and that of the oxidation of acetaldehyde, caused in particular by O and OH. The modeling also helped understanding the formation processes of major by-products. A MnO2 based catalyst was placed downstream of plasma zone in order to decompose ozone that is abundantly formed in oxygenated mixtures especially at low temperature. The atomic oxygen produced during this decomposition is used to oxidize the residual acetaldehyde and its by-products. The energy cost was thus decreased and the concentrations of certain by-products such as CH2O and CH3OH have been reduced as well.

Dans l'optique de mieux dimensionner, sur l'ensemble de leur cycle de vie, les systèmes photovoltaïques autonomes et hybrides, les travaux menés dans le cadre de cette thèse ont concerné deux principales voies. Tout d'abord, l'action sur le profil de consommation, permettant de se rapprocher du comportement solaire idéal du consommateur, a été étudiée. A même service énergétique rendu au consommateur, des gains importants, que ce soit en termes de coûts économiques ou énergétiques sur cycle de vie ont pu être mis en avant notamment par la minimisation du recours au stockage. Parallèlement, une technologie d'accumulateurs Li-ion, innovante dans le cadre de ces systèmes, a été évaluée sur la base du coût énergétique primaire global du système sur son cycle de vie, donc incluant le vieillissement de ses composants. Les résultats ont montré qu'en raison d'une meilleure durée de vie et de plus faibles pertes énergétiques, cette technologie fait figure à moyen terme de concurrent sérieux de la technologie Plomb-Acide universellement utilisée à l'heure actuelle. Ces travaux concernant des systèmes à petites échelles préfigurent ce qu'il sera possible de faire à plus grande échelle dans les « réseaux intelligents » qui permettront d'exploiter plus massivement les ressources renouvelables comme le soleil et le vent, très largement disponibles.