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

La ventilation liquidienne totale (VLT) consiste à remplir les poumons d'un liquide perfluorocarbone (PFC). Un respirateur liquidien assure la ventilation par un renouvellement cyclique de volume courant de PFC oxygéné et à température contrôlée. Ayant une capacité thermique volumique 1665 fois plus élevée que l'air, le poumon rempli de PFC devient un échangeur de chaleur performant avec la circulation pulmonaire. La température du PFC inspiré permet ainsi de contrôler la température artérielle, et par le fait même, le refroidissement des organes et des tissus. Des résultats récents d'expérimentations animales sur petits animaux ont démontré que le refroidissement ultra-rapide par VLT hypothermisante (VLTh) avait d'importants effets neuroprotecteurs et cardioprotecteurs. Induire rapidement et efficacement une hypothermie chez un patient par VLTh est une technique émergente qui suscite de grands espoirs thérapeutiques. Par contre, aucun dispositif approuvé pour la clinique n'est disponible et aucun résultat de VLTh sur humain n'est encore disponible. Le problème se situe dans le fait de contrôler la température du PFC inspiré de façon optimale pour induire une hypothermie chez l'humain tout en s'assurant que la température cardiaque reste supérieure à 30 °C pour éviter tout risque d'arythmie. Cette thèse présente le développement d'un modèle thermique paramétrique d'un sujet en VLTh complètement lié à la physiologie. Aux fins de validation du modèle sur des ovins pédiatriques et adultes, le prototype de respirateur liquidien Inolivent pour nouveau-né a dû être reconçu et adapté pour ventiler de plus gros animaux. Pour arriver à contrôler de façon optimale la température du PFC inspiré, un algorithme de commande optimale sous-contraintes a été développé. Après la validation du modèle thermique du nouveau-né à l'adulte par expérimentations animales, celui-ci a été projeté à l'humain. Afin de réduire le temps de calcul, un passage du modèle thermique en temps continu vers un modèle discret cycle-par-cycle a été effectué. À l'aide de la commande optimale et du développement numérique d'un profil de ventilation liquidienne chez des patients humains, des simulations d'induction d'hypothermie par VLTh ont pu être réalisées. La validation expérimentale du modèle thermique sur ovins nouveau-nés (5 kg), juvéniles (22 kg) et adultes (61 kg) a montré que celui-ci permettait de prédire les températures artérielles systémiques, du retour veineux et rectales. La projection à l'humain a permis de démontrer qu'il est possible de contrôler la température du PFC de façon optimale en boucle ouverte si le débit cardiaque et le volume mort thermique sont connus. S'ils ne peuvent être mesurés, la commande optimale pour le pire cas peut être calculée rendant l'induction d'hypothermie par VLTh sécuritaire pour tous les patients, mais diminuant quelque peu les vitesses de refroidissement.

Made available in DSpace on 2016-08-10T10:55:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDER CARDOSO GUIMARAES.pdf: 3304401 bytes, checksum: db6088dee8f8263e53f3cdc4de171fbc (MD5) Previous issue date: 2009-12-02 / The hydrobiogeochemical cycle of mercury contemplates the natural and artificial sources of the metal, as well as the biotic and abiotic processes that occur in the distinct reservoirs and that they determine the transport and setting of the metallic forms in some final receiver. The process of methylation of mercury has deserved special attention in natural and artificial reservoirs in the Amazon region which had the raised toxic of the methylmercury for the human beings and animal, had the bioaccumulates in the aquatic alimentary chain. The present study it deals with the evaluation of total mercury and methylmercury natural levels in biotic and abiotic compartments of the basin of the river Mutum Paraná in the area of influence of the UHE - Jirau in the hidrography basin of the Madeira river. The values of total mercury in the water samples had been slow the 6,5 ng L-1, being approximately 150 lesser times that the values praised for the Ministry the Health for the human consumption, and the levels of the 0,3 methylmercury had been inferior ng L-1. The total mercury texts in the sediment of deep had presented values in the bands of 170+47 - 294+88 μg kg-1 whereas the texts of methylmercury the band of 0,84+0,25 - 1,40+0,35 μg kg-1, being the organic mercury fraction in the sediment in approximately 0.45% of the total mercury supply. The texts of total mercury in plankton and invertebrates had respectively presented values in the bands of 143+24 - 277+25 μg kg-1 and 191+25 - 323+45 μg kg-1, whereas the texts of methylmercury in the band of 4,41+1,22 - 9,76+0,67 μg kg-1 and 16,74+2,57 - 23,99+2,34 μg kg-1 respectively, evidencing the trend of the process of accumulation in the inferior levels of the eutrophic chain. The samples of ichthyofauna of consumption relevant in the traditional population of the study region had presented values of total mercury in the band of 0,06+0,19 - 0,12+0,04 mg kg-1 for the herbivores and omnivorous specimens and 0,28+0,5 0,40+0,1 mg kg-1 for the carnivorous specimens having evidenced the process of bioaccumulation and biomagnification in ichthyofauna. The values of the levels of the species of total methylmercury and methylmercury in the abiotics samples and bioptics had not evidenced points of diffuse contamination. / O ciclo hidrobiogeoquímico do mercúrio contempla as fontes naturais e antrópicas do metal, bem como os processos bióticos e abióticos que ocorrem nos distintos reservatórios e que determinam o transporte e fixação das formas metálicas em algum receptor final. O processo de metilação do mercúrio tem merecido especial atenção em reservatórios naturais e artificiais na região Amazônica devido a elevada toxicidade do metilmercúrio para os seres humanos e animais, devido a bioacumulação e biomagnificação na cadeia alimentar aquática. O presente estudo trata da avaliação dos níveis basais de mercúrio total e metilmercúrio em compartimentos bióticos e abiótico da bacia do rio Mutum Paraná na área de influência da UHE Jirau na bacia hidrográfica do rio Madeira. Os valores de mercúrio total nas amostras de água foram inferiores a 6,5 ng L-1, sendo aproximadamente 150 vezes menores que os valores preconizados pelo Ministério a Saúde para o consumo humano, e os níveis de metilmercúrio foram inferiores a 0,3 ng L-1. Os teores de mercúrio total no sedimento de fundo apresentaram valores nas faixas de 170+47 a 294+88 μg Kg-1 enquanto que os teores de metilmercúrio na faixa de 0,84+0,25 a 1,40+0,35 μg Kg-1, estando a fração de mercúrio orgânico no sedimento em aproximadamente 0,45% do estoque de mercúrio total. Os teores de mercúrio total no plâncton e invertebrados apresentaram valores nas faixas de 143+24 a 277+25 μg Kg-1 e 191+25 a 323+45 μg Kg-1 respectivamente, enquanto que os teores de metilmercúrio na faixa de 4,41+1,22 a 9,76+0,67 μg Kg-1 e 16,74+2,57 a 23,99+2,34 μg Kg-1 respectivamente, evidenciando a tendência do processo de acumulação nos níveis inferiores da cadeia eutrófica. As amostras de ictiofauna de relevante consumo na população tradicional da região de estudo apresentaram valores de mercúrio total na faixa de 0,06+0,19 a 0,12+0,04 mg Kg-1 para os espécimes herbívoras e onívoras e 0,28+0,5 a 0,42+0,1 mg Kg-1 para as espécimes carnívoras evidenciando o processo de bioacumulação e biomagnificação na ictiofauna. Os valores dos níveis das espécies de mercúrio total e metilmercúrio nas amostras abióticas e bióticas não evidenciaram pontos de contaminação difusa.

L'hypothermie thérapeutique modérée (HTM) consiste à abaisser la température corporelle d'un patient entre 32 et 34 °C. Cette méthode a prouvé ses vertus thérapeutiques pour la neuroprotection et la cardioprotection lors d'insultes hypoxiques ou ischémiques en empêchant les cellules touchées d'entrer en apoptose. La ventilation liquidienne totale (VLT) consiste à assurer les échanges gazeux dans les poumons à l'aide d'un liquide, typiquement des perfluorocarbones (PFC). Un ventilateur liquidien se charge ventiler le patient par un renouvellement cyclique de PFC oxygéné et à température contrôlée. La VLT, utilisant les PFC comme fluides caloporteurs et le poumon comme échangeur thermique, permet une induction d'HTM ultra rapide. Cependant, il n'existe encore aucun ventilateur liquidien avec une fonction automatisée d'induction rapide d'HTM par VLT. L'équipe Inolivent de l'Université de Sherbrooke possède la technologie de respirateur liquidien la plus évoluée au monde. Le but du présent projet est d'équiper le respirateur INOLIVENT-5.0 d'une fonction automatisée d'induction d'HTM et d'un contrôle de la température corporelle. Un capteur virtuel de la température du patient en fonction de la température du PFC expiré a été développé. Un système d'échangeur de chaleur bidirectionnel permettant de refroidir et de chauffer le PFC a été conçu et implanté. Le système d'échangeur de chaleur et le circuit de PFC ont été modélisés mathématiquement. Deux modèles par compartiments du poumon comme échangeur thermique en VLT sur des agneaux nouveau-nés et des lapins adultes ont pu être développés à l'aide de la littérature et d'expérimentations animales. A la suite de la validation in vivo du capteur virtuel de température et des modèles mathématiques, les contrôleurs de températures corporelles ont été conçus. Les contrôles pour l'induction rapide d'HTM par VLT ont été mis en place pour atteindre rapidement l'HTM, tout en assurant que la température du coeur ne descende pas sous 30°C, prévenant ainsi les arythmies cardiaques. Des contrôles différents ont dû être mis en place dépendamment si l'HTM est induite au départ de la VLT ou lors d'une VLT normotherme. De plus, un régulateur de la température corporelle a été conçu pour permettre des réchauffements progressifs à taux prescrits par l'utilisateur. Finalement, le capteur virtuel et les différents contrôleurs ont été validés sur 7 agneaux nouveau-nés à l'animalerie du Centre Hospitalier Universitaire de Sherbrooke (Canada) et sur 7 lapins adultes dans les laboratoires de l'École Nationale Vétérinaire d'Alfort (France). Le capteur virtuel et les contrôleurs fonctionnent correctement sur le modèle ovin et répondent aux spécifications fixées. Dans le cas du modèle lapin, les fréquences respiratoires et les volumes courants étant plus faibles que sur l'agneau, un biais apparaît au capteur virtuel et l'HTM est plus longue à atteindre, mais plusieurs pistes d'amélioration sont proposées.

Chez les eucaryotes, la photosynthèse a lieu dans le chloroplaste, un organite spécifique de la cellule végétale et caractérisé par différents compartiments : (i) l'enveloppe, la double membrane qui délimite le chloroplaste ; (ii) le stroma, phase aqueuse principalement composée de protéines solubles et (iii) un système membranaire interne, les thylacoïdes, qui contiennent les complexes photosynthétiques. Les thylakoïdes forment un réseau tridimensionnel continu et sont différenciés en deux domaines physiques distincts : des empilements de vésicules de membrane (appelés granas ou BBY) et des extensions de membrane simple (lamelles stromales). Les complexes majeurs de la photosynthèse ne sont pas distribués de manière égale dans cette membrane à cause de contraintes électrostatiques et stériques. Ainsi, le photosystème I et l'ATP-synthétase sont enrichis dans les granas, le photosystème II dans les lamelles stromales alors que d'autres complexes, comme le cytochrome b6f, auraient une répartition équivalente entre granas et lamelles stromales. Pour faire face aux variations environnementales de lumière (en qualité et quantité), les plantes ont développé des processus pour moduler leur capacité d'absorption et d'utilisation de la lumière par les photosystèmes, processus regroupés sous le terme de « quenching non photosynthétique ou NPQ ». Dans le cadre de ma thèse, je me suis intéressé à deux composants du NPQ, les états de transition et la dissipation sous forme de chaleur (partie qE).Le premier objectif de ma thèse a été d'identifier de nouveaux acteurs impliqués dans les transitions d'état et ceci en étudiant la relocalisation de protéines au sein des sous-compartiments des thylacoïdes par une approche protéomique. En effet, il a été montré que certaines antennes collectrices de lumière sont réorganisées dans les membranes photosynthétiques lors des transitions d'état. Jusqu'à présent, aucune description exhaustive de la composition et distribution des protéines dans les sous-compartiments de thylacoïdes n'avait été réalisée. J'ai donc dans un premier temps développé des protocoles de purification des sous-compartiments des thylakoïdes (granas et lamelles stromales) à partir de chloroplastes de plantes sauvage d'Arabidopsis thaliana. Ensuite, grâce à une approche d'analyse protéomique semi-quantitative, nous avons pu déterminer la localisation d'environ 300 protéines des thylacoïdes. Les résultats suggèrent que la localisation de complexes photosynthétiques est beaucoup plus dynamique que celle jusqu'à lors proposée. En effet, même s'ils sont préférentiellement identifiés dans un sous-compartiment, certains complexes photosynthétiques présentent une double localisation qui était inattendue. De plus, la composition en sous-unités de ces complexes diffère selon leur localisation, dans les granas et dans les lamelles stromales, suggérant l'existence de processus de régulation de la photosynthèse jusqu'à lors insoupçonnés. Cette approche a ensuite été appliquée sur des plantes mutantes d'Arabidopsis affectées dans les transitions d'état afin d'identifier des protéines pouvant être impliquées dans ce processus d'adaptation. En parallèle, je me suis intéressé au qE . L'activation de ce mécanisme n'est pas constitutive et nécessite la formation d'un gradient de pH entre le stroma et le lumen des thylacoïdes (ΔpH). L'objectif de l'étude a été d'identifier des acteurs pouvant contrôler la formation de ce gradient de pH. Pour cela, nous nous somme focalisés sur le rôle d'un transporteur de potassium récemment caractérisé, TPK3. Grâce à des approches biophysiques et biochimiques, nous avons démontré que TPK3 est impliqué, in vivo, dans la modulation des deux composantes de la force proton motrice (pmf), le gradient de pH (ΔpH) et la différence de potentiel (Δψ). En contrôlant la répartition de la force proton motrice,TPK3, permet une utilisation correcte de la lumière en dissipant l'excès d'énergie. / Within higher plants and algae, photosynthesis is carried out in the chloroplast. Structurally, chloroplasts are organized in (i) the envelope, a double membrane system surrounding the chloroplast (ii) the stroma, the aqueous space which mainly contains soluble proteins and the (iii) thylakoids, a three-dimensional membrane network where photosynthetic electron transport reactions occur. Thylakoids are non-homogeneously folded, and comprise two major domains: (i) the grana-BBY, which are stacks of thylakoids particularly enriched in photosystem II, LHCII (the antenna-protein complex responsible for light harvesting) and (ii) the stroma lamellae, which are unstacked thylakoids connecting grana stacks enriched in photosystem I and ATP synthase. Plants can respond to changes in the environmental light conditions by several means as those which are collectively called non-photochemical quenching or NPQ. During my thesis, I mainly focused on two components of the NPQ: state transition (qT) and high-energy state quenching (qE).State transitions is the process by which PSII-antenna proteins are re-organized between stroma-lamellae and grana-BBY following changes in ambient light both of intensity and spectral composition. State transitions play a key role in the plant adaptation but many aspects of this process remain unclear. The main objective of my thesis was to study the thylakoid protein re-localization between stroma-lamellae and grana-BBY during state transitions using a proteomic-based approach. At this aim I firstly focused on the sub-thylakoid protein localization in Arabidopsis WT and I developed different protocols for the purification of the two sub-compartments (stroma-lamellae and grana-BBY) starting from intact chloroplasts. Later, thanks to a semi-quantitative proteomic approach, I determined the precise localization of around 300 thylakoid proteins in Arabidopsis WT. Results suggested that the localization of the different photosynthetic complexes is much more dynamics than previously hypothesized. In fact, even if characterized by a preferential localization, some photosynthetic complexes displayed an unexpected double localization. Moreover the subunit composition of these complexes was found to vary according to their localization (BBY or stroma-lamellae) suggesting the existence of mechanisms of regulation which have never been evidenced before. Later, we used the same mass-spectrometry-based approach on two different Arabidopsis mutants unable to perform state transitions. The objective was to highlight the involvement of other proteins (other than LHCII) which could possibly be re-localized within the photosynthetic membrane during state transitions. In the second part of my thesis, I focused on the high-energy state quenching component of the NPQ. qE allows the plant to dissipate excessive light energy as heat. This process it's not constitutive but need to be activated by the formation of a difference in the pH between the stroma and the thylakoid lumen (ΔpH). The objective of the study was to identify new possible actors in the regulation of the ΔpH formation. At this purpose I focused on a recently characterized potassium channel, TPK3. Thanks to a biophysical and biochemical approach, we demonstrated that TPK3 is involved, in vivo, in the modulation of the two components of the proton motive force (pmf), the ΔpH and the difference in the electric field Δψ. By controlling the repartition of the pmf, TPK3, controls also the formation of the NPQ and directly affects light utilization and dissipation in vivo. This avoids serious damages to the photosynthetic chain when plants are exposed to high-light conditions

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

Les principaux objectifs de la thèse sont de proposer des modèles dynamiques pour décrire la circulation routière en adaptant des modèles de la mécanique des fluides et à partir de ces modèles de concevoir et mettre en œuvre des algorithmes de contrôle. La circulation routière est considérée comme un système complexe organisé dans une structure décentralisée à trois niveaux: au plus haut niveau il y a le réseau routier, décomposé, au niveau suivant, en objets routiers (tronçons et intersections), aussi décomposés, au dernier niveau, en éléments (segments) routiers.La thèse est organisée en six chapitres. Le premier chapitre présente les problèmes spécifiques aux réseaux de circulation routière, ainsi que des modèles et des algorithmes de contrôle trouvés dans la littérature. Le deuxième chapitre présente les principaux outils nécessaires pour décrire un modèle de trafic macroscopique et des façons pour représenter le flux de véhicules. Dans le troisième chapitre, des modèles dynamiques sont proposés pour différents segments et tronçons routiers. Le quatrième chapitre est consacré à la conception d'algorithmes pour le contrôle du trafic et l'optimisation de la circulation, y compris une analyse de robustesse pour évaluer la tolérance du système aux non-linéarités du modèle. Le cinquième chapitre présente une stratégie de contrôle pour le réseau routier, en utilisant la représentation par des modèles à compartiments et le concept de dynamique positive. Dans le dernier chapitre de la thèse, les contributions de l'auteur sont mises en évidence et quelques perspectives pour le développement ultérieur de la recherche sont présentées

Chez les organismes complexes, comme les mammifères, les séquences de régulation génomique, dispersées sur les chromosomes, peuvent interagir à l'intérieur de l'espace nucléaire pour effectuer des actions coordonnées de régulations géniques. La méthylation de l'ADN et les modifications post-traductionnelles des histones, en combinaison avec des séquences de régulation, des facteurs protéiques et des ARNs non codants, conduisent à une organisation supérieure de la chromatine spécifique du type cellulaire. Cependant, l'organisation et la dynamique de la chromatine in vivo à l'échelle supérieure à celle du nucléosome reste encore largement méconnues. L'objectif général des travaux de notre équipe est d'élucider l'organisation de la chromatine à l'échelle supranucléosomale et sa dynamique in vivo, dans différents contextes physiologiques ou pathologiques, afin de comprendre leurs participations au contrôle et à la coordination de l'expression des gènes chez les mammifères. Notre hypothèse de travail est que certains compartiments nucléaires permettent un confinement de contacts chromatiniens spécifiques facilitant les régulations génomiques. L'objectif principal de mon travail de thèse était de développer une nouvelle méthode, simple et directe, permettant de cartographier et d'analyser les régions du génome murin qui sont associées aux compartiments nucléaires importants pour la régulation de l'expression des gènes (lamine nucléaire, les nucléoles, usines à transcription ou corps de Cajal). Le principe de notre méthode repose sur des traitements à haut sel de noyaux cellulaires transcriptionnellement actifs. Des séquençages à haut-débit permettent ensuite d'identifier les régions génomiques retenues dans les complexes nucléaires ainsi rendus d'insolubles. Elle a donc été appelée HRS-Seq : High-salt Recovered Sequences-sequencing (séquençage de séquences récupérées à haut-sel). Mon programme de travail s'est déroulé en 4 étapes distinctes : 1- la mise en œuvre et l'amélioration de la partie expérimentale (test HRS), 2- l'adaptation des techniques de séquençage à haut-débit à notre méthode (collaboration avec L. Journot, H. Parrinello, E. Dubois), 3 – l'application d'une analyse statistiques adéquate afin d'identifier les HRS (collaboration avec C. Reynes et R. Sabatier, statisticiens) et 4- l'analyse bio-informatique de ces régions destinée à les cartographier et à les caractériser (collaboration avec J. Mozziconacci et A. Cournac).Dans un premier temps, nous avons utilisé la méthode HRS-seq sur des noyaux de cellules de foie de souris. L'analyse bioinformatique des HRS nous a permis de réaliser la toute première cartographie de ces régions chez la souris et de découvrir leurs principales caractéristiques. Les régions HRS peuvent être classées en deux catégories distinctes : Les HRS riches en AT sont fortement associées à la lamine nucléaire, tandis que celles riches en GC sont associées aux régions géniques. La présence exceptionnelle, parmi cette dernière catégorie, des gènes codant pour les protéines d'histones, indique que le test HRS permet la rétention des Corps des Loci d'Histones (HLB – Histone Locus Body), un type spécifique de corps de Cajal. De plus, grâce à une analyse croisée avec des données de Hi-C disponibles dans la littérature, nous avons pu montrer que les HRS présentent entre-elles une haute probabilité de contact dans l'espace tridimensionnel du noyau, et qu'elles sont fortement enrichies en certaines séquences répétées (gènes des ARNt). L'ensemble de ces résultats nous permet de valider expérimentalement notre méthode. Dans un second temps, nous avons appliqué cette méthode à 3 autres types cellulaires : des cellules souches embryonnaires, des cellules progénitrices neurales et des neurones (collaboration avec T. Bouschet). Le but de ce travail est de déterminer comment les régions HRS évoluent au cours de la différentiation cellulaire. Les analyses statistiques et bioinformatiques sont en cours. / In complex organisms like mammals, regulatory sequences, dispersed on the chromosomes, can interact together within the nuclear space to tightly coordinate gene expression. DNA methylation and post-translational histone modifications combine with regulatory sequences, proteic factors and non-coding RNA, to provide cell-type specific patterns of higher-order chromatin organization. However, the in vivo organization of the mammalian chromatin beyond the simple nucleosomal array remains largely enigmatic. The general objective of our group is to elucidate the in vivo organization and dynamic of the chromatin at the supranucleosomal scale in diverse physiological and pathological contexts, in order to better understand how they are involved in the maintenance and coordination of gene expression in mammals. Our working hypothesis is that some nuclear compartments are confining specific chromatin contacts in order to facilitate genomic regulations. The principal objective of my thesis was to develop a novel straightforward method to map and to characterize genomic regions that are associated, in the mouse, with nuclear compartments that are important for gene regulation (nuclear lamina, nucleolus, transcription factories, Cajal bodies). The principle of our method is based on high-salt treatments of transcriptionally active cell nuclei. High-throughput sequencings then allow to identify the genomic regions that are retained in the resulting insoluble nuclear complexes. We thus named this method the HRS-seq (High-salt Recovered Sequences-sequencing). My working program was divided into 4 steps: 1- the improvement of the experimental procedure (HRS assay), 2- the adaptation of the NGS techniques to our method (collaboration with L. Journot, H. Parrinello, E. Dubois), 3- the use of an adequate statistical analysis in order to identify the HRS (Collaboration with C. Reynes and R. Sabatier, statisticians), 4- the bioinformatics analysis of these regions in order to map and to characterize them (collaboration with J. Mozziconacci and A. Cournac). We first used the HRS-seq method on mouse liver cells. The bioinformatics analysis allowed us to obtain the first global profiling of HRS in the mouse and to discover their essential characteristics. The HRS can be classified into two categories: the AT-rich HRS are linked to lamina associated domains, while GC-rich HRS are strongly associated to genes. The presence of histone genes amongst this latter category suggests that the Histone Locus Bodies (HLBs), a specific type of Cajal's body, is retained in the HRS assay. Furthermore, thanks to a cross-analysis with Hi-C data available in international databases, we have shown that the HRS display a high contact probability in the tri-dimensional space of the nucleus and that they are highly enriched in some specific repeat sequences (tRNA genes). Globally, these results allow us to validate the experimental approach used in the HRS-seq method. In a second time, we have applied this method to 3 other cell types: mouse embryonic stem cells, neural progenitor cells and neurons (collaboration with T. Bouschet). The aim of this work is to determine how the HRS regions are regulated during cell differentiation. Statistical and bio-informatics analyses are in progress.

Les mathématiques sont comprises en tant qu’ensemble d’idées abstraites, dans le sens où le monde réel – ou plutôt réalité – n’a pas à intervenir. Pourtant, certains faits mathématiques observables dans des données expérimentales ou simulées peuvent être contre-intuitifs. La thèse est divisée en deux parties : premièrement, on étudie mathématiquement les matrices du genre celles dont nous avons discutées en biologie et finance. En particulier, nous mettons en évidence le fait contre-intuitif suivant : pour ces matrices, le vecteur propre associé à la plus haute valeur propre est très proche de la somme de chacune des lignes de la matrice, colonne par colonne. Nous discutons aussi d’applications en théorie des graphes avec bon nombre de simulations numériques. Dans un second temps, nous attaquons le problème des contacts géniques : à partir d’une carte de contact génique, un vrai défi actuel est de retrouver la structure tridimensionnelle de l’ADN. Nous proposons diverses méthodes d’analyse matricielle de données, dont une met en évidence l’existence, dans le noyau, de zones disjointes où les interactions sont de différents types. Ces zones sont des compartiments nucléaires. Avec d’autres données biologiques, nous mettons en évidence la fonction biologique de chacun de ces compartiments. Les outils d’analyses sont ceux utilisés en finance pour analyser des matrices d’auto-corrélation, ou même des séries temporelles. / Mathematics are understood as a set of abstract ideas, in the measure of the real world – or reality – has no way to intervene. However, some observable mathematical facts in experimental or simulated data can be counter-intuitive. The PhD is divided into two parts: first, we mathematically study the matrices of the same type of the ones in biology and finance. In particular, we show the following counter-intuitive fact: for these matrices, the eigenvector associated with the highest eigenvalue is close to the sum of each row, column by column. We also discuss some applications to graph theory with many numerical simulations and data analysis.On the other hand, we will face the genetic contact problem: from a contact map, a real current challenge is to find the DNA 3D-structure. We propose several matrix analysis methods, which one show disjoinct areas in the nucleus where the DNA interactions are different. These areas are nuclear compartments. With other biological features, we characterize the biological function of each of the compartments. The analysis tools are the ones already used in finance to analyze the autocorrelation matrices, or even time series.

Chaque année en France, les feux de compartiments donnent lieu à plus de 88 000 interventions impliquant plus de 15 000 personnes dont plusieurs centaines de décès et de blessés graves. Aujourd’hui, lors de ces feux, les prises de décision et les délais d’intervention des équipes de secours sont principalement basés sur des décisions humaines, fruits de l'expérience. Une connaissance parfaite de la situation, de son évolution dans le temps et des dangers qui peuvent apparaître est impossible. C’est en partie la cause majeure des mauvais chiffres répertoriés ci-dessus. En effet, les processus physicochimiques qui régissent les feux de compartiments et les situations collatérales extrêmement réactives et dangereuses sont complexes. La transition entre un feu localisé et un feu généralisé peut prendre plusieurs formes. L'un des vecteurs les plus importants dans la propagation de la combustion pour les feux de compartiments sont les fumées, du fait de leur température élevée (souvent supérieure à 600°C) et des quantités importantes d’énergie, sous forme de chaleur, qu'elles contiennent. Malgré leur extrême dangerosité, les fumées restent importantes à étudier car elles véhiculent de précieuses informations, notamment sur l’apparition de phénomènes thermiques redoutés par les pompiers. Afin de mener cette étude, une cellule expérimentale composé de deux containers maritimes a été installée sur le site de formation incendie des sapeurs-pompiers de Seine-Maritime. Cette plateforme va permettre, grâce à un brûleur alimenté en propane, de produire des fumées chaudes dans uneconfiguration dite « feu réel ». Elles seront analysées en partie grâce à une technique de mesure non intrusive, la PIV. Les mesures par PIV grands champs seront comparées à des simulations LES de l’expérience (FDS). La double compétence (numérique / expérimentale) est essentielle dans ce type d’étude où les données expérimentales souffrent d’un manque de résolution (spatiale et temporelle) mais pour autant représentent des informations nécessaires à la validation des codes. / Each year in France, compartment fires result in more than 88,000 interventions involving more than 15,000 people, including several hundred deaths and serious injuries. Today, during fire compartments, the decision-making of the rescue teams is mainly based on human decisions, as a result of the accumulated experience. However, a perfect knowledge of the situation, its evolution over time and the dangers that may appear is impossible. Therefore, studying the fumes is of major interest. Indeed, smoke remains important to study because it conveys valuable information, especially on the appearance of thermal phenomena feared by firemen. In order to carry out this study, an experimental cell made up of two maritime containers was installed on the site of the Seine-Maritime fire brigade fire training. This platform will produce hot smokes in a configuration called "real fire" thanks to a propane burner. In this study, the smoke dynamics in a large scale experimental setup is analyzed using a non-intrusive measurement technique such as PIV (Particle Image Velocity). All the performed measurements are compared with LES (Large Eddy Simulation) simulations of the experiment using Fire Dynamics Simulator (FDS). The double expertise (numerical / experimental) is essential in this type of study where the experimental data suffer from a lack of resolution (spatial and temporal) but nevertheless represents an important source of information necessary for the validation of the codes.