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.

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.

Cette étude porte sur la cuisson en autocuiseurs qui sont des appareils de cuisson domestiques sous pression. L'objectif principal est la compréhension de la cuisson dans un autocuiseur au travers de l'étude des transferts thermiques couplés en régime transitoire pour la température, la pression interne, la puissance de chauffe fournie, la composition de l'atmosphère de cuisson et surtout les mécanismes de transferts (conduction, convection, ébullition et condensation par exemple). Cette compréhension doit permettre une optimisation de la cuisson. Seule la cuisson de légumes, en particulier de carottes dans la phase gazeuse, est étudiée. La cuisson en autocuiseur s'effectue en trois étapes : la montée en pression, le maintien en pression et la décompression. C'est le chauffage par le bas de l'appareil initialement clos et contenant un fond d'eau qui permet une augmentation de la pression par production de vapeur. Le niveau de pression est ensuite limité par l'ouverture d'une soupape classiquement autour 1,5 bar, soit une température de vapeur saturante de 112° C. Nous avons mis au point une méthode mécanique pour l'évaluation du niveau de cuisson par l'évolution de la texture des carottes. Ceci nous a permis par la suite de comparer différents modes opératoires pour un même niveau de cuisson final. Expérimentalement, un pilote basé sur un autocuiseur a été construit. Il permet la maîtrise de la conduite (pression, puissance de chauffe, etc.) et un grand nombre de mesures (températures, débit sortant, composition locale, etc.) La modélisation apparaît nécessaire pour décrire la complexité des couplages et la transition entre les différents mécanismes de transfert. Ainsi, deux modèles ont été développés : un modèle considérant des flux de matière et de chaleur entre différents compartiments (gaz, eau, paroi, aliment, etc.) et un modèle d'écoulement et de transfert de type CFD. Ils permettent de faire des analyses que n'autorise pas l'expérimentation et d'explorer d'autres profils de cuisson en vue d'une optimisation de la conduite de l'autocuiseur. Les modèles ont été validés dans un certain nombre de cas. Les résultats obtenus permettent de comprendre l'importance de certains phénomènes comme l'ébullition et la condensation en fonction de la teneur en air résiduel. On constate que l'ensemble de la cuisson se fait principalement en conditions non-stationnaires, même pendant le maintien en pression car la fuite par la soupape provoque un appauvrissement progressif de l'air dans l'atmosphère interne. Les effets des différents évènements thermiques sur la montée en température de l'aliment ont pu être mis en évidence et quantifiés pour la plupart. Une première optimisation de la conduite est avancée pour limiter la consommation énergétique de la cuisson.

Afin de mieux connaitre puis d'optimiser les trajectoires suivies par les patients arrivés au stade terminal de leur insuffisance rénale chronique, il a été nécessaire de mettre au point des outils permettant de modéliser ces trajectoires complexes. Les différentes modalités de traitement n'ont pas été comparées une à une mais une approche globale a été privilégiée tenant compte d'une vision intégrée où les modalités de traitement sont considérées comme complémentaires et non concurrentielles. Ce travail de modélisation a utilisé des modèles à compartiments avec prise en compte de risque concurrents et un modèle de mélange pour données de survie avec fraction non à risque. Les paramètres des modèles ont été estimés à partir des données du registre du Réseau Épidémiologie et Information en Néphrologie (REIN). L'outil de prédiction développé a également pu être alimenté par les données de remboursement de l'assurance maladie (SNIIRAM) sur l'année 2009. Cette première version de l'outil a permis d'évaluer les conséquences en termes d'espérance de vie restreinte à 15 ans et de coût moyen par mois de différentes stratégies simulées de prise en charge des patients en IRCT dans le cadre d'une analyse médico-économique, en partenariat avec la Haute Autorité de Santé. L'objectif final de ce travail sera de proposer des outils d'aide à la décision reposant sur des stratégies de prise en charge les mieux adaptées aux besoins des patients. A terme, les outils développés lors de ce travail pourraient également servir de base à une plateforme de simulation afin d'accompagner les décideurs publics lors de la réflexion sur les schémas d'organisation sanitaire / In order to better understand and then optimize the trajectories followed by end-stage renal disease patients, it was necessary to develop tools to model these complex trajectories. The different treatment modalities were not compared but a comprehensive approach was preferred taking into account an integrated vision where treatment modalities are considered complementary and non-competitive. We used compartments models which took into account competitive risk and a mixture model for survival with fraction not at risk. The model parameters were estimated from the data from the Renal Epidemiology and Information Network registry. Reimbursement data from the national health insurance (SNIIRAM) were also used. The prediction tool developed was used to evaluate the consequences in terms of expected 15- years restricted lifetime and average cost per month for different strategies in a medicoeconomic analysis, in partnership with the Haute Autorité de Santé. The final aim of this work is to offer decision support tools based on strategies best adapted to patients’ needs. The tools developed in this work could also serve as a basis for a simulation platform to accompany public decision-makers in their reflection on health organization

Les maladies infectieuses représentent aujourd’hui un problème majeur de santé publique. Devant l’augmentation des résistances bactériennes, l’émergence de nouveaux pathogènes et la propagation rapide de l’épidémie, le suivi et la surveillance de la transmission de la maladie devient particulièrement importants. Face à une telle menace, la société doit se préparer à l'avance pour réagir rapidement et efficacement si une telle épidémie est déclarée. Cela nécessite une mise en place des dispositifs de suivi et de prévention. Dans ce contexte, nous nous intéressons, dans le présent travail, à l’élaboration d’un Système d’Information Décisionnel Spatio-temporel pour le suivi et la surveillance du phénomène de propagation de l’épidémie de la grippe saisonnière au sein de la population de la ville d’Oran (Algérie). L’objectif de ce système est double : il consiste, d’une part, à comprendre comment l’épidémie se propage par l’utilisation du réseau social Small World (SW) et du modèle à compartiments d’épidémie SEIR (Susceptible-Exposed-Infected-Removed), et d’autre part, à stocker dans un entrepôt les données multiples tout en les analysant par un outil d’analyse en ligne de donnée Spatiale dit SOLAP (Spatial On-Line Analytical Processing). / Today, infectious diseases represent a major public health problem. With the increase of bacterial resistance, the emergence of new pathogens and the rapid spread of epidemic, monitoring and surveillance of disease transmission becomes important. In the face of such a threat, the society must prepare in advance to respond quickly and effectively if an outbreak is declared. This requires setting up monitoring mechanisms and prevention.In this context, we are particularly interested by development a Spatiotemporal decision support system for monitoring and preventing the phenomenon of seasonal influenza epidemic spread in the population of Oran (city at Algeria).The objective of this system is twofold: on one hand, to understand how epidemic is spreading through the social network by using SEIR (Susceptible-Exposed-Infected-Removed) compartmental model within Small World network, and on the other hand, to store multiple data in data warehouse and analyzing it by a specific online analysis tool Spatial OLAP (Spatial on-line Analytical Processing).