Au cours de ce travail de thèse, nous avons établi un modèle global pour le réseau de kinases dépendantes des cyclines (Cdks) qui contrôle la dynamique du cycle cellulaire chez les mammifères. Le modèle contient quatre modules Cdk régulés par phosphorylation-déphosphorylation, par des inhibiteurs de Cdk, et par la synthèse ou la dégradation de protéines. Les facteurs de croissance suscitent la transition d’un état stationnaire stable, état de quiescence, à un état de prolifération caractérisé par des oscillations entretenues du réseau de cyclines/Cdk. Ces oscillations correspondent à l’activation transitoire et répétitive des complexes cycline D/Cdk4-6 en phase G1, cycline E/Cdk2 à la transition G1/S, cycline A/Cdk2 en phase S et à la transition S/G2, et cycline B/Cdk1 à la transition G2/M. Le modèle rend compte de plusieurs propriétés majeures du cycle cellulaire des mammifères : (1) oscillations entretenues du réseau de Cdk en présence d’un niveau suffisant d’un facteur de croissance ; (2) contrôle de la progression dans le cycle cellulaire par la balance entre les effets antagonistes du suppresseur de tumeur pRB et du facteur de transcription E2F ; (3) existence d’un point de restriction situé dans la phase G1, au-delà duquel la cellule n’a plus besoin de la présence d’un facteur de croissance pour compléter son cycle de division cellulaire ; (4) entraînement du cycle cellulaire par l’horloge circadienne. Le modèle rend compte également du phénomène d’endoréplication qui correspond au découplage entre réplication de l’ADN et mitose : la cellule duplique à de multiples reprises son ADN sans entrer en phase de mitose. En incorporant des points de contrôle («checkpoints») dans le modèle pour le cycle cellulaire, et en particulier le point de contrôle de réplication de l’ADN régulé par les kinases ATR et Chk1, nous montrons comment ce point de contrôle ralentit la dynamique du cycle cellulaire et mène à une meilleure séparation des phases de réplication de l’ADN et de mitose. Le modèle pour le cycle cellulaire des cellules de mammifères montre comment la structure de régulation du réseau de cyclines/Cdk suscite son auto-organisation temporelle, menant à l’activation répétitive et séquentielle des quatre modules Cdk qui assurent la progression ordonnée dans les différentes phases du cycle cellulaire./We propose an integrated computational model for the network of cyclin-dependent kinases (Cdks) that controls the dynamics of the mammalian cell cycle. The model contains four Cdk modules regulated by reversible phosphorylation, Cdk inhibitors, and protein synthesis or degradation. Growth factors trigger the transition from a quiescent, stable steady state to self-sustained oscillations in the Cdk network. These oscillations correspond to the repetitive, transient activation of cyclin D/Cdk4-6 in G1, cyclin E/Cdk2 at the G1/S transition, cyclin A/Cdk2 in S and at the S/G2 transition, and cyclin B/Cdk1 at the G2/M transition. The model accounts for the following major properties of the mammalian cell cycle: (1) repetitive cell cycling in the presence of supra-threshold amounts of growth factor ; (2) control of cell cycle progression by the balance between antagonistic effects of the tumor suppressor pRB and the transcription factor E2F ; (3) existence of a restriction point in G1, beyond which completion of the cell cycle becomes independent of growth factor ; (4) entrainment of the cell cycle by the circadian clock. The model also accounts for endoreplication and for self-sustained oscillations in the presence of only Cdk1 or in the absence of pRB. Incorporating the DNA replication checkpoint mediated by kinases ATR and Chk1 slows down the dynamics of the cell cycle without altering its oscillatory nature and leads to better separation of the S and M phases. The model for the mammalian cell cycle shows how the regulatory structure of the Cdk network results in its temporal self-organization, leading to the repetitive, sequential activation of the four Cdk modules that brings about the orderly progression along cell cycle phases.

This thesis investigates how the neural system instantiates selective attention to speech in challenging acoustic conditions, such as spectral degradation and the presence of background noise. Four studies using behavioural measures, magneto- and electroencephalography (M/EEG) recordings were conducted in younger (20–30 years) and older participants (60–80 years). The overall results can be summarized as follows. An EEG experiment demonstrated that slow negative potentials reflect participants’ enhanced allocation of attention when they are faced with more degraded acoustics. This basic mechanism of attention allocation was preserved at an older age. A follow-up experiment in younger listeners indicated that attention allocation can be further enhanced in a context of increased task-relevance through monetary incentives. A subsequent study focused on brain oscillatory dynamics in a demanding speech comprehension task. The power of neural alpha oscillations (~10 Hz) reflected a decrease in demands on attention with increasing acoustic detail and critically also with increasing predictiveness of the upcoming speech content. Older listeners’ behavioural responses and alpha power dynamics were stronger affected by acoustic detail compared with younger listeners, indicating that selective attention at an older age is particularly dependent on the sensory input signal. An additional analysis of listeners’ neural phase-locking to the temporal envelopes of attended speech and unattended background speech revealed that younger and older listeners show a similar segregation of attended and unattended speech on a neural level. A dichotic listening experiment in the MEG aimed at investigating how neural alpha oscillations support selective attention to speech. Lateralized alpha power modulations in parietal and auditory cortex regions predicted listeners’ focus of attention (i.e., left vs right). This suggests that alpha oscillations implement an attentional filter mechanism to enhance the signal and to suppress noise. A final behavioural study asked whether acoustic and semantic aspects of task-irrelevant speech determine how much it interferes with attention to task-relevant speech. Results demonstrated that younger and older adults were more distracted when acoustic detail of irrelevant speech was enhanced, whereas predictiveness of irrelevant speech had no effect. All findings of this thesis are integrated in an initial framework for the role of attention for speech comprehension under demanding acoustic conditions.

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

Mémoire (M.Eng.)--Université du Québec à Chicoutimi, 2000. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Mémoire (M.Eng.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1999. / Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Parmi les différents mécanismes physiques permettant d'actionner des échantillons liquides au sein de labopuces, l'électromouillage sur diélectrique (EWOD) s'impose peu à peu comme une solution fiable permettant de manipuler en particulier des gouttes (labopuces digitaux). Bien que des modèles énergétiques permettent d'expliquer la plupart des fonctions fluidiques élémentaires obtenues par effet EWOD, il demeure certains phénomènes hydrodynamiques en goutte dont la compréhension à l'échelle locale présente des enjeux en termes scientifiques et applicatifs. En particulier, la maîtrise des oscillations de goutte et des écoulements électrohydrodynamiques induits par des signaux électriques alternatifs (AC-EWOD) pourrait permettre l'insertion de nouvelles fonctions dans les labopuces digitaux (brassage, séparation d'espèces). Dans la thèse proposée, une configuration optimale a été retenue consistant en une goutte reposant sur deux électrodes coplanaires passivées. Un banc de caractérisation a été développé ainsi que des logiciels spécifiques dédiés à l'analyse du mouillage et des oscillations de la goutte. Une première étude permet de caractériser l'électromouillage d'une goutte en configuration d'électrodes coplanaires. En particulier, la modélisation des contraintes électriques surfaciques permet de conclure sur leurs rôles dans l'injection normale et tangentielle de quantité de mouvement. Les oscillations de la goutte et les écoulements induits sont ensuite étudiés de manière expérimentale. Suivant la géométrie des électrodes, des configurations d'écoulements axisymétriques et quadripolaires sont observées. Un modèle basé sur le concept de courant de dérive est développé ; sa résolution numérique par éléments finis permet de retrouver les configurations d'écoulement. Des applications biologiques de l'actuation EWOD en signal alternatif sont finalement proposées et discutées pour le développement de laboratoires sur puces. / Among numerous physical mechanisms enabling liquids actuation, electrowetting on dielectric (EWOD) is increasingly considered as a trustful solution enabling discrete iquid sample handling by using electrical fields. Although energetic models can explain most basic fluidic functions, some electrowetting phenomena still remain to be considered as scientific issues. So is the case for droplet oscillations and hydrodynamic flows induced by electrowetting when AC voltage is applied (AC EWOD). The understanding and mastering of these phenomena represent the objectives of this thesis. An open electrode configuration has been used in which the droplet straddles two insulated coplanar electrodes. An experimental setup and dedicated software for the measurement of droplet wetting and droplet oscillations have been developed. A first experimental and numerical study allowed us the characterization of electrowetting in the coplanar electrode configuration. The calculation of the electrical stress distribution delivers criteria which help to conclude about the involvement of tangential electrical stresses in drop convective flow. Then, droplet oscillations and induced flows are experimentally and theoretically investigated. Depending on electrode designs, axisymetrical and quadripolar flows as well can be observed. A model based on steady streaming is implemented and structure flows are numerically reproduced using finite element method. Some practical applications of this research within the framework of lab-on-chips are proposed and discussed.

La découverte de l'effet Hall quantique par von Klitzing en 1980 a ouvert la voie à ce qui sera connu plus tard comme la théorie topologique des bandes. Dans le cadre de cette théorie, on ne s'intéresse plus uniquement à la relation de dispersion énergétique des électrons dans les cristaux, mais aussi à l'organisation topologique de la structure de bande. Cette théorie a permis la découverte d'une nouvelle phase de la matière, représentée par les isolants topologiques. Ces isolants topologiques ont de particulier qu'ils se comportent comme des isolants normaux dans le bulk, mais présentent des états de surface conducteurs. Dans cette thèse, on s'intéresse particu- lièrement aux isolants topologiques dits Z2, pour lesquels les états de surface sont protégés par la symétrie de renversement du temps : ils ne peuvent disparaître en présence d'une perturbation qui préserve cette symétrie sans que le système ne traverse une transition de phase quantique. Pour les isolants topologiques à trois dimensions, nous proposons dans cette thèse, un critère expérimental utilisant les oscillations quantiques magnétiques, permettant d'identifier un type particulier d'isolants topologiques : les isolants topologiques forts. Pour les systèmes à deux dimensions, nous nous sommes intéressés aux phénomènes liés à la rupture de la symétrie par renversement du temps à cause de la présence d'un ordre antiferro- magnétique. Dans ce cas, la symétrie d'importance devient le renversement du temps fois une translation. Dans ce contexte, nous avons tout d'abord établi analytiquement l'expression d'un invariant topologique pour les systèmes présentant aussi la symétrie d'inversion. Nous avons ensuite adapté trois méthodes numériques normalement utilisées dans le cadre des isolants topo- logiques invariants par renversement du temps : la méthode de la phase de jonction, la méthode des centres de charge des fonctions de Wannier et la construction explicite des états de bord. Nous avons montré qu'elles permettaient de tester la nature triviale ou topologique de plusieurs modèles théoriques pour lesquelles aucune méthode n'existait, par exemple les systèmes sans symétrie d'inversion. / The discovery of the quantum Hall effect by von Klitzing in 1980 paved the way for what is now known as topological band theory. In this theory, we are interested not only in the energy spectra of the electrons in crystals, but also in the topological structure of the bands. A new phase of matter was discovered thanks to this theory : the topological insulators. Topological insulators are unique in the sense that they behave like trivial insulators in the bulk, but possess metallic edge states. In this thesis, we are particularly interested in so-called Z2 topological insulators, whose edge states are protected by time reversal symmetry : they cannot disappear in the presence of a perturbation that respects this symmetry, without the system undergoing a quantum phase transition. For three-dimensional topological insulators, we propose an experimental criterion based on magnetic quantum oscillations to identify a special kind of topological insulators : the strong topological insulator. In two dimensions, we study the consequences of time reversal symmetry breaking due to anti-ferromagnetic order. In this case, the important symmetry is time reversal times a trans- lation. In this context, we first establish an analytical expression for systems that also have inversion symmetry. We then adapt three numerical methods usually employed for time reversal symmetric systems : the reconnection phase method, the Wannier charge center method and the explicit construction of edge states. We show that they are useful to probe the topology of models for which no methods were available ; such as non-centrosymmetric systems.

Dans les procédés liés aux émulsions, des écoulements turbulents et polyphasiques entrent en jeu. De tels procédés apparaissent dans des domaines variés. Dans l'industrie agro-alimentaire, la production de lait fait intervenir un homogénéisateur à haute pression, et certains produits tels que la mayonnaise sont des émulsions stables. On trouve aussi des émulsions dans le domaine de la santé : elles assurent le bon fonctionnement de nos poumons, tandis que d'autres peuvent être injectées par voie parentérale en tant que médicaments. On les retrouve aussi dans les procédés de séparation, par exemple eau-brut de pétrole dans l'industrie pétrochimique. Dans tous les cas, la fragmentation et la coalescence des bulles et gouttes doivent être maîtrisées, car elles influencent directement la distribution en taille de la phase dispersée. La fréquence d'apparition de ces phénomènes peut être prédite en utilisant des modèles adaptés. Cependant, la présence de molécules tensioactives modifie grandement cette fréquence et par conséquent la distribution en taille en sortie du procédé. Or, ce type de molécules est présent dans quasiment tous les procédés polyphasiques. L'étude des effets des tensioactifs dans ces procédés s'est alors imposée. Dans un des plus récents modèles, les bulles ou gouttes sont considérées comme des oscillateurs forcés par la turbulence de l'écoulement environnant. Il est alors nécessaire de connaître à la fois la turbulence dans le voisinage de la goutte et les propriétés dynamique de la goutte. La première peut être déterminée expérimentalement. La réponse de la goutte au forçage est alors décrite comme une somme d'harmoniques sphériques dont la dynamique est décrite pour chaque mode par une pulsation et un coefficient d'amortissement. Cette thèse aborde l’étude des effets des tensioactifs sur ces deux grandeurs. Elle s’est déroulée en collaboration entre l'IMFT et le LGC, ce qui a permis d'associer les compétences de chaque laboratoire dans les domaines de la physico-chimie, de l'hydrodynamique des phases dispersées et des écoulements turbulents diphasiques. Le projet lors de cette thèse est d'étudier numériquement les effets des tensioactifs sur les échelles temporelles caractéristiques des oscillations, dans le cas où la goutte est immobile ou bien en mouvement dans un fluide externe. Une équation de transport des tensioactifs ainsi que l'effet Marangoni à l'interface ont été modelisés dans le code DIVA, et validés à l'aide de cas tests. Ensuite, des simulations de gouttes subissant des oscillations de forme suivant le mode 2 des harmoniques sphériques ont permis de décrire les effets des tensioactifs sur la dynamique des interfaces. Ils ont été validés par la théorie pour des oscillations linéaires. Le couplage entre le mouvement d'ascension et les oscillations de formes a aussi été étudié, afin de comprendre l'effet d'un fort effet Marangoni, généré par l'ascension de la goutte, sur les oscillations. Les viscosités de surface peuvent aussi influencer radicalement la dynamique interfaciale. Lors de cette thèse, une méthode a été développée et validée pour permettre à l'outil de simulation de prendre en compte des viscosités de surface en se basant sur le modèle de Boussinesq-Scriven. Leur effet sur la dynamique des oscillations de forme a été étudié. / In many industrial processes, such as high-pressure homogenisation or water-oil separation, turbulent and multiphase flows are involved. To optimize those processes, coalescence and fragmentation need to be controlled since they impact directly the size distribution of drops and bubbles. The occurrence of those phenomena can be predicted using adapted models. However, the presence of surfactant molecules at the interface between two fluid phases can change radically the phenomenology of drops break up and coalescence, and their effect has not been properly included in existing models yet. In one of the latest models, drops are considered as forced oscillators driven by the local turbulence of a flow. It is therefore required to know the local turbulence of the flow and the dynamic properties of the drop. It is possible to measure experimentally the local velocities in a flow to determine the local average turbulent Weber number, which represents the forcing term of the oscillator. The dynamic response of the drop is described as a series of oscillators, the principal mode of which is characterized by two time scales, the pulsation and damping coefficient. The goal of this PhD is to study numerically the impact of surfactants on the two time scales mentioned above, whether the drop is still or in motion in the surrounding fluid. An equation of transport of surfactants and the Marangoni effect at the interface have been implemented in the code, and validated. Simulations of a drop undergoing shape oscillations along its eigenmode n = 2 have allowed to study the effects of surfactants on the time scales of oscillations, which were validated with theoretical predictions for linear oscillations. Surface viscosities can also influence the time scales of oscillations. Therefore, a numerical method has been developped and validated to take surface viscosities into account. The stress jump is based on the expression of the Boussinesq-Scriven model. Their effect is studied on the dynamic of oscillations.

Les instabilités thermo-acoustiques présentes dans les chambres de combustion sont générées par des interactions entre une flamme et l’acoustique du foyer. Ces oscillations auto-entretenues peuvent être observées dans de nombreux systèmes industriels tels que des chaudières domestiques, des fours industriels, des turbines à gaz ou des moteurs fusée. Bien que ce phénomène ait fait l’objet de nombreux travaux, il n’existe toujours pas de cadre d’étude assez général et robuste pour prédire le déclenchement de ces oscillations auto-entretenues et pour déterminer l’évolution des variables de l’écoulement à l’intérieur de la chambre de combustion. Ce travail s’appuie à la fois sur des modèles et des expériences. L’objectif est d’améliorer la description de la réponse de flammes coniques laminaires prémélangées à des perturbations de l’écoulement et les prédictions d’instabilités thermo-acoustiques dans des foyers alimentés par des flammes coniques. Dans la première partie du manuscrit, une revue des modèles décrivant la dynamique de flammes coniques est entreprise et un cadre général d’étude pour la modélisation de la Fonction de Transfert de Flamme (FTF) est présenté. Le dispositif expérimental ainsi que les diagnostics utilisés sont ensuite décrits. Ces systèmes sont utilisés pour mesurer la FTF de flammes coniques laminaires prémélangées soumises à des perturbations harmoniques de l’écoulement. Une nouvelle technique expérimentale est proposée pour contrôler les perturbations de l’écoulement à la sortie du brûleur. Elle est utilisée pour moduler l’écoulement avec un bruit blanc aléatoire et déterminer la FTF avec une résolution fréquentielle bien meilleure. Pour de faibles niveaux d’excitation, les résultats obtenus avec cette technique sont en accord avec ceux obtenus par la méthode classique utilisant des perturbations harmoniques. Les limites de cette technique sont décrites lorsque le niveau de perturbation augmente. Plusieurs expressions analytiques de la FTF de flammes coniques sont établies dans la seconde partie de cette thèse en introduisant progressivement plus de phénomènes physiques dans le modèle. Les modèles basés sur des perturbations convectées par l’écoulement sont étendus en tenant compte de la nature incompressible du champ de perturbation de vitesse. La prévision de la phase de la FTF de flamme conique est améliorée et présente un bon accord avec les mesures. Ensuite, une étude détaillée des interactions de la base de la flamme avec le bord du brûleur est conduite en tenant compte des pertes thermiques instationnaires de la flamme vers le brûleur. Ce mécanisme contrôle le mouvement de la base de la flamme et la dynamique de flamme à haute fréquence. Cette contribution à la FTF détermine le comportement haute fréquence de la FTF ainsi que l’évolution non-linéaire de la FTF lorsque le niveau de perturbation augmente. Enfin, une analyse de la dynamique des flammes coniques est entreprise pour des flammes placées dans des tubes de différents diamètres. Il est montré que les effets de confinement doivent être pris en compte lorsque les gaz brûlés ne peuvent se dilater complètement. Des différences importantes sont observées entre des FTF mesurées pour des tubes de confinement de diamètres différents. Un nouveau nombre sans dimension est établi pour prendre en compte ces effets. Ces différents modèles sont ensuite utilisés pour modéliser la réponse d’une collection de petites flammes coniques stabilisées sur une plaque perforée. Il est montré qu’une combinaison de ces modèles permet de capturer le comportement de ces flammes ainsi que l’évolution de la phase de la FTF couvrant le spectre fréquentiel pertinent pour la prédiction d’instabilités thermo-acoustiques. / Thermo-acoustic instabilities in combustion chambers are generated by the interactions between a flame and the combustor acoustics, leading to a resonant coupling. These self-sustained oscillations may be observed in many practical systems such as domestic boilers, industrial furnaces, gas turbines or rocket engines. Although this phenomenon has already been the topic of many investigations, there is yet no generalized robust framework to predict the onset of these self-sustained oscillations and to determine the evolution of the flow variables within the combustor during unstable operation. This work builds on previous models and experiments to improve the description of the response of laminar conical flames to flow perturbations and the prediction of thermoacoustic instability in burners operating with conical flames. In the first part of the manuscript, an extensive review of conical flame dynamics modeling is undertaken and a general framework for the modeling of their Flame Transfer Function (FTF) is presented. The experimental setup and the diagnostics used to characterize their response to flow disturbances are then described. They are used to measure the FTF when the flames are submitted to harmonic flow perturbations. A novel experimental technique is also proposed to control the flow perturbation level at the burner outlet. It enables to modulate the flow with random white noise perturbations and to measure the FTF with a better frequency resolution. Results with this alternative technique compare well with results from the classical method using harmonic signals for small disturbances. Limits of this technique are also highlighted when the perturbation level increases. Different analytical expressions for the FTF of conical flames are derived in the second part of the thesis by progressively introducing more physics into the models. Models based on convected flow disturbances are extended by taking into account the incompressible nature of the perturbed velocity field. It is shown that the prediction of the FTF phase lag of a conical flame is greatly improved and collapses well with measurements. Then, a thorough investigation of the flame base dynamics interacting with the anchoring device is conducted by considering unsteady heat loss from the flame to the burner. This mechanism is shown to drive the motion of the flame base and the flame dynamics at high frequencies. It is also shown that this contribution to the FTF rules the high frequency behavior of the FTF as well as the nonlinear evolution of the FTF when the perturbation level increases. Finally, an analysis is conducted on the dynamics of a single conical flame placed into cylindrical flame tubes featuring different diameters. It is shown that confinement effects need to be taken into account when the burnt gases cannot fully expand. Large differences are observed between FTF measured for different confinement tube diameters. A new dimensionless number is derived to take these effects into account and make all the FTF collapse on a single curve. These different models are then used to model the response of a collection of small conical flames stabilized on a perforated plate. It is shown that by sorting out the different contributing mechanisms to the FTF, the expressions proposed in this work may be combined to capture the main behavior and correct phase lag evolution of these flames in the frequency range of interest for thermo-acoustic instability prediction.

L'objectif de ce travail de thèse est l'exploitation des oscillations de plasma bidimensionnelles dans les transistors à haute mobilité électronique à base d'InGaAs, matériaux de grand intérêt pour les applications Terahertz grâce à sa haute mobilité électronique. Ce travail s'insère dans le contexte d'études récentes dans lesquelles l'utilisation de dis- positifs basés sur l'excitation d'ondes de plasma bidimensionnelles a été proposée pour des applications Terahertz. Cette étude est menée au travers du développement d'un outil numérique de simulation basé sur le modèle hydrodynamique couplé avec l'équation de Poisson pseudo 2D. La réponse continue du courant à une excitation électrique de fréquence THz a été étudiée et l'influence sur les résonances de plasma des différents paramètres de transistor est mise en évidence. Une étude de la densité spectrale de la fluctuation du courant est alors présentée en vue d'établir une coordination entre le bruit dans les HEMT et la détection directe d'un signal électrique THz. La réponse de HEMT à différentes perturbation au niveau de drain et de la grille est enfin évaluée par le biais de la description du régime petit-signal, ce qui permettrait éventuellement une étude plus approfondie des ondes de plasma dans les transistors HEMT. / The objective of this work is the use of plasma oscillations mechanism in the electron mobility transistors channel that based of InGaAs, this materials characterize by it great interest for Terahertz thanks to its high electron mobility applications. This work registered in the context of recent studies in which the use of devices based on wave excitation of two-dimensional plasma has been proposed for Terahertz applications.This study is conducted through the development of a simulation tool based on the hydrodynamic model coupled with the Poisson equation 2D. the continued current response to THz electrical excitation has been studied and the influence of the different parameters of transistor on plasma resonances is demonstrated. A study of the spectral density of the current fluctuation is then presented, we demonstrate that the main resonances in the drain current noise spectrum are the same as those observed in the current response to an external THz excitation. The current response at different perturbation applied upon the drain and the gate of the HEMT is finally evaluated by means of the description of the small-signal equivalent circuit, which would possibly further studies of plasma oscillation in HEMT transistors.