Ce mémoire présente un relevé en photométrie rapide visant la découverte de nouvelles étoiles naines blanches de type ZZ Ceti, dont l'atmosphère est dominée par l'hydrogène. Les naines blanches représentent le stade final de l’évolution des étoiles de masse inférieure à M~8 Msol, soit 97% de la population stellaire. En se refroidissant, ces cadavres stellaires traversent une phase d'instabilité qui se manifeste sous la forme de variations de la luminosité de l'étoile dans une région étroite du plan masse - température effective appelée bande d'instabilité. Le but principal de notre étude est d'identifier de nouvelles étoiles naines blanches de type ZZ Ceti à l'intérieur de cette bande d'instabilité. Pour ce faire, nous avons mesuré avec grande précision la température effective et la masse de toutes les naines blanches dans l'hémisphère nord à l'intérieur de 100 parsecs de distance du Soleil, en combinant les mesures de parallaxes trigonométriques du relevé astrométrique Gaia avec les mesures photométriques des relevés Pan-STARRS, SDSS et CFIS, puis en les comparant avec les prédictions de modèles d'atmosphère détaillés. Des courbes de lumière de candidates ZZ Ceti, sélectionnées à l'intérieur de la bande d'instabilité empirique, ont ensuite été obtenues avec l'instrument PESTO attaché au télescope de 1.6 m de l'Observatoire du Mont-Mégantic. Nous avons découvert 29 nouvelles ZZ Ceti, dont une très rare naine blanche variable supermassive. Nous avons également identifié, dans la bande, 5 étoiles possiblement variables et 32 objets qui ne semblent montrer aucune variation photométrique. Plusieurs de ces dernières pourraient toutefois être variables avec une amplitude sous notre seuil de détection, ou encore être hors de la bande d'instabilité à cause d'erreurs sur leurs paramètres photométriques. Nos résultats, combinés à d’autres à venir, permettront de vérifier la pureté de la bande d'instabilité, c'est-à-dire qu'elle soit dépourvue d'étoiles non variables, un résultat qui supporterait l'idée que les ZZ Ceti représentent une phase inévitable dans l'évolution des naines blanches riches en hydrogène. Si tel était le cas, il serait alors possible de sonder la structure interne de l'ensemble des naines blanches de type DA à l'aide de l'astérosismologie, procurant un outil additionnel permettant de comprendre leur évolution. / This thesis presents a high-speed photometric survey aimed at discovering new ZZ Ceti white dwarf stars, whose atmosphere is dominated by hydrogen. White dwarfs represent the final stage of stellar evolution for main-sequence stars less massive than M~8 Msol, or 97% of the stellar population. These stellar remnants go through a phase of pulsational instability that manifests itself in the form of luminosity variations, as they evolve through a narrow region of the mass-effective temperature plane, called the ZZ Ceti instability strip. The main goal of our study is to identify new ZZ Ceti white dwarfs within this instability strip. To do so, we measured with high precision the effective temperature and mass of all white dwarfs in the Northern Hemisphere within 100 parsecs of the Sun, by combining trigonometric parallax measurements from the astrometric survey Gaia, with photometric measurements from the Pan-STARRS, SDSS, and CFIS surveys, and by comparing these observations with the predictions of detailed model atmospheres. Light curves of ZZ Ceti candidates, selected within the empirical instability strip, were then obtained with the PESTO instrument attached to the 1.6 m telescope of the Mont-Mégantic Observatory. We discovered 29 new ZZ Ceti stars, including a very rare ultra-massive variable pulsator. We also identified 5 possibly variable stars within the strip, in addition to 32 objects that do not appear to show any photometric variability. However, several of those could be variable with an amplitude below our detection threshold, or could be located outside the instability strip due to errors in their photometric parameters. Our results, combined with others to come, will allow us to verify the purity of the instability strip, i.e. that it is devoid of non-variable stars, a result that would support the idea that ZZ Ceti stars represent an inevitable phase through which all hydrogen-atmosphere white dwarfs must evolve. If this were the case, it would then be possible to probe the internal structure of all DA-type white dwarfs using asteroseismology, providing an additional tool for understanding their evolution.

Le spectre électromagnétique possède une zone étroite, localisée entre les micro-ondes et l'infrarouge, appelée région des ondes térahertz (THz), qui est comprise entre 0.1 et 30 THz. Ces ondes, longtemps inaccessibles car situées à la frontière entre l'électronique et l'optique, connaissent aujourd'hui un intérêt grandissant et possèdent des applications prometteuses dans divers secteurs de la science comme l'imagerie médicale et l'identification des explosifs à distance. Cependant, la production de rayonnement THz intense, d'amplitude proche du GV/m, qui devrait permettre de sonder efficacement des matériaux à distance, reste encore une question en suspens. Cette thèse a précisément pour but d'étudier la génération d'un tel rayonnement THz par couplage de deux impulsions laser ultracourtes -une onde fondamentale et son harmonique deux- capables d'ioniser un gaz (par exemple, l'air ou l'argon). Le plasma ainsi créé joue le rôle de convertisseur nonlinéaire de fréquence, transformant une partie de l'énergie du champ laser dans la bande THz via une gamme riche de mécanismes physiques, notamment l'effet Kerr, la photoionization et les forces pondéromotrices induites dans le plasma. Grâce à un travail de modélisation analytique et numérique de ces principaux mécanismes, nous avons examiné de manière complète la génération d'impulsions THz pour des intensités allant de celles rencontrées en filamentation laser (10¹²-10¹⁴ W cm⁻²) jusqu'aux intensités relativistes (10¹⁵-10¹⁸ W cm⁻²), une fourchette d'intensités peu étudiée jusqu'à présent dans ce domaine. Il est déjà connu qu'à basses intensités la photoionization induite par le champ laser domine l'émission térahertz, laquelle dépend fortement de la configuration des couleurs (ou harmoniques) laser. Nous démontrons ici que, au-delà de la configuration laser ''classique'' à deux couleurs, coupler plusieurs fréquences laser suivant les harmoniques d'une forme d'onde en dents de scie est optimal pour renforcer la production de rayonnement. Les simulations prévoient une efficacité de conversion d'énergie THz de 2% avec quatre couleurs, valeur record inégalée à ce jour. De plus, en nous aidant d'une expérience faite dans l'air, nous identifions la signature de l'effet Kerr dans le spectre THz émis, qui, plus faible, se révèle complémentaire de la signature plasma. Quand l'intensité de l'impulsion laser est augmentée au-delà de 10¹⁵ W cm⁻², nous démontrons que le rayonnement térahertz émis croît de manière non-monotone, dû au fait qu'il existe une valeur d'intensité maximisant l'énergie THz produite par chaque couche électronique. Finalement, nous avons étudié en géométrie 2D l'effet combiné de la photoionization et des forces pondéromotrices plasma à des intensités proches de 10¹⁸ W cm⁻², nous permettant d'obtenir des champs THz excédant le GV/m dans l'argon. Ces dernières forces augmentent avec l'intensité laser et ouvrent des perspectives intéressantes pour la génération de champs térahertz très intenses dans le régime relativiste de l'interaction laser-matière. / The electromagnetic spectrum has a narrow frequency band, lying between microwaves and infrared, known as terahertz (THz) waves and extending from 0.1 to 30 THz. These waves, inaccessible until a recent past because they are situated at the boundary between electronics and optics, are raising interest because of their promising applications in several areas such as medical imaging and remote identification of explosives. However, producing intense THz radiation with amplitude belonging to the GV/m range should allow us to probe efficiently remote materials, which still remains an open issue. The goal of this thesis is precisely to study the generation of such intense THz radiation by coupling two ultrashort laser pulses -the fundamental and its second harmonic- able to ionize a gas target (for example, air or argon). The plasma created by photoionization then acts as a nonlinear frequency converter, transforming part of the laser energy into the THz band via a wide range of physical mechanisms including the Kerr effect, the photoionization and ponderomotive forces induced inside the plasma. By means of an analytical and numerical modeling of these key mechanisms, we have comprehensively examined the generation of THz pulses at laser intensities ranging from characteristic intensities met in laser filamentation (10¹²-10¹⁴ W cm⁻²) to sub-relativistic intensities (10¹⁵-10¹⁸ W cm⁻²), this latter intensity range having been little investigated so far in this domain. It is already known that at low intensities laser-induced photionization dominates in terahertzgeneration, which strongly depends on the configuration of the laser colours (or harmonics). We demonstrate here that, beyond the classical two-colour laser setup, coupling several laser frequencies following the harmonics of a sawtooth waveform is optimal to enhance THz production. Simulations predict a laser-to-THz energy conversion efficiency of 2% with four colours, a record value unequalled so far. Moreover, with an experiment realized in air, we identify the Kerr signature in the emitted THz spectrum, which, even weaker, looks complentary to the plasma signature. When the intensity of the laser pulse is increased beyond 10¹⁵ W cm⁻², we prove that the growth of the emitted terahertz radiation is nonmonotonic, due to the fact that that there exists an optimal intensity value that maximizes the THz energy produced by each electronic shell of the irradiated atom. Finally, we have studied in 2D geometry the combined effect of photoionization and ponderomotive forces at intensities close to 10¹⁸ W cm⁻², allowing us to obtain THz fields exceeding the GV/m threshold in argon. These latter forces increase with the laser intensity and thus open interesting perspectives for the generation of very intense terahertz fields in the relativistic regime of laser-matter interaction. / El espectro electromagnético posee una zona estrecha, localizada entre las microondas y la radiación infrarroja, llamada región de las ondas Terahertz (THz), que está comprendida entre 0.1 et 30 THz. Estas ondas, durante mucho tiempo inaccesibles debido a que se encuentran situadas en la frontera entre la electrónica y la óptica, están despertando un interés creciente por la gran cantidad de aplicaciones prometedoras que poseen en diversos sectores científicos, como la imagen médica y la identificación de explosivos a distancia. No obstante, la producción de radiación THz intensa, de amplitud cercana al GV/m, la cual debería permitir sondar materiales energéticos a distancia, sigue siendo una cuestión abierta. Esta tesis tiene precisamente como objetivo el estudio de la generación de dicha radiación THz intensa acoplando dos pulsos láser —una onda fundamental y su segundo armónico— capaces de ionizar un gas (por ejemplo, aire o argón). El plasma creado de este modo desempeña el papel de convertidor no lineal de frecuencia, transformando una parte de la energía del láser en la banda THz mediante una rica gama de mecanismos físicos, entre los que destacan el efecto Kerr, la fotoionización y las fuerzas ponderomotrices inducidas dentro del plasma. Gracias a un trabajo de modelización tanto numérico como analítico de estos mecanismos clave, hemos examinado de forma integral la generación de pulsos THz a intensidades láser yendo desde las encontradas en la filamentación láser (10¹²-10¹⁴ W cm⁻²) hasta las cercanas al límite relativista (10¹⁵-10¹⁸ W cm⁻²), habiendo sido este último rango de intensidades poco estudiado en este campo hasta el presente. Ya es sabido que a bajas intensidades la fotoionización inducida por el láser domina la emisión Terahertz, la cual depende enormemente de la configuración de los colores (o armónicos) del láser. Demostramos aquí que, más allá de la “clásica” configuración del láser en dos colores, acoplar varias fréquencias láser siguiendo los armónicos de una forma de onda en diente de sierra es óptimo para incrementar la producción THz. Las simulaciones predicen una eficacia de conversión de energía THz de 2% empleando cuatro colores, un valor récord inigualado hasta hoy. Además, ayudándonos de un experimento realizado en aire, identificamos la firma del effecto Kerr en el espectro THz emitido, la cual, pese a ser más débil, resulta complementaria a la firma del plasma. Cuando se aumenta la intensidad del láser más allá de 10¹⁵ W cm⁻², demostramos que la radiación Terahertz emitida crece de manera no monotóna, debido a que existe un valor de intensidad que maximiza la energía THz producida por cada capa electrónica. Finalmente, hemos estudiado en geometría 2D el efecto conjunto de la fotoionización y de las fuerzas ponderomotrices a intensidades próximas a 10¹⁸ W cm⁻², lo que nos permite obtenter campos THz cuyas amplitudes exceden el GV/m en argon. Estas últimas fuerzas aumentan con la intensidad láser y, por tanto, ofrecen perspectivas interesantes para la generación de campos Terahertz muy intensos en un régimen de interacción láser-materia relativista.

Lors d’essais de feux d’hydrocarbures liquides dans le dispositif DIVA de l’IRSN, un phénomène oscillatoire basse-fréquence (BF), a été observé. Ce phénomène se manifeste par des fluctuations importantes de la pression dans le local, qui peuvent conduire à une perte de confinement et ainsi favoriser la propagation du feu et le rejet de polluants au-delà du local. Il s’accompagne de déplacements intermittents de la flamme hors du bac. L’étude fine de ce phénomène oscillatoire a tout d’abord consisté à concevoir une maquette à l’échelle 1:4 du dispositif DIVA dans lequel nous avons fait varier différents paramètres. L’analyse des résultats obtenus nous a permis d’identifier différents régimes de combustion, de décrire les mécanismes responsables de l’apparition des oscillations BF et de caractériser les propriétés de ces oscillations (fréquence et amplitude). L’occurrence et la persistance des oscillations BF dépendent essentiellement de l’équilibre, plus ou moins précaire, entre la quantité d’air disponible pour la combustion et le débit d’évaporation du combustible résultant des flux thermiques reçus à sa surface. Une étude numérique exploratoire utilisant le code CFD SAFIR a été ensuite conduite en utilisant le débit d’évaporation mesuré expérimentalement, puis en le calculant à l’aide d’un modèle d’évaporation. Si le code ne permet pas de décrire correctement le déplacement de la flamme hors du bac, il reproduit de façon satisfaisante le comportement oscillatoire BF du feu, en particulier sa fréquence dominante. / During liquid hydrocarbon fire tests in the DIVA device of IRSN, a low-frequency (LF) oscillatory phenomenon, was observed. This phenomenon manifests itself by large variations of the average pressure in the room, which can lead to a loss of confinement and thus promote the spread of fire and the release of pollutants beyond the local. It is accompanied by intermittent displacements of the flame outside the fuel pan. The fine study of this phenomenon consisted in designing a 1:4 scale model of the DIVA device, allowing us to carry out a very large number of tests, varying some parameters. The analysis of the results obtained allowed us to identify different combustion regimes, to describe the mechanisms responsible for the appearance of the LF oscillations, and to characterize the properties of these oscillations (frequency and amplitude). The occurrence and persistence of LF oscillations essentially depend on the precarious equilibrium between the supply of fresh air and the supply of fuel vapors which results from the heat flux received at its surface. An exploratory numerical study using the CFD code SAFIR was then conducted using both the experimentally measured evaporation rate and that calculated using an evaporation model. The model does not correctly describe the displacements of the flame outside the fuel pan. However, it satisfactorily reproduces the LF oscillatory fire behavior, especially its dominant frequency.

Cette étude compare les variations d’efficacité du traitement visuel dans le temps entre 16 autistes adultes ayant un retard initial du langage et 16 participants contrôles présentant un développement typique, en utilisant la technique d’échantillonnage temporel aléatoire. Les participants devaient nommer des objets familiers (expérience 1) ou des mots écrits (expérience 2) présentés sur un écran d’ordinateur pendant 200 ms et dont la visibilité (i.e. ratio signal/bruit) variait aléatoirement à travers le temps. Pour chacun des 32 participants, des images de classification (IC) temps-fréquence ont été obtenues en soustrayant la moyenne des fonctions d’échantillonnage (i.e. les ratio signal/bruit) ou leur recodage en temps-fréquence associées aux réponses erronées de celle associée aux réponses correctes. Les résultats démontrent que l’efficacité du traitement visuel chez les deux groupes de participants est modulée à travers le temps et est affectée par le contenu fréquentiel des oscillations du rapport signal-sur-bruit. Des différences inter-groupes importantes sont toutefois observées quant à la chronologie des mécanismes oscillatoires sont mis en branle pour la réalisation de la tâche de reconnaissance d’objets. Pour la tâche de reconnaissance de mots écrits, les différences entre les groupes ne sont que marginalement significatives. Il est proposé que la plus grande sensibilité de la tâche de reconnaissance d’objets puisse s’expliquer par 3 chose essentielles : 1. la plus grande complexité des mécanismes auxquels elle doit faire appel pour atteindre une bonne réponse. 2. Le surfonctionnement perceptif des autistes dans le traitement des informations locales ou de bas niveau. 3. Une variabilité de la localisation des activations qui soulève la possibilité que l'autisme implique une amélioration et/ou une altération des mécanismes de plasticité typiques. / Variations in visual processing efficiency over time were compared between 16 adult autistic participants with initial language delay and 16 typically developing control participants, using the random temporal sampling technique. Participants were asked to name familiar objects (experiment 1) or written words (experiment 2) presented on a computer screen for 200 ms and whose visibility (i.e., signal-to-noise ratio) varied randomly across time. For each of these 32 participants, time-frequency classification images (CI) were obtained by subtracting the average of the sampling functions (i.e., signal-to-noise ratio) or time-frequency recordings thereof associated with incorrect responses from that associated with correct responses. The efficiency of visual processing in the two groups of participants is modulated through the time and is affected by the frequency content of signal-to-noise ratio oscillations. Significant inter-group differences were observed in the timing of the oscillatory mechanisms for the object recognition task. For the written word recognition task, the differences between groups are only marginally significant. It is proposed that three essential things can explain the greater sensitivity of the object recognition task: 1. the greater complexity of the mechanisms it must call up to reach correct answer. 2. The perceptual over-functioning of autistic people, more evident in the detection, the categorization and the memory of perceptual information. 3. An increased variability in the localization of activations that raises the possibility that autism involves enhancement and/or alteration of typical plasticity mechanisms.

Thèse de doctorat présentée en vue de l'obtention du doctorat en psychologie - recherche intervention, option neuropsychologie clinique (Ph.D) / Les oscillations endogènes cérébrales sont associées à des fonctions cognitives spécifiques et jouent un rôle important dans la communication entre les différentes régions corticales et sous-corticales. Les rythmes alpha (8-12 Hz) et bêta (13-30 Hz) ont été observés de façon dominante dans les aires sensorimotrices, avec des moyennes de fréquence autour de 10 et 20 Hz, et jouent un rôle dans les fonctions motrices. Ces oscillations cérébrales peuvent être entrainées par une stimulation externe, notamment par la stimulation électrique transcrânienne par courant alternatif (SEtCA). Ainsi, la SEtCA de 10 et 20 Hz a un effet sur certaines mesures physiologiques comme l’excitabilité corticospinale et la puissance des oscillations via la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) et l’électroencéphalogramme (EEG), respectivement. Toutefois, les effets post-stimulation sont variables et parfois incohérents. De plus, à ce jour, aucune étude n’a mesuré les effets physiologiques d’une stimulation bilatérale sensorimotrice tant sur l’activité locale que sur l’interaction entre les deux aires sensorimotrices. Les articles composant le présent ouvrage visent à explorer les effets post-stimulation de deux fréquences de stimulation, soit 10 Hz et 20 Hz, sur les régions sensorimotrices à l’aide d’un montage SEtCA bilatéral. Ce travail de recherche s’est effectué à travers une revue de la littérature ainsi que deux études avec des paramètres méthodologiques relativement similaires, mais avec des mesures différentes et complémentaires de SMT et d’EEG. L’article 1 sert d’assise à la pertinence de l’évaluation de la connectivité entre le cortex moteur et les différentes aires du cerveau. Cet excursus recense et décrit les différents protocoles de stimulation magnétique pairée qui ont été développés au cours des dernières années afin d’évaluer la connectivité effective entre les aires sensorimotrices du cerveau. L’article 2 montre que la SEtCA bilatérale à 10 Hz a permis de réduire l’excitabilité corticospinale via la SMT après la stimulation. La fréquence bêta de 20 Hz n’a cependant mené à aucun changement. De plus, la SEtCA n’a pas modulé de façon significative les mesures d’interaction entre les régions sensorimotrices, telles l’inhibition interhémisphérique et les mouvements miroirs physiologiques. Dans l’article 3, les résultats démontrent que la SEtCA bilatérale à 10 et 20 Hz appliquée sur les aires sensorimotrices peut modifier la puissance des oscillations alpha et bêta après la stimulation. Notons que les résultats étaient associés à une variabilité interindividuelle qui est également rapportée dans la littérature. Ces résultats peuvent avoir des implications dans la conception de protocoles visant à induire des changements persistants dans l'activité cérébrale. / Endogenous brain oscillations are associated with specific cognitive functions and are known to have an important role in regimenting communication between cortical and subcortical areas. Alpha (8-12 Hz) and beta (13-30 Hz) rhythms have been observed predominantly in sensorimotor areas, with averages around 10 and 20 Hz, and are believed to play a role in motor functions. These cerebral oscillations can be entrained by external stimulation, in particular by transcranial alternating current stimulation (tACS). Thus, tACS has shown an impact on certain physiological measures such as corticospinal excitability and the power of oscillations via transcranial magnetic stimulation (TMS) and electroencephalogram (EEG), respectively. However, the after-effects are variable and incoherent. In addition, to date no study has measured the physiological effects of a bilateral sensorimotor stimulation montage on both local activity and the interaction between the two sensorimotor areas. Thus, the studies included in the present thesis aim to explore the after-effects of two stimulation frequencies, 10 Hz and 20 Hz, on sensorimotor regions using a bilateral montage. This research was carried out through a review of the literature as well as two methodological studies with relatively similar parameters, but using different and complementary measures of TMS and EEG. Article 1 provides a basis for the relevance of assessing the connectivity between the motor cortex and different areas of the brain. This excursus identifies and describes the different paired magnetic stimulation protocols that have been developed in recent years to assess the effective connectivity between sensorimotor areas of the brain. Study 2 shows that bilateral 10 Hz tACS significantly reduced corticospinal excitability via TMS after stimulation. However, the 20 Hz frequency did not lead to any change. In addition, tACS did not significantly modulate measures of interaction between sensorimotor regions, such as interhemispheric inhibition and physiological mirror movements. In study 3, the results failed to demonstrate reliably that bilateral tACS at 10 and 20 Hz administered over sensorimotor areas could modulate offline alpha and beta oscillations power at the stimulation site. Note that the results were associated with inter-individual variability, which is also reported in the literature. These findings may have implications for the design and implementation of future protocols aiming to induce sustained changes in brain activity.

Real-time monitoring of electromechanical oscillations is of great significance for power system operators; to this aim, software solutions (algorithms) that use synchrophasor measurements have been developed for this purpose. This thesis investigates different approaches for improving mode estimation process by offering new methods and deepening the understanding of different stages in the mode estimation process. One of the problems tackled in this thesis is the selection of synchrophasor signals used as the input for mode estimation. The proposed selection is performed using a quantitative criterion that is based on the variance of the critical mode estimate. The proposed criterion and associated selection method, offer a systematic and quantitative approach for PMU signal selection. The thesis also analyzes methods for model order selection used in mode estimation. Further, negative effects of forced oscillations and non-white noise load random changes on mode estimation results have been addressed by exploiting the intrinsic power system property that the characteristics of electromechanical modes are predominately determined by the power generation and transmission network. An improved accuracy of the mode estimation process can be obtained by intentionally injecting a probing disturbance. The thesis presents an optimization method that finds the optimal spectrum of the probing signals. In addition, the probing signal with the optimal spectrum is generated considering arbitrary time domain signal constraints that can be imposed by various probing signal generating devices. Finally, the thesis provides a comprehensive description of a practical implementation of a real-time mode estimation tool. This includes description of the hardware, software architecture, graphical user interface, as well as details of the most important components such as the Statnett’s SDK that allows easy access to synchrophasor data streams. / <p>The Doctoral Degrees issued upon completion of the programme are issued by Comillas Pontifical University, Delft University of Technology and KTH Royal Institute of Technology. The invested degrees are official in Spain, the Netherlands and Sweden, respectively.</p><p>QC 20160218</p> / FP7 iTesla

Thesis (PhD (Biochemistry))--University of Stellenbosch, 2009. / ENGLISH ABSTRACT: With the recent advances in the field of molecular biology, there is an increased need to integrate data on the various constituents of the cell in kinetic models that can predict and describe cellular behavior. When working towards a description of the entire cell using such kinetic models, the question arises: How do we compare different models for a given biological network? This is the central question addressed in my thesis and I developed and applied mathematical and computational methods for comparing dozens of existing models of erythrocyte and yeast glycolysis. To compare the steady-state behavior in models of erythrocyte glycolysis, I focussed on the function of the pathway, which is to supply the cell with Gibbs-free energy (γ- phosphate of ATP). I used supply-demand analysis in the framework of metabolic control analysis to make this comparison, which revealed that the ATP concentrations were homeostatically buffered at varying supply rates. I also applied this approach to compare steady-state behavior in models of yeast glycolysis, finding that they were not necessarily optimized for homeostatic maintenance of the ATP concentration and that in models for this organism the rate of ATP production is often determined by the supply reactions of glycolysis. In addition, I tested whether a kinetic model can describe novel behavior if it is adjusted to conditions different from those for which the model was originally constructed. More specifically, using a model of steady-state yeast glycolysis, I showed that small adjustments to the original enzyme concentrations are enough to obtain an oscillating model, which shows a remarkable resemblance to the experimentally observed oscillations. Importantly, some of these enzyme concentrations changes are known to occur during the pre-treatment of the cells which is necessary to obtain oscillatory behavior. To the best of my knowledge, the resulting model is the first detailed kinetic model that describes the experimentally observed strong synchronization of glycolytic oscillations in yeast populations. To analyze the dynamic behavior of yeast glycolytic models and to compare different models in terms of dynamics, I introduced a framework used in physics and engineering to create a vector based, two dimensional graphical representation of the oscillating metabolites and reactions of glycolysis. Not only was it possible to make a concise comparison of the set of models, but with the method I could also quantify the contribution of the interactions in the network to the transduction of the oscillations. Furthermore I could distinguish between different mechanisms of oscillation for each of the models, and demonstrated how the framework can be used to create such representations for experimental data sets. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Met die onlangse vooruitgang in die veld van molekulere biologie, is daar ?n toenemende behoefte om data rakende die verskeie komponente van die sel in kinetiese modelle te integreer, om sodanig selgedrag te voorspel en te beskryf. As daar gepoog word om ’n beskrywing van die sel as geheel te verkry d.m.v. sulke kinetiese modelle, onstaan die vraag: Hoe vergelyk ons verskillende modelle van ’n gegewe biologiese netwerk? Dit is die sentrale vraag wat my tesis aanspreek en ek het wiskundige en numeriese metodes ontwikkel en toegepas om talle bestaande modelle van gis- en eritrosietglikolise te vergelyk. Om die bestendige-toestand gedrag in modelle van eritrosietglikolise te vergelyk, het ek gefokus op die funksie van die padweg, naamlik om die sel met Gibbs-vrye energie (γ-fosfaat van ATP) te voorsien. Ek het vraag-aanbod analiese in die raamwerk van metaboliese kontrole analiese gebruik om hierdie vergelyking te maak, wat getoon het dat die ATP konsentrasies homeostaties gebuffer was by verskillende aanbod tempos. Ek het ook hierdie aanpak gebruik om die bestendige-toestand gedrag in modelle van gisglikolise te vergelyk, en het bevind dat hulle nie noodwendig geoptimiseer is om ?n homeostatiese balans in die ATP konsentrasie te handhaaf nie, en dat in modelle vir hierdie organisme, die tempo van ATP produksie dikwels bepaal word deur die aanbod reaksies van glikoliese. Ek het verder ook bepaal of so ?n kinetiese model nuwe soorte gedrag kan beskryf, as dit aangepas word aan omstandighede wat verskil van dié waarvoor die model oorspronklik gekonstrueer was. Meer spesifiek, deur ?n model van bestendige-toestand gisglikolise te gebruik, kon ek wys dat klein veranderinge aan die oorspronkline ensiem konsentrasies genoeg was om ?n ossilerende model te verkry, wat opmerklik ooreenstem met die eksperimenteel waargenome ossilasies. Let ook daarop dat sommige van hierdie ensiem konsentrasie veranderinge plaasvind tydens die voorafbehandeling van die selle, wat essensieel is om die ossilasies waar te neem. Tot die beste van my kennis is die model wat ek met hierdie prosedures verkry het, die eerste gedetaileerde kinetiese model wat die eksperimenteel waargenome sterk sinkronisasie in ossilerende gis populasies voorspel. Om gis glikolitiese modelle te vergelyk in terme van hul dinamiese gedrag, het ek ?n raamwerk wat in fisika en ingeneurswese gebruik word, ingespan om ?n vektor-gebasseerde, twee dimensionele grafiese voorstelling van die ossilerende metaboliete en reaksies te maak. Hierdie raamwerk het dit nie net moontlik gemaak om ?n kompakte vergelyking van ?n stel modelle te maak nie, maar ek kon ook die bydrae van interaksies in die netwerk tot transduksie van die ossilasies kwantifiseer. Ek kon verder onderskeid tref tussen die verskillende ossilasiemeganismes vir elk van die modelle, en het ook gedemonstreer hoe die raamwerk gebruik kan word om sulke voorstellings vir eksperimentele datastelle te skep.

The present research is an experimental and numerical study of aeroacoustic phenomena occurring in large solid rocket motors (SRM) as the Ariane 5 boosters. The emphasis is given to aeroacoustic instabilities that may lead to pressure and thrust oscillations which reduce the rocket motor performance and could damage the payload. The study is carried out within the framework of a CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) research program. Large SRM are composed of a submerged nozzle and segmented propellant grains separated by inhibitors. During propellant combustion, a cavity appears around the nozzle. Vortical flow structures may be formed from the inhibitor (Obstacle Vortex Shedding OVS) or from natural instability of the radial flow resulting from the propellant combustion (Surface Vortex Shedding SVS). Such hydrodynamic manifestations drive pressure oscillations in the confined flow established in the motor. When the vortex shedding frequency synchronizes acoustic modes of the motor chamber, resonance may occur and sound pressure can be amplified by vortex nozzle interaction. Original analytical models, in particular based on vortex sound theory, point out the parameters controlling the flow-acoustic coupling and the effect of the nozzle design on sound production. They allow the appropriate definition of experimental tests. The experiments are conducted on axisymmetric cold flow models respecting the Mach number similarity with the Ariane 5 SRM. The test section includes only one inhibitor and a submerged nozzle. The flow is either created by an axial air injection at the forward end or by a radial injection uniformly distributed along chamber porous walls. The internal Mach number can be varied continuously by means of a movable needle placed in the nozzle throat. Acoustic pressure measurements are taken by means of PCB piezoelectric transducers. A particle image velocimetry technique (PIV) is used to analyse the effect of the acoustic resonance on the mean flow field and vortex properties. An active control loop is exploited to obtain resonant and non resonant conditions for the same operating point. Finally, numerical simulations are performed using a time dependent Navier Stokes solver. The analysis of the unsteady simulations provides pressure spectra, sequence of vorticity fields and average flow field. Comparison to experimental data is conducted. The OVS and SVS instabilities are identified. The inhibitor parameters, the chamber Mach number and length, and the nozzle geometry are varied to analyse their effect on the flow acoustic coupling. The conclusions state that flow acoustic coupling is mainly observed for nozzles including cavity. The nozzle geometry has an effect on the pressure oscillations through a coupling between the acoustic fluctuations induced by the cavity volume and the vortices travelling in front of the cavity entrance. When resonance occurs, the sound pressure level increases linearly with the chamber Mach number, the frequency and the cavity volume. In absence of cavity, the pressure fluctuations are damped.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

The activity of networks subserving memory and learning in the hippocampus is under the control of GABAergic interneurons. In order to test the contribution of distinct cell types, I have recorded extracellularly, labelled, and identified different types of interneuron in area CA3 of the hippocampus, a region implicated in the generation of gamma and theta oscillations, and the initiation of sharp-waves. I present here a detailed analysis of the spike timing of parvalbumin-positive (PV) basket and physiologically identified pyramidal cells in area CA3, relative to various network states recorded in area CA3 and CA1 simultaneously. Additionally, I have shown by detailed analysis that five classes of previously recorded and identified CA1 interneuron fired with cell type specific firing patterns relative to local gamma oscillations. In CA3, PV basket cells fired phase locked to theta and gamma oscillations recorded in CA1 as well as in CA3, and increased their firing rates during CA1 sharp-waves. Pyramidal cells in CA3 were also phase-locked, but fired at phases different from basket cells. During theta oscillations, CA3 pyramidal and PV basket cells were phase locked to both CA1 and CA3 theta equally, suggesting a wide coherence of these oscillations; in contrast, cells fired more strongly phase-locked to gamma oscillations in CA3 than in CA1, suggesting a specific role for CA3 in the generation of this rhythm. In contrast to theta and gamma oscillations, CA3 basket cells were phase-locked to ripples in area CA3 but not in CA1. Overall, my results show that the spike timing of several types of interneuron in CA1, and PV basket cells in CA3, is correlated in a cell- and area-specific manner with the generation of particular states of synchronous activity.