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

L’arrêt cardiaque (AC) extrahospitalier est un problème majeur de santé publique, malgré la mise en place d’une véritable « chaine de survie ». Les durées de réanimation sont souvent prolongées et aboutissent à des séquelles irréversibles avec un assombrissement dramatique du pronostic. Dans de nombreuses situations, l’AC ne parvient pas à être réanimé avec les soins courants, laissant apparaître un AC « réfractaire » qui nécessite une prise en charge thérapeutique avancée. L’objectif général de ce travail de thèse était d’évaluer de nouvelles approches expérimentales pour la prise en charge de l’AC réfractaire. Nous avons étudié deux stratégies expérimentales chez le porc, consistant à induire une hypothermie ultra-rapide par ventilation liquide ou à mettre en place une assistance circulatoire au cours d’un AC d’origine ischémique.Dans un premier travail, nous avons ainsi évalué la faisabilité d’une hypothermie thérapeutique ultra-rapide par ventilation liquidienne totale (VLT) chez le porc. Cette approche consiste à instiller des perfluorocarbones dans le poumon de façon à induire un refroidissement ultra-rapide. Le poumon est ainsi utilisé comme bio-échangeur thermique, tout en maintenant des échanges gazeux normaux. Dans des travaux préliminaires, le laboratoire a montré que la VLT permettait de réduire la température sanguine jusqu’à 32°C en moins de 10 minutes chez le lapin. Le but de notre étude était de déterminer si la VLT pouvait aussi permettre un refroidissement ultra-rapide chez le porc. L'effet de la VLT a ainsi été évalué dans un premier temps à cœur battant, puis à cœur arrêté sur un modèle d’arrêt cardiaque réfractaire bénéficiant d’une réanimation cardio-pulmonaire prolongée. Dans les conditions physiologiques « à cœur battant », la température de 34°C était atteinte en moins de 10 minutes dans tout l'organisme. Lors de la réanimation prolongée d’un AC réfractaire, le refroidissement corporel était également obtenu rapidement, en moins de 25 minutes, quel que soit le site de mesure de la température. La VLT n’altérait aucunement la qualité du massage cardiaque externe, suggérant un intérêt pour cette approche dans l’induction d‘une hypothermie intra-AC, dans une perspective d’augmentation de l’efficacité des défibrillations ou de préservation d’organe.Dans un deuxième travail, nous nous sommes intéressés à l’AC réfractaire compliquant un syndrome coronaire aigu, traité par assistance circulatoire extracorporelle. Notre but était d’évaluer l'importance de la revascularisation coronaire précoce dans cette situation chez le porc, c’est-à-dire son impact sur le statut hémodynamique et les chances de réanimation. Après anesthésie et instrumentation, les animaux ont ainsi été soumis à une occlusion coronaire, suivie d’un AC par fibrillation ventriculaire non traitée pendant 5 minutes. Ils ont ensuite bénéficié d’une réanimation cardio-pulmonaire de base puis d’une assistance circulatoire extracorporelle. Nous avons comparé les effets d’une revascularisation précoce à ceux d’une revascularisation tardive, c’est-à-dire d’une reperfusion 20 ou 120 min après le début de l'assistance circulatoire. La revascularisation coronaire précoce augmentait significativement les chances de reprise d’activité cardiaque spontanée, limitait l’état de choc, améliorait la perfusion cérébrale et limitait la taille d’infarctus. Cela montre bien l’importance d’une prise en charge rapide du syndrome coronarien en cas d’AC de cause cardiaque présumée, y compris dans une situation d’assistance circulatoire extracorporelle.En conclusion, nous avons montré que la VLT permettait d’induire un refroidissement ultra-rapide dans l’ensemble de l’organisme, tant à cœur battant que pendant une réanimation prolongée. Par ailleurs, la revascularisation précoce d’un AC réfractaire ischémique traité par assistance circulatoire extracorporelle permettait d’améliorer globalement les chances de réanimation et le statut hémodynamique. / Out of hospital cardiac arrest (CA) is a major public health issue, despite the implementation of a “chain of survival”. Resuscitation durations are often extended with irreversible organ damage and poor outcome. Frequently, conventional care does not allow the return of spontaneous circulation, leading to a refractory CA, with the need for advanced therapeutic care. The general objective of this work was to evaluate new therapeutic strategies in the management of refractory cardiac arrest. We studied two experimental strategies in swine, involving ultrafast cooling with total liquid ventilation or extracorporeal cardiopulmonary resuscitation in a CA of ischemic origin.As a first step, we evaluated the feasibility of ultra-fast therapeutic hypothermia using total liquid ventilation (TLV) in swine. This approach involves perfluorocarbon instillation in the lungs to induce ultra-fast cooling. The lungs are thus used as a heat exchanger, while maintaining normal gas exchanges. In previous studies, the laboratory has shown that TLV could reduce blood temperature to 32°C in less than 10 minutes in rabbits. The objective of this study was to determine if TLV could lead to ultra-fast cooling in swine. We first studied the cooling capacity of hypothermic TLV in beating heart pigs, and then during ventricular fibrillation with prolonged chest compressions. In physiological conditions, in “beating heart” animals, the target temperature of 34°C was obtained in less than 10 min in the whole body. In prolonged resuscitation of refractory CA, whole body cooling was also rapidly obtained, within less than 25 min. TLV did not alter the hemodynamic effect of cardiac compressions, suggesting further use of this “intra-resuscitation” cooling in order to increase chances of defibrillation or for organ preservation for the purpose of organ donation.As a second step, we addressed the subject of ischemic refractory CA treated by extracorporeal cardiopulmonary resuscitation (ECPR). Our objective was to evaluate the importance of early coronary reperfusion in this situation, i.e., it’s impact on hemodynamic status and chances of defibrillation. After anesthesia and surgical preparation, animals were submitted to a coronaryocclusion followed by 5 min of CA by ventricular fibrillation. Conventional cardiopulmonary resuscitation was then initiated and followed by extracorporeal cardiopulmonary resuscitation.We compared the effect of early versus late reperfusion, i.e., reperfusion after 20 or 120 min of ECPR. Early reperfusion significantly increased chances of return to spontaneous circulation with limited shock status, increased cerebral perfusion and decreased infarct size. This confirms the need for early treatment of acute coronary syndrome if cardiac cause of CA is suspected, even in the situation of ECPR.In conclusion, we have shown that TLV could provide ultra-fast whole body cooling, both in beating heart swine and during prolonged resuscitation. Secondly, early reperfusion in refractory ischemic CA treated by ECPR globally increases chances of return to spontaneous circulation and improves hemodynamic status.

Cette thèse s'inscrit dans une démarche d'investigation des mécanismes d'endommagement de réfractaires électrofondus à très haute teneur en zircone. L'accent est en particulier mis sur la compréhension du phénomène de microfissuration, mécanisme de dégradation le plus dommageable pour ces matériaux. S'opérant au refroidissement, il conduit à la fracture des blocs électrofondus. Réalisés dans le cadre du programme NOREV (NOouveau REfractaires Verriers) soutenu par l'ANR, les travaux présentés sont le fruit d'une collaboration avec Saint Gobain CREE, le Centre des Matériaux P.M. FOURT de l'Ecole des Mines de Paris, le laboratoire GEMH de l'ENSCI de Limoges, ICAR et Euro Physical Acoustics. Ils font suite aux travaux réalisés lors du programme PROMETHEREF (2002-2005). Des expériences préliminaires ont permis de définir et d'affiner les orientations de l'étude. Prenant en considération l'anisotropie de dilatation de la zircone monoclinique et quadratique décrite dans la littérature, l'imagerie des électrons rétrodiffusés a notamment permis de révéler un lien entre l'arrangement de domaines cristallographiques et la fissuration observée. D'autres expérimentations conduites dans le domaine de l'émission acoustique ont mis en lumière son applicabilité et ses apports pour notre problématique ainsi que la nécessité de développer un algorithme de traitement adapté. Ainsi, trois axes de recherche ont été développés. Ils visent, par leur complémentarité, à permettre une analyse à plusieurs échelles de l'endommagement des matériaux de l'étude tout en s'appuyant sur leur comparaison. Ils permettent respectivement d'évaluer l'endommagement de manière indirecte, d'en examiner les origines à l'échelle microscopique et d'en déterminer l'occurrence en température à l'échelle globale de l'échantillon. Le premier volet consiste en une évaluation des propriétés mécaniques en températures soulignant les incidences de la fissuration. La mise en évidence de la fissuration sous-critique, l'évolution des propriétés élastiques ainsi que la détermination des propriétés à la rupture apportent autant d'éléments qui permettent ensuite d'enrichir l'étude fractographique. Le deuxième volet s'attache, après une interrogation quant à la présence simultanée de zircone monoclinique et quadratique, à déterminer les paramètres de maille et les coefficients de dilatation de ces deux structures pour les différents matériaux. La modélisation des mailles correspondantes se révèle alors d'un grand intérêt pour l'analyse de cartographies EBSD. Enfin, la validation et l'application d'un process de traitement novateur des données d'émission acoustique, intégrant un algorithme génétique, permet de quantifier l'endommagement et d'apporter des précisions quant à son action en température. Ces constatations sont confortées par des suivis par acousto-ultrasons.

Le verre est un matériau qui connaıt un réel essor. La demande accrue de nouvelles formulations pour atteindre des hauts niveaux de qualité (verre pour écrans plasma et LCD) impose des exigences toujours plus grandes pour la conception et l'optimisation des fours verriers. Les réfractaires électrofondus sont les candidats idéaux pour répondre à ces exigences.<br />Leur procédé d'élaboration (électrofusion), proche de la fonderie des métaux, leur confère une microstructure tout à fait originale, très différente des microstructures obtenues par les procédés plus classiques (frittage) de l'industrie céramique. <br /><br />L'objectif de l'étude est d'étudier les relations entre les propriétés mécaniques macroscopiques des réfractaires électrofondus, responsables de leurs propriétés d'usage, et leur structure microscopique, telle qu'elle résulte de leur procédé d'élaboration. La méthodologie utilisée dans ce travail est basée sur une approche numérique micro-macro. Nous appliquons la méthode des éléments finis à la morphologie réelle des matériaux, caractérisée par la technique de microtomographie à rayons X, à l'ESRF, au synchrotron de Grenoble. <br /><br />L'exploitation de ces images permet, dans un premier temps, de mettre en évidence que les phases en présence (zircone, phase vitreuse) sont spatialement interconnectées. Si, sur une simple coupe 2D, l'allure de la microstructure s'apparente à celle d'un fritté, la réalité est beaucoup plus complexe. La forte imbrication des dendrites (”interlocking”) assure l'existence d'un squelette continu de zircone. Dans un second temps, nous avons quantifié les rôles joués par les constituants à partir d'observations, par microtomographie X, d'échantillons prélevés dans des éprouvettes déformées en fluage à haute température. Le fluage semble être totalement controlé par la zircone, la phase vitreuse n'ayant aucun role structurant.<br /><br />Parallèlement, des calculs par éléments finis tridimensionnels, réalisées à partir de volumes<br />élémentaires de la microstructure réelle, permettent de modéliser une partie des phénomènes impliqués lors du refroidissement : fluage à haute température, microfissuration à basse température. La loi de fluage du squelette de zircone a été identifiée par méthode inverse à 1400C, à partir de sa morphologie réelle 3D. Les réponses en fluage et les contraintes locales obtenues sont similaires pour les réalisations étudiées et en accord avec l'expérience. Après avoir validé notre modèe en fluage, tout l'intéret a été de pouvoir l'appliquer à la simulation d'un refroidissement de 800C à l'ambiante (calcul thermo-élastoviscoplastique).<br />Les maillages des volumes étudiés contiennent un grand nombre de degrés de liberté. Nous avons donc eu recours au calcul parallèle sur un cluster de 12 bi-processeurs conduisant à des temps de calcul de 36 heures environ. Les prédictions obtenues permettent d'évaluer les niveaux de contraintes générés dans le matériau du fait du différentiel de dilatation entre les<br />deux phases. Les risques d'endommagement par microfissuration de la phase vitreuse sont étudiés au travers d'un modèle d'endommagement non couplé, en utilisant un critère de type fragile, formulé en contrainte principale positive maximale.

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

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

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

Les réfractaires au contact de laitiers sidérurgiques sont soumis à des sollicitations complexes. Pour identifier les causes de leur dégradation, l'examen de cas industriels permet d'établir un schéma de couplages à trois pôles : imprégnation par les laitiers (IL), thermomécanique (TM) et changements de phases (CP). Les gradients de microstructure et de composition résultant du couplage IL-CP sont caractérisés par des observations au MEB et des analyses chimiques avec une sonde EDS ; un traceur naturel de l'imprégnation est identifié. Le couplage IL-TM est étudié en modélisant le comportement du revêtement soumis à un chargement thermique cyclique dans le cadre de la mécanique des milieux poreux saturés. Les paramètres régissant la localisation et l'amplitude de la pression interstitielle maximale sont exhibés et leurs influences étudiées. L'étude du pôle TM conduit à l'identification d'un modèle de comportement << monophasique >> de type thermoélastoviscoplastique de la bauxite à différents états d'imprégnation. Les simulations numériques indiquent que les contraintes développées lors de la montée en température favorisent l'écaillage, probablement amorcé par une surpression localisée.

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

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