In recent years, the Helicon Plasma Thruster (HPT) has become one of the most promising technologies of in-space electric propulsion. T4i Technology for Propulsion and Innovation S.P.A. is one of the leading companies working with this new type of systems, and their thruster, REGULUS, is the first HPT ever to be operated in orbit. To better assess the performance of the motor, the company has developed, in conjunction with the University of Padova and the University of Bologna, a numerical tool called 3DVIRTUS (3Dimensional adVanced fluId dRifT diffUsion plaSma solver), which simulates the plasma dynamics in the production stage of the thruster. The model describes the species present in the plasma (electrons, ions, excited and neutrals) by means of a fluid approach, as the plasma density in this part of the motor is in the order of 1017-1018 m−3. Particularly, the tool considers the Drift-Diffusion (DD) approximation instead of the full set of fluid momentum equations. Unfortunately, for typical discharges applied to HPTs, this assumption is accurate only for the electrons species, but not for the heavy species in the plasma, i.e. ions, excited and neutrals. The thesis project presented in this report, executed in collaboration with T4i S.P.A, proposes an updated numerical tool which solves the fully coupled continuity and momentum equations for the neutrals species in the plasma. The new solver is implemented with OpenFOAM®, a finite volume library written in C++, and the Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations (SIMPLE) is utilised to resolve the pressure-velocity coupling in the continuity and momentum equations. Four different test cases are considered: a one-dimensional typical discharge, a cylindrical discharge, the Schwabedissen GECICP reactor experiment and the Piglet helicon reactor of Lafleur. The obtained results have been compared against the original drift-diffusion solver, and when available, with experimental data. The new tool produced similar results to the older one, even though the neutrals density computed with the former generally presented stronger gradients. Additionally, in the case of the GECICP and Piglet reactors, the agreement in terms of electrons density computed with the new solver was satisfactory compared to the empirical data. Nevertheless, all the analysis performed during the thesis project revealed that the keys to obtain physically realistic results are the boundary conditions for the neutrals’ pressure and velocity, which greatly affects the outcome of the simulations. Overall, the new solver has shown to provide accurate results with reasonable computational time. / Under de senaste åren har Helicon Plasma Thruster (HPT) blivit en av de mest lovande teknikerna för elektrisk framdrift i rymden. T4i Technology for Propulsion and Innovation S.P.A. är ett av de ledande företagen som arbetar med denna nya typ av system, och deras motor, REGULUS, är den första HPT som har demonstrerats fungera i omloppsbana. För att bättre kunna bedöma motorns prestanda har företaget tillsammans med universitetet i Padova och universitetet i Bologna utvecklat ett numeriskt verktyg som kallas 3DVIRTUS (3Dimensional adVanced fluId dRifT diffUsion plaSma solver), som simulerar plasmadynamiken i thrusterns produktionsstadium. Modellen beskriver de typer av partikler som finns i plasma (elektroner, joner, exciterade och neutrala) med hjälp av en vätskeapproximation, eftersom plasmatätheten i denna del av motorn är i storleksordningen 10171018 m−3. Särskilt överväger verktyget approximationen Drift-Diffusion (DD) istället för hela uppsättningen vätska ekvationer. Dessvärre, för typiska urladdningar som appliceras på HPT, är detta antagande korrekt endast för elektroner, men inte för de tunga partiklarna i plasma, dvs joner, exciterade och neutrala partiklar. Avhandlingsprojektet som presenteras i denna rapport, utfört i samarbete med T4i S.P.A, föreslår ett uppdaterat numeriskt verktyg som löser de fullständigt kopplade kontinuitets och rörelseekvationerna för neutrala partiklar i plasma. Den nya lösaren implementeras med OpenFOAM®, ett begränsat volymbibliotek skrivet i C++, och Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations (SIMPLE) används för att lösa tryck hastighetskopplingen i kontinuitets och rörelseekvationer. Fyra olika testfall övervägs: en endimensionell typisk urladdning, en cylindrisk urladdning, Schwabedissen GECICP reaktorförsöket och Piglet helicon reaktorn i Lafleur. De erhållna resultaten har jämförts med det ursprungliga driftdiffusions antagandet, och när möjligt, med experimentella data. Det nya verktyget gav liknande resultat som det äldre, även om densiteten av neutrala partiklar beräknad med den tidigare generellt visade starkare gradienter. Dessutom, när det gäller GECICP och Piglet reaktorerna, var överenskommelsen i termer av elektrontäthet beräknad med den nya lösaren tillfredsställande jämfört med empiriska data. Ändå avslöjade all analys som gjordes under avhandlingsprojektet att nycklarna för att få fysiskt realistiska resultat är randvillkoren för de neutrala partiklarnas tryck och hastighet, vilket i hög grad påverkar resultatet av simuleringarna. Sammantaget har den nya lösaren visat sig ge noggranna resultat med rimlig beräkningstid.

Doctor of Philosophy / Department of Physics / Nobel S. Rebello / Conventional wisdom has long advised that students’ learning is best supported by interaction with physical manipulative. Thus, in the physics laboratory, students typically spend their time conducting experiments with physical equipment. However, computer simulations offer a tempting alternative to traditional physical experiments. In a virtual experiment, using a computer simulation, students can gather data quickly, and measurement errors and frictional effects can be explicitly controlled. This research investigates the relative support for students’ learning offered by physical and virtual experimentation in the context of simple machines. Specifically, I have investigated students’ learning as supported by experimentation with physical and virtual manipulative from three different angles-- what do students learn, how do students learn, and what do students think about their learning. The results indicate that the virtual manipulative better supported students’ understanding of work and potential energy than the physical manipulative did. Specifically, in responding to data analysis questions, students who used the virtual manipulative before the physical manipulative were more likely to describe work as constant across different lengths of frictionless inclined planes (or pulley systems) and were more likely to adequately compare work and potential energy, whereas students who used the physical manipulative first were more likely to talk about work and potential energy separately. On the other hand, no strong support was found to indicate that the physical manipulative better supported students’ understanding of a specific concept. In addition, students’ responses to the survey questions indicate that students tend to value data from a computer simulation more than from a physical experiment. The interview analysis indicates that the virtual environment better supported the students to create new ideas than the physical environment did. These results suggest that the traditional wisdom that students learn best from physical experiments is not necessarily true. Thus, researchers should continue to investigate how to best interweave students’ experiences with physical and virtual manipulatives. In addition, it may be useful for curriculum designers and instructors to spend more of their efforts designing learning experiences that make use of virtual manipulatives.

Cette étude porte sur l'intégration de l'aluminium et de matériaux composites de type Polymère Renforcé de Fibre de Verre (PRFV) dans les ponts transportables ferroviaires. Ces matériaux ont un intérêt particulier en raison de leur résistance aux conditions environnementales rudes et leur légèreté. Cependant, la combinaison de ces matériaux légers avec les matériaux traditionnels dont l'acier est peu fréquente dans les structures de génie civil. De plus les références de conception fournissent très peu d'informations pour le dimensionnement de ce type d'assemblage. Il existe néanmoins des références de conception des assemblages simplement en aluminium ou simplement en PRFV. Cependant, en comparaison avec l'acier, les recommandations proposées pour l'aluminium et les PRFV sont basées sur un nombre restreint d'essais et le dimensionnement optimal d'un assemblage boulonné entre des pièces d'acier et d'aluminium ou de PRFV peut s'avérer difficile. Aussi, l'objectif principal de la thèse est d'identifier les paramètres géométriques optimum des assemblages boulonnés aluminium-acier et PRFV-acier et d'effectuer une analyse critique des recommandations de conception existantes et si nécessaire les améliorer et enfin, d'évaluer la contribution de la colle dans les assemblages boulonnés/collés. Sur la base de l'état des connaissances disponibles, des études expérimentales et/ou numériques des assemblages boulonnés, collés, et boulonnés/collés des plaques aluminium-acier et PRFV-acier ont été menées. Pour les assemblages boulonnés, des configurations à un boulon et deux boulons ont été expérimentalement et analytiquement analysées. Les résultats obtenus ont permis d'évaluer l'effet des paramètres géométriques tels que l'épaisseur des plaques, les pinces longitudinale et transversale, et les pas longitudinal et transversal sur la résistance de l'assemblage. Par la suite, les paramètres géométriques optimums des assemblages boulonnés en PRFV-acier et aluminium-acier ont été identifiés et l'analyse critique des équations de dimensionnement des assemblages en aluminium et en PRFV recommandés dans les références de conception a été effectuée. Dans le cas des assemblages aluminium-acier, une amélioration des équations de résistance à la pression diamétrale et de résistance en traction et cisaillement combinés ont été proposées. Pour les assemblages en PRFV-acier, une étude semi-empirique a permis de proposer une équation de résistance en section nette adaptée aux PRFV pultrudés. Pour les assemblages collés et boulonnés/collés, seules les configurations à un boulon ont été testées. Des adhésifs méthacrylate et époxyde ont été utilisés et l'effet de ces derniers sur les assemblages multi-matériaux a été évalué. Il est apparu que le type d'adhésif a un effet important tant sur la résistance de l'assemblage que sur son mode de rupture. En outre la rigidité des plaques a un grand impact dans la capacité portante de l'assemblage collé. La contribution de la colle dans un assemblage boulonné a été trouvée avantageuse seulement dans le cas de l'assemblage PRFV-acier. Dans le cas de l'assemblages aluminium-acier, pas d'accroissement significatif n'a été observé.

This thesis examines three manuscripts which demonstrate negative attitudes towards the Latin translation of the fourteenth-century Old French mystical work The Mirror of Simple Souls, written by Marguerite Porete. Marguerite was burned at the stake for heresy in Paris in 1310, and her Mirror was also condemned and meant to be destroyed. The Mirror survived inquisitorial efforts to exterminate it, was translated into Italian, Middle English, and Latin, and became accepted and valued by many religious circles in the later fourteenth and early fifteenth centuries. Examination of the Latin manuscripts, however, demonstrates that there was also a continuing trend of opposition towards and condemnation of the Mirror, even after its original Parisian condemnation was forgotten. This level of opposition is not seen in the Mirror's other vernacular circulations, making the Latin tradition unique in the amount of censure it received. This demonstrates a multi-faceted tradition in the Mirror's circulation, showing that the Mirror, rather than entering definitively into either the realm of orthodoxy or heresy, instead had a place in both, occupying a grey area between the two. This thesis provides new and detailed information on manuscripts which have never been studied in their own right by Mirror scholars, and examines these codices' implications both for the circulation of the Latin tradition and for the history of the Mirror's post-condemnation circulation as a whole.

Notre recherche doctorale s’intéresse aux enseignantes et enseignants novices à l’ordre d’études collégiales qui oeuvrent au secteur technique. Selon de nombreux auteurs, leur entrée en fonction est marquée par l’isolement, par la précarité d’emploi et par une carence en formation pédagogique (Galaise, 2009; Lauzon, 2002). Ces conditions ne favorisent pas leur insertion professionnelle et se soldent trop souvent par des pratiques par tâtonnement qui ne leur permettent pas de s’adapter adéquatement à leur nouvelle profession (Lauzon, 2002). Ce manque de contrôle relatif en début de carrière engendre chez plusieurs enseignantes et enseignants novices un niveau de stress élevé et un délai important avant d’avoir l’impression de tirer des apprentissages de la pratique (Ibid). À cet égard, la pratique réflexive a été identifiée comme pouvant contribuer à l’amélioration de l’enseignement (Bessette et Duquette, 2003; De Cock, Wibault et Paquay, 2006; Holborn, 1992; Lacroix, 2008; Schön, 1983). Toutefois, il appert que les enseignantes et les enseignants ne savent pas toujours comment en tirer parti. L’utilisation d’outils réflexifs simples, accessibles et minimalement connus par les enseignantes et les enseignants novices permettrait de stimuler leur réflexion sur l’action et les rendrait plus autonomes en début de carrière. Le cadre conceptuel auquel nous nous sommes référé dans cette recherche fait appel à trois concepts-clés soit la pratique réflexive, la pensée réflexive et la réflexion. Le modèle de la démarche réflexive d’Holborn (1992) a permis de dynamiser le processus réflexif tandis que les catégories de réflexion proposées par Mezirow (1981) favorisent une analyse de la démarche réflexive entamée par les enseignantes et les enseignants novices. À ce propos, bon nombre d’auteurs ont utilisé le terme de « niveau » pour indiquer une hiérarchie dans les contenus de réflexion. Comme nous 3 le verrons plus loin, nous lui avons préféré le terme de « catégorie » pour écarter cette idée de gradation en privilégiant une approche qui tient compte des dimensions individuelles et met l’accent sur la diversité de l’expérience humaine. Des objectifs spécifiques ont été dégagés des modèles convoqués, mentionnons entre autres, notre intérêt à : 1) décrire les catégories de réflexion exprimées par des enseignants et des enseignantes novices au cours de leur réflexion sur l’action; 2) préciser les catégories de réflexion exprimées lors de l’utilisation des différents outils proposés; 3) mettre en évidence l’apport des différents outils servant à soutenir le développement de la pratique réflexive selon la perception des enseignantes et des enseignants novices. Cette recherche exploratoire de type qualitatif a été réalisée auprès d’enseignantes et d’enseignants novices provenant des départements des techniques de Prothèses dentaires et des techniques de Denturologie qui ont expérimenté les différents outils sélectionnés (journal de bord, autoévaluation, rétroaction vidéo, autoconfrontation simple) pour soutenir leur réflexion. Un accompagnement leur a été proposé par des collègues expérimentés afin qu’ils se familiarisent avec les outils. Enfin, l’appréciation des outils par les participantes et les participants a été recueillie grâce à des entrevues semi-dirigées. À la suite de cette expérimentation qui s’est déroulée sur une année scolaire au collégial, les résultats nous permettent de conclure que les novices développent une meilleure compréhension du processus de réflexion sur l’action et ils utilisent mieux les outils mis à leur disposition au fur et à mesure qu’ils y sont exposés. Les novices sont davantage en mesure de fournir des interprétations logiques et explicites de leurs actions. Nos résultats montrent que les participantes et les participants sollicitent des catégories de réflexion variées lorsqu’ils réfléchissent sur leur pratique. Enfin, les outils semblent contribuer de manière positive à la découverte de significations émergeant de la pratique et ils permettent de bonifier leurs actions pédagogiques. 4 Des retombées sur la pratique enseignante au collégial auront un effet favorable grâce à une utilisation plus éclairée des outils soutenant le développement de la pratique réflexive. D’ailleurs, ces derniers pourront être considérés dans le cadre de l’élaboration et de la mise en place de programmes favorisant la formation continue sur le plan pédagogique, sur le plan de l’insertion et du développement professionnel lors de l’entrée en fonction des novices puisque les outils leur permettront d’avoir une meilleure compréhension de leur pratique enseignante.

Poor aqueous solubilities of drug candidates limit the biopharmaceutical usefulness in either oral or parenteral dosage forms. Lipid assemblies, such as micelles, may provide a means of enhancing solubility. Despite their usefulness, little is known about the means by which micelles accomplish this result. The goal of the current dissertation is to provide the molecular level understanding of the mechanism by which simple micelle systems solubilize drugs. Specifically, the location, orientation and amount of the drug molecules in micelle systems are the focuses of the work. Three series of model drugs, steroids, benzodiazepines and parabens, in three surfactant systems with anionic, cationic and neutral hydrophilic headgroups were studied. Solubilization power of each micelle system for each model drug was determined by equilibrium solubility. The observed strong surface activities of model drug at hydrocarbon/water interface and the ability of the drugs to compete with surfactants for the model oil/water interface lend support to the hypothesis that drug molecules are mainly solubilized in the interfacial region of the micelles. A surface-localized thermodynamic model that considered the surfactant-drug competition at micelle surface was successfully applied to predict the micelle/water partitioning coefficients. The predictions were made without the use of adjustable parameters in the case of both dilute and concentrated solutions. The orientation of drug at micelle surface was determined by matching calculated occupied areas by solutes at oil/water interface using molecular modeling method to the experimental values. To look into the micro-structure of micelles, twodimensional and diffusion (or PGSE) NMR techniques were employed to detect the specific drug-surfactant interactions and the micelle sizes influenced by model drugs and electrolytes.

Microsatellites are strings of short DNA motifs (≤6 bp) repeated in tandem across genomes of both prokaryotes and eukaryotes. In 20 years, they became popular genetic markers, successfully employed in the field of genetic mapping and gene hunting, as well as to address various biological questions at the individual, family, population and species level. However, evolutionary and demographic inferences from microsatellite polymorphism are hampered by controversy and ambiguity in the mutational processes of microsatellite sequences. Drawing on new data from genome projects, I review in Chapter 1 the concept of a microsatellite life cycle, which hypothesizes that microsatellites follow a life cycle from birth, through expansion, contraction, death and potentially resurrection. To document and understand this integrative concept of evolution, which could help improve current models of microsatellite evolution, there is an implicit need to study the evolution of microsatellites above the species level. A prerequisite of such comparative studies is therefore to find microsatellite loci that are conserved between different species. The near or full completion of many vertebrate genomes and their alignment against one another offer the ultimate approach to find genomic elements conserved over a large evolutionary scale. In Chapter 2, I present a new comprehensive method to find conserved microsatellites in whole genomes. Using the multiple-alignment of the human genome against those of 11 mammalian and five non-mammalian vertebrates, I examine the genomewide conservation of microsatellites, and challenge the general assumption that microsatellites are too labile to be maintained in distant species. In Chapter 3, I present similar results using the alignment of the newly sequenced platypus genome against those of three mammals, the chicken and the lizard, and incorporate these data into the framework created by the 17-genome analysis. This enlarged dataset was ground for attempting to reconstruct a vertebrate phylogeny from the presence/absence of microsatellites in the different genomes. Maximum parsimony analyses resulted in a tree much similar to that of the current view of the vertebrate phylogeny, while Bayesian analyses showed some discrepancies. This work opens a way for novel theoretical developments regarding the inference of ancestral states of microsatellites. In Chapter 4, I show how knowledge on conserved microsatellite sites can help for the development of a set of comparative primers useful across the Mammalia; implementing a similar protocol, nine conserved dinucleotide repeats were genotyped in 20 unrelated individuals of 18 species (nine sister species) encompassing the mammalian phylogeny, including marsupials and monotremes, and four microsatellites were sequenced in 4 individuals per species. My results emphasize conserved microsatellites as a new resource for genetic mapping and population studies. Finally, in Chapter 5, I recount the unexpected extent of structural change among mammalian orthologous microsatellites, including change of complexity, motif replacement and overall length variability. Altogether, these findings provide a comprehensive framework that may help in many areas of research, including molecular ecology, genome mapping, population genetics, and genome and microsatellite evolution.

Les génomes de bactériophages ont une capacité remarquable d'évolution. L'objectif de ma thèse a été d'étudier le rôle des recombinases de bactériophages dans cette évolution. Notre hypothèse était que les recombinases phagiques diffèrent de la recombinase bactérienne RecA par une fidélité relâchée lors de la réaction de recherche d'homologie, qui pourrait expliquer en partie la très grande plasticité des génomes de bactériophages. Nous avons tout d'abord utilisé une approche bioinformatique basée sur la recherche d'homologies lointaines pour prédire un maximum de gènes de recombinases dans les génomes entièrement séquencés, puis nous avons confirmé l'activité de recombinaison de certaines d'entre elles, par un test d'appariement d'ADN simple brin entre séquences identiques in vivo. Ceci nous a permis de conclure qu'il existait trois superfamilles de recombinases chez les bactériophages, de type Rad52, Rad51/RecA et Gp2.5, présentes dans 42% des 465 génomes analysés. Dans un deuxième temps, nous avons comparé six de ces recombinases à RecA et avons montré que toutes étaient capables de faire de l'appariement simple brin in vivo, contrairement à RecA. Pour deux d'entre elles, Redβ de Lambda (type Rad52) et Sak4 de HK620 (type Rad51/RecA), nous avons observé que l'appariement simple brin continuait à se produire, avec une efficacité diminuée, jusqu'à 13% de divergence entre les séquences. L'appariement d'ADN simple brin est donc une propriété commune aux recombinases de bactériophages qui les distingue de RecA, et semble pouvoir se maintenir pour un niveau élevé de divergence, ce qui soutient l'hypothèse d'une recombinaison homologue différente et plus relâchée dans sa fidélité chez les bactériophages.

The methods of statistical physics are increasingly being employed in a range of interdisciplinary areas. In particular, aspects of complex biological processes have been elucidated by bringing the problems down to the level of simple interactions studied in a statistical sense. In nonequilibrium statistical physics, a one dimensional lattice model known as the totally asymmetric simple exclusion processes (TASEP) has become prominent as a tool for modelling various cellular transport processes. Indeed the context in which the TASEP was first introduced (MacDonald et. al., 1968) was to model ribosome motion along mRNA during protein synthesis. In this work I study a variation of the TASEP in which particles hop along a one dimensional lattice which extends as they reach the end. We introduce this model to describe the unique growth dynamics of filamentous fungi, whereby a narrow fungal filament extends purely from its tip region while being supplied with growth materials from behind the tip. We find that the steady state behaviour of our model reflects that of the TASEP, however there is an additional phase where a dynamic shock is present in the system. I show through Monte Carlo simulation and theoretical analysis that the qualitative behaviour of this model can be predicted with a simple mean-field approximation, while the details of the phase behaviour are accurate only in a refined approximation which takes into account some correlations. I also discuss a further refined mean-field approximation and give a heuristic argument for our results. Next I present an extension of the model which allows the particles to interact with a second lattice, on which they diffuse in either direction. A first order meanfield continuum approximation suggests that the steady states of this system will exhibit some novel behaviour. Through Monte Carlo simulation I discuss the qualitative changes that arise due to the on-off dynamics. Finally I study a model for a second biological phenomenon: the length fluctuations of microtubules. The model describes stochastic polymerisation events at the tip of a microtubule. Using a mean-field theory, we find a transition between regimes where the microtubule grows on average, and where the length remains finite. For low rates of polymerisation and depolymerisation, the transition is in good agreement with Monte Carlo simulation.

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