Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

L'activité électrique du coeur est initiée par la génération spontanée de potentiels d'action venant des cellules pacemaker du noeud sinusal (SN). Toute dysfonction au niveau de cette région entraîne une instabilité électrique du coeur. La majorité des patients souffrant d'un noeud sinusal déficient nécessitent l'implantation chirurgicale d'un pacemaker électronique; cependant, les limitations de cette approche incitent à la recherche d'une alternative thérapeutique. La base moléculaire des courants ioniques jouant un rôle crucial dans l'activité du noeud sinusal sont de plus en plus connues. Une composante importante de l'activité des cellules pacemakers semble être le canal HCN, responsable du courant pacemaker If. Le facteur T-box 3 (Tbx3), un facteur de transcription conservé durant le processus de l'évolution, est nécessaire au développement du système de conduction cardiaque. De précédentes études ont démontré que dans différentes lignées cellulaires le Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) active l'expression du gène codant Tbx3 via des réactions en cascade partant de la protéine kinase C (PKC). L'objectif principal de cette étude est de tester si le PMA peut augmenter la fréquence et la synchronisation de l'activité spontanée du pacemaker biologique en culture. Plus précisément, nous avons étudié les effets de l'exposition chronique au PMA sur l'expression du facteur de transcription Tbx3, sur HCN4 et l'activité spontanée chez des monocouches de culture de myocytes ventriculaires de rats néonataux (MVRN). Nos résultats démontrent que le PMA augmente significativement le facteur transcription de Tbx3 et l'expression ARNm de HCN4, favorisant ainsi l'augmentation du rythme et de la stabilité de l'activité autonome. De plus, une diminution significative de la vitesse de conduction a été relevée et est attribuée à la diminution du couplage intercellulaire. La diminution de la vitesse de conduction pourrait expliquer l'effet négatif du PMA sur la synchronisation de l'activité autonome du pacemaker biologique. Ces résultats ont été confirmés par un modèle mathématique multicellulaire suggérant que des fréquences et résistances intercellulaires plus élevée pourraient induire une activité plus stable et moins synchrone. Cette étude amène de nouvelles connaissances très importantes destinées à la production d'un pacemaker biologique efficient et robuste. / The normal heartbeat is initiated by the spontaneous generation of action potentials in pacemaker cells of the sinoatrial node (SAN) region. Dysfunction of this region leads to electrical instability of the heart. The majority of the patients with sinus node dysfunction require surgical implantation of electronic pacemaker devices; however, limitations of this therapeutic approach lead to a need to search for alternatives. To date, the molecular basis of the ionic currents which play pivotal role in SAN action potential has been discovered. It is thought that an important component of the pacemaker cells are HCN channels, responsible for the funny current (If) in the SAN. Meanwhile, T-box factor 3 known as an evolutionary conserved transcription factors is necessary for development of the conduction system. In previous studies, it has been shown that Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) activates Tbx3 gene expression in a PKC-dependent manner in several cell lines. The main objective of this study is to test if PMA can increase the frequency and synchronization of spontaneous activity of cultured biopacemakers. More precisely, we studied the effects of chronic exposure to PMA on the expression of the Tbx3 transcription factor and HCN4 in neonatal rat ventricular myocytes monolayers and how spontaneous activity was altered. Our results show that PMA significantly increases the Tbx3 transcription factor and HCN4 mRNA expression favoring an increased in the rate and spatial-temporal stability of the spontaneous activity. In addition, a significant decrease in conduction velocity was found that is attributed to decrease electrical intercellular coupling of the cells. The decrease in the conduction velocity could explain the negative effect PMA has on synchronization of spontaneous activity of the biopacemaker. These findings are confirmed by a multicellular mathematical model implying that faster frequency and higher intercellular resistance of the pacemaker cells may lead to a more stable and less synchronous activity. This study provides important new knowledge to produce efficient and robust biological pacemakers.

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

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

Les tôles courbes sont de plus en plus fréquemment utilisées dans le domaine des ouvrages d'art à la fois pour raisons esthétiques et pour leurs performances mécaniques. Leur dimensionnement est cependant difficile du fait de l'absence de méthode dédiée dans les normes européennes, en particulier en ce qui concerne le voilement de l'Eurocode 3. Le recours à la modélisation par éléments finis est donc nécessaire mais bien souvent coûteux. La présente étude vise ainsi à développer une méthode simplifiée pour le dimensionnement des panneaux cylindriques soumis à une compression uniaxiale. La méthodologie utilisée est basée sur la démarche générale de l'Eurocode 3 pour tous les types de vérifications de stabilité. L'expression analytique obtenue est en bon accord avec les standards des recommandations de l'Eurocode. Cependant, cette démarche peut être difficile à reproduire dans la pratique quotidienne des ingénieurs face à un nouveau problème tel qu'une combinaison de chargements par exemple. Une méthode alternative basée sur la méthode des plans d'expérience numérique a donc été développée. Basée sur des outils statistiques, l'application de cette méthode permet facilement d'obtenir un résultat avec une bonne précision tout en nécessitant que peu simulations / The use of curved panels for the construction of steel bridges has become more and more popular due to structural performance, traffic and aesthetic requirements. Their design is however made difficult due to a lack of specifications, especially in European Standards. The use of finite element modeling is often necessary. This however requires very sophisticated and expensive models in terme of calculation times. The present study aims thus at developing a method for predicting the ultimate strength of cylindrical curved panels subjected to uniform axial compression. This method is based on the formal procedure recommended by Eurocode 3 for all types of stability verifications. The agreement with the numerical results is thus very good. However, this approach seems complex to reproduce in practice user when confronting a new problem such a combinaison of loading. An alternative method based on design of computer experiment is thus developed. Based on statistic notions, this turnkey methodology provides good results with the fewest simulations possible

Deux méthodes de synthèse chimique, relevant de l'approche bottom-up, sont mises en oeuvre pour élaborer des nanocristaux (NC) de sulfure de cadmium (CdS) : les croissances (i) par source unique de précurseur et (ii) par voie micro-ondes. Ces deux techniques, complémentaires dans la gamme de tailles obtenues, permettent la réalisation de NC de petites tailles (2,8 nm - 5,2 nm) en seulement (i) 120 min et (ii) quelques minutes. Un protocole de caractérisation par techniques conjointes est mis au point pour étudier ces NC. La spectrométrie de masse (SM) couplée à des sources d'ionisation douce contrôle la pureté et la stabilité des précurseurs et permet d'estimer la taille et la distribution en taille des NC. Ces estimations sont confirmées par microscopie électronique en transmission (MET). La confrontation des résultats de SM et de MET suggère une géométrie des NC (i) sphérique et (ii) ellipsoïdale. La diffraction des rayons X montre l'état cristallin des nanoparticules en structures (i) würtzite et (ii) zinc blende. La spectrométrie optique à température ambiante (absorption et photoluminescence - PL) témoigne des effets de confinement quantique par le glissement de la réponse excitonique dans le domaine bleu proche UV en fonction de la taille des NC, s'inscrivant dans la correspondance connue énergie-taille. Dans la perspective d'applications optoélectroniques, le dépôt en couches minces de polymère (PMMA) contenant des NC de CdS est entrepris par spin coating. Le même protocole de caractérisations, enrichi de techniques adaptées aux couches minces, montre que les NC conservent leur intégrité et leurs propriétés de PL après inclusion dans la couche / Two chemical methods are developed to synthesize cadmium sulfide (CdS) nanocrystals (NC) in bottom-up approach: (i) single-source precursor methodology and (ii) microwave synthetic route. These two growth techniques are complementary in the size range obtained and allow production of small NC (2.8 nm - 5.2 nm) in only (i) 120 min and (ii) some minutes. A joint technique characterization protocol is developed to study the synthesized NC. Mass spectrometry (MS) coupled to soft ionization sources allows to control the purity and stability of the precursors and to estimate the NC size and size distribution. These estimations are confirmed by transmission electron microscopy (TEM). Comparison between SM and TEM results suggests that NC have (i) spherical and (ii) prolate shapes. X-ray diffraction reveals nanoparticle crystalline structure in (i) wurtzite and (ii) zinc blende symmetries. Room temperature optical spectrometry (absorption and photoluminescence - PL) evidences quantum confinement effects by the shift of the excitonic response as a function of the NC size, in the blue-UV spectral range. These results are consistent with the well-known empirical energy-size correspondence. For optoelectronic application purpose, thin film deposition of polymer (PMMA) containing CdS NC is initiated by spin coating. The previous characterization protocol, extended to techniques dedicated to thin film studies, shows that NC maintain their integrity and PL properties after inclusion in PMMA layer

La vasière intertidale de Brouage, écosystème très étudié localement de longue date, a fait l’objet depuis 5 ans d’analyses plus approfondies notamment sur le devenir du biofilm microbien se formant à la surface des sédiments à marée basse. Ce travail de thèse s’inscrit dans cette optique. Il propose, par le couplage d’outils mathématiques et écologiques, d’analyser le réseau trophique de la vasière de Brouage sous différentes conditions abiotiques à partir de la synthèse des données les plus récentes. La modélisation inverse a permis d’estimer les flux manquants du réseau trophique. Les calculs d’indices d’analyse des réseaux écologiques ou ENA (Ecological Network Analysis) ont caractérisé la structure et le fonctionnement du réseau trophique.Un premier travail méthodologique, basé sur la dégradation-reconstruction d’un jeu de données très complet, a défini la meilleure fonction, la moyenne, pour le choix d’une seule solution pour chaque flux à la sortie de la modélisation inverse. La moyenne est la meilleure fonction puisque son utilisation aboutit à une bonne estimation des flux manquants quel que soit le niveau d’information intégré au modèle. Cette fonction permet aussi une bonne préservation de la structure et du fonctionnement du réseau trophique ainsi reconstruit. Le réseau trophique de la vasière de Brouage à basse mer a été étudié sous un aspect saisonnier par l’opposition de l’été et de l’hiver, l’hiver étant caractérisé par la présence d’oiseaux migrateurs sur la vasière. L’activité limicole des oiseaux est soutenue en hiver par une forte production du microphytobenthos et un fort recyclage de la matière. L’organisation interne et la spécialisation des flux restent cependant semblables pour les deux saisons considérées. Dans un deuxième temps, le réseau trophique à pleine mer en été a été modélisé sous différentes conditions hydrodynamiques permettant ou pas la remise en suspension du biofilm microbien. La comparaison entre ces deux situations met en évidence l’effet de la remise en suspension sur le couplage benthos-pelagos. Le système soumis à la remise en suspension présente un très faible indice de recyclage lié à la faible intégration au réseau trophique pélagique du carbone particulaire benthique remis en suspension. De plus, la remise en suspension provoque une augmentation de l’activité du système couplée à une faible spécialisation des flux, ce qui est supposé déstabiliser le système. / The Brouage mudflat is an intertidal ecosystem which has been studied locally for a long time. During the last 5 years, in depth studies have especially focused on the fate of the microbial biofilm which develops at the surface of the sediments at low tide. The present Ph.D. work was accomplished in this framework. It proposes, through the synthesis of the most recent data, to combine mathematical and ecological tools to analyze the Brouage food web under different abiotic conditions. The inverse modeling allowed estimating the unknown flows of the food web. The calculation of the ENA (Ecological Network Analysis) indices characterized the structure and the functioning of the food web. A methodological work, based on the degradation/reconstruction of a complete data set, determined the best function, the mean, to choose a single solution for each flow among the set of values estimated by the inverse modeling. The mean is the best function because it leads to a good estimation of the unknown flows irrespective of the quantity of information integrated in the model. Moreover, this function allows a good conservation of the structure and functioning of the reconstructed food web.The Brouage food web at low tide was investigated with a seasonal approach by the opposition of the summer and the winter food webs, the latest being characterized by the presence of migratory shorebirds. The shorebird activity is sustained by a strong primary production and a strong recycling. Nevertheless, the internal organization and the specialization remain similar for the two seasons. In a second step, the food web at high tide was modeled under different hydrodynamical conditions sufficient or not to induce the resuspension of the microbial biofilm. The comparison between the two food webs highlights the effect of the resuspension on the benthos-pelagos coupling. The recycling activity is low due to the low integration of the resuspended benthic particulate carbon in the pelagic food web during resuspension. Additionally, the resuspension leads to an increase of the activity of the whole system coupled with a drop of the specialization of the trophic pathways that is supposed to destabilize the system.

Afin d'étudier le fonctionnement des organes, les chercheurs utilisent l'imagerie médicale pour faire des observations d'une façon non invasive. Parmi les techniques d'imagerie les plus utilisées, on cite la tomographie d'émission par positrons (TEP) qui permet d'obtenir des informations fonctionnelles et métaboliques et la tomodensitométrie (TDM) qui fournit des informations sur l'anatomie. Le LabPET II est un scanner bimodal combinant les techniques TEP et TDM. Il est développé par le Centre d'Imagerie Moléculaire de Sherbrooke (CIMS) et le Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (GRAMS), et dispose de plusieurs fonctionnalités innovantes qui le rendent unique dans sa résolution spatiale et sa qualité d'image. Il est également le premier scanner à intégrer totalement les modes TEP et TDM sur les mêmes détecteurs et dans un même système électronique. Ceci se fait grâce à un module détecteur composé d'une matrice de 64 cristaux scintillateurs couplés à 64 photodiodes à avalanche. L'acquisition des signaux se fait par un circuit intégré dédié composé de 64 canaux d'acquisition analogiques et d'un processeur numérique pour le traitement des données. Les travaux de ce projet ont pour but de réviser le circuit intégré à application spécifique (ASIC) incluant la chaîne d'acquisition et de stabiliser son fonctionnement, afin d'améliorer les performances du scanner dans les deux modes TEP et TDM. Ceci a été effectué à travers la conception de nouveaux circuits analogiques et la modification des circuits actuels. Des interventions ont été faites sur différents composants de l'ASIC. Au niveau du canal analogique, des modifications ont été apportées sur les sous-circuits, d'une part pour améliorer le taux de réjection de l'alimentation et ainsi baisser le niveau de bruit, et d'autre part pour augmenter les marges de stabilité et éliminer le risque d'oscillation à gain élevé. Au niveau des circuits auxiliaires de l'ASIC, le circuit de transmission différetielle basse-tension (LVDS) a été révisé pour corriger des défaillances constatées sur les versions précédentes et de nouvelles références de tension ont été conçues pour remplacer les sources précédentes qui souffraient d'instabilités face aux variations de la température et des paramètres du processus de fabrication. Ces travaux ont d'abord été validés par une série de simulations, puis un premier circuit intégré comportant une partie des modifications a été fabriqué avec la technologie CMOS 0,18 µm de la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Ceci a permis de valider un premier lot de révisions et de faire des tests poussés avant de procéder à la mise à jour finale de l'ASIC. Une fois fonctionnel, ce circuit pourra fonctionner d'une façon stable dans les deux modes d'imagerie TEP et TDM et permettra ainsi de réaliser un premier prototype d'un scanner bimodal totalement intégré.

Les matériaux thermoélectriques en tant que générateurs d’électricité peuvent être utilisés dans de nombreux domaines tels que la conversion de la chaleur perdue des automobiles et des industries, le couplage avec le photovoltaïque, ou la génération de puissance par radioisotopes pour l’exploration spatiale. A ce jour, la plupart des éléments constitutifs des matériaux thermoélectriques proviennent de ressources rares et sont toxiques ce qui peut induire une pollution environnementale. Les siliciures ont montré qu’ils possèdent de bonnes performances thermoélectriques à haute température et n’ont pas les défauts sus mentionnés. Parmi les siliciures, les siliciures de manganèse riches en silicium MnSix, x variant de 1,71 à 1,75, sont particulièrement intéressants pour leurs propriétés thermoélectriques. Ces composés existent sous plusieurs formes tétragonales correspondant à Mn4Si7, Mn11Si19, Mn15Si26 et Mn27Si47. Dans cette thèse nous examinons d’un point de vue expérimental la stabilité de ces phases. L’étude a été réalisée pour des composés massifs et en films minces. La forme Mn4Si7 est celle qui semble être la plus intéressante pour les applications thermoélectriques, nous avons donc exploré différentes voies de synthèse pour ce composé. Des calculs théoriques utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité couplée à la théorie du transport de Boltzmann ont enfin permis de prédire les propriétés thermoélectriques de la forme Mn4Si7 substituée. La finalité de ces calculs est de trouver des substitutions d’atomes conduisant à une amélioration de l’efficacité thermoélectrique de ce composé. / Thermoelectric materials as electric power generators can be used in many fields, such as the conversion of automobile exhausting heat and industrial waste heat, solar photovoltaic-thermoelectric hybrid power generation, or RTG (Radioisotope thermoelectric generator) for deep space exploration. To date, most of the constituent elements of thermoelectric materials are scarce resource and are toxic, resulting in environmental pollution. Silicide materials have shown to exhibit good thermoelectric performances at high temperature without suffering from the aforementioned drawbacks. Among the silicide compounds, silicon-rich silicides MnSix, with x comprised between 1.71 and 1.75, are particularly interesting for their thermoelectric properties. These so-called higher manganese silicides (HMS) exhibit several tetragonal structures that correspond to Mn4Si7, Mn11Si19, Mn15Si26 and Mn27Si47. In this thesis, we examine from an experimental point of view the stability of these compounds. The investigations have been performed on both bulk and thin film materials. Mn4Si7 seems to be the most interesting HMS for thermoelectric applications; hence various synthesis routes have been explored for this compound. Finally, theoretical calculations, based on density-functional theory and Boltzmann’s transport theory, have allowed us to predict the thermoelectric properties of substituted Mn4Si7. The objectives were to find substitutional atoms leading to an improvement of the thermoelectric efficiency of Mn4Si7.

Les récepteurs nucléaires sont des facteurs de transcription qui exercent leur fonction via le contrôle de la transcription de leurs gènes cibles, une régulation qui est dépendante de cofacteurs associés. Les complexes transcriptionnels ainsi formés dialogueront avec l’environnement chromatinien (méthylation de l’ADN, remodelage des nucléosomes, modifications post-traductionnelles des histones) afin de promouvoir la répression ou l’activation transcriptionnelle des cibles géniques de ces récepteurs. Ce projet a identifié une interaction entre la lysine déméthylase LSD1 et le récepteur nucléaire orphelin ERRα dans des cellules humaines de cancers du sein. LSD1 protège ERRα d’une dégradation protéasomale de manière indépendante de son activité catalytique. Par ailleurs, LSD1 déméthyle H3K9 et H3K4 in vivo, mais est incapable in vitro de déméthyler H3K9. La présence de ERRα révèle cette activité de LSD1 sur H3K9, suggérant que le complexe ERRα -LSD1 agit comme un régulateur positif de la transcription. En ce sens, ERRα et LSD1 régulent un nombre important de gènes communs identifiés par RNAseq. Ainsi, 10 gènes activés ont été sélectionnés et le recrutement de ERRα et LSD1 a été examiné sur ces cibles géniques. En association avec les résultats obtenus in vitro, nous avons observé in vivo qu’en absence de ERRα ou LSD1, les gènes activés par ces deux partenaires présentent une augmentation de la marque répressive H3K9me2 sans affecter H3K4me2 au niveau du site d’initiation de la transcription. En conclusion, LSD1 interagit avec ERRα et inhibe sa dégradation, conduisant à une coopération transcriptionnelle de ces protéines. Pour la première fois, un rôle direct de ERRα sur l’environnement chromatinien a été identifié via l’activité de LSD1 sur des marques répressives d’histones. / Nuclear receptors are transcription factors that cooperate with chromatin associated factors to promote their activities. These transcriptional complexes are able to modulate the chromatin landscape to repress or promote transcription. Interestingly, there is an intricate cross-talk between these complexes and the chromatin environment that can influence each other to coordinate gene expression led by nuclear receptors. Post-translational modifications of histones regulate in part, DNA accessibility and the activities of nuclear receptors. One of these histone modifiers is LSD1, which is known to demethylate lysines 4 (H3K4) and 9 (H3K9) on histone 3. This manuscript focuses on the discovered LSD1-ERRα complex in human cancer cell lines. LSD1 interacts with ERRα, hence, modulates ERRα protein stability via a demethylation independent manner. Moreover, LSD1 is able to demethylate H3K4me2 in vitro but not H3K9me2. Interestingly, we observed that ERRα is able to switch LSD1 activity toward H3K9me2 to promote gene transcription without any additional cofactor in vitro. To confirm this effect in vivo, a transcriptomic analysis on mammary cancer cells was performed and highlights common target genes between ERRα and LSD1. We selected 10 genes activated by both and verified ERRα and LSD1 recruitment on these targets. Moreover, upon knock-down of ERRα or LSD1, the transcriptional start sites of activated genes -bound and regulated by both proteins- are enriched in the repressive mark H3K9me2. Altogether, these results describe a positive regulation of ERRα by LSD1 which in turn, drives the demethylase activity on H3K9me2 to promote transcription. Finally, these data highlight a direct function of ERRα on chromatin landscape.