Depuis plus d’un siècle, les rayons cosmiques d’ultra-haute énergie (RCUHE), ayant une énergie supérieure à 1018 eV, continuent d’entretenir le mystère : Quelle est leur composition ? D’où viennent-ils ? Comment atteignent-ils de telles énergies ? Ces particules chargées, suffisamment énergétiques pour atteindre la Terre, forment des gerbes de particules secondaires via leurs interactions avec l’atmosphère dont le développement est caractéristique de la nature de la particule primaire. L’observatoire Pierre Auger, avec sa structure hybride et son gigantesque réseau de détecteurs peuvent apporter des réponses. L’étude de la composition des RCUHEs a été étudiée avec le réseau de surface de l’observatoire Pierre Auger. Cette dernière est cruciale à la fois pour comprendre les interactions hadroniques, qui constituent le développement des gerbes, et pour identifier leurs sources. Cela peut également aider à comprendre l’origine de la coupure spectrale aux plus hautes énergies : s’agit-il de la coupure GZK ou à l’extinction des sources. Toutes ces raisons motivent la première partie de la thèse, à savoir la mise en place d’une méthode permettant d’extraire la composante muonique des gerbes atmosphériques et d’en déduire la composition. Les résultats de cette méthode montrent une dépendance de la composition avec la distance à l’axe de la gerbe, qui pourrait aider à améliorer les modèles hadroniques. Dans les conditions actuelles du réseau de surface, l’identification de la composante muonique présente des limites.La seconde partie est consacrée au nouvel observatoire en Chine, LHAASO. Ce projet s’intéresse à l’étude des gammas supérieurs à 30 TeV, qui signeraient l’accélération de proton dans la galaxie, donnant ainsi des informations indirectes sur les rayons cosmiques. D’autre part, l’observatoire vise à étudier les rayons cosmiques entre 10 TeV et 1 EeV, région où le spectre en énergie présente une rupture. Cette région nécessite de pouvoir discriminer les gammas des rayons cosmiques. A ce titre, l’un des détecteurs de LHAASO, le KM2A, a été simulé et son pouvoir de discrimination gamma/hadron évalué. / During the past century, ultra-high-energy cosmic rays (UHECR), those with an energy larger than 1018 eV, remain as a mystery: What are cosmic rays? Where do they come from? How do they attain their huge energy? When these charged particles strike the earth's atmosphere, they dissipate their energy by generating a shower of secondary particles whose development is significantly different depending on the nature of the primaries. The Pierre Auger observatory, with its hybrid structure and huge size network of ground detectors, can shed some light into these questions.The study of the composition of UHECR was performed with the Pierre Auger apparatus. This is crucial both to understand the hadronic interactions, which govern the evolution of showers, and to identify their sources. It can help to understand the origin of the energy spectrum cut-off: is it the GZK cut-off or the exhaustion of sources? These reasons motivate the first part of this thesis: the development of a method to extract the muonic component of air showers and deduce the implications on the composition of UHECR at the Pierre Auger observatory. The results of this method show a dependence of the composition with the distance to the axis of the shower, which could help to improve the hadronic models. The determination of the muon component is limited by the surface detector setup.The second part is devoted to the new observatory in China, LHAASO. This project focuses on the study of gamma rays with an energy higher than 30 TeV, which probe the acceleration of protons in the galaxy, providing indirect information on cosmic rays. Moreover, the observatory studies cosmic rays between 10 TeV and 1 EeV, one of the regions where the energy spectrum presents a break. This region requires the ability to discriminate gamma rays and cosmic rays. For this reason, one of the detectors of LHAASO, the KM2A, was simulated and its power of discrimination gamma/hadron evaluated.

La qualité d'alimentation électrique d'un réseau ferroviaire peut être fortement affectée par l'indisponibilité d'un équipement électrique, que ce soit suite à un incident technique ou une opération de maintenance. Il est alors nécessaire de réduire le trafic prévu en ajustant les grilles horaires et les profils de vitesse, tout en conservant des performances d'exploitation optimales. Le but du travail présenté dans ce mémoire est de développer un outil d'aide à la décision pour assister les agents en charge de la réorganisation du trafic lors d'un incident sur infrastructure électrique. Le système étudié est complexe et son analyse repose sur des simulations coûteuses. Nous avons donc proposé une démarche en deux phases. Dans un premier temps, une analyse de sensibilité permet de détecter de manière efficace les variables d’ajustement du trafic les plus influentes. Après une analyse comparative entre différentes techniques, nous avons retenu l’analyse de sensibilité régionale par filtrage de Monte Carlo et test de KS, car cela permet de prendre en compte les contraintes opérationnelles, comme les niveaux de tension en ligne. La deuxième phase consiste à optimiser la solution en travaillant dans un espace de recherche de dimension réduite. Un ensemble de solutions Pareto optimales sont générées afin d’évaluer le meilleur compromis entre le critère principal qui est la densité de trafic et d’autres critères tels que les pertes ou les échauffements. Les techniques mises en œuvre ont abouti à la réalisation d’un prototype. Cet outil permet à l’ingénieur de définir les variables d’ajustement et les critères de performance du trafic. Il analyse ensuite l’influence des différentes variables d’ajustement et optimise le trafic par rapport aux critères définis. L’outil a été testé sur quatre cas d’étude correspondant à des portions de réseaux et à des trafics ferroviaires réels. / The power supply quality of a railway network can be strongly affected by the unavailability of electrical equipment, whether due to a technical incident or a maintenance operation. It is then necessary to reduce the expected traffic by adjusting the time schedules and speed profiles, while maintaining optimal operating performance. The purpose of the work presented in this thesis is to develop a decision support tool to assist the agents in charge of the reorganization of traffic during an incident on electrical infrastructure. The studied system is complex and its analysis is based on costly simulations. We therefore proposed a two-phase approach. As a first step, a sensitivity analysis can effectively detect the most influential traffic adjustment variables. After a comparative analysis between different techniques, we selected the regional sensitivity analysis by Monte Carlo filtering and KS test, because it allows us to take into account the operational constraints, like the tension levels in line. The second phase consists in optimizing the solution by working in a small research area. A set of Pareto-Optimal solutions are generated to evaluate the best trade-off between the main criterion "traffic density" and other criteria such as losses or overheating. The techniques implemented led to the production of a prototype. The tool allows the engineer to define traffic adjustment variables and traffic performance criteria. Then it analyzes the influence of the various adjustment variables and optimizes the traffic according to the defined criteria. The tool was tested on four case studies proposed by SNCF Réseau and corresponding to network segments and actual rail traffic.

Le cycle de division cellulaire et l'horloge circadienne sont deux processus fondamentaux de la régulation cellulaire qui génèrent une expression rythmique des gènes et des protéines. Dans les cellules mammifères, les mécanismes qui sous-tendent les interactions entre le cycle cellulaire et l'horloge restent très mal connus. Dans cette thèse, nous étudions ces deux oscillateurs biologiques, à la fois individuellement et en tant que système couplé, pour comprendre et reproduire leurs principales propriétés dynamiques, détecter les composants essentiels du cycle cellulaire et de l'horloge, et identifier les mécanismes de couplage. Chaque oscillateur biologique est modélisé par un système d'équations différentielles ordinaires non linéaires et ses paramètres sont calibrés par rapport à des données expérimentales: le modèle du cycle cellulaire se base sur les modifications post-traductionnelles du complexe Cdk1-CycB et mène à un oscillateur de relaxation dont la dynamique et la période sont contrôlés par les facteurs de croissance; le modèle de l'horloge circadienne reproduit l'oscillation antiphasique BMAL1/PER:CRY et l'adaptation de la durée des états d'activation et répression par rapport à deux signaux d’entrée hormonaux déphasés. Pour analyser les interactions entre les deux oscillateurs nous étudions la synchronisation des deux rythmes pour des régimes de couplage uni- ou bi-directionnels. Les simulations numériques reproduisent les ratios entre les périodes de l'horloge et du cycle cellulaire, tels que 1:1, 3:2 et 5:4. Notre étude suggère des mécanismes pour le ralentissement du cycle cellulaire avec des implications pour la conception de nouvelles chronothérapies. / The cell division cycle and the circadian clock are two fundamental processes of cellular control that generate cyclic patterns of gene activation and protein expression, which tend to be synchronous in healthy cells. In mammalian cells, the mechanisms that govern the interactions between cell cycle and clock are still not well identified. In this thesis we analyze these two biological oscillators, both separately and as a coupled system, to understand and reproduce their main dynamical properties, uncover essential cell cycle and clock components, and identify coupling mechanisms. Each biological oscillator is first modeled by a system of non-linear ordinary differential equations and its parameters calibrated against experimental data: the cell cycle model is based on post-translational modifications of the mitosis promoting factor and results in a relaxation oscillator whose dynamics and period are controlled by growth factor; the circadian clock model is transcription-based, recovers antiphasic BMAL1/PER:CRY oscillation and relates clock phases to metabolic states. This model shows how the relative duration of activating and repressing molecular clock states is adjusted in response to two out-of-phase hormonal inputs. Finally, we explore the interactions between the two oscillators by investigating the control of synchronization under uni- or bi-directional coupling schemes. Simulations of experimental protocols replicate the oscillators’ period-lock response and recover observed clock to cell cycle period ratios such as 1:1, 3:2 and 5:4. Our analysis suggests mechanisms for slowing down the cell cycle with implications for the design of new chronotherapies.

La montée en puissance des préoccupations sociales et environnementales depuis quatre décennies, a développé l’engouement des individus à s’engager dans des comportements de consommation « socialement responsables ». Bien que les pratiques de consommation socialement responsables aient évolué, de nombreux consommateurs restent sceptiques en termes d'engagement dans des achats socialement responsables. Il existe, ainsi, un fossé entre les attitudes et les comportements réels en termes de la consommation responsable. Afin de réduire cet écart, une des solutions possibles est de sensibiliser dès le plus jeune âge à des actions responsables. Une sensibilisation qui se base sur les valeurs de respect et de responsabilité que les enfants acquièrent au cours de la socialisation. Notre recherche propose de mettre en perspective l'influence de la pratique sportive au sein des clubs fédératifs sur la sensibilité des enfants, âgés de 7 à 12 ans, aux actions responsables. Cette sensibilité se définie comme étant la propension des individus à adopter des pratiques et des comportements reflétant de valeurs de respect et de responsabilité. De plus, il s'agit de l'étude du rôle éducatif de l'entraîneur sportif auprès des enfants. Au cours de cette recherche, la revue de la littérature et le travail empirique réalisés, une étude qualitative et trois collectes des données quantitatives auprès de 1384 enfants, nous ont permis d'atteindre deux principaux objectifs. Dans un premier temps, nous avons construit deux échelles de mesure : la Mission Éducative de l'Entraîneur Sportif (MEES) et la Sensibilité des enfants aux Actions Responsables (SAR). Dans un second temps, nous nous sommes attachés à répondre à la problématique et aux principales questions de la recherche. Les résultats de la comparaison, entre des enfants pratiquant un sport et des enfants qui n'en pratiquent pas, confirment l'influence de la pratique sportive au sein des clubs sur la sensibilisation des enfants aux actions responsables. Les conclusions permettent, en effet, de mettre en exergue sur le rôle éducatif des entraîneurs sportifs à travers leur contribution à la sensibilisation des enfants aux actions responsables. / The rise of social and environmental concerns over the past four decades has developed people's enthusiasm to engage in socially responsible consumption behavior. Although socially responsible consumption practices have evolved, many consumers remain skeptical about a real commitment to socially responsible purchasing. Thus, there is a gap between individuals' attitudes and actual behavior in terms of responsible consumption. In order to bridge this gap, one possible solution is to make children's aware of responsible actions. An awareness that is based on the values of respect and responsibility that children develop during socialization. Our research proposes to highlight the influence of sports participation within federal clubs on the awareness of children (7-12 years old) to responsible actions. The awareness that we define as the propensity of individuals to adopt practices and behaviors reflecting the values of respect and responsibility. In addition, we aim to highlight the educational role of the sports coach. In order to attempt our research's main objectives, a qualitative study and three data collections were carried out within 1,384 subjects. Firstly, we developed two scales in order to measure respectively the Educative Mission of Sports Coaches (EMSC) and the Awareness to Responsible Actions (ARA). In the second step, the third data collection allowed us to answer the main research problem and its principal questions. The results of the comparison between sport practicing and non-sport practicing subjects, confirm the influence of the sports participation within federal sports clubs on the awareness of children to responsible actions. Indeed, the conclusions highlight the educative role of sports coaches through their contribution to raising children’s awareness to responsible actions.

Cette thèse s’intéresse à différents problèmes de contrôle et d’optimisation dont il n’existe à ce jour que des solutions approchées. D’une part nous nous intéressons à des techniques visant à réduire ou supprimer les approximations pour obtenir des solutions plus précises voire exactes. D’autre part nous développons de nouvelles méthodes d’approximation pour traiter plus rapidement des problèmes à plus grande échelle. Nous étudions des méthodes numériques de simulation d’équation différentielle stochastique et d’amélioration de calculs d’espérance. Nous mettons en œuvre des techniques de type quantification pour la construction de variables de contrôle ainsi que la méthode de gradient stochastique pour la résolution de problèmes de contrôle stochastique. Nous nous intéressons aussi aux méthodes de clustering liées à la quantification, ainsi qu’à la compression d’information par réseaux neuronaux. Les problèmes étudiés sont issus non seulement de motivations financières, comme le contrôle stochastique pour la couverture d’option en marché incomplet mais aussi du traitement des grandes bases de données de médias communément appelé Big data dans le chapitre 5. Théoriquement, nous proposons différentes majorations de la convergence des méthodes numériques d’une part pour la recherche d’une stratégie optimale de couverture en marché incomplet dans le chapitre 3, d’autre part pour l’extension la technique de Beskos-Roberts de simulation d’équation différentielle dans le chapitre 4. Nous présentons une utilisation originale de la décomposition de Karhunen-Loève pour une réduction de variance de l’estimateur d’espérance dans le chapitre 2. / This thesis proposes different problems of stochastic control and optimization that can be solved only thanks approximation. On one hand, we develop methodology aiming to reduce or suppress approximations to obtain more accurate solutions or something exact ones. On another hand we develop new approximation methodology in order to solve quicker larger scale problems. We study numerical methodology to simulated differential equations and enhancement of computation of expectations. We develop quantization methodology to build control variate and gradient stochastic methods to solve stochastic control problems. We are also interested in clustering methods linked to quantization, and principal composant analysis or compression of data thanks neural networks. We study problems motivated by mathematical finance, like stochastic control for the hedging of derivatives in incomplete market but also to manage huge databases of media commonly known as big Data in chapter 5. Theoretically we propose some upper bound for convergence of the numerical method used. This is the case of optimal hedging in incomplete market in chapter 3 but also an extension of Beskos-Roberts methods of exact simulation of stochastic differential equations in chapter 4. We present an original application of karhunen-Loève decomposition for a control variate of computation of expectation in chapter 2.

Problématique : Les lésions nerveuses périphériques peuvent entraîner une allodynie mécanique (AM) qui est une douleur neuropathique provoquée par le toucher. L’AM peut limiter les activités et les habitudes de vie des patients. Les approches de stimulation tactiles sont des interventions prometteuses pour traiter l’AM. Cependant, aucune étude n’a encore investigué l’intégration d’une telle approche dans un programme de réadaptation multimodal. De plus, il n’existe aucune synthèse des connaissances sur ces approches pour le traitement de l’AM. Objectifs : 1- Décrire l’intégration d’une approche de stimulation tactile dans un programme de réadaptation multimodal; 2- Recenser les approches de stimulation tactiles et évaluer les évidences de ces approches pour traiter l’AM à la main suite à une lésion nerveuse périphérique. Méthodologie : 1- Étude de cas. 2- Recension systématique sur les approches de stimulation tactile. Résultats : L’étude de cas montre une diminution de l’AM et une amélioration des incapacités chez un patient présentant un syndrome de douleur régionale complexe qui a participé à un programme de réadaptation multimodal intégrant une approche de stimulation tactile. La recension systématique montre qu’il existe deux approches de stimulation tactiles (la désensibilisation et la rééducation sensitive de la douleur) pour traiter l’AM à la main. Ces approches ne se distinguent pas quant au niveau d’évidence de leur efficacité pour traiter l’AM suite à une lésion nerveuse périphérique. Conclusion : Les deux approches peuvent être utilisées par les cliniciens pour traiter l’AM en fonction de leur raisonnement clinique et des caractéristiques des patients. / Context: Peripheral nerve lesions can lead to mechanical allodynia (MA), that is a neuropathic pain provoked by touch. MA can limit patients’ activities and life habits. Tactile stimulations are promising approaches to treat MA. However, to our knowledge, there is no study that has investigated how such approaches can be integrated into a multimodal rehabilitation program. In addition, there is no synthesis of current knowledge on the tactile stimulation approaches for treating MA. Objectives: 1- To describe the integration of a tactile stimulation approach in a multimodal rehabilitation program; 2- To identify existing tactile stimulation approaches and to assess evidences of the use of these approaches to MA in the hand following a peripheral nerve lesion. Method: 1- Case report. 2- Systematic review on tactile stimulation approaches. Results: The case report shows an abolition of MA and an improvement of incapacities in a patient with a complex regional pain syndrome who participated in a multimodal rehabilitation program including a tactile stimulation approach. The systematic review identified two tactile stimulation approaches (desensitization and somatosensory rehabilitation of pain). Those approaches do not differ in their level of evidence in the treatment of MA following a peripheral nerve lesion. Conclusion: The two approaches can be used by clinicians to treat MA. The choice of these approaches should be based on clinical reasoning and patients’ characteristics.

Pour mieux comprendre et traiter les troubles musculosquelettiques présents à l’épaule, une meilleure connaissance de la contribution et de la fonction de chaque muscle de l’articulation glénohumérale est nécessaire. L’analyse des forces musculaires et articulaires est une étape importante pour comprendre les mécanismes de blessures et les pathologies. Ces forces musculaires peuvent être estimées de façon non invasive grâce à des modèles musculosquelettiques. Le défi est de prédire de façon physiologique les trajectoires musculaires et les bras de levier afin de s’assurer d’avoir une cohérence des forces musculaires dans les modèles musculosquelettiques. L’objectif de cette thèse était d’améliorer la géométrie musculaire des modèles musculosquelettiques de l’épaule en passant par plusieurs méthodes différentes d’implémentation des trajectoires musculaires. À cet égard, nos objectifs spécifiques étaient de : (1) améliorer la géométrie musculaire des modèles multicorps rigides grâce à l’implémentation de contraintes transverses; (2) évaluer la fiabilité d’un modèle éléments finis pour l’estimation des bras de levier et (3) tester la sensibilité de la prédiction des bras de levier aux incertitudes sur les zones d’insertions musculaires; (4) établir une base de données de bras de levier 3D pour des mouvements de grande amplitude; (5) quantifier de façon expérimentale les changements architecturaux des muscles entre l’état au repos et différents niveaux de contraction isométrique. (1) Deux modèles multicorps rigides de la coiffe des rotateurs ont été développés : un modèle classique intégrant une représentation des lignes d’action en 1D et un modèle possédant des contraintes transverses entre les lignes d’action permettant une représentation 2D. La représentation 2D avec des contraintes transverses permet une représentation plus physiologique des trajectoires musculaires et des bras de levier que les modèles classiques 1D. Toutefois, lors de mouvement allant au-delà de 90° d’élévation du bras, lorsque les points d’origine et d’insertion se rapprochent, les bras de levier et les longueurs musculaires sont mal estimés, car le modèle ne prend pas en compte les déformations du volume musculaire. (2) Un modèle éléments finis a été développé à partir de données d’imagerie médicale. Ce modèle permet une estimation des bras de levier fidèle aux données d’IRM. Contrairement aux modèles multicorps rigides, notre modèle élément finis rend compte du fait qu’un même muscle peut avoir plusieurs actions selon la position de sa ligne d’action par rapport au centre de rotation de l’articulation. (3) Le modèle a également servi à faire une étude de sensibilité des bras de levier : les zones d’insertion des différents muscles de la coiffe des rotateurs et du deltoïde ont été déplacées et les bras de levier associés calculés. Les résultats montrent qu’une variation de 10 mm des points d’insertion sur la tête humérale peut amener un muscle à changer de fonction (par exemple adduction plutôt que d’abduction). (4) Une collecte de données expérimentales effectuées sur quatre épaules a permis de collecter les bras de levier du deltoïde et des muscles de la coiffe des rotateurs pour des mouvements de grande amplitude. Ces résultats permettent de mieux comprendre le rôle des muscles de l’articulation glénohumérale lors de la réalisation de différents mouvements. Le deltoïde antérieur a une grande action en flexion et en adduction; le deltoïde moyen est un fort abducteur; le deltoïde postérieur agit en extension. Contrairement au deltoïde, l’infra-épineux et le petit rond ont principalement une fonction de rotateur externe. (5) Une collecte de données impliquant 14 sujets a été réalisée dans le but de quantifier les changements de géométrie musculaire et d’angle de pennation associés à la contraction pour les muscles du biceps, triceps et deltoïde. Les angles de pennation ont été obtenus grâce à un système d’échographie et les changements de géométrie externe des muscles ont été mesurés grâce à un capteur de structure. Les résultats montrent que les changements architecturaux pour les muscles étudiés se produisent principalement entre 0 et 25% de contraction maximale volontaire (aucune différence significative observée entre 25 et 50%). Le muscle le plus affecté par les changements architecturaux est le biceps. Cette thèse a évalué différentes approches de modélisation de la géométrie musculaire : l’approche la plus bio-fidèle étant finalement la modélisation par éléments finis, car elle permet de prendre en compte les interactions entre les structures et les déformations musculaires. De plus, nous avons montré l’importance d’estimer avec rigueur les paramètres d’entrée (zones d’insertions musculaires) des modèles et de bien évaluer la bio-fidèlité des modèles développés avant de les utiliser dans des contextes cliniques. Dans ce but, de nouvelles données ont été acquises en termes de déformations musculaires et d’angle de pennation pour permettre l’évaluation de modèle intégrant de l’activation musculaire. / Understanding and treating musculoskeletal disorders of the shoulder requires additional knowledge of the contribution and function of each muscle of the glenohumeral joint. The analysis of muscle and joint forces is an important step in understanding injury mechanisms and pathologies. These muscle forces can be estimated non-invasively using musculoskeletal models. The challenge is to physiologically predict muscle trajectories and moment arms to ensure consistency of muscle forces in musculoskeletal models. The aim of this thesis was to improve muscle geometry in musculoskeletal models of the shoulder by testing several different techniques for implementing muscle trajectories. Our specific objectives were to: (1) improve muscle geometry of rigid multibody models by using transverse constraints; (2) assess the reliability of a finite element model for estimating moment arms and (3) evaluate the sensitivity of moment arm predictions to uncertainties in muscle insertion areas; (4) create a database of 3D moment arms for movements with high ranges of motion; (5) experimentally quantify muscles’ architectural changes between resting state and different levels of isometric contractions. (1) Two rigid multibody models of the rotator cuff were developed: a classic model representing muscles with lines of action in 1D and a 2D model with transverse constraints between lines of action of a single muscle. The 2D model (with transverse constraints) gives a more physiological representation of muscle trajectories and moment arms than the classical 1D model. However, for arm movements beyond 90° of elevation, when the origin and insertion points get closer, moment arms and muscle lengths are misestimated due to the mode’s inability to account for muscle volume deformations. (2) A finite element model of the glenohumeral joint was developed based on medical imaging. Moment arms were computed and compared to the literature and MRI data. Our finite element model produces moment arms consistent with the literature and MRI data. Unlike rigid multibody models, our finite element model accounts for the fact that one muscle can have several actions depending on the position of its line of action relative to the centre of rotation of the joint. (3) The model was used to study moment arm sensitivity: insertion areas of rotator cuff muscles and the deltoid were moved, and associated moment arms have been computed. Results showed that a 10 mm variation in insertion points on the humeral head could cause a muscle to change function (for example performing adduction rather than abduction). (4) The 3D moment arms were assessed on four post-mortem human surrogates during movements with high ranges of motion. Results of the study gave us a better understanding of muscle functions during different movements. The main findings of the study were that the anterior deltoid was the largest flexor and had an adduction component, the median deltoid was a strong abductor, and the posterior deltoid acted in extension. Unlike the deltoid, the infraspinatus and teres minor were the largest external rotators of the shoulder. (5) Experimental measurements were performed on 14 subjects in order to quantify changes in muscle geometry and pennation angles associated with different levels of contraction for the biceps, triceps and deltoid. Pennation angles were measured on subjects using a portable ultrasound system. External muscle deformations were measured with an iPad equipped with a structure sensor. Changes in muscle architecture for the biceps, triceps and deltoid during isometric contractions occurred mostly between 0 and 25% of maximal voluntary contraction (no significant difference was observed between 25 and 50%). Changes were higher for the biceps than other muscles. This thesis evaluated different approaches to model muscle geometry: the approach leading to the most physiological result was the finite element model due to modeling of the interactions between structure and muscle deformations. Additionally, we demonstrated the importance of rigorously estimating input parameters (muscle insertion areas) and of properly evaluating the bio-fidelity of the models developed before using them in clinical contexts. New data was acquired regarding muscle deformations and pennation angles to evaluate models integrating muscle activation.

Les nouveau-nés prématurés sont à risque de développer des séquelles neurodéveloppementales pouvant se manifester de la petite enfance jusqu’à l’âge adulte. La relation mère-enfant précoce figure parmi les facteurs pouvant améliorer leur neurodéveloppement. La principale composante de cette relation est la sensibilité maternelle, soit la capacité de détecter, d’interpréter et de répondre rapidement aux besoins du nouveau-né. Cependant, en raison de l’immaturité des nouveau-nés prématurés ainsi que du stress et de l’anxiété vécus par les mères pendant l’hospitalisation, celles-ci sont à risque de développer une sensibilité maternelle sous-optimale. De par leurs compétences, leurs valeurs et leurs activités réservées, les infirmières à l’unité de soins intensifs néonatals (USIN) jouent un rôle de premier plan pour favoriser la sensibilité maternelle dès l’hospitalisation des nouveau-nés prématurés. Les données scientifiques actuelles ne sont suffisantes ni en quantité ni en qualité afin d’orienter les interventions que pourraient concrètement réaliser les infirmières auprès de la dyade mère-nouveau-né prématuré afin de favoriser de façon très précoce, soit dès l’hospitalisation, la sensibilité maternelle. Le but de la thèse comportait deux volets : 1- développer une intervention infirmière très précoce selon une approche combinant la théorie et les données empiriques pour favoriser la sensibilité maternelle et le neurodéveloppement des nouveau-nés prématurés à l’USIN; et 2- mettre à l’essai et évaluer la faisabilité, l’acceptabilité et estimer les effets préliminaires de l’intervention infirmière sur la sensibilité maternelle et le neurodéveloppement des nouveau-nés prématurés à l’USIN. Une intervention infirmière novatrice multifactorielle nommée GP_Posit a été développée. GP_Posit est une intervention individuelle hebdomadaire durant laquelle l’infirmière crée une relation de participation guidée avec la mère, dans un contexte de participation aux soins et au positionnement du nouveau-né prématuré. Basée sur la Théorie de l’Attachement, la Théorie de la Participation Guidée et la Théorie Synactive du Développement, GP_Posit est principalement conçue afin de favoriser la sensibilité maternelle et le neurodéveloppement du nouveau-né prématuré. Ensuite, une étude pilote randomisée à deux groupes a été menée dans une USIN de niveau III d’un centre hospitalier universitaire mère-enfant. Au total, 20 dyades composées de mères et de leur nouveau-né prématuré ont été recrutées et randomisées au groupe expérimental (GP_Posit; n=10) ou au groupe contrôle (soins standards; n=10). Les résultats montrent que GP_Posit est faisable et acceptable pour les mères de nouveau-nés prématurés ainsi que pour l’équipe de recherche. Toutefois, au niveau de la faisabilité et l’acceptabilité du devis relatif à l’essai clinique randomisé, des difficultés ont été rencontrées au niveau du recrutement et la collecte de données au post-test. Les effets préliminaires estimés montrent une tendance vers un effet large indiquant une augmentation de la sensibilité maternelle chez les mères du groupe expérimental. Quant à l’effet préliminaire sur le neurodéveloppement, les nouveau-nés prématurés du groupe contrôle étaient légèrement favorisés. Une seconde étude pilote permettrait de mettre à l’essai des procédures modifiées de recrutement et collecte de données au post-test. Éventuellement, un essai contrôlé randomisé multicentrique à grande échelle permettra d’apprécier davantage les effets de GP_Posit sur la sensibilité maternelle et le neurodéveloppement des nouveau-nés prématurés. / Preterm infants are at risk of neurodevelopmental impairments which can manifest from infancy through adulthood. The early mother-infant relationship is one of the factors that can improve their neurodevelopment. The main component of this relationship is maternal sensitivity, that is the mother’s ability detect, interpret and respond in an appropriate and timely manner to her infant’s needs. However, due to the immaturity of preterm infants as well as the stress and anxiety experienced by mothers during hospitalization, they are at risk of developing suboptimal maternal sensitivity. Neonatal nurses play a key role and have the necessary skills to promote maternal sensitivity in the neonatal intensive care unit (NICU). However, the current evidence is neither sufficient nor of sufficiently good quality to guide the interventions that could be implemented by neonatal nurses to promote maternal sensitivity in the NICU. The aim of the thesis was twofold: 1- develop an innovative very early nursing intervention using an approach combining theory and empirical data to promote maternal sensitivity and neurodevelopment of preterm infants in the NICU; and 2- to implement and assess the feasibility, acceptability and estimate of the preliminary effects of this nursing intervention on maternal sensitivity and neurodevelopment of preterm infants in the NICU. A very early multifaceted nursing intervention named GP_Posit was developed. GP_Posit is a weekly individual intervention where nurses create a guided participation relationship with mothers, in a context of participation in care and positioning of the preterm infant. Based on Attachment Theory, Guided Participation Theory and Synactive Theory of Development, GP_Posit is primarily designed to promote maternal sensitivity and neurodevelopment of the preterm infant. A two-group randomized pilot study was conducted in a level III NICU of a mother-infant teaching hospital. A total of 20 dyads composed of mothers and preterm infants were recruited and randomized to the experimental group (GP_Posit; n = 10) or control group (standard care; n = 10). Results show that GP_Posit is feasible and acceptable for mothers of preterm infants as well as for the research team. Regarding the feasibility and acceptability of the randomized controlled trial study design, challenges were encountered in the recruitment and post-test data collection procedures. The preliminary effects showed a trend towards a large effect in increasing maternal sensitivity in experimental group mothers. As for the preliminary effect on neurodevelopment, preterm infants in the control group had an advantage. A second pilot study would be the opportunity to test modified recruitment and post-test data collection procedures. Eventually, a large-scale, multicenter randomized controlled trial would allow a better understanding of the effectiveness of GP_Posit on maternal sensitivity and preterm infant neurodevelopment.

Les amis peuvent compter l'un sur l'autre lorsqu'ils sont confrontés à des problèmes, mais certaines discussions peuvent conduire à la co-rumination. La co-rumination apparaît tôt dans la vie et a été associée à diverses formes de symptômes anxieux et/ou à des désordres cliniques d’anxiété. Toutefois, peu d’études ont exploré l'association entre la co-rumination et les formes d'anxiété normative incluant l'anxiété d'état, de trait, de performance et la sensibilité à l'anxiété. Ce mémoire examine la relation entre la co-rumination et ces formes d'anxiété normative en tenant compte du sexe et de l'âge. Au total, 1204 enfants (âgés de 11 à 12 ans) et adolescents (âgés de 16 à 17 ans) ont été recrutés dans des écoles primaires et secondaires du Québec. Ils ont rempli des questionnaires mesurant la co-rumination et les quatre formes d'anxiété normative dans leurs classes. Les résultats ont révélé que la co-rumination était associée à une seule forme d'anxiété normative (sensibilité à l'anxiété) chez les enfants et à trois formes (trait, performance et sensibilité à l'anxiété) chez les adolescents. Ainsi, la co-rumination semble associée différemment à certaines formes d'anxiété normative en raison de facteurs développementaux. De futures études confirmatoires et longitudinales devraient examiner les hypothèses générées par les résultats de cette étude exploratoire. Au-delà des implications discutées dans l'article, ce mémoire présente des pistes de recherche potentielles et des considérations pour de futures études portant sur la relation entre la co-rumination et les différentes formes d'anxiété normative. / Friends can rely on each other when faced with problems, though these discussions may lead to co-rumination. Co-rumination occurs early in life and has been associated with various forms of anxiety symptoms and/or clinical anxiety disorders. However, a scarcity of literature has explored the association between co-rumination and forms of normative anxiety, including state anxiety, trait anxiety, test anxiety, and anxiety sensitivity. This thesis examined the relationship between co-rumination and these forms of normative anxiety while considering sex and age. In total, 1204 children (ages 11 to 12) and adolescents (ages 16 to 17) were recruited from elementary and high schools in Quebec. Participants completed questionnaires measuring co-rumination and the four forms of normative anxiety in their classrooms. The results revealed that co-rumination was associated with one form of normative anxiety (anxiety sensitivity) in children and three forms (trait anxiety, test anxiety, and anxiety sensitivity) in adolescents. Thus, co-rumination may be differentially associated with various forms of normative anxiety due to certain developmental factors. Future longitudinal confirmatory studies should test the hypotheses generated from the findings of this exploratory study. Beyond the implications discussed in the article, this thesis features potential research avenues and considerations for future studies investigating the relationship between co-rumination and different forms of normative anxiety.

Le réservoir de carbone de sol est un élément clé du cycle global du carbone et donc du système climatique. Les sols et le carbone organique qu'ils contiennent constituent le plus grand réservoir de carbone des écosystèmes terrestres. Ce réservoir est également responsable du stockage d'une grande quantité de carbone prélevé de l'atmosphère par les plantes par la photosynthèse. C'est pourquoi les sols sont considérés comme une stratégie de mitigation viable pour réduire la concentration atmosphérique de CO2 dûe aux émissions globales de CO2 d'origine fossile. Malgré son importance, des incertitudes subsistent quant à la taille du réservoir global de carbone organique de sol et à ses dynamiques. Les modèles de biosphère terrestre sont des outils essentiels pour quantifier et étudier la dynamique du carbone organique de sol. Ces modèles simulent les processus biophysiques et biogéochimiques au sein des écosystèmes et peuvent également simuler le comportement futur du réservoir de carbone organique de sol en utilisant des forçages météorologiques appropriés. Cependant, de grandes incertitudes dans les projections faite par les modèles de biosphère terrestre sur les dynamiques du carbone organique de sol ont été observées, en partie dues au problème de l'équifinalité. Afin d'améliorer notre compréhension de la dynamique du carbone organique de sol, cette recherche visait à optimiser les paramètres du schéma de carbone de sol contenu dans le modèle de schéma canadien de surface terrestre incluant les cycles biogéochimiques (CLASSIC), afin de parvenir à une meilleure représentation de la dynamique du carbone organique de sol. Une analyse de sensibilité globale a été réalisée pour identifier lesquels parmis les 16 paramètres du schéma de carbone de sol, n'affectaient pas la simulation du carbone organique de sol et de la respiration du sol. L'analyse de sensibilité a utilisé trois sites de covariance des turbulences afin de représenter différentes conditions climatiques simulées par le schéma de carbone de sol et d'économiser le coût calculatoire de l'analyse. L'analyse de sensibilité a démontré que certains paramètres du schéma de carbone de sol ne contribuent pas à la variance des simulations du carbone organique de sol et de la respiration du sol. Ce résultat a permis de réduire la dimensionnalité du problème d'optimisation. Ensuite, quatre scénarios d'optimisation ont été élaborés sur la base de l'analyse de sensibilité, chacun utilisant un ensemble de paramètres. Deux fonctions coûts ont été utilisées pour l'optimisation de chacun des scénarios. L'optimisation a également démontré que la fonction coût utilisée avait un impact sur les ensembles de paramètres optimisés. Les ensembles de paramètres obtenus à partir des différents scénarios et fonctions coûts ont été comparés à des ensembles de données indépendants et à des estimations globales du carbone organique de sol à l'aide de métrique tel la racine de l'erreur quadratique moyenne et le bias, afin d'évaluer l'effet des ensembles de paramètres sur les simulations effectuées par le schéma de carbone de sol. Un ensemble de paramètres a surpassé les autres ensembles de paramètres optimisés ainsi que le paramétrage par défaut du modèle. Ce résultat a indiqué que la structure d'optimisation était en mesure de produire un ensemble de paramètres qui simulait des valeurs de carbone organique de sol et de respiration du sol qui étaient plus près des valeurs observées que le modèle CLASSIC par défaut, améliorant la représentation de la dynamique du carbone du sol. Cet ensemble de paramètres optimisés a ensuite été utilisé pour effectuer des simulations futures (2015-2100) de la dynamique du carbone organique de sol afin d'évaluer son impact sur les projections de CLASSIC. Les simulations futures ont montré que l'ensemble de paramètres optimisés simulait une quantité de carbone organique de sol 62 % plus élevée que l'ensemble de paramètres par défaut tout en simulant des flux de respiration du sol similaires. Les simulations futures ont également montré que les ensembles de paramètres optimisés et par défaut prévoyaient que le réservoir de carbone organique de sol demeurerait un puits de carbone net d'ici 2100 avec des sources nettes régionales. Cette étude a amélioré globalement la représentation de la dynamique du carbone organique de sol dans le schéma de carbone de sol de CLASSIC en fournissant un ensemble de paramètres optimisés. Cet ensemble de paramètres devrait permettre d'améliorer notre compréhension de la dynamique du carbone du sol. / The soil carbon pool is a vital component of the global carbon cycle and, therefore, the climate system. Soil organic carbon (SOC) is the largest carbon pool in terrestrial ecosystems. This pool stores a large quantity of carbon that plants have removed from the atmosphere through photosynthesis. Because of this, soils are considered a viable climate change mitigation strategy to lower the global atmospheric CO2 concentration that is presently being driven higher by anthropogenic fossil CO2 emissions. Despite its importance, there are still considerable uncertainties around the size of the global SOC pool and its response to changing climate. Terrestrial biosphere models (TBM) simulate the biogeochemical processes within ecosystems and are critical tools to quantify and study SOC dynamics. These models can also simulate the future behavior of SOC if carefully applied and given the proper meteorological forcings. However, TBM predictions of SOC dynamics have high uncertainties due in part to equifinality. To improve our understanding of SOC dynamics, this research optimized the parameters of the soil carbon scheme contained within the Canadian Land Surface Scheme Including Biogeochemical Cycles (CLASSIC), to better represent SOC dynamics. A global sensitivity analysis was performed to identify which of the 16 parameters of the soil carbon scheme did not affect simulated SOC stocks and soil respiration (Rsoil). The sensitivity analysis used observations from three eddy covariance sites for computational efficiency and to encapsulate the climate represented by the global soil carbon scheme. The sensitivity analysis revealed that some parameters of the soil carbon scheme did not contribute to the variance of simulated SOC and Rsoil. These parameters were excluded from the optimization which helped reduce the dimensionality of the optimization problem. Then, four optimization scenarios were created based on the sensitivity analysis, each using a different set of parameters to assess the impact the number of parameters included had on the optimization. Two different loss functions were used in the optimization to assess the impact of accounting for observational error. Comparing the optimal parameters between the optimizations performed using the different loss functions showed that the loss functions impacted the optimized parameter sets. To determine which optimized parameter set obtained by each loss function was most skillful, they were compared to independent data sets and global estimates of SOC, which were not used in the optimization using comparison metrics based on root-mean-square-deviation and bias. This study generated an optimal parameter set that outperformed the default parameterization of the model. This optimal parameter set was then applied in future simulations of SOC dynamics to assess its impact upon CLASSIC's future projections. These future simulations showed that the optimal parameter set simulated future global SOC content 62 % higher than the default parameter set while simulating similar Rsoil fluxes. The future simulations also showed that both the optimized and default parameter sets projected that the SOC pool would be a net sink by 2100 with regional net sources, notably tropical regions.