La dystrophie FacioScapuloHumérale (FSHD), décrite pour la première fois en 1885 par Landouzy Dejerine, est la première dystrophie musculaire de l’adulte en France affectant entre 4000 et 5000 personnes. La destruction progressive des fibres musculaires entraîne une atrophie et une faiblesse musculaires s’aggravant progressivement, avec cependant une grande variabilité intra-familiale du degré des atteintes. Une caractéristique de l’atteinte musculaire est généralement son asymétrie. Les premières manifestations concernent souvent les muscles du visage, les muscles de l’omoplate et des muscles perihuméraux. En progressant la pathologie va toucher d’autres territoires musculaires. Dans environ 10 à 15 % des cas, à un stade évolué, les patients sont contraints d'utiliser un fauteuil roulant. En dépit d’avancées majeures dans la compréhension du locus morbide, les mécanismes exacts responsables des défauts musculaires de la FSHD ne sont toujours pas compris et il n’existe aucune thérapie. Toutefois, il existe de plus en plus de données qui permettent une implication probable du stress oxydant dans cette pathologie. L’hypothèse selon laquelle les réponses antioxydantes sont altérées dans la FSHD s’appuie sur des dérégulations d’enzymes impliqués dans le stress oxydant. Une étude prospective réalisée sur des patients FSHD et des volontaires sains nous a ainsi permis de mettre en évidence une corrélation entre le stress oxydant systémique et musculaire et leurs déficits fonctionnels musculaires. Ces données nous ont conduit à la mise en place d’un essai clinique randomisé, contrôlé, en double aveugle contre placébo, visant à évaluer les effets d’une supplémentation en antioxydants chez 54 patients atteints de FSHD pendant 17 semaines. Cet essai a ainsi permis de montrer une augmentation significative de la force et l’endurance des quadriceps corrélée à une diminution du stress oxydant et une augmentation des défenses antioxydantes chez les patients atteints de FSHD. De nombreuses caractéristiques de la FSHD pourraient être causées et/ou exacerbées par des perturbations de la production des espèces radicalaires ou une réponse non adaptée à cette production. Aussi le premier objectif de ma thèse est de mener une étude comparative des profils d’oxygénation par spectroscopie dans le proche infrarouge de patients atteints de FSHD et sains. Le second objectif est d’évaluer l’effet de la supplémentation en antioxydant sur le volume des quadriceps par IRM et leur qualité musculaire déterminée par le ratio Force/Volume musculaire du quadriceps et d’évaluer les corrélations entre ces variables, la force et le stress oxydant. Les données obtenues ont permis de montrer une réduction de la capacité oxydative lors d’une contraction isométrique volontaire des quadriceps et ont permis d’étudier l’effet de la supplémentation sur les volumes et la qualité musculaire des quadriceps. Ces augmentations sont associées non seulement à une augmentation de la force des quadriceps mais aussi à une diminution du stress oxydant et une augmentation des défenses antioxydantes. L’ensemble de ces données montrent que le stress oxydant pourrait jouer un rôle important dans la FSHD et qu’une approche antioxydante semble adaptée à cette pathologie. Des analyses plus fines sur l’action des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et leurs sources pourraient contribuer à une meilleure compréhension des bases physiopathologiques de la FSHD. / Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD), first described in 1885 by Landouzy Dejerine, is the most common inherited skeletal muscle disease of adult life affecting 4000 to 5000 persons in France. Progressive evolution of the disease leads to progressive weakness and atrophy of muscle fibers associated to a wide variability. The pattern of muscle weakness is often asymmetrical and the rate and extent of progression may vary considerably with sudden periods of unexplained rapid disease progression. This muscle disorder is characterized by progressive muscle weakness, beginning with facial muscles and the shoulder girdle, followed by the pelvic girdle and the muscles of the lower extremities. In 10 to 15% of cases, patients need to use a wheelchair. Despite major progress in the understanding of the genetic basis of FSHD, the exact mechanisms that lead to FSHD defects are not completely understood and no curative treatment is available. However, there is growing evidence that oxidative stress may contribute to FSHD pathology. The hypothesis that oxidative stress responses might be specifically altered in FSHD is supported by the deregulation of enzymes involved in oxidative stress.A prospective study realized with FSHD patients and healthy subjects unrevealed the correlation between systemic and muscular oxidative stress and functional muscle defects. Based on these data, we organized a randomized, double-blind, placebo-controlled pilot clinical trial in order to evaluate the effects of 17 weeks antioxidant supplementation in 54 FSHD patients. This clinical trial demonstrates a significant increase in muscle force and quadriceps endurance correlated to a decrease in oxidative stress and an increase in antioxidant defense in FSHD patientsFurthermore, many FSHD features may be caused or exacerbated by perturbations in the production of free radicals or inappropriate response to such stressors. Therefore the first objective was planned to investigate muscle oxygenation patterns during and after a MVCQ by near-infrared diffuse optical spectroscopy (NIRS). The second objective is to evaluate the effect of antioxidant supplementation on quadriceps volumes by IRM and determine the muscle quality using Strength/ Volume ratio of quadriceps muscles and correlate this variables with force and oxidative stress parameters.The major findings of this study show a significant decrease in oxidative capacity during voluntary isometric contraction in quadriceps and demonstrate the effect of supplementation on muscle volume and quality. Indeed, vitamin E, vitamin C, zinc and selenium supplementation improves muscle volume and quality of both quadriceps by enhancing the antioxidant defences and reducing oxidative stress.This increase are associated to increase in strength and decrease in oxidative stress and increase in antioxidant defences. Taken together, we show that oxidative stress plays an important role in FSHD and that an anti-oxidant strategy adapted to the FSHD-specific “oxidative stress” may be a relevant therapeutic approach for these patients. Further analyses of ROS production and sources could contribute to a better understanding of the pathophysiological mechanisms implicated in FSHD.

Les verres métalliques sont des matériaux récents (≈ 50 ans), obtenus par refroidissement rapide d'un alliage en fusion. La structure amorphe de ces matériaux leur confère des propriétés particulières : une très grande résistance mécanique (limite à la rupture de l'ordre de 1,7 GPa pour des alliages base Zr), une déformation élastique de l'ordre de 2% mais pas ou peu de ductilité. Les compositions pouvant être élaborées à l’état amorphe, et, sous forme massive, sont en nombre limité. Le travail présenté dans ce manuscrit démontre la possibilité de consolider par frittage SPS (Spark Plasma Sintering), des poudres amorphes obtenues par atomisation (Фmoy.≈70 μm), tout en conservant majoritairement le caractère amorphe. L’optimisation de ce protocole, avec la composition Zr57Cu20Al10Ni8Ti5, a permis de retrouver le même comportement mécanique qu’un verre massif monolithe. Une cristallisation partielle du matériau se produit cependant aux points de contact des particules, mais pourrait être réduite en poursuivant le modèle de frittage esquissé dans ce manuscrit. Aux vues de ces résultats, la conception de nouvelles compositions, et leur élaboration sous forme de rubans, ont été menées. La caractérisation par nano-indentation permet d’estimer de manière fiable les propriétés mécaniques de ces alliages. Enfin, une nouvelle méthode d’évaluation du volume d’activation, qui est le volume élémentaire cisaillé initiant la déformation plastique, est présentée. Il s’agit de l’analyse statistique d’essais de pseudo-fluage en nano-indentation, réalisés à température ambiante. En conclusion, ce travail propose de nouvelles perspectives d’élaboration de verre métalliques sous forme massive dans une gamme de composition bien plus large / The metallic glasses are relatively new materials (≈ 50 years), produced by quenching a molten alloy. The amorphous structure of these materials gives them unique properties: very high strength (fracture stress is about 1.7 GPa for Zr based alloys), an elastic deformation reaching 2%, but little or no ductility. The compositions, which could produce both amorphous and bulk samples, are limited. The work, detailed in this manuscript, shows the possibility of sintering using SPS (Spark Plasma Sintering) amorphous powders obtained by atomization (Фaverage ≈ 70 microns). The result is a fully densified and near fully amorphous sample. The optimization of this technique, with the composition Zr57Cu20Al10Ni8Ti5, gave samples for which mechanical behaviour is close to the bulk metallic glass behaviour. However, partial crystallization of the material occurs, localized at the contact points of particles, but could be reduced by deepening the sintering model outlined in this manuscript. In view of these results, new compositions are designed, and the production of ribbons was conducted. The characterization by nano-indentation estimates reliably the mechanical properties of these alloys. Finally, a new method, evaluating the activation volume, which is the elementary volume initiating plastic deformation, is presented. This technique is a statistical analysis of pseudo-creep tests performed by nano-indentation, at room temperature. In conclusion, this work opens new perspectives to develop bulk samples in broad range of compositions

Blood flow distribution during forced and voluntary diving in ducks, and the energetic cost of diving was investigated. It has been suggested that in order for the leg muscles to generate enough power for ducks to dive, blood flow to those tissues must be maintained. A technique to determine blood flow distribution which could be used during voluntary diving was first developed and tested during forced laboratory dives of ducks. This technique was then used to determine the blood flow distribution during voluntary diving. Regional blood flow distribution was visualized by utilizing a radioactive tracer technique (macro aggregated albumin labelled with ⁹⁹ⅿ technetium). The tracer when injected into an animal is trapped and held by capillaries. During forced dives in dabbling (Anas platyrhynchos) and diving (Aythya affinis) ducks the blood flow distribution was found to be restricted to the thoracic and head areas. Whereas during a voluntary dive in A. affinis blood flow distribution was shown to be preferentially directed towards three tissue areas, the heart, brain, and active leg muscles. The work required to dive was determined from the measurement of subsurface drag forces and buoyancy in A. affinis. Subsurface drag increased as a nonlinear function of swimming velocity. At a velocity of 1 m•s⁻¹, the drag force was approximately 1.067 N. The average measured buoyant force of 11 ducks was 0.953 N. The calculated mechanical work done by ducks during a 14.4 s unrestrained dive was 9.34 J. The power output during voluntary was estimated to be 0.751 W (0.0374 ml 0₂•s⁻¹). During diving buoyancy is clearly the dominant force (8.8 J) against which ducks have to work while drag (0.54 J) adds little (~6%) to the energetic cost of diving. / Science, Faculty of / Zoology, Department of / Graduate

L'importance de mesurer les paramètres biophysiques de la forêt pour la surveillance de la santé des écosystèmes et la gestion forestière encourage les chercheurs à trouver des méthodes précises et à faible coût en particulier sur les zones étendues et montagneuses. Dans la présente étude, le lidar satellitaire GLAS embarqué à bord du satellite ICESat (Ice Cloud and land Elevation Satellite) a été utilisé pour estimer trois caractéristiques biophysiques des forêts situées dans le nord de l'Iran:1) hauteur maximale de la canopée (Hmax),2)hauteur de Lorey (HLorey), et 3)le volume du bois (V). Des régressions linéaires multiples (RLM), des modèles basés sur les Forêts Aléatoires (FA : Random Forest) et aussi des réseaux de neurones (ANN) ont été développés à l'aide de deux ensembles différents de variables incluant des métriques obtenues à partir des formes d’onde GLAS et des composantes principales (CP) produites à partir de l'analyse en composantes principales (ACP) des données GLAS. Pour valider et comparer les modèles, des critères statistiques ont été calculées sur la base d'une validation croisée. Le meilleur modèle pour l’estimation de la hauteur maximale a été obtenu avec une régression RLM (RMSE=5.0m) qui combine deux métriques extraites des formes d'onde GLAS (H50, Wext), et un paramètre issu du modèle numérique d'élévation (Indice de relief TI). L'erreur moyenne absolue en pourcentage (MAPE) sur les estimations de la hauteur maximale est de 16.4%. Pour la hauteur de Lorey, un modèle basé sur les réseaux de neurones et utilisant des CPs et le Wext fournit le meilleur résultat avec RMSE=3.4m et MAPE=12.3%. Afin d'estimer le volume du bois, deux approches ont été utilisées:(1)estimation du volume à l'aide d’une relation volume-hauteur avec une hauteur estimée à partir de données GLAS et (2)estimation du volume du bois directement à partir des données GLAS en développant des régressions entre le volume in situ et les métriques GLAS. Le résultat de la première approche (RMSE=116.3m3/ha) était légèrement meilleur que ceux obtenus avec la seconde approche. Par exemple, le réseau de neurones basé sur les PCs donnait un RMSE de 119.9m3/ha mais avec des meilleurs résultats que l’approche basée sur la relation volume-hauteur pour les faibles (<10m3/ha) et les forts (>800m3/ha) volumes. Au total, l'erreur relative sur le volume de bois est estimée à environ 26%. En général, les modèles RLM et ANN avaient des meilleures performances par rapport aux modèles de FA. En outre, la précision sur l’estimation de la hauteur à l'aide de métriques issues des formes d'onde GLAS est meilleure que celles basées sur les CPs.Compte tenu des bons résultats obtenus avec les modèles de hauteur GLAS, la production de la carte des hauteurs d’étude par une utilisation combinée de données de télédétection lidar, radar et optique et de données environnementales a été effectuée à l’intérieur de notre zone. Ainsi, des régressions RLM et FA ont été construites entre toutes les hauteurs dérivées des données GLAS, à l'intérieur de la zone d'étude, et les indices extraits des données de télédétection et des paramètres environnementaux. Les meilleurs modèles entrainés pour estimer Hmax (RMSE=7.4m et R_a^2=0.52) et HLorey (RMSE=5.5m et R_a^2=0.59) ont été utilisées pour produire les cartes de hauteurs. La comparaison des Hmax de la carte obtenue avec les valeurs de Hmax in situ à l'endroit de 32 parcelles produit un RMSE de 5.3m et un R2 de 0.71. Une telle comparaison pour HLorey conduit à un RMSE de 4.3m et un R2 de 0.50. Une méthode de régression-krigeage a également été utilisée pour produire une carte des hauteurs en considérant la corrélation spatiale entre les hauteurs. Cette approche, testée dans le but d'améliorer la précision de la carte de la hauteur du couvert fournie par la méthode non-spatiale, a échouée due à l'hétérogénéité de la zone d'étude en termes de la structure forestière et de la topographie. / The importance of measuring forest biophysical parameters for ecosystem health monitoring and forest management encourages researchers to find precise, yet low-cost methods especially in mountainous and large areas. In the present study Geoscience Laser Altimeter System (GLAS) on board ICESat (Ice Cloud and land Elevation Satellite) was used to estimate three biophysical characteristics of forests located in the north of Iran: 1) maximum canopy height (Hmax), 2) Lorey’s height (HLorey), and 3) Forest volume (V). A large number of Multiple Linear Regressions (MLR), Random Forest (RF) and also Artificial Neural Network regressions were developed using two different sets of variables including waveform metrics and Principal Components (PCs) produced from Principal Component Analysis (PCA). To validate and compare models, statistical criteria were calculated based on a five-fold cross validation. Best model concerning the maximum height was an MLR (RMSE=5.0m) which combined two metrics extracted from waveforms (waveform extent "Wext" and height at 50% of waveform energy "H50"), and one from Digital Elevation Model (Terrain Index: TI). The mean absolute percentage error (MAPE) of maximum height estimates was 16.4%. For Lorey’s height, an ANN model using PCs and waveform extent “Wext” outperformed other models (RMSE=3.4m, MAPE=12.3%). In order to estimate forest volume, two approaches was employed: First, estimating volume using volume-height relationship while height is GLAS estimated height; Second, estimation of forest volume directly from GLAS data by developing regressions between in situ volume and GLAS metrics. The result from first approach (116.3m3/ha) was slightly better than the result obtained by the second approach that is a PCs-based ANN model (119.9 m3/ha). But the ANN model performed better in very low (<10 m3/ha) and very high (> 800 m3/ha) volume stands. In total, the relative error of estimated forest volume was about 26%. Generally, MLR and ANN models had better performance when compared to the RF models. In addition, the accuracy of height estimations using waveform metrics was better than those based on PCs.Given the suitable results of GLAS height models (maximum and Lorey’s heights), production of wall to wall height maps from synergy of remote sensing (GLAS, PALSAR, SPOT5 and Landsat-TM) and environmental data (slope, aspect, classified elevation map and also geological map) was taken under consideration. Thus, MLR and RF regressions were built between all GLAS derived heights, inside of the study area, and indices extracted from mentioned remotely sensed and environmental data. The best resulted models for Hmax (RMSE=7.4m and R_a^2=0.52) and HLorey (RMSE=5.5m and R_a^2=0.59) were used to produce a wall to wall maximum canopy height and Lorey’ height maps. Comparison of Hmax extracted from the resulted Hmax map with true height values at the location of 32 in situ plots produced an RMSE and R2 of 5.3m and 0.71, respectively. Such a comparison for HLorey led to an RMSE and R2 of 4.3m and 0.50, respectively. Regression-kriging method was also used to produce canopy height map with considering spatial correlation between canopy heights. This approach, with the aim of improving the precision of canopy height map provided from non-spatial method, was unsuccessful which could be due to the heterogeneity of the study area in case of forest structure and topography.

A água doce é um recurso mineral finito e essencial para sustentar a vida na terra. Para um bom gerenciamento dos recursos hídricos em uma bacia hidrográfica é importante que se conheça a curva Cota-Área-Volume (CAV) dos reservatórios. Concessionárias de energia e empresas públicas se pautam nesta relação em suas tomadas de decisões considerando os usos múltiplos que os reservatórios apresentam atualmente. Devido ao processo de assoreamento que o reservatório apresenta, é necessário que esta relação seja atualizada com certa frequência, tendo como base os levantamentos batimétricos atualizados. Entretanto, quanto maior o espaçamento entre as seções batimétricas maiores são as falhas que a modelagem do terreno apresenta e maiores os erros que as curvas CAV apresentam. Este estudo visa aprimorar os procedimentos realizados para modelagem de dados batimétricos em reservatórios, apresentando o método denominado Inserção de Malha de Pontos (IMP), que gera uma malha de pontos entre as seções levantadas corrigindo os efeitos de borda gerados pelo interpolador TIN. Com o intuito de otimizar e reduzir o tempo de obtenção dos resultados também é apresentada a ferramenta computacional CAV-NH, desenvolvida em linguagem Python, que utiliza a biblioteca do Arcgis 9.3 para realizar a modelagem do terreno e calcular a curva CAV como resultado final. Para a avaliação e validação do método foi realizada uma batimetria detalhada do reservatório do Lobo-SP, com intervalos entre as seções batimétricas de 10 metros, a qual foi comparada com diferentes espaçamentos até o intervalo de 600 metros. O método também foi aplicado aos reservatórios de Bariri e Ibitinga para a verificação de sua eficácia. Para todos os 1830 casos analisados houve uma melhora significativa na precisão, tendo uma redução no erro do volume calculado maior que 50% para o caso do distanciamento de 200 metros entre as seções, para a cota 703 metros. As análises indicam que o método IMP provê uma modelagem mais condizente com o relevo do terreno de fundo, obtendo-se uma maior acurácia e possibilitando a diminuição do trabalho de coleta de dados em campo sem prejudicar o cálculo do volume do reservatório. O CAV-NH foi utilizado em todas as simulações e se mostrou uma ferramenta de fácil utilização, proporcionando uma maior agilidade em todo processo. Conclui-se que o método IMP juntamente com a ferramenta computacional CAV-NH são importantes contribuições para a definição de uma curva Cota-Área-Volume de qualidade, sendo esta de grande importância para sistemas de suporte à decisão e para um bom gerenciamento dos recursos hídricos. / Freshwater is a finite mineral resource and essential for sustaining life on earth. For proper water resource management in the watershed, it is important to know the reservoirs Elevation-Area-Volume (EAV) curve. Energy companies and government agencies use this curve for their decision-making, considering the multiple uses of the reservoirs. Due to the reservoir sedimentation process, it is necessary to update this curve frequently, based on the bathymetric surveys. However, a greater space between transects causes failures in the terrain model and also in the EAV curve. This study aims to improve the procedures used for modeling reservoir survey data, introducing the method called Insertion of Mesh Points (IMP), that generates a mesh of points between transects correcting the edge effects caused by TIN interpolation. In order to optimize and reduce work time for obtaining the results, a computational tool CAV-NH, which was developed in Python language, is also presented. It employs the Arcgis 9.3 library to generate the terrain model and obtain the EAV table. For the evaluation and validation of the method, a detailed bathymetry of the Lobo reservoir was carried out, with 10 meter intervals of survey lines, which was compared with different survey lines spacing up to 600 meters. To verify its effectiveness the method was also applied to Bariri and Ibitinga reservoirs. For all 1830 cases analyzed there was a significant accuracy improvement. For the case of 200 meter line spacing and 703 meters elevation, the error of volume obtained was reduced by more than 50%. The analysis showed that the IMP method provides a terrain model more suited, resulting in greater accuracy and allowing the work reduction of reservoir survey without affecting the volume calculation. The CAV-NH was used in all simulations and proved an easy tool to use, providing greater agility in the whole process. It is concluded that the IMP method and the computational tool CAV-NH are important contributions to achieve a quality relationship of elevation-area-volume.

Este trabalho apresenta uma nova técnica de visualização que aproveita as vantagens do rendering volumétrico direto e do rendering de superfícies em um ambiente híbrido. O método faz uso de uma pré-visualização sobre o bordo do volume que viabiliza uma interação em tempo real com objetos volumétricos modelados por meio de malhas não estruturadas. Além disso, essa nova abordagem de visualização é paralelizável e pode se acelerada com placas gráficas comuns. / This work presents a new visualization technique that exploits the advantages of direct volume rendering and surface rendering in a hybrid environment. The method developed here makes use of a pre-visualization on the volume boundary to enable real time interaction with unstructured volumetric meshes. Furthermore, this new visualization approach can be implemented on existing parallel architectures and speed up by conventional graphical hardware.

Le mécanisme d’homéostasie de taille chez les cellules animales est très peu compris actuellement. Cette question est pourtant d’un intérêt majeur car le maintien de l’homéostasie de taille dans une population de cellules prolifératives doit se faire par une coordination entre la croissance et la division. Chez la levure S. pombe, il a ainsi été montré que la taille est une information cruciale pour déclencher l’entrée en mitose (Fantes, 1977). Chez plusieurs bactéries et les cellules filles de la levure S. cerevisiae au contraire, de récentes études ont au contraire montré que l’homéostasie de taille était le résultat d’une addition constante de volume, indépendamment de la taille initiale des cellules (Campos et al., 2014; Soifer et al., 2016; Taheri-Araghi et al., 2015). Ce mécanisme est appelé « adder » et génère une régression des tailles à la moyenne, génération après génération. Ces résultats ont été possibles grâce au développement de techniques permettant la mesure dynamique du volume à l’échelle de la cellule unique et sur plusieurs générations. Une telle mesure est cependant très difficile chez les cellules de mammifère dont le volume fluctue constamment et qui cyclent sur des temps plus longs (environ 20 heures). Pour cette raison, la plupart des approches proposées sont indirectes (Kafri et al., 2013; Sung et al., 2013; Tzur et al., 2009) ou reposent sur une mesure de la masse plutôt que du volume (Mir et al. 2014; Son et al., 2012). Ensemble, ces études ont montré que les cellules de mammifère croissaient de manière exponentielle. Elles ont aussi remis en cause le modèle traditionnel qui proposait que l’homéostasie de taille reposait sur l’adaptation de la durée du cycle et mis en avant un rôle de la régulation de la vitesse de croissance. Cependant, aucun modèle n’a réellement été proposé ou démontré. La nature et l’existence même d’un mécanisme maintenant l’homéostasie de taille des cellules de mammifère est en fait discutée (Lloyd, 2013).Pour caractériser l’homéostasie de taille des cellules de mammifères, nous avons développé une technique permettant pour la première fois la mesure du volume de ces cellules sur des cycles complets (Cadart et al., 2017; Zlotek-Zlotkiewicz et al. 2015). Nous montrons que plusieurs types cellulaires (HT29, MDCK et HeLa) se comportent d’une manière similaire à celle d’un « adder ». Pour tester davantage cette observation, nous induisons artificiellement des divisions asymétriques en confinant les cellules dans des micro-canaux. Nous observons que les asymétries de tailles sont réduites mais pas complètement corrigées au cours du cycle suivant, à la manière d’un « adder ». Pour comprendre comment la croissance et la progression dans le cycle sont coordonnées et génère cet « adder », nous combinons notre méthode de mesure de volume avec un suivi de la progression dans les différentes phases du cycle. Nous montrons que la durée de la phase G1 est inversement corrélée au volume initial des cellules. Cependant, cette corrélation semble contrainte par une durée minimale de G1 mise en évidence lors de l’étude de cellules artificiellement poussées à atteindre de grandes tailles. Néanmoins, même dans cette condition où la modulation de la durée du cycle est perdue, l’observation du « adder » est maintenue. Ceci suggère un rôle complémentaire de la régulation de la vitesse de croissance des cellules. Nous proposons donc une méthode pour estimer théoriquement la contribution relative de l’adaptation de la vitesse de croissance et de la durée du cycle dans le contrôle de la taille. Nous utilisons cette méthode pour proposer un cadre général où comparer le processus homéostatique des bactéries et de nos cellules. En conclusion, notre travail apporte pour la première fois la démonstration que les cellules de mammifères maintiennent l’homéostasie grâce à un mécanisme similaire au « adder ». Ce mécanisme semble impliquer à la fois une modulation de la durée du cycle et du taux de croissance. / The way proliferating mammalian cells maintain a constant size through generations is still unknown. This question is however central because size homeostasis is thought to occur through the coordination of growth and cell cycle progression. In the yeast S. pombe for example, the trigger for cell division is the reach of a target size (Fantes, 1977). This mechanism is referred to as ‘sizer’. The homeostatic behavior of bacteria and daughter cells of the yeast S. cerevisiae on the contrary was recently characterized as an ‘adder’ where all cells grow by the same absolute amount of volume at each cell cycle. This leads to a passive regression towards the mean generation after generation (Campos et al., 2014; Soifer et al., 2016; Taheri-Araghi et al., 2015). These findings were made possible by the development of new technologies enabling direct and dynamic measurement of volume over full cell cycle trajectories. Such measurement is extremely challenging in mammalian cells whose shape constantly fluctuate over time and cycle over 20 hours long periods. Studies therefore privileged indirect approaches (Kafri et al., 2013; Sung et al., 2013; Tzur et al., 2009) or indirect measurement of cell mass rather than cell volume (Mir et al. 2014; Son et al., 2012). These studies showed that cells overall grew exponentially and challenged the classical view that cell cycle duration was adapted to size and instead proposed a role for growth rate regulation. To date however, no clear model was reached. In fact, the nature and even the existence of the size homeostasis behavior of mammalian cells is still debated (Lloyd, 2013).In order to characterize the homeostatic process of mammalian cells, we developed a technique that enable measuring, for the first time, single cell volume over full cell cycle trajectories (Cadart et al., 2017; Zlotek-Zlotkiewicz et al. 2015). We found that several cell types, HT29, HeLa and MDCK cells behaved in an adder-like manner. To further test the existence of homeostasis, we artificially induced asymmetrical divisions through confinement in micro-channels. We observed that asymmetries of sizes were reduced within the following cell cycle through an ‘adder’-like behavior. To then understand how growth and cell cycle progression were coordinated in way that generates the ‘adder’, we combined our volume measurement method with cell cycle tracking. We showed that G1 phase duration is negatively correlated with initial size. This adaptation is however limited by a minimum duration of G1, unraveled by the study of artificially-induced very large cells. Nevertheless, the adder behavior is maintained even in the absence of time modulation, thus suggesting a complementary growth regulatory mechanism. Finally, we propose a method to estimate theoretically the relative contribution of growth and timing modulation in the overall size control and use this framework to compare our results with that of bacteria. Overall, our work provides the first evidence that proliferating mammalian cells behave in an adder-like manner and suggests that both growth and cell cycle duration are involved in size control.

In this thesis, we present ProxiSART, a flexible proximal framework for robust 3D cone beam tomographic reconstruction based on the Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique (SART). We derive the proximal operator for the SART algorithm and use it for minimizing the data term in a proximal algorithm. We show the flexibility of the framework by plugging in different powerful regularizers, and show its robustness in achieving better reconstruction results in the presence of noise and using fewer projections. We compare our framework to state-of-the-art methods and existing popular software tomography reconstruction packages, on both synthetic and real datasets, and show superior reconstruction quality, especially from noisy data and a small number of projections.

Cette thèse aborde la problématique du calcul d’ombre exact par pixel en temps réel. Ce mémoire propose une nouvelle méthode de rendu d’ombre dure avec une partition de volumes d’ombre : un arbre ternaire basés sur les plans d’ombre des volumes d’ombre de la scène est construit dans un premier temps, avant de l’interroger pour déterminer l’ombrage des pixels de l’image. Une des propriétés intéressantes de cette structure est la prédictibilité de son empreinte mémoire ; contrairement aux méthodes de calcul d’ombre, cette méthode supporte des scènes géométriquement complexes de l’ordre du million de triangles grâce au comportement logarithmique du parcours de la structure vis à vis de la complexité géométrique. / This thesis focuses on exact per pixel hard shadow computation. We propose a new method for rendering hard shadows using a partition of shadow volumes : first, a ternary tree based on the shadow planes of the shadow volumes, and then, it is traversed to determine the shading of each pixel in the image. An interesting property of this structure is the predictability of its memory footprint ; Unlike other geometric shadow methods, our approach supports complex scenes up to a million triangles thanks to the logarithmic behavior of the structure traversal with respect to the geometric complexity.

Intravenous fluid infusion during surgeries is based on clinical practice guidelines. Many factors impact the fluid distribution in the body, mainly the effect of anesthetic gases and surgical stress. Volume kinetics is a method to simulate the distribution and elimination of infusion fluids by considering the dilution of plasma over time. In this work, two volume kinetic models for fluid therapy are described – the single and two-fluid space model. The goal was to estimate five volume kinetic parameters for implementation in a population kinetic model. The method was based on data from an experiment at the University of Texas Medical Branch where the purpose was to examine the effect of the anesthetic gas isoflurane on fluid distribution after a controlled bleeding. In this project, measured hemoglobin concentrations from the experiment were used to determine the plasma dilution over time. Volume kinetic models were constructed by approximating terms in corresponding differential equations. As opposed to the single-fluid space model, the two-fluid space model gave a closer estimation to the experimental data. The two-fluid space model parameters were considered to be suitable for further population kinetic analysis.