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

Les molécules aromatiques protonées jouent un rôle important dans les réactions de substitution électrophile aromatique, et dans différents processus biologiques. Ces molécules sont présentes aussi dans d'autres milieux tels que les flammes de combustion, les plasmas de divers hydrocarbures, les ionosphères planétaires (Titan) et le milieu interstellaire. Les molécules protonées sont très stables car elles ont des couches électroniques complètes mais elles sont en général très sensibles à leur environnement local car elles sont chargées : une étude en phase gazeuse est nécessaire pour déterminer leurs propriétés intrinsèques. Jusqu'à présent, très peu de chose était connu sur les molécules protonées isolées en phase gazeuse, seulement quelques résultats étaient disponibles. Ce manque de données venait de la difficulté de générer des molécules protonées en phase gazeuse et surtout de les produire à basse température (la protonation est une réaction exothermique). Récemment, des progrès ont permis d'étudier les molécules protonées en phase gazeuse à très basse température, en particulier par le développement des sources ioniques couplées avec des techniques d'expansion de jet supersonique. Grâce à cette technique on a enregistré le spectre photo fragmentation de l'état fondamental vers le premier état excité (S1←S0) de différentes molécules aromatiques protonées en phase gazeuse. Les molécules que nous avons étudiées peuvent être regroupées en quatre familles : Les molécules polycycliques aromatiques protonées linéaires (benzène, naphtalène, anthracène, tétracène, pentacène). Les molécules polycycliques aromatiques protonées non linéaires (fluorène, phénanthrène, pyrène). Les molécules protonées contenant un hétéro atome (benzaldéhyde, salicylaldéhyde, 1-naphthol et 2-naphthol, indole, aniline). Les agrégats protonés (dimère de benzène, naphtalène (H2O)n, n=1,2,3. naphtalène (NH3)n, n=1,2,3, benzaldéhyde (Ar , N2)). Dans les spectres enregistrés presque toutes les transitions électroniques S1←S0 sont décalées vers le rouge (basse énergie) par rapport à celui des molécules parentes neutres. Ce décalage est dû au caractère transfert de charge du premier état excité. Certains spectres sont résolus vibrationnellement, alors que pour d'autres molécules le spectre ne présente pas de progression vibrationnelle à cause d'un dynamique très rapide de l'état excité menant par des intersections coniques à l'état fondamental. Les spectres d'absorption des molécules protonées sont plus riches en vibrations par comparaison avec les molécules neutre. Cela reflète le changement relativement important de géométrie de l'état excité dû à son caractère transfert de charge. Les résultats expérimentaux ont été complétés par des calculs ab-initio qui ont permis de localiser la transition électronique, déterminer la structure géométrique et électronique, les modes de vibration et, pour certaines de ces molécules, la dynamique de l'état excité. Les calculs sont en général en très bon accord avec les expériences.

L'étude des espaces-temps plats singuliers munis d'une surface de Cauchy polyédrale est motivée par leur rôle de model jouet de gravité quantique proposé par Deser, Jackiw et 'T Hooft. Cette thèse porte sur les paramétrisations de certaines classes d'espaces-temps plat singuliers : les espaces-temps plats avec particules massives et BTZ Cauchy-compacts maximaux. Deux paramétrisations sont proposées, l'une reposant sur une extension du théorème de Mess aux espaces-temps plats avec BTZ et la surface de Penner-Epstein, l'autre reposant sur une généralisation du théorème d'Alexandrov aux espaces-temps plats avec particules massives et BTZ. Ce travail propose également une amorce de cadre théorique permettant de considérer des espaces-temps singuliers plus généraux. / The study of singular flat spacetimes with polyhedral Cauchy-surfaces is motivated by the quantum gravity toy model role they play in the seminal work of Deser, Jackiw and 'T Hooft. This thesis study parametrisations of classes of singular flat spacetimes : Cauchy-compact maximal flat spacetimes with massive and BTZ-like singularities. Two parametrisations are constructed. The first is based on an extension of Mess theorem to flat spacetimes with BTZ and Penner-Epstein convex hull construction. The second is based on a generalisation of Alexandrov polyhedron theorem to radiant Cauchy-compact flat spacetimes with massive and BTZ-like singularities. This work also initiate a wider theoretical background that encompass singular spacetimes.

Les ``C-arm'' sont des systémes de radiologie interventionnelle fréquemment utilisés en salle d'opération ou au lit du patient. Des images 3D des structures anatomiques internes peuvent être calculées à partir de multiples radiographies acquises sur un ``C-arm mobile'' et isocentrique décrivant une trajectoire généralement circulaire autour du patient. Pour cela, la géométrie conique d'acquisition de chaque radiographie doit être précisément connue. Malheureusement, les C-arm se déforment en général au cours de la trajectoire. De plus leur motorisation engendre des oscillations non reproductibles. Ils doivent donc être calibrés au cours de l'acquisition. Ma thèse concerne la calibration intrinsèque d'un C-arm à partir de la détection de la projection du collimateur de la source dans les radiographies.Nous avons développé une méthode de détection de la projection des bords linéaires du collimateur. Elle surpasse les méthodes classiques comme le filtre de Canny sur données simulées ou réelles. La précision que nous obtenons sur l'angle et la position (phi,s) des droites est de l'ordre de: phi{RMS}=+/- 0.0045 degrees et s{RMS}=+/- 1.67 pixels. Nous avons évalué nos méthodes et les avons comparés à des méthodes classiques de calibration dans le cadre de la reconstruction 3D. / Mobile isocentric x-ray C-arm systems are an imaging tool used during a variety of interventional and image guided procedures. Three-dimensional images can be produced from multiple projection images of a patient or object as the C-arm rotates around the isocenter provided the C-arm geometry is known. Due to gravity affects and mechanical instabilities the C-arm source and detector geometry undergo significant non-ideal and possibly non reproducible deformation which requires a process of geometric calibration. This research investigates the use of the projection of the slightly closed x-ray tube collimator edges in the image field of view to provide the online intrinsic calibration of C-arm systems.A method of thick straight edge detection has been developed which outperforms the commonly used Canny filter edge detection technique in both simulation and real data investigations. This edge detection technique has exhibited excellent precision in detection of the edge angles and positions, (phi,s), in the presence of simulated C-arm deformation and image noise: phi{RMS} = +/- 0.0045 degrees and s{RMS} = +/- 1.67 pixels. Following this, the C-arm intrinsic calibration, by means of accurate edge detection, has been evaluated in the framework of 3D image reconstruction.

Évaluer quantitativement les mouvements d'un patient lors d'un traitement par radiothérapie est un enjeu majeur. En effet, ces mouvements et ces déformations anatomiques induisent une incertitude balistique conduisant les thérapeutes à augmenter les marges de sécurité, ce qui peut empêcher de délivrer une dose suffisante à la région tumorale. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'estimation de ces mouvements dans les images obtenues juste avant le traitement par le scanner à faisceau conique. Pour cela, nous avons utilisé des algorithmes de recalage déformable. Dans un premier temps, nous avons cherché à améliorer la modélisation du mouvement respiratoire. Pour cela, nous nous sommes basés sur un modèle utilisant une segmentation de l'intérieur de la cage thoracique afin d'autoriser le glissement des organes internes contre cette dernière, tout en préservant un champ de déformation cohérent. La segmentation de l'intérieur de la cage thoracique est effectuée automatiquement par un algorithme qui prend en paramètres une segmentation des poumons et de la cage thoracique. Les algorithmes permettant de segmenter ces deux régions se sont avérés peu robustes, ce qui nous a poussé à les améliorer. Une fois ces structures bien segmentées, le modèle de transformation souffre d'un inconvénient majeur empêchant son utilisation dans un algorithme de recalage entre des projections 2D et une image 3D. En effet, il nécessite une segmentation 3D de l'intérieur de la cage thoracique dans les 2 images à recaler, ce qui est impossible à obtenir pour la série de projections 2D. Le modèle proposé dans cette thèse permet de contraindre les déformations à représenter des mouvements physiologiquement plausibles, tout en ne nécessitant qu'une seule segmentation de l'image 3D. Dans un deuxième temps, nous avons implémenté un algorithme de recalage 2D/3D utilisant le modèle de déformation proposé afin d'extraire le mouvement respiratoire des projections 2D de l'imageur à faisceau conique. Cet algorithme a été testé sur des images simulées dont les déformations étaient connues. Les résultats étant concluants, nous avons utilisé un algorithme de reconstruction compensée en mouvement dans le but de produire des images 3D sans flou respiratoire sur des données réelles. L'approche proposée permet d'obtenir une connaissance approfondie de l'anatomie du patient et de son mouvement respiratoire le jour du traitement, ce qui ouvre de nouvelles perspectives comme l'adaptation journalière du traitement, le calcul de dose prenant en compte le mouvement respiratoire et la re-planification de traitement. Cette approche de recalage entre une image 3D et des projections 2D est généralisable à d'autres mouvements et d'autres régions anatomiques. / Motion estimation is a challenge in radiotherapy. It requires security margins to account for the incertitude on the tumor position. In this thesis, we address the problem of estimating the motion directly in the treatment room using the cone-beam projections. Firstly, we proposed a new breathing motion model that takes into account the sliding discontinuity between the rib-cage and the lungs. This method uses a segmentation of the inner part of the rib-cage which is obtained by an algorithm that requires the segmentation of the lungs and the rib-cage. The algorithms segmenting these parts were not robust enough and we proposed methods to improve their robustness. Compared to previous methods using this mask, our motion model is more robust to segmentation inconsistencies because it only requires a single mask instead of two consistent masks. Moreover, in case of 2D/3D registration, the computation of the second mask is usually not possible. The proposed model restricts the transformation to physically plausible motions and rely on a single segmentation. Secondly, we proposed a 2D/3D registration algorithm that uses our breathing model to extract motion from the cone-beam projections obtained just before the treatment. This algorithm was tested on simulated data. Then, we applied it to real data to reconstruct motion compensated images to remove motion blur from cone-beam CT. The proposed approach gives access to the patient motion just before the treatment, which can be used to daily adapt the treatment or to compute 4D dose maps. This approach can be used for other motions in other anatomic regions.

La Tomographie Volumique à Faisceau Conique (TVFC) est une technologie d’imagerie tridimensionnelle très pertinente à utiliser en odontologie. Notre travail a pour objectifs de montrer ses intérêts et les applications spécifiques en endodontie. Après avoir redéfini les conséquences délétères possibles per et post opératoires des traitements endodontiques et expliqué les principes de la TVFC, nous explorons dans un premier temps les effets de la préparation canalaire in vitro à l’aide de la microtomographie à haute résolution puis, dans un second temps, la problématique et les intérêts de la création de reconstructions tridimensionnelles fiables et précises. Cette dernière partie aborde les notions de traitement des images issues de TVFC avant d’expliquer la démarche adoptée pour élaborer une classification tridimensionnelle des lésions inflammatoires périapicales d’origine endodontique sous formes numérique et physique. / Cone Beam Computerized Tomography (CBCT) is a highly relevant three-dimensional imaging technology for use in dentistry. Our work aims to show its interests and specific applications in endodontics. After having redefined the possible deleterious per and post-operative consequences of endodontic treatments and explained the principles of CBCT, we first explore the effects of in vitro canal preparation, using high resolution microtomography and then, in a second time, the problematic and the interests of the creation of reliable and precise three-dimensional reconstructions. This last part deals with the notions of CBCT image processing before explaining the approach adopted to develop a three-dimensional classification of endodontic periapical lesions in digital and physical form.

Les travaux présentés dans cette thèse peuvent être divisés en deux parties. Dans une première partie, nous avons étudié le processus de photoisomérisation dans plusieurs systèmes. Une analyse de structure électronique accompagnée d’un calcul préliminaire de dynamique semi-classique ont été appliqué à un modèle minimal du rétinal afin d’extraire les degrés de libertés les plus importants lors de l’isomérisation. Cela dans le but de construire des surfaces d’énergie potentielle diabatiques pour effectuer une étude de dynamique quantique. Une approche de type dynamique semi-classique a été appliquée à un modèle de moteur moléculaire dans le but d’étudier l’origine de l’uni-directionalité de sa rotation. Finalement, une étude de structure électronique d’un complexe de Rhénium contenant un ligand de type rétinal a été effectué pour étudier l’influence du métal sur la spectroscopie du ligand rétinal. Dans une deuxième partie nous nous sommes intéressés à l’étude des croisements intersystème dans un complexe de Rhénium. Afin de pouvoir apporter une explication à un comportement contrintuitif de ce complexe, nous avons développé un Hamiltonien modèle capable de tenir compte des couplages vibroniques interétats et spin-orbit. Cet Hamiltonien a été testé sur ce-dit système, et nous a permis, grâce à une étude de structure électronique de proposer un mécanisme de relaxation différent de celui proposé expérimentalement. / This thesis can be divided in two parts.In the first one, we have studied the photoisomerization process in several systems. An electronic structure analysis mixed with a preliminary semi-classical dynamics investigation has been applied to a minimal model of the retinal chromophore in order to select the most important degrees of freedom involved in the process. The goal of this is to build diabatic potential energy surfaces in order to conduct quantum dynamics simulations. A semi-classical approach has also been applied to a molecular motor model to study the origin of the unidirectionality of its rotary motion. Finally, an electronic structure of a rhenium complex with a retinal-like ligand has been performed to study the effect of the coordination to a metallic atom on the spectroscopy of the retinal ligand. In the second part, we have investigated the intersystem crossings in a rhenium complex. In order to bring an explanation to an experimentally observed conterintuitive behavior of this complex, we have developed a model Hamiltonian that includes both interstate vibronic coupling and spin-orbit coupling. This Hamiltonian has been tested on the said complex and, in complement to an electronic structure study, allowed us to formulate a decay mechanism different from the one proposed based on experiments.

La boîte de transmission principale (BTP) est une des principales sources dubruit perçu dans les cabines d’hélicoptères et pénalise fortement le confort acoustique deséquipages et passagers. Afin de réduire l’impact de cette source, les phénomènes acoustiqueset vibratoires mis en jeu par les boîtes de transmission à engrenages doivent être compris etsimulés durant les phases de développement. De cette façon, le comportementvibroacoustique des BTP pourra être amélioré dès la conception, réduisant ainsi le coût, lamasse et les difficultés d’intégration des solutions d’insonorisation. Ce travail présente lesBTP d’hélicoptères ainsi que le bruit qu’elles génèrent. Il présente également nosdéveloppements concernant la modélisation du comportement dynamique des BTP afin d’encalculer le bruit. Nous avons développé un code éléments finis permettant d’effectuer desétudes paramétriques afin d’ajuster le design des boîtes de transmission lors des phases dedéveloppement. Notre modèle est capable de calculer les efforts dynamiques aux paliers detransmissions composées de plusieurs engrenages cylindriques et spiro-coniques. Enfin, nousanalysons des mesures acoustiques et vibratoires effectuées autour de deux BTP pourplusieurs conditions de couple et vitesse. Ces mesures nous permettent de mieux comprendrele comportement vibroacoustique des BTP et de confirmer certaines tendances observées avecnotre modèle / Main gearbox (MGB) is one of the main noise sources in helicopter cabinsand it strongly penalizes acoustic comfort of crews and passengers. In order to reduce theimpact of this source, acoustic and vibration mechanisms of gearboxes have to be understoodand simulated during the development phases. By this way, MGB vibroacoustic behaviourcould be improved by design, thus reducing cost, additional weight and integration difficultiesof sound-proofing solutions. This work presents helicopters MGB and the noise they generate.It also presents our developments regarding the modelling of MGB dynamic behaviour fornoise computation. We have developed a finite elements code allowing to conduct parametricstudies to tune the gearboxes design in early development phases. Our model is able tocompute dynamic loads on bearings of any transmission composed of several cylindrical andspiral bevel gears. At last, we analyse acoustic and vibration measurements done around twoMGB for several conditions of torque and speed. These measurements allow to betterunderstand MGB vibroacoustic behaviour and to confirm some trends observed with ourmodel

Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la conception des lignes de désassemblageen contexte incertain. Une ligne de désassemblage consiste en unesuccession de postes de travail où les tâches sont exécutées séquentiellement au niveau de chaque poste. La conception d'un tel système, de revalorisationdes produits en fin de vie, peut être ramenée à un problème d'optimisation combinatoire.Ce dernier cherche à obtenir une configuration permettant d'optimiser certains objectifs enrespectant des contraintes techniques, économiques et écologiques.Dans un premier temps, nous décrivons les activités principales de la revalorisation des produitsen fin de vie, en particulier le désassemblage. Puis, après présentation des travaux de la littératureportant sur la prise en compte des incertitudes des durées opératoires lors de la conception des lignesde production, nous nous focalisons sur l'étude des incertitudes des durées opératoires des tâches de désassemblage.Ainsi, nous présentons trois modélisations principales avec leurs approches de résolution.La première s'intéresse à la minimisation des arrêts de la ligne causés par les incertitudes des durées des opérationsde désassemblage. La deuxième cherche à garantir un niveau opérationnel de la ligne lié à sa cadence de fonctionnement.Le but de la troisième modélisation est l'intégration des problématiques de conception des ligneset de séquencement des tâches de désassemblage. Enfin, les performances des méthodes de résolutionproposées sont présentées en analysant les résultats d'optimisation sur un ensemble d'instances de taille industrielle. / This thesis is dedicated to the problem of disassembly line design in uncertain context. A disassembly linecan be represented as a succession of workstations where tasks are performed sequentially at each workstation.The design of such a product recovery system can be reduced to a combinatorial optimization problem which seeksa line configuration that optimizes certain objectives under technical, economical and environmental constraints.We begin by describing the principal product recovery activities especially disassembly. Then, after a literaturereview on the design of production lines under uncertainty of task processing times, we focus our study on the consideration of the disassembly task time uncertainties. Hence, we present three main models as well as the associatedsolution approaches. The first one is interested in minimizing the line stoppages caused by the task processing timeuncertainties. The second one seeks to guarantee an operational level closely related with the line speed. The goal of thethird model is to integrate the line design and sequencing problems. At last, the performances of the proposed solutionapproaches are presented by analyzing the optimization results on a set of instances of industrial size.

Nous donnons un mécanisme de type Calderón-Zygmund concernant la théorie de l’extrapolationpour des opérateurs d’intégrale singulière sur les espaces de tentes. Pour des opérateursde régularité maximale sur les espaces de tentes, nous donnons des résultats optimaux enexploitant la structure des opérateurs intégraux de convolution et en utilisant des estimationsde la décroissance hors-diagonale du semi-groupe ou de la famille résolvante sous-jacente.Nous appliquons des techniques précédentes d’analyse harmonique et fonctionnelle pourestimer sur les espaces de tentes certains opérateurs d’intégrale évolutionnelle, nées de l’étudedes problèmes aux limites elliptiques et des systèmes non-autonomes du premier ordre. / We give a Calderón-Zygmund type machinery concerning the extrapolation theory for thesingular integral operators on tent spaces. For maximal regularity operators on tent space, wegive some optimal results by exploiting the structure of convolution integral operators and byusing the off-diagonal decay estimates of the underlying semigroup or resolvent family.We apply the previous harmonic and functional analysis techniques to estimate on tentspaces certain evolutionary integral operators arisen from the study of boundary value ellipticproblems and first order non-autonomous systems.