Thèse (M.Sc.) -- Université Laval, 1997. / Bibliogr.: f. 66-68. Publié aussi en version électronique.

Cette thèse étudie la modernisation de l’économie irlandaise de 1958 à 1972. À travers une analyse économique, sociale et politique, elle démontre que si la planification a indéniablement contribué à la rénovation économique – préparant ainsi le terrain pour le Tigre celtique – c’est moins par sa méthodologie ou ses propositions que par l’état d’esprit qu’elle insuffle à une Irlande abattue. En effet, dans les années 1950, certains Irlandais réalisent que le nationalisme économique de de Valera n’est plus adapté à la situation. En 1958, Whitaker et Lemass sont à l’initiative du Programme for Economic Expansion, qui est suivi de deux autres plans. Ils créent un environnement qui combine initiative privée et orientation étatique, pour lequel les capitaux publics et surtout les investissements étrangers et les exportations sont les catalyseurs du développement. L’Irlande de 1972 est presque méconnaissable par rapport à celle de 1958 : le chômage demeure certes élevé, mais le problème de l’émigration semble résolu et la production est en nette croissance. La planification parvient à faire passer le pays du protectionnisme au libre-échange sans heurt majeur, ce qui est un succès en soi, au point qu’elle est parfois élevée au rang de mythe national. Cela n’est pas infondé, ne serait-ce que parce que les planificateurs détournent la mythologie nationaliste afin de convaincre les Irlandais conservateurs. Or les plans ne sont pas le deus ex machina que certains ont voulu voir : le Premier plan est associé à des succès auxquels il est peut-être étranger, ce qui relativise, sans pour autant nier, la réussite des plans. / This thesis puts forward an economic, social and political study of the strategies adopted for the modernisation of the Irish economy between 1958 and 1972. The aim is to show that while planning contributed to the country's economic revival – thus paving the way for the “Celtic Tiger” – this success was less a clearly demonstrable result of the actual proposals or methods outlined in the programmes than it was the effect of the change in attitude which the “myth” of economic modernisation managed to breathe into the depressive Ireland of the period. In the 1950s, the Irish came to realise that de Valera’s nationalism was no longer suited to the situation. In 1958, Whitaker and Lemass drew up the Programme for Economic Expansion. This initiative fostered an environment in which private initiative and state management combined, so that development was catalysed by public capital, foreign investment and exports. Ireland in 1972 was barely recognisable. Although unemployment remained high, the problem of emigration had largely been resolved and production was rising rapidly. Planning had succeeded in steering the country’s fairly smooth transition from protectionism to free-trade without any major crisis. This in itself constitutes a success, to the extent that planning thus took on the status of a national myth. Nevertheless the successive economic plans are not the deus ex machina that some would like them to be. The PEE for instance, is often praised for having sparked off an economic upturn for which it may have played no role. Such a hypothesis qualifies – without however denying – our assessment of the actual success of Ireland's successive economic programmes.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

S’appuyant à la fois sur des approches théoriques et empiriques, cette thèse vise à apporter un nouvel éclairage sur les liens entre croissance économique et environnement. Elle est organisée en deux parties. La première partie est consacrée à un réexamen de la question du découplage. L’étude de l’évolution de la problématique environnementale dans la théorie économique, dans le premier chapitre, montre non seulement que ce débat n’est pas récent, mais aussi qu’il n’est pas resté statique. Ensuite, dans le deuxième chapitre, après avoir montré la complexité du concept de découplage, notre étude réalisée à partir d’une nouvelle approche empirique semble montrer les preuves d’un découplage pour certains pays. La deuxième partie a consisté à expliquer le découplage. Le chapitre 3 qui porte sur l’analyse des principaux déterminants du découplage, nous a permis d’identifier trois principaux facteurs à la base du découplage (le niveau de développement, la structure de l’économie et le rapport socioéconomique à l’environnement), et aussi de montrer que leur impact sur le découplage est limité dans le temps. Le dernier chapitre qui est un prolongement du chapitre 3, porte sur l’analyse des déterminants du découplage dans une perspective régulationniste. A partir de cette approche, notre thèse a tenté de montrer l’importance du degré de préoccupations écologiques et de la qualité des institutions dans un pays pour parvenir au découplage. Ainsi, cette thèse semble montrer que les possibilités pour parvenir au découplage sont tributaires de plusieurs facteurs, et aussi que le découplage, même dans le cas du CO2, est parfois possible mais de façon non permanente. / Using both theoretical and empirical approaches, this thesis aims to bring a new light on the link between economic growth and environment. It is divided into two parts. The first part focuses on a reconsideration of the decoupling question. The study of the evolution of the environmental problematic in economic theory, in the first chapter, shows that this debate is not new, and has not remained static. Then, in the second chapter, after to have shown the complexity (particularly its multidimensionality and the limits of approaches to measure the decoupling) of the decoupling concept, our study with a new empirical approach on several countries seems to show the evidence of decoupling in the case of certain countries. The second part consists to explain the decoupling. The third chapter which is focused on analysis of the main decoupling determinants, allowed us to identify three determinants (the development level, the structure of the economy and the socioeconomic relationship to the environment), and also to show that their impact on the decoupling is limited in the time. The last chapter, which is an extension of the third chapter, focuses on analysis of the decoupling factors in a “regulationniste” perspective. With this approach, our thesis has tried to show the importance of the degree of ecological concerns and the quality of institutions in a country to achieve decoupling. Thus, through these four chapters, this thesis seems to show that the possibilities to achieve decoupling are tributary of several factors, and also that decoupling, even in the case of CO2, is sometimes possible, but not permanently.

Contexte:La croissance dans les premières années de vie est associée à la santé et au risque de maladies à court et long terme. Elle est influencée par de nombreux facteurs dont certains, tels que le tabagisme maternel pendant la grossesse, sont susceptibles de l’altérer à la fois durant les périodes pré- et post-natale précoce. L’étude de la croissance postnatale nécessite une modélisation précise. Aucun consensus sur la méthode optimale n’existe à ce jour.Objectifs:Etudier des approches de modélisation de la croissance du poids, de la taille et de l’indice de masse corporelle (IMC) de la naissance à 5 ans pour l’étude de ses déterminants précoces.Méthodes:Les données de la cohorte mère-enfant EDEN, qui a inclus 2002 femmes enceintes dans les maternités de Nancy et Poitiers entre 2003 et 2006, ont été utilisées. Au total, 39177 mesures de poids (nombre de mesures médian par enfant : 22) et 30026 mesures de taille (nombre de mesures médian par enfant : 17) ont été collectées lors d’examens cliniques (à 1, 2 et 3 ans) et dans le carnet de santé. Le statut pondéral à 5 ans a été défini selon les seuils IOTF à partir de l’ IMC. Les croissances du poids et de la taille ont été modélisées par des modèles non-linéaires à effets mixtes utilisant l'équation de Jenss-Bayley. Les associations entre exposition et croissance ont été étudiées par deux approches, en prenant l’exemple de l’exposition au tabagisme maternel pendant la grossesse. La première approche, fréquentiste, se décomposait en deux méthodes : i) méthode en 2 étapes : le poids et la taille ont été modélisés séparément sans covariables ; les associations entre les prédictions individuelles à différents âges issues de cette modélisation et le tabagisme maternel ont été analysées dans un second temps par régressions linéaires multiples ; ii) méthode en 1 étape : le tabagisme maternel et les covariables ont été inclus d’emblée dans la modélisation du poids et de la taille et les trajectoires d’IMC déduites. Une seconde approche, bayésienne, a permis de modéliser conjointement le poids et la taille, de prédire les différences de trajectoires d’IMC en fonction du statut tabagique maternel et d’obtenir le degré d’incertitude sur celles-ci. Afin d’étudier l’amélioration de la qualité des estimateurs, les précisions des prédictions obtenues ont été comparées à celles obtenues à partir de modélisations séparées. Une analyse bayésienne exploratoire a permis l’étude de différences de co-évolution du poids et de la taille selon le statut pondéral à 5 ans, en modélisant la matrice de variances-covariances des effets aléatoires.Résultats : Les approches fréquentiste et bayésienne donnaient des résultats concordants. Les enfants de femmes fumeuses tout au long de la grossesse tendaient à conserver, au cours des premières années, leur déficit de taille acquise à la naissance. Leur déficit de poids de naissance ne persistait pas au-delà des premiers mois. Ainsi, leur IMC surpassait, dès les premiers mois, l’IMC des enfants de femmes non-fumeuses. La méthode en 2 étapes était pertinente car la variance intra-sujet des prédictions était faible par rapport à la variance inter-sujets. En ce qui concerne la méthode bayesienne, l’incertitude sur les prédictions de poids et de taille était légèrement plus faible quand les profils de croissance étaient modélisés conjointement plutôt que séparément. L’analyse exploratoire montrait que, dans les tous premiers mois de vie, pour une même variation de la vitesse de croissance staturale, la variation de la vitesse de croissance pondérale était plus forte chez les enfants en surpoids ou obèses comparés à ceux de poids normal.Conclusion : Les outils utilisés ont permis de caractériser finement les trajectoires de croissance postnatale. En permettant d’identifier les facteurs associés à des modifications de ces trajectoires très tôt dans l’enfance et de façon longitudinale, ils sont un moyen d’étudier précisément les déterminants de la croissance. / Background: Growth in the first years of life is associated with both the short and long-term risk of diseases. Growth is influenced by many factors, among which some can affect both the early pre- and post-natal periods. This is the case of maternal smoking during pregnancy. The study of post-natal growth needs an accurate modeling. At present, there is no consensus on the optimal method.Objectives: Modeling postnatal growth of weight, height and body mass index (BMI), from birth to 5 years, using different approaches to study its early determinants.Methods: The work relies on data from the mother-child EDEN cohort, in which 2002 pregnant women were recruited between 2003 and 2006 in the maternities of Nancy and Poitiers. A total of 39,177 weight measurements (median by children: 22) and 30,026 height measurements (median by children: 17) has been collected during clinical visits (at 1, 2 and 3 years) and in the health booklet. The child’s overweight status at 5 years was defined according to the IOTF classification based on their BMI. Weight and height growths have been modeled with non-linear mixed effects models using the Jenss-Bayley equation. Associations between exposure and growth have been studied with two approaches, considering maternal smoking during pregnancy as an example. The first approach, frequentist, included two methods: i) a two-steps method: the weight and height were modeled separately without covariates; associations between individual predictions at different ages and maternal smoking were assessed in a second step with multiple linear regressions; ii) one-step method: maternal smoking and other covariates were directly included in the weight and height modeling and BMI trajectories deduced. This second Bayesian approach allowed to jointly model the weight and height, to predict the differences between BMI trajectories according to the maternal smoking status and to get uncertainty degrees. In order to study any improvement in the quality of the estimators, the precisions of predictions obtained were compared to those obtained with separate models of height and weight. An exploratory Bayesian analysis, allowed studying the differences in the co-evolution of weight and height according to the 5-years overweight status, by modeling the random effects variance-covariance matrix.Results: Both the frequentist and the Bayesian approaches showed consistent results. The children from smoking mothers during the whole pregnancy tended to maintain their birth length deficit along their first years of life. The birth weight deficit did not persist after the first months. Thus, their BMI overpassed the BMI of children from non-smoking mothers as soon as the first months of life. The two-steps method was relevant because the within-subject variance of predictions was low compared to the between-subject variance. For the Bayesian method, the uncertainty on the predictions of weight and height was slightly lower when growth patterns were modeled jointly rather than separately. The exploratory analysis showed than, in the first months, for a similar variation of the statural growth velocity, the variation of the weight growth velocity was stronger in overweight or obese children compared to children with a normal weight.Conclusion: We used tools that allowed the accurate characterization of the postnatal growth trajectories. They permit identification of factors associated with variations of these trajectories very early during childhood. Consequently, they proved helpful to study precisely the determinants of growth in early life.

La protéine EPB41L5 est exprimée lors de la transition épithélio-mésenchymateuse, qui survient lorsque des cellules épithéliales acquièrent des caractéristiques mésenchymateuses, ce qui joue un rôle majeur dans la progression tumorale. Cette protéine est d'ailleurs surexprimée dans plusieurs cancers, où elle favorise un phénotype agressif via l'invasion cellulaire, le développement de métastases et la résistance aux médicaments. Il n'est donc pas surprenant que l'expression d'EPB41L5 soit associée à un mauvais pronostic chez les patients souffrant du cancer. Cependant, la signalisation entourant EPB41L5 est méconnue. En se basant sur des travaux réalisés chez la drosophile, nous avons émis l'hypothèse qu'EPB41L5 fait partie d'un complexe avec NADSYN1 et la déacétylase SIRT2. Ce complexe permettrait la déacétylation de substrats spécifiques, ce qui induirait la progression tumorale. Cette étude vise à 1) valider les interactions entre les protéines du complexe autant chez la drosophile que chez l'humain, 2) déterminer si et comment EPB41L5 module l'acétylation des cibles de SIRT2 et 3 )vérifier la localisation subcellulaire d'EPB41L5. Nous avons réalisé des immunoprécipitations, des fractionnements cellulaires et des analyses par immunobuvardage. Nos travaux indiquent qu' EPB41L5, NADSYN1 et SIRT2 semblent former un complexe conservé entre la drosophile et l'humain. EPB41L5 module aussi l'acétylation de plusieurs cibles de SIRT2, en favorisant l'interaction entre la déacétylase et ses substrats. Nous avons également découvert qu'EPB41L5, en plus d'être cytoplasmique, est aussi nucléaire, ce qui implique potentiellement la présence d'un mécanisme semblable dans ce compartiment. Ces travaux ouvrent la voie vers la caractérisation d'un mécanisme novateur impliquant EPB41L5 dans la progression tumorale. Une étude plus approfondie du complexe EPB41L5-NADSYN1-SIRT2 pourrait donner des pistes pour établir de nouvelles approches thérapeutiques pour les patients souffrant de cancers agressifs exprimant EPB41L5. / The EPB41L5 protein is expressed during the epithelial-mesenchymal transition, which occurs when epithelial cells acquire mesenchymal characteristics. This plays a major role in tumor progression. EPB41L5 is overexpressed in several cancers, where it promotes an aggressive phenotype via cell invasion, the development of metastases and drug resistance. It is therefore not surprising that EPB41L5 expression is associated with a poor prognosis in cancer patients. However, the signaling pathways downstream of EPB41L5 are poorly understood. Based on previous work done in Drosophila, we hypothesized that EPB41L5 is part of a complex with NADSYN1 and SIRT2 deacetylase. This complex would allow the deacetylation of specific substrates, which would induce tumor progression. This study aims to 1) validate the interactions between proteins in both Drosophila and humans, 2) determine if and how EPB41L5 modulates the acetylation of SIRT2 targets and 3) verify the cellular localization of EPB41L5. We performed immunoprecipitations, cell fractionations and immunoblotting analyses. Our work indicates that EPB41L5, NADSYN1 and SIRT2 appear to form a conserved complex between Drosophila and humans. EPB41L5 also modulates the acetylation of several SIRT2 targets, promoting the interaction between the deacetylase and its substrates. We also discovered that EPB41L5, in addition to being cytoplasmic, is also nuclear, potentially implying the presence of a similar mechanism in this compartment. This work paves the way for the characterization of a novel mechanism involving EPB41L5 in tumor progression. Further study of the EPB41L5-NADSYN1-SIRT2 complex could provide clues to establish new therapeutic approaches for patients suffering from aggressive cancers expressing EPB41L5.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Afin d'obtenir un ovocyte compétent au développement, une communication bidirectionnelle entre l'ovocyte et les cellules somatiques doit être maintenue à travers la folliculogenèse. Cette communication assure une progression harmonieuse de la folliculogenèse, assurant une croissance et une maturation coordonnées des ovocytes dans le microenvironnement folliculaire. Au stade précoce du développement, la déposition graduelle de la zone pellucide vient poser une barrière physique à la communication intercellulaire entre l'ovocyte et les cellules de la granulosa. Dès lors, des projections cytoplasmiques de la granulosa, les projections transzonales (PTZs) vont s'apposer sur la membrane plasmique de l'ovocyte avec des jonctions gap afin de maintenir une collaboration active entre ces deux compartiments. Il est connu qu'une dérégulation dans le développement des PTZs est associée avec une compétence développementale et un succès reproducteur réduit. Toutefois, peu est connu sur les mécanismes de formation des PTZs. Afin d'avoir une meilleure compréhension du mécanisme de formation des PTZs, un parallèle a été découvert entre la structure et le fonctionnement des PTZs avec les synapses dans le système neuronal. Dans le système neuronal, les facteurs neurotrophiques sont essentiels pour la croissance, la différenciation et la survie des neurones. Ces facteurs sont également présents au sein de l'ovaire et leur dérégulation est associée à diverses pathologies reproductives, jusqu'à l'infertilité chez la femme. Sachant la similitude entre les PTZs et les neurones, il est possible que les facteurs neurotrophiques exercent une fonction similaire dans le développement des connections intercellulaires entre l'ovocyte et les cellules somatiques. L'hypothèse de travail est que les facteurs neurotrophiques supportent les processus de la folliculogenèse et l'ovogenèse partiellement en favorisant le développement et la fonction des PTZs, ainsi supportant la communication intercellulaire au sein du follicule ovarien. Nos objectifs sont d'étudier l'addition de facteurs neurotrophiques, soit *nerve growth factor* (NGF), *brain-derived growth factor* (BDNF) et *glial cell line-derived neurotrophic factor* (GDNF), sur le développement folliculaire et la formation des PTZs. Un système de croissance folliculaire *in vitro* encapsulé est utilisé dans le but de modifier le microenvironnement du follicule ovarien préantral, en exposant ceux-ci aux différents facteurs de croissances neuronaux. Nos résultats ont démontré que les neurotrophines (NGF et BDNF) régulent l'assemblage des PTZs en augmentant leur nombre et leur extension lors du développement des follicules ovariens. GDNF détient un rôle différent, ayant seulement un effet sur l'extension des PTZs. Une interaction entre les voies de signalisations de NGF et GDNF a été explorée, mais n'a pas été démontré comme ayant une implication bénéfique au niveau de la formation des PTZs. Toutefois, cette combinaison a joué un rôle de synergie au niveau de la survie folliculaire. De même, les neurotrophines ont démontré un rôle bénéfique sur la survie. Cette étude illumine une interaction complexe entre la formation des PTZs, la prévention de l'atrésie et le développement folliculaire, étant coordonnée par les facteurs neurotrophiques. Nos travaux offrent des nouvelles perspectives sur l'implication des facteurs des facteurs intra-ovariens sur la qualité ovocytaire. / In order to obtain a competent oocyte, bidirectional communication between the oocyte and somatic cells must be maintained throughout folliculogenesis. This communication ensures a harmonious progression of folliculogenesis, guaranteeing coordinated growth and maturation of oocytes within the follicular microenvironment. In the early stages of development, the gradual deposition of the *zona pellucida* creates a physical barrier to intercellular communication between the oocyte and granulosa cells. Subsequently, cytoplasmic projections from the granulosa, known as transzonal projections (TZPs), adhere to the oocyte's plasma membrane through gap junctions to maintain active collaboration between these two compartments. It is known that dysregulation in TZP development is associated with developmental competence and reduced reproductive success. However, little is known about the mechanisms of TZP formation. To gain a better understanding of TZP formation, a parallel has been discovered between the structure and functioning of TZPs and synapses in the neuronal system. In the neuronal system, neurotrophic factors are essential for the growth, differentiation, and survival of neurons. These factors are also present in the ovary, and their dysregulation is associated with various reproductive pathologies, including infertility in women. Given the similarity between TZPs and neurons, it is possible that neurotrophic factors play a similar role in the development of intercellular connections between the oocyte and somatic cells. Our hypothesis is that neurotrophic factors partially support the processes of folliculogenesis and oogenesis by promoting the development and function of TZPs, thereby supporting intercellular communication within the ovarian follicle. Our objectives are to study the addition of neurotrophic factors, namely nerve growth factor (NGF), brainderived growth factor (BDNF), and glial cell linederived neurotrophic factor (GDNF), on follicular development and TZP formation. An encapsulated *in vitro* follicle growth system is used to modify the preantral ovarian follicle micrnvironment, exposing them to different neurotrophic growth factors. Our results have demonstrated that neurotrophins (NGF and BDNF) regulate the assembly of transzonal projections (TZPs) by increasing their number and extension during the development of ovarian follicles. GDNF plays a different role, primarily affecting the extension of TZPs. An interaction between the signaling pathways of NGF and GDNF was explored but was not demonstrated to have a beneficial implication in TZP formation. However, this combination played a synergistic role in follicular survival. Similarly, neurotrophins showed a beneficial role in survival. This study highlights a complex interaction between TZP formation, prevention of atresia, and follicular development, coordinated by neurotrophic factors. Our work provides new insights into the involvement of intraovarian factors in oocyte quality.

Titre de l'écran-titre (visionné le 15 mai 2023) / Cette recherche est financée par le programme CREATE du SMAART-CRSNG et la stratégie Sentinelle Nord de l'Université Laval. Ce projet vise à mettre au point un prototype de biocapteur multi détection utilisé pour surveiller la croissance des bactéries ainsi que les paramètres de croissance de leur environnement, notamment le pH et la température, dans divers environnements et dans des endroits éloignés comme le Grand-Nord canadien. La mesure de l'activité des micro-organismes, comme les bactéries, à très basse température peut être extrêmement difficile en raison de leur faible métabolisme et de leur taux de croissance beaucoup plus lent. En effet, la surveillance de leurs fonctions nécessite des outils de haute précision. En outre, lorsque la température ou le pH du milieu de croissance dépasse la plage optimale, la croissance du micro-organisme est entravée. Par conséquent, il est essentiel de surveiller les paramètres environnementaux et les facteurs écologiques, tels que le pH et la température, car ils ont un impact direct sur la croissance bactérienne. Un autre élément essentiel pour améliorer la sensibilité des mesures est la conception et le dimensionnement optimaux des électrodes de détection. La réduction de la taille des électrodes de détection peut permettre une détection à haut débit dans les applications microbiologiques, et permettre des mesures avec un échantillonnage de volume minuscule. Enfin, un système à micro-échelle léger et peu coûteux permet un transport facile dans les régions éloignées. Nous avons donc conçu et fabriqué un nouveau biocapteur multimodal de haute précision, de faible puissance et de poids léger, afin de mesurer la croissance les colonies de bactéries sur le terrain, tout en relevant tous les défis critiques mentionnés ci-dessus. Comme première contribution, pour augmenter la sensibilité des mesures, non seulement le matériau des électrodes mais aussi leur mise à l'échelle et leur miniaturisation sont abordés et évalués. Le prototype utilise plusieurs électrodes à l'échelle microscopique intégrées dans une seule zone de détection pour mesurer avec précision les changements d'impédance, de pH et de température ambiante causés par les activités microbiennes. Cette conception unique comprend des électrodes interdigitées plaquées or (AuIDE), des électrodes de pH à base d'oxyde d'iridium (IrO₂) et des électrodes de détecteur de résistance-température (RTD) en or en forme de serpent sur une seule zone de détection. Plusieurs géométries d'électrodes sont conçues et mises en œuvre de manière optimale sur un circuit imprimé flexible standard, et sont comparées pour évaluer l'effet d'une zone de détection donnée sur la sensibilité du biocapteur à l'aide de diverses techniques de mesure et de circuits personnalisés. Le circuit imprimé de l'électrode est connecté à un circuit imprimé personnalisé contenant les circuits de détection pour la mesure de l'impédance, du pH et de la température. Dans la deuxième contribution, pour une détection d'impédance entièrement intégrée, un amplificateur à verrouillage CMOS (LIA) personnalisé est conçu et fabriqué dans une technologie CMOS de 0,18 µm pour surveiller la croissance bactérienne dans divers environnements à l'aide d'une technique de mesure d'impédance multifréquence. En termes de conception de circuit, un nouvel amplificateur de transimpédance capacitif (CTIA) entièrement différentiel, à faible bruit, avec Chopper stabilisation et S/H dans l'étage de sortie pour maximiser le SNR, est inclus dans la conception LIA proposée. Les autres composants principaux du LIA sont un filtre passe-bande avec des fréquences centrales sélectionnables de 1, 2, 4 et 10 kHz, un amplificateur de gain programmable (PGA) qui offre six gains variables allant de 6 dB à 67 dB pour ajuster le gain dans une plage raisonnable pour détecter le signal d'entrée sans saturer le système, un mélangeur, et un filtre passe-bas avec une largeur de bande de 40 Hz. La sensibilité globale du LIA est de 240 mV/nA avec un courant détectable minimal de 1 pA, un bruit référencé à l'entrée de 58 pA/Hz et une consommation d'énergie totale de 817,56 µW. Comparé à d'autres solutions de la littérature, ce nouveau système donne un dispositif très précis, à faible bruit et à faible consommation d'énergie pour surveiller l'activité microbienne à de faibles concentrations en mesurant l'impédance résultant des métabolites ioniques libérés. Pour relever le troisième défi critique, les circuits de lecture des capteurs de pH et de température sont fabriqués à l'aide de composants disponibles dans le commerce. Un circuit de mesure du pH est conçu en utilisant un amplificateur opérationnel avec un courant de polarisation d'entrée très faible. De plus, un circuit en pont de Wheatstone avec un réseau de résistances est conçu pour mesurer la température en se reliant à l'électrode de température RTD comme une valeur de résistance inconnue. Le microcontrôleur 8 bits reçoit le signal filtré, amplifié et numérise et traite les données du capteur. Le prototype a été utilisé avec succès pour effectuer des mesures de croissance bactérienne in vitro. Dans l'ensemble, il s'agit du premier système qui fournit un biocapteur multimodal de haute précision, à faible consommation d'énergie, à faible coût, à faible bruit, léger et non invasif pour la surveillance de la culture bactérienne. Ce système peut faire des mesures dans un très petit volume grâce à un microsystème de mesure d'impédance intégré. Ainsi, il peut être utilisé pour la surveillance des paramètres environnementaux, y compris le pH et la température, en utilisant des électrodes et des capteurs de haute précision conçus et fabriqués de manière optimale. / This research is funded by the SMAART-NSERC CREATE Program and the Sentinel North Strategy at Université Laval. This project aimed to develop a multi-sensing biosensor prototype used for monitoring bacterial growth as well as their environmental growth parameters, including pH and temperature, in diverse environments and remote locations such as Canada's north. Measuring the activity of microorganisms, such as bacteria, at very low temperatures can be extremely challenging due to their low metabolism and much slower growth rate. Indeed, monitoring their functions requires high-precision tools. Furthermore, when the temperature or pH of the growth medium goes beyond the optimal range, the microorganism's growth is hindered. As a result, monitoring the environmental parameters and ecological factors, such as pH and temperature, is critical because they directly impact bacterial growth. Another critical component for improving measurement sensitivity is the optimal design and scaling of sensing electrodes. Sensing electrode downsizing can enable high-throughput sensing in microbiology applications, and enable measurements with tiny volume sampling. Finally, a light-weight and inexpensive microscale system would allow easy transportation in remote areas. We, therefore, designed and fabricated a novel multimodal high-precision, low-power, and light-weight biosensor to interface with bacteria colonies while addressing all the critical challenges mentioned above. As the first contribution, to increase the sensitivity of measurements, not only the material of the electrodes but also their scaling and miniaturization are addressed and evaluated. The prototype uses multiple microscale electrodes integrated into a single sensing area to precisely measure impedance, pH, and ambient temperature changes caused by microbial activities. This unique design includes the optimally designed gold-plated interdigitated electrodes (AuIDEs), Iridium oxide (IrO₂)-based pH electrodes, and the snaked-shape gold resistance-temperature detector (RTD) electrodes on a single sensing area. Multiple electrode geometries are optimally designed and implemented on a standard flexible PCB and are compared to evaluate the effect of a given sensing area on the sensitivity of the biosensor employing various measurement techniques and customized circuits. The electrode's PCB is connected to a custom-designed PCB containing the sensing circuits for impedance, pH, and temperature measurement. As the second contribution, for fully integrated impedance sensing, a custom CMOS lock-in amplifier (LIA) is designed and fabricated in a 0.18 µm CMOS technology to perform bacterial growth monitoring in diverse environments using a multi-frequency impedance measurement technique. In terms of circuit design, a novel fully differential, low-noise capacitive transimpedance amplifier (CTIA) with chopper stabilization and S/H in the output stage to maximize SNR is included in the proposed LIA design. The other major components of the LIA are a band-pass filter with selectable center frequencies of 1, 2, 4, and 10 kHz, a programmable gain amplifier (PGA) that offers six variable gains ranging from 6 dB to 67 dB to adjust the gain within a reasonable range to detect the input signal without saturating the system, a mixer, and a low-pass filter with a bandwidth of 40 Hz. The overall sensitivity of the LIA is 240 mV/nA with a minimum detectable current of 1 pA, input-referred noise of 58 pA/Hz, and a total power consumption of 817.56 µW. Compared to other solutions in the literature, this novel system results in a highly precise, low-noise, and low-power consumption device for monitoring microbial activity at low concentrations by measuring the impedance as a result of released ionic metabolites. To address the third critical challenge, the reading circuits of the pH and temperature sensors are fabricated using off-the-shelf components. A pH measuring circuit is designed using an operational amplifier with a very low input-bias-current. Furthermore, a Wheatstone bridge circuit with a network of resistors is designed to measure temperature by linking to the RTD temperature electrode as an unknown resistor value. The 12-bit microcontroller receives the filtered and boosted signal and digitizes and processes the sensor's data. The prototype was successfully used to perform bacterial growth measurements in vitro. Overall, this is the novel system that provides a high-precision, low-power consumption, low-cost, low-noise, lightweight, and non-invasive multimodal biosensor for bacterial culture monitoring at very small volume through a custom integrated impedance measurement microsystem, as well as environmental parameter monitoring, including pH and temperature, employing optimally designed and fabricated electrodes and high-precision sensors.

L'Erythronium americanum (Ker-Gawl.) est une plante éphémère printanière dont la croissance est limitée par la force des puits (bulbe) plutôt que par la force des sources (feuille). Même si on augmente le taux de photosynthèse par un enrichissement en CO₂ ou une irradiance élevée, la croissance du bulbe demeure inchangée. Cependant, la température de croissance influence la biomasse que les bulbes peuvent atteindre: une température chaude (18 °C) réduit la croissance du bulbe par rapport à ce qui est observé au froid (8 à 12 °C). Nous ignorons toutefois si cet effet est dû à la réduction concomitante de la durée de vie des feuilles ou à un autre mécanisme. Ainsi, ce projet vise à moduler la durée de vie des feuilles de l'E. americanum grâce à l'application de Promalin ou de thiosulfate d'argent à une température qui entraîne normalement une sénescence hâtive et une faible croissance. L'augmentation de la longévité foliaire par le Promalin permet une plus grande assimilation de carbone pendant la saison, sans toutefois se traduire par une plus grande croissance du bulbe. La croissance du bulbe diminue au fil de la saison entraînant ainsi une baisse importante des taux photosynthétiques et une augmentation de la respiration du bulbe. L'application foliaire de thiosulfate d'argent a toutefois réduit la durée de vie de la feuille et la croissance du bulbe, suggérant qu'une sénescence précoce ne permet pas d'exploiter le plein potentiel de croissance du bulbe. Néanmoins, la surface de la feuille demeure fortement corrélée avec la biomasse du nouveau bulbe. Cette relation suggère que le potentiel de croissance chez cette espèce est déterminé tôt au début de la saison de croissance, et qu'il peut difficilement être augmenté par une modulation de l'activité photosynthétique ou de la durée de vie du feuillage. / Growth of the spring ephemeral Erythronium americanum Ker-Gawl. is limited by sink strength (its bulb) rather than by source strength (its leaf). Increasing its photosynthetic rates through CO₂ enrichment or higher irradiance does not improve bulb growth. However, growth temperature influences bulb mass: warm growth temperature (18 °C) reduces bulb mass compared to what is observed at cooler temperatures (8 to 12 °C). We do not know if this reduced growth is due to the concomitant reduction in the leaf life span or to another mechanism. Therefore, this project aims at modulating the leaf longevity of E. americanum plants by applying either Promalin or silver thiosulphate at a growth temperature that normally hastens senescence and causes a reduced growth. Increasing leaf life span with Promalin enhances the total amount of carbon assimilated during the season, without, however, increasing bulb mass. Bulb growth decreases through the season inducing a strong decrease in photosynthetic rates and a concurrent increase in bulb respiration. Reducing leaf longevity with silver thiosulphate did reduce bulb growth, suggesting that an early senescence prevents the plant from being able to fully exploit its growth potential. Nevertheless, leaf area remains strongly correlated with final bulb mass. This relation suggests that plant's potential growth is determined early during the growing season in this species and cannot easily be increased by modulating photosynthetic rates or leaf life duration.

Plusieurs types de bactéries peuvent se déplacer dans leur milieu à l’aide de flagelles rotatifs. Ces flagelles sont composés d’un moteur rotatif ainsi que d’un filament long qui peut atteindre plusieurs fois la longueur du corps (10-15 μm) à l’extérieur de la cellule. Ceux-ci sont composés d’un assemblage de plusieurs milliers de protéines identiques appelées flagelline (FliC). Chaque filament croît par auto-assemblage des unités de FliC à son extrémité extérieure. Chaque FliC doit donc être transportée, partiellement dépliées dans un mince canal à l’intérieur du filament. Au bout du filament se trouve une structure, nommée le cap, composée de 5 protéines FliD essentielles à la polymérisation de la flagelline. Le travail réalisé au cours de cette thèse porte sur deux aspects particuliers de l’assemblage d’un filament. Premièrement, un filament peutil continuer à s’assembler s’il est cassé ? Deuxièmement, quel est le taux de croissance d’un filament et est-ce que ce taux varie avec la longueur du filament ? En utilisant des impulsions laser ultrabrèves, nous avons coupé des filaments marqués d’un fluorophore pour observer s’ils continuaient à s’assembler. Suivant une période de croissance de 2 heures, les filaments étaient marqués de fluorophores différents et observées sous un microscope en épifluorescence. Une souche de Salmonella enterica génétiquement modifiée pour n’exprimer en moyenne qu’un seul filament par cellule a été utilisée. Cette modification assure que chaque filament revisité a bien été coupé auparavant. La même expérience fut aussi réalisée à l’aide d’une souche surexprimant la protéine FliD. En tout, 82 filaments bactériens furent ainsi coupés, puis observés après une période de croissance et aucune reprise de croissance ne fut observée. Ces résultats peuvent sembler surprenants à la lumière de récentes études qui ont rapporté que les filaments continuent de s’assembler lorsqu’ils sont cassés mécaniquement par des forces de cisaillement (”shearing”). En utilisant des marquages de couleurs différentes, nous avons aussi mesurer le taux de croissance du filament en fonction de sa longueur. Nos résultats démontrent que le taux de croissance diminue graduellement avec la longueur, allant de ∼ 4μm/h à 1μm jusqu’à ∼ 1μm/h à 10 μm. Ces résultats contrastent avec le taux constant de 2.3m/3h rapporté récemment dans la littérature. Les expériences décritent dans cette thèse ont donc permis d’élaborer un modèle novateur décrivant le mécanisme de croissance du filament bactérien combinant la simple diffusion avec un mécanisme actif qui introduit les flagellines à la base du filament. / Many types of bacteria swim using a rotary motor. These remarkable biological motors are composed of a stator, a rotor and a bacterial flagellar filament which extends many body lengths (10-15μm) outside of the cell. The filaments are constructed of as many as 20000- 30000 protein subunits (called flagellin). Each filament grows at its distal end by self-assembly of flagellin subunits that have to be exported in an unfolded conformation through the narrow channel inside the filament. At the very end of the filament, a “cap” structure made of the FliD protein is essential for flagellin self-assembly and polymerization. The work performed in this doctoral thesis focuses on two specific aspects of the filament assembly. First, we ask whether the filament can continue to grow after being cut? Secondly, the rate of growth is measured as a function of the filament’s length. Using femtosecond laser ablation, we cut individual bacterial filaments and observed whether they could regrow. Bacterial filaments were first labeled with an orange fluorophore, cut with the laser, and then re-labeled with a green fluorophore after a 2h regrowth period. The experiments were performed with a genetically modified Salmonella enterica strain that grows only one filament per cell. This modification allows us to make sure that we revisit (after the regrowth period) the exact individual filaments that were cut by the laser. The same experiment was also performed with a strain where the cap protein FliD could be overexpressed. Overall, 82 filaments were cut and we did not observe any regrowth. Interestingly, this conclusion differs from results reported recently using mechanically broken (sheared) Escherichia coli filaments. Using a similar approach (sequential labeling of filaments with different colors) we also investigated the rate at which bacterial filaments grow as a function of their initial length. Our results lead us to the conclusion that the growth rate decreases with length (from ∼ 4μm/h at 1μm down to ∼ 1μm/h at 10μm). These observations again contrast with the constant growth rate (2.3 μm/3h) reported in a recent study. Those two separate results helped in the developement of a new model for the mechanism behind the bacterial flagellar growth combining simple diffusion with an active mecanism feeding the flagellin proteins at the base of the filament.