Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Une étude expérimentale de gaz d'électrons bidimensionnel confinés dans des puits quantiques de CdTe et de CdMnTe est présentée. L'analyse de données est soutenue par des calculs numériques de la structure de bande des états confinés, utilisant l'approximation de densité locale et de fonction enveloppe. Un calcul de type k.p a été utilisé pour justifier l'approximation parabolique appliquée pour les bandes valence. Les échantillons ont été caractérisés par spectroscopie Raman et par spectroscopie d'absorption de la résonance cyclotron infrarouge. Le magnéto-transport à bas champ est dominé par la contribution semi-classique de Drude et révèle trois contributions plus faibles, qui sont la localisation faible, l'interaction électron-électron et les oscillations Shubnikov-De Haas. La contribution des interactions électron-électron est expliquée dans un modèle semi-classique à trajectoire circulaire. La forme des niveaux de Landau, leurs élargissement, les temps de vie transport et quantique de la diffusion et le mécanisme (long-portée) de la diffusion dominant ont été déterminés. Le magnéto-transport sous champs magnétiques intenses révèle la présence d'états Hall quantique fractionnaires dans les niveaux de Landau N=0 et N=1. Nous avons montré, que les états 5/3 et 4/3 étaient complètement polarisés en spin, en accord avec l'approche des fermions composites pour l'effet Hall quantique fractionnaire. La forme de la photoluminescence à champ magnétique nul et son évolution avec la température sont décrites par un modèle analytique simple. La dépendance en champ magnétique et en température de la photoluminescence indique que le gap de spin est amplifié dans les niveaux de landau entièrement occupés. Ces effets multi-corps de l'amplification du gap du spin ont été décrits avec succès par un modèle numérique simple. L'intensité de la photoluminescence a mise en évidence l'importance des processus non-radiatifs pendant la recombinaison, la dégénérescence des niveaux de Landau, leur taux d'occupation, les règles de sélection et l'influence de l'écrantage. Le mécanisme de la relaxation parallèle de spin d'électron et de trou a été identifié et attribué au mécanisme Bir-Aharonov-Pikus, assistée par les phonons acoustiques. Les spectres de photoluminescence d'excitation reflètent la densité des états caractéristique des systèmes bidimensionnels. Les résonances excitoniques, qui sont observées aux bords des sous-bandes électriques inoccupées, illustrent l'importance de l'écrantage et des champs électriques intrinsèques dans les puits asymétriquement dopés.

L’approche GWAS est un outil essentiel pour la découverte de gènes associés aux maladies, mais elle pose des problèmes de puissance statistique quand il est impossible d’échantillonner génétiquement des dizaines de milliers de sujets. Les résultats présentés ici—ALDsuite, un programme en utilisant une correction nouvelle et efficace pour le déséquilibre de liaison (DL) ancestrale de la population locale, en permettant l'utilisation de marqueurs denses dans le MALD, et la démonstration que la méthode simpleM fournit une correction optimale pour les comparaisons multiples dans le GWAS—réaffirment la valeur de l'analyse en composantes principales (APC) pour capturer l’essence de la complexité des systèmes de grande dimension. L’APC est déjà la norme pour corriger la structure de la population dans le GWAS; mes résultats indiquent qu’elle est aussi une stratégie générale pour faire face à la forte dimensionnalité des données génomiques d'association. / GWAS is an essential tool for disease gene discovery, but has severe problems of statistical power when it is impractical to genetically sample tens of thousands of subjects. The results presented here—a novel, effective correction for local ancestral population LD allowing use of dense markers in MALD using the ALDsuite and the demonstration that the simpleM method provides an optimum Bonferroni correction for multiple comparisons in GWAS, reiterate the value of PCA for capturing the essential part of the complexity of high- dimensional systems. PCA is already standard for correcting for population substructure in GWAS; my results point to it’s broader applicability as a general strategy for dealing with the high dimensionality of genomic association data.

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L’impact de la micropesanteur sur le comportement moteur humain représente une question fondamentale alors même que ce contexte environnemental constitue le quotidien d’hommes et de femmes astronautes durant leurs missions spatiales. En compensant le poids du corps (condition de flottabilité neutre), des méthodes d’entraînement en environnement subaquatique tentent de simuler les conditions d’allégement vécues par ces astronautes. Cependant, du point de vue du contrôle moteur, ces méthodes d’entraînement ne bénéficient d’aucune validité scientifique. Ce travail de thèse a pour objectif d’identifier et de comprendre les stratégies de contrôle du mouvement humain mises en oeuvre en micropesanteur réelle et simulée afin d’assurer une interaction désirée avec l’environnement. Nous avons réalisé trois expérimentations visant à étudier la réalisation de geste d’atteinte à la fois en environnement subaquatique (Exp.1) et lors de deux campagnes de vols paraboliques (Exp.2 et 3). Globalement, nos travaux mettent en exergue le fait qu’un contrôle fin de la flottabilité neutre en immersion améliore la qualité de la simulation de la micropesanteur en environnement subaquatique, optimisant ainsi l’entraînement des astronautes avant leurs missions spatiales. Plus intéressant encore, nos études en micropesanteur réelle suggèrent que l’Homme est capable d’anticiper les effets de l’absence de la gravité sur ses segments corporels lui permettant de gérer avec succès les contraintes spatiotemporelles de ses mouvements volontaires tout en conservant une flexibilité sensorimotrice adéquate dans cet environnement inhabituel. / The impact of microgravity on human motor behavior represents a fundamental issue while this environmental context constitutes the daily life of men and women astronauts during their space missions. By compensating the body weight (neutral buoyancy condition), underwater training methods attempt to simulate weightlessness as experienced by astronauts in space. However, in the field of motor control, these training methods have not been scientifically validated. This doctoral dissertation aims at identifying and understanding the human motor control strategies in real and simulated microgravity to ensure a desired interaction with the environment. We performed three experiments aiming at investigating reaching movements both underwater (Exp.1) and during two parabolic flight campaigns (Exp.2 and 3). Overall, our results highlight that a fine control of neutral buoyancy underwater may improve the quality of the simulation of microgravity environments, thus optimizing astronauts’ training before their space missions. More interestingly, our studies in real microgravity suggest that humans are able to anticipate the effects of gravity release on their moving limbs allowing them to successfully manage spatiotemporal constraints of voluntary movements while preserving sensorimotor flexibility in this unusual environment.

L’étude de la structure de l’ARN est reconnue un sujet d’actualité qui permet de connaître sa fonction. Il existe différentes techniques enzymatiques ou chimiques classiques et récentes couplées au séquençage à haut débit pour étudier la structure de l’ARN. Le projet de thèse vise l’optimisation de deux techniques de cartographie déjà existantes et se divise en deux parties. La première partie concerne l’optimisation de la technique de hSHAPE et ceci en synthétisant de nouvelles sondes fluorescentes à transfert d’énergie capables d’étudier de faibles quantités d’ARN et adaptées au séquenceur d’ADN. Mon travail a permis la synthèse de 5 molécules fluorescentes intermédiaires et l’obtention d’une sonde finale. L’étude de cette sonde a montrée que l’interaction entre les deux fluorophores est majoritairement due à un mécanisme de couplage excitonique causé par la flexibilité et la distance entre les deux entités fluorescentes. De plus, les propriétés de la molécule sont fortement dépendantes du solvant. Dans la deuxième partie, nous cherchons à optimiser la cartographie en solution afin d’étudier le génome entier du VIH-1 in virio. Pour cela, nous avons synthétisé 4 molécules dérivées de l’anhydride isatoïque et modifiées sur la fonction amine N1 par un groupement propyn-2-yle. Nous avons aussi préparé 8 molécules de référence. De plus, des études préliminaires réalisées sur l’ARN 1-311 du VIH-1 ont montré que nos composés modifient l’ARN et qu’il est possible de fixer la biotine-PEG3-azoture par click chemistry sur les ARN ainsi modifiés. / Understanding the function of RNA involved in biological processes requires a thorough knowledge of RNA structure. Traditional chemical and enzymatic reagents and backbonebased cleavage are useful for mapping RNA secondary structure, and on going advances in nucleotide resolution RNA structure probing have made possible increasingly rigorous and quantitative analysis. Although chemical and enzymatic probes are recently coupled to high throughput sequencing, these techniques still suffer from some disadvantages. This project aims the optimization of two existing techniques and is divided into two major topics. The first part aims the optimization of “hSHAPE chemistry”. A practical method is the synthesis of energy transfer dyes from the “BigDyes” family that are useful to study small amount of RNA and are compatible with DNA sequencing. We have done the synthesis of 5 modified dyes and one BigDye. The characterization of this BigDye shows that it exists excitoncoupling mechanism due to the strong interaction between the two transition dipoles. In addition, the solvent influences strongly the photophysical properties of this BigDye. The purpose of the second part is to develop and synthesize new class of isatoic anhydride derivatives useful to map the entire genome of HIV-1 in virio. We have done the synthesis of 4 N-substituted molecules with a propyn-2-yl function and 8 reference molecules. In addition, preliminary results on HIV-1 1-311 RNA showed that these compounds are able to modify RNA and that it is possible to fix a biotin-azide by click chemistry.

Le sujet de cette thèse concerne l'étude de l'influence des incertitudes paramétriques et structurelles sur le comportement d’un SDNE de 1ière espèce défini par l’association d’une fractance et d’un élément I (au sens bond-graph), et ce quel que soit le domaine de la Physique. Le mémoire de thèse comporte deux parties. La première, composée de trois chapitres, présente un caractère théorique et méthodologique, elle s’inscrit dans le cadre de la théorie des systèmes. La seconde comporte deux chapitres qui présentent un caractère applicatif, l’objectif étant d’illustrer dans les domaines de la mécanique et de l’électronique la démarche présentée dans la première partie. / The objective of this thesis is to study the effects of the parametric and structural uncertainties on the behavior of the 1st order fractional dynamic systems. Such systems are defined by the alliance of a fractance and an inductance and can be applied in any physical domain.So, this thesis is divided into two parts. The first part regroups the first three chapters and presents a theoretical and methodological approach for this study whereas the second part contains the remaining two chapters. These chapters represent the applications of the previously shown theory in the mechanical domain (hydropneumatic suspension) and in the electrical domain.

Un connecteur électrique automobile est le siège de points de contact électriques soumis à des échauffements supplémentaires par effet Joule provoqués par leurs résistances de contact. La dégradation d’une résistance de contact peut provoquer des échauffements critiques au niveau des points de contact. La présente étude propose deux approches pour détecter les variations anormales des résistances de contact. La première, appliquée à un connecteur de boîtier électronique automobile, repose sur un diagnostic à base de modèle afin de détecter les variations anormales de la résistance de contact par rapport à sa valeur nominale. La seconde approche,appliquée à un connecteur de recharge de véhicule électrique, consiste d’abord à estimer un flux de chaleur lié à l’effet Joule provoqué par la résistance de contact. La valeur de cette dernière est ensuite estimée grâce à la méthode des moindres carrés. Ces deux approches reposent sur des modèles électrothermiques des connecteurs considérés et de leurs environnements. Cette étude présente également le développement de ces modèles, et notamment l’optimisation du maillage d’un fil électrique basée sur la minimisation de la norme H2 de l’erreur entre un modèle maillé d’ordre entier et un modèle analytique de référence d’ordre non entier. / An automotive electrical connector contains electrical contact points subject to additional temperature rises by Joule effect caused by their contact resistances. The deterioration of a contact resistance can cause critical overheating at the contact points. This study proposes two approaches to detect abnormal changes in contact resistance. The first one, applied to an automotive electric case connector, relies on a model-based diagnosis to detect an abnormal variation in the contact resistance with respect to its nominal value. The second one, applied toan electric vehicle charging connector, consists in estimating a heat flow related to the Joule effect caused by the contact resistance. The value of the latter is then estimated using the least squares.These approaches rely on electrothermal models considered connectors and their environments.This study also presents the development of these models, including the optimization of the mesh of an electrical wire based on the minimization of the H2-norm of the error between ameshed integer order model and a reference analytical fractional order model.

Dans plusieurs pays européens, la capacité de l’infrastructure est complètement exploitée aux heures de pointe et aux points critiques : une grande quantité de trains traversent ces points critiques dans un laps de temps très réduit. Dans cette situation le retard d’un train provoqué par un conflit de circulation peut se propager dans tout le réseau. Le problème de la gestion opérationnelle du trafic ferroviaire consiste à trouver les modifications des itinéraires et des ordonnancements des trains qui minimisent la propagation des retards. Dans cette thèse, nous proposons une approche de décomposition de Benders pour la formulation linéaire en nombres entiers à variables mixtes utilisée dans l’algorithme RECIFE-MILP. Après avoir constaté que l’approche de décomposition standard de Benders ne permet pas de trouver rapidement une solution de bonne qualité pour certaines instances du problème, nous étudions trois approches alternatives afin d’améliorer la performance de notre algorithme. Nous proposons d’abord une approche que nous appelons la reformulation réduite de Benders. Ensuite, nous introduisons des inégalités dans la formulation du problème maître de Benders. Finalement, nous scindons le processus de résolution en trois étapes au lieu de deux comme dans la décomposition standard de Benders. L'analyse expérimentale montre que la combinaison de la première et dernière approche surpasse l’algorithme original RECIFE-MILP dans la résolution de grandes instances sous certaines conditions. / In railway systems, during congested traffic situations, the infrastructure capacity is completely exploited for trains circulation. In these situations, when traffic is perturbed some trains must be stopped or slowed down for ensuring safety, and delays occur. The real-time Railway Traffic Management Problem (rtRTMP) is the problem of modifying trains route and schedule to limit delay propagation. In this thesis, we propose a Benders decomposition of a MILP-based algorithm for this problem, named RECIFE-MILP. After observing that the standard Benders decomposition (BD) does not allow the effective solution of rtRTMP instances, we study three possible approaches to improve the performance. Specifically, we first propose a modification of the problem reformulation which is typical of BD, obtaining what we call reduced BD. Then, we introduce some inequalities to the Benders master problem. Finally, we split the solution process in three steps rather than two as in the standard BD. As we show in a thorough experimental analysis, the combination of the first and last approaches outperforms the original RECIFE-MILP algorithm when tackling large instances with some specific features.

L’Hypertension Hyperkaliémique Familiale (HHF) est une forme rare d’hypertension associée à une hyperkaliémie et une acidose métabolique hyperchlorémique, très sensible aux diurétiques thiazidiques. Les premières analyses génétiques ont permis d’identifier deux gènes responsables, WNK1 et WNK4, mais qui n’expliquaient que 8 % de notre cohorte. L’objectif de ma thèse était de rechercher de nouveaux gènes ou variants à l’origine de l’HHF. Notre stratégie initiale a été de combiner une analyse de liaison à un séquençage d’exome entier sur trois grandes familles atteintes. Nous avons ainsi identifié un nouveau gène responsable de la maladie codant pour un acteur jusque là insoupçonné, KLHL3 (Kelch-like 3), responsable de 39% des cas de notre cohorte. La majorité des mutations sont présentes à l’état hétérozygote entrainant un phénotype modéré, alors que les rares patients porteurs d’une mutation homozygote, tous issus de familles consanguines, présentent un phénotype plus marqué. Le spectre des mutations a montré l’importance des structures en boucles de cette protéine qui joue un rôle d’adaptateur de substrat dans un complexe d’ubiquitination (publié dans Nature Genetics, 2012). La découverte d’un type unique de mutations sur le gène CUL-3 par une équipe concurrente a été confirmée dans notre cohorte, entrainant un phénotype plus précoce et plus sévère. Ces mutations ont mis en lumière l’importance de ces deux protéines dans la constitution du complexe E3 ubiquitine-ligase et la dégradation des WNKs dans le néphron, par le protéasome après ubiquitination. Nous avons aussi identifié des mutations faux-sens dans le domaine acide de WNK1 très conservé chez des patients ayant un phénotype HHF mais sans hypertension artérielle. Ce motif, similaire à celui porteur de mutations sur WNK4 est responsable de la liaison à l’adaptateur de substrat KLHL3. Les sujets atteints présentent un âge plus précoce d’apparition de la maladie avec des valeurs de pression artérielle normales. La comparaison phénotypique avec les cas porteurs d’une mutation WNK4 et d’une délétion de l’intron 1 de WNK1 a montré des différences de pression artérielle significatives. La transfection d’ARNc mutés dans les œufs de Xénope, effectuées en collaboration, a permis de démontrer que ces nouvelles mutations faux-sens de WNK1 entrainent une accumulation de son isoforme rénale KS-WNK1 (soumis à J Am Soc Nephrol). L’ensemble de ces résultats ouvre une nouvelle voie de compréhension moléculaire de la régulation du transport des ions sodium, potassium et chlore au niveau du rein et par conséquence de la pression artérielle. / Familial Hyperkalemia Hypertension (FHHt), also known as Gordon syndrome is a rare form of hypertension associated with hyperkalemia and hyperchloremic metabolic acidosis, very sensitive to thiazide diuretics. In 2001, the first genetic analysis identified two genes, coding for two serine/threonine kinases WNK1 and WNK4, which explained only 8% of our cohort. The aim of my thesis was to search new genes or variants responsible for FHHt. We decided to combine a linkage analysis and a whole exome sequencing in three affected families. We identified a new gene responsible for the disease coding for an unsuspected actor KLHL3 (Kelch-like 3), responsible for 39% of our cohort. The majority of the mutations are present at a heterozygous state leading to a moderate phenotype, whereas patients with homozygous mutation, all from consanguineous families, displayed a stronger phenotype. The spectrum of mutations showed the importance of the loop structures of this protein playing an adaptor role in an ubiquitination complex (published in Nature Genetics, 2012). The discovery of a particular type of mutations in CUL-3 by another team was confirmed in our cohort, leading to an earlier and more severe phenotype. These changes have highlighted the importance of these two proteins in the formation of the E3 ubiquitin-ligase-complex and in the WNKs degradation in the nephron by the proteasome after ubiquitination. We have also identified missense mutations in the acidic motif of WNK1, highly conserved in patients with FHHt without hypertension. This pattern is similar to the WNK4 mutations and is responsible for the binding of the substrate adaptor KLHL3. Affected individuals have an earlier age of onset with normal blood pressure values for most of them. Phenotypic comparison with cases carrying WNK4 mutations and deletion of the intron 1 of WNK1 showed significant differences in blood pressure values. Transfection of mutated cRNA in Xenopus laevis oocyte demonstrated that these new WNK1 missense mutations result in the accumulation of the renal isoform KS-WNK1 (submitted to J Am Soc Nephrol). Taken together, these results open a new pathway for understanding the molecular regulation of ion transport and WNK kinases in the kidney and consequently the regulation of blood pressure.