Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’optimisation de l’administration des médicaments par perfusion intraveineuse doit prendre en compte l’exactitude du débit et doit assurer la délivrance de la totalité de la dose prescrite. Or, lors de l’administration des perfusions par gravité simple, l’irrégularité du débit résulte principalement en un allongement non contrôlé du temps de perfusion. Par ailleurs, l’absence de rinçage des lignes de perfusion après administration conduit à ne pas administrer une partie de la dose prescrite au patient. Dans le domaine de l’oncologie, les recommandations récentes renforcent la contrainte de protection des personnels pharmaceutique et soignant lors de la manipulation des médicaments anticancéreux, en préconisant de rincer les lignes de perfusion après administration, compte tenu de la dangerosité des cytotoxiques. Ceci a conduit au développement d’un dispositif médical spécifique dont l’objectif est de répondre le plus simplement possible à ces recommandations. Toutefois, l’impact du débit de perfusion et l’influence de cette recommandation sur les paramètres pharmacocinétiques des médicaments anticancéreux injectables n’ont jamais été clairement établis. L’objectif de ce travail est d’étudier l’influence potentielle des deux critères de perfusion (débit et rinçage à la fin de l’administration) sur les paramètres pharmacocinétiques des médicaments administrés. Il repose sur la proposition de modèles mathématiques d’écoulement des perfusions par gravité ainsi que sur une application en pratique clinique. Ainsi, le degré d’implication des facteurs de variation retenus dans ces modèles mathématiques sur la mise à disposition des principes actifs pourra être déterminé. Ce travail est organisé en trois parties. La première partie a pour objectif de replacer le dispositif développé dans le contexte commercial actuel ainsi que dans le contexte des recommandations. Dans cette même partie, une étude in vitro de l’impact de ce dispositif sur les critères de perfusion évoqués a été réalisée. Celle-ci démontre que le dispositif ne modifie pas le débit des perfusions par gravité et permet d’administrer la totalité de la dose prescrite. La deuxième partie a pour objectif d’exposer les modèles mathématiques de l’impact du système de perfusion sur le débit des perfusions par gravité, selon le récipient dans lequel est conditionnée la solution à perfuser : un flacon rigide, une poche rigide ou une poche souple. Dans ces modèles, deux facteurs principaux de variation du débit ont été considérés : la perte de charge dans le récipient au cours de l’écoulement ainsi que le fluage du perfuseur. Trois études sont présentées dans la troisième partie. La première a pour objectif d’étudier l’écoulement des perfusions par gravité à partir d’une solution conditionnée en poche souple, afin de vérifier expérimentalement le modèle mathématique correspondant. Les résultats confirment le fait que, comme supposé dans le modèle théorique, la perte de charge au cours de la perfusion et le fluage du perfuseur sont les principaux facteurs de variation du débit des perfusions par gravité. Dans un second temps, l’impact du mode de perfusion sur les paramètres pharmacocinétiques de deux molécules, l’amikacine et la gemcitabine, a été étudié au travers de deux études cliniques. L’étude sur l’amikacine montre qu’un allongement significatif de la durée des perfusions par gravité peut conduire à modifier significativement la concentration plasmatique maximale, critère reconnu comme paramètre d’efficacité de cet agent thérapeutique. / Improving the drug administration process by intravenous infusion means paying attention to flow-rate accuracy and guaranteeing that the entire prescribed dose is delivered. Now, when a drug is administered by gravity-fed infusion, flow-rate irregularity is principally due to an uncontrolled increase in infusion time. Moreover, the absence of a rinsing step after administration results in losing a fraction of the prescribed dose. In the field of oncology, the latest recommendations reinforce the constraint to rinse the infusion line after administration, by considering drug hazard for the nursing staff. This has led to the developing of a dedicated medical device whose objective is simply to respect these recommendations. However, the impact of infusion flow-rate and the benefits of line rinsing on the pharmacokinetic parameters of infused cancer drugs have never really been explored. This work aims to study the potential influence of these two infusion criteria on the pharmacokinetic parameters of drugs administered by infusion. It is based on the result of a mathematical model of gravity-fed infusion flow and on an application in clinical practice to determine the degree of involvement of the identified parameters on drug disposition. This work is divided into three parts. The objective of the first section is to place the medical device we have developed in an economic context and within the framework of the latest recommendations. Its impact on the two criteria cited above was studied through an in vitro experiment. This study demonstrates that the device itself does not modify gravity-fed infusion flow-rate but ensures that the totality of the prescribed dose is administered. The second part aims at presenting the different mathematical models concerning the impact of the infusion system on gravity-fed infusion flow-rate, according to the recipient in which the solution to be infused is conditioned: rigid vial, rigid bag, and flexible bag. In these models, two main variation factors were considered: pressure drop inside the recipient during infusion and infusion device creep. Three studies are described in the third section. In the first, the flow of gravity-fed infusion for a solution in a flexible bag was assessed to verify the corresponding mathematical model through experimentation. The results corroborate those of the theoretical model, i.e. the main factors causing flow-rate variation are pressure drop and creep. Secondly, the impact of the infusion technique on the pharmacokinetic parameters of two therapeutic molecules (amikacin and gemcitabine) was explored through two clinical studies. The amikacin study demonstrates that in the case of a considerable increase in infusion time during gravity-fed infusion, a significant reduction in maximal concentration may result. For a concentration-dependent antibiotic, treatment efficacy is known to depend on this parameter, which raises the question whether the amikacin infusion flow-rate with infusion pumps should not be systematically controlled to improve treatment efficacy. In the gemcitabine study, no significant difference was observed in the pharmacokinetic parameters for the three infusion techniques: infusion pump, gravity-fed infusion followed or not by a rinsing step. These contrasting results for amikacin and gemcitabine may be explained by factors such as different administration conditions and pharmacokinetic behaviour. Nonetheless, the results of the gemcitabine study confirm that the rinsing step, which is strongly recommended, does not alter the quality of care for patients receiving this drug. In conclusion, this work introduces an improved approach to the administration of drugs by infusion. To optimize this, medical devices for infusion should be assessed on suitable drug disposition criteria, and an evaluation made of their potential to modify the pharmacokinetic parameters of therapeutic drugs.

Dans cette thèse nous présenterons une construction pour l'amplitude quantique associée à un 4-simplex Lorentzian, en modifiant une construction antérieure par Barrett et Crane. Nous utiliserons cette amplitude ensuite pour construire une intégrale de chemin représentant une somme sur des géométries simpliciales pour une triangulation fixe de l'espace-temps. Comme résultat, nous obtenons une description de l'espace quantique au bord de la triangulation donnée par des réseaux de spin, en établissant ainsi une connexion entre l'approche des mousses de spin et la Gravité Quantique à Boucles. Finalement, nous analyserons la limite semiclassique de l'amplitude pour un 4-simplex et obtenons comme résultat que la contribution dominante est donnée par l'exponentielle de l'action Regge pour des données au bord décrivant bien une géométrie Lorentzienne. / In this thesis we present a construction of the quantum amplitude associated to a Lorentzian 4-simplex, modifying a previous construction by Barrett and Crane. This 4-simplex amplitude is further used to construct a path integral defining a sum over simplicial geometries for a fixed triangulation of space-time. As a result we obtain a boundary state space given by spin-networks, establishing a connection between spin foams and Loop Quantum Gravity. Finally, we perform the semiclassical analysis for a single order is given by the exponential af the Regge action.

L'amélioration des propriétés hydrodynamiques des réacteurs chimiques est toujours un grand défi pour les ingénieurs en génie des procèdes. La réalisation d'expériences sur des réacteurs chimiques situés dans un champ magnétique inhomogène peut donner des informations importantes concernant les mécanismes des réactions chimiques ou les propriétés hydrodynamiques du système. Un champ magnétique inhomogène sera généré par un aimant solénoïdal à supraconductivité NbTi et appliqué à un réacteur chimique. Les directions de recherche sont: les propriétés magnéto hydrodynamiques des réacteurs situés dans le champ magnétique généré par le solénoïde (réalisation de conditions d'hypogravité ou de macrogravité), l'effet du champ magnétique sur les réponses catalytiques de certaines réactions sélectionnées et l'effet du champ magnétique sur l'écoulement du fluide pour les réacteurs a lit fixe. Le champ magnétique extérieur inhomogène exerce une force magnétique qui peut modifier la direction et la valeur de la force gravitationnelle.

Cette thèse présente plusieurs résultats nouveaux pour les modèles de mousses de spin pour la gravité quantique en 3 dimensions. A partir des modèles de Ponzano-Regge et Turaev-Viro, nous montrons qu'il est possible de réaliser une fixation de jauge de la symétrie par difféomorphisme. Nous introduisons dans ces modèles des particules ponctuelles pour réaliser ainsi un couplage de ces modèles de gravité quantique à de la matière. Nous présentons un nouveau résultat mathématique sur les liens entre l'invariant de Ponzano-Regge et un invariant de Chern-Simons construit à partir du groupe quantique obtenu comme le double de SU(2). Nous étudions les asymptotiques de symboles 6j et 10j qui correspondent à la limite semi-classique des modèles de mousse de spin en 3 et 4 dimensions. Enfin nous montrons qu'il est possible dans un cas particulier de réaliser une somme non-perturbative sur les topologies des amplitudes de gravité quantique dans un modèle de théorie des champs sur un groupe.

Ce travail expérimental analyse le mélange de deux fluides miscibles associé à un écoulement induit par gravité dans la géométrie confinée d'un tube incliné. L'étude de la vitesse du front en fonction des paramètres de contrôle (contraste de densité entre les fluides \Delta\rho/\rho <

Les spirales gravimétriques ou « spirales » sont des équipements de séparation par gravité utilisés pour la valorisation des minerais pour lesquels la densité des minéraux de valeur est significativement différente de celle de gangue. C'est le cas du traitement du minerai de fer discuté dans cette thèse. Les spirales sont préférées à d'autres séparateurs car elles sont peu coûteuses, simples à utiliser, pratiquement sans entretien, peu exigeantes en énergie et n'utilisent pas de réactif. Malgré ces qualités attrayantes et contrairement à la flottation, peu d'études sont consacrées à examiner l'opération des spirales. En effet, ce n'est que récemment que l'analyse de ce procédé a démontré que les spirales ne réussissaient pas à récupérer les particules minérales denses et grossières au produit lourd alors qu'elles le devraient en théorie. Il a également été démontré récemment que l'eau de lavage, qui est la principale variable de contrôle pour les spirales, est en partie responsable de la perte des particules grossières. Pour compenser cette perte, d'autres variables de contrôle doivent être utilisées, dont l'ouverture des couteaux de concentré et la position des portes du diviseur à la décharge de la spirale. L'étude de stratégies alternatives de contrôle des spirales ne peut difficilement se faire en milieu industriel, car l'opération des usines de traitement des minéraux est soumise à des contraintes imposées par la production et la qualité du produit final. Par ailleurs, l'impact des perturbations dues aux variations du minerai et/ou aux problèmes mécaniques dans l'usine est inévitable. Tester de nouvelles stratégies de contrôle dans une usine pilote est une option certainement trop coûteuse. Les opérateurs d'usine recherchent donc des approches rapides et peu coûteuses pour identifier des stratégies qui pourraient ensuite être testées sécuritairement dans l'usine. La simulation de procédé offre cette possibilité, mais une étude de la littérature a rapidement révélé l'absence d'outils de simulation pour les spirales et plus particulièrement pour les circuits de séparation gravimétrique utilisant des spirales. Pour construire un tel simulateur il faut donc trouver ou développer des modèles mathématiques pour les unités du circuit. Pour pouvoir tester des stratégies de contrôle, il est important que le modèle développé prenne en compte les variables de fonctionnement de la spirale, dont l'ouverture des couteux de concentré et du diviseur à la décharge de spirale ainsi que l'ajout d'eau de lavage. L'objectif de ce projet de recherche est de proposer un tel modèle pour les spirales. Le modèle mathématique proposé décrit la trajectoire des particules distribuées en classes de minéraux/taille lors de leur descente dans la spirale. Cette prédiction est réalisée en introduisant le nouveau concept de Fonctions de Déplacement de Particules (FDP) pour décrire les mouvements des particules. Le modèle est calibré en utilisant des données générées à partir d'essais réalisés sur un montage à l'échelle pilote construit autour d'une spirale Mineral Technologies WW6 +, installée au Laboratoire de Traitement de Minerai de l'Université Laval. Le modèle est ensuite validé avec des données obtenues avec une spirale WW6E opérée au COREM. Le montage, mis en service à l'Université Laval, utilise une distribution contrôlée d'eau de lavage dans les tours de spirale pour surmonter le problème observé de distribution inégale de l'eau de lavage lorsque le système intégré à la spirale est utilisé. Le montage est également conçu pour échantillonner simultanément le produit de chaque couteau de concentré de la spirale, de sorte que la progression de la séparation des minéraux dans la spirale puisse être utilisée pour calibrer le modèle. Le simulateur calibré prédit de manière adéquate la réponse de la spirale aux changements des états des variables manipulables. Le modèle est capable de simuler l'opération d'une spirale nettoyeuse bien qu'il ait été calibré à l'aide de données collectées à partir d'une spirale ébaucheuse. Le modèle proposé est prêt à être implanté dans un simulateur pour une usine de traitement de minerai de fer, bien qu'il reste du travail à faire pour finaliser la méthodologie de calibrage pour améliorer la prédiction de la distribution granulométrique des minéraux dans le flux mixte de la spirale / Spiral concentrators are gravity separation devices used for the valorization of ores for which the specific gravity of the valuable minerals is significantly different from that of the gangue minerals. This is the case of iron ore processing discussed in this thesis. Spirals are preferred to other mineral separation devices because they are inexpensive, simple of operation, practically maintenance free, low energy demanding and do not require the use of reagents to separate minerals. Despite these appealing qualities and unlike flotation, few studies are dedicated to the analyze the spiral operation. Indeed, it is only recently that basic process analysis has shown that spirals fail to recover coarse dense mineral particles to the heavy product. It has also been recently found that wash water, as the main control variable for the operation of the studied spirals, is partly responsible for the loss of coarse valuable particles. To make up for this loss and to maintain a satisfactory operation of spirals, other control variables such as the concentrate cutter openings and position of the splitter gates at the spiral discharge should be used. The study of alternative control strategies for spirals implies testing these strategies in the industrial environment, which is practically impossible considering that the operation of mineral processing plants is subjected to constraints imposed on the production and on the quality of the plant product. Besides, the impact of disturbances due to ore variations and/or mechanical problems in the plant is unavoidable. Testing new control strategies in pilot plant is possible but it is certainly costly if one can find a pilot plant equipped for such testing. Plant operators are thus seeking for rapid and inexpensive approaches to carry out such investigation to identify strategies that can subsequently be safely tested in a plant. Process simulation offers this possibility, but a literature survey rapidly revealed the absence of simulation tools for spirals and more particularly for gravity separation circuits that use spiral concentrators. The first step in building such circuit simulator is to find or develop mathematical models for the units of the circuit. With the objective of testing control strategies, it is thus important that the model to be developed be able to account for the usual spiral operating variables, namely the cutter opening, the discharge splitter position and the wash water addition. The objective of this research project is to propose such model for spirals. A mathematical model is therefore described to predict the trajectory of particles distributed in mineral/size classes as they flow down a spiral. This is achieved here by introducing the new concept of Particle Displacement Functions (PDF) in spiral modelling to describe the movements of the particles flowing down the spiral. The model is calibrated using data generated from tests conducted on a pilot-scale test rig built around a Mineral Technologies WW6+ spiral, installed in the Mineral Processing Laboratory of Université Laval. The model is further validated with data obtained from a WW6E spiral operated at COREM. The test rig commissioned at Laval University uses a controlled wash water distribution within the spiral turns to overcome the observed problem of unequal wash water distribution when using the spiral built-in wash water distribution system. The test rig is also designed to sample simultaneously the product from each concentrate cutter of the spiral, so that the progress of the heavy mineral concentration down the spiral can be monitored. This information can be used to calibrate the model. The calibrated spiral simulator predicts adequately the spiral response to changes in the states of the operating variables. The model can simulate a cleaner spiral operation although it is calibrated using data collected from a rougher spiral operation. The proposed model is ready to be implemented into a simulator for an iron ore processing plant, although work remains to be done to finalize the calibration methodology to improve the prediction of the mineral size distribution in the spiral middling stream.

Le secteur de la robotique domestique est en pleine expansion. Comme toute nouvelle technologie, les capacités offertes aux clients doivent évoluer pour conquérir de nouveaux marchés. Des bras manipulateurs sur ces robots augmenteraient considérablement leurs capacités d'interactions. Mais il faut des bras à la fois performants et sécuritaires avant d'introduire ce type robot dans les domiciles et les hôpitaux. Dans cette optique, le laboratoire IntRoLab a développé un bras muni d'un nouveau type d'actionneur appelé ADE (Actionneur différentiel élastique). Les ADE, de par leur conception, ont une compliance intrinsèque de par l'usage d'un ressort dans leur mécanisme, et permettent un contrôle en force afin d'effectuer les actions sécuritairement. L'objectif de cette maîtrise consiste à développer la partie logicielle permettant de contrôler ce type de bras pour qu'ils puissent réaliser un grand nombre d'actions tout en conservant l'aspect sécuritaire du robot pour les interactions humain-robot. Pour réaliser cela, le système de contrôle développé combine à la fois un contrôle d'impédance articulaire, un contrôle d'impédance cartésien et un contrôle en force. Ces trois types de contrôle permettent au bras d'effectuer des actions dans différentes configurations. Le contrôle d'impédance articulaire permet de placer le bras dans une configuration articulaire précise. Le contrôle cartésien permet de placer la pince à la position souhaitée dans l'espace. Le contrôle en force permet d'appliquer une force cartésienne dans une direction souhaitée ce qui permet de faire des actions comme écrire, repasser, etc. Un système de compensation de gravité a également été ajouté à ce contrôle afin d'améliorer la précision et que le bras soit plus simple à bouger. En effet, sans la compensation ces contrôles présentent une erreur statique causée par le poids du bras. Les tests réalisés permettent de démontrer les caractéristiques et les limites des différents types de contrôles réalisables. Ainsi, l'influence des coefficients de raideur et d'amortissement sur les contrôles et notamment sur leur bande passante est analysée. La précision des contrôles est également déterminée. Pour vérifier la sécurité des bras, des tests sur la vitesse atteignable sont réalisés à l'aide du contrôleur d'impédance articulaire et du contrôleur d'impédance cartésien.

Le désir de comprendre l'origine de la Terre, son évolution et sa composition, le futur de notre planète et les événements géologiques comme les séismes et les désastres qu'ils provoquent, ainsi que la curiosité de l'esprit humain font que les chercheurs étudient l'évolution tectonique et la structure actuelle de la Terre. Entre les paramètres clé pour une meilleure compréhension se trouvent la profondeur de la limite croûte-manteau (Moho) et celle de la limite entre la lithosphère et l'asthénosphère (LAB). Le but de cette thèse était de modéliser la limite lithosphère-asthénosphère (LAB) et l'épaisseur crustale sous l'Alborz central, le block sud-caspien et les régions environnantes. Dans cette étude, nous utilisions une méthode d'imagerie de la lithosphère, basée sur l'interprétation de données gravimétriques et de la topographie en équilibre isostatique local. Nous appliquons des algorithmes 1D et 2D de modélisation avant de présenter un nouvel algorithme d'inversion 3D. Nous présentons d'abord une inversion conjointe 1D de données de géoïde et de topographie. Le second pas est la modélisation 2D le long de trois profils par l'interprétation conjointe de géoïde, gravité (air libre et Bouguer), de topographie et de flux de chaleur à la surface. Finalement, nous performons une inversion 3D conjointe de données de géoïde, gravité (air libre) et de topographie. L'application des trois différentes méthodes à la région d'étude nous donne comme résultats principaux une croûte épaisse sous la chaine d'Alborz et sous l'Apsheron-Balkan Sill à la limite septentrionale du bassin sud-caspien. Des fortes variations de l'épaisseur de la lithosphère ont été obtenues, où la lithosphère la plus mince est localisée sous l'Iran central et NW, surtout dans des régions de volcanisme Cénozoïque. Les régions d'épaisseur maximale de la lithosphère se trouvent sous l'Apsheron-Balkan Sill, indiquant en combinaison avec un épaississement parallèle de la croûte une subduction de la lithosphère sud-caspienne vers le nord sous la lithosphère eurasienne. / The wish to understand the Earth's origin, evolution and composition, curiosity of the human to comprehend our planet's future evolution plus the geological needs compel researchers to investigate tectonic evolution and their present day structure and behavior. Some key parameters to better understand these subjects are depth of the Moho (the boundary between crust and mantle) and of the lithosphere-asthenosphere boundary (LAB). The targeted area of this research includes the Alborz Mountains in northern Iran and the South Caspian Basin. The Alborz Mountains separate the South Caspian Basin from Central Iran. For our research, the definition of the LAB is an isotherm and we try to calculate the temperature distribution in the lithosphere. We also consider local isostasy to be valid for our modeling. Gravity, geoid, topography and surface heat flow data are used in this research to model the Moho and LAB discontinuities. Potential field data are sensitive to the lateral density variations which happen across these two boundaries but at different depth. In this research 1D, 2D and 3D modeling has been conducted in our targeted area. In 1D modeling, our data are topography and geoid undulations. The method is a 1D inversion based on a two-layered model comprising crust and lithospheric mantle. Using gravity, geoid, topography and surface heat flow data, we have modeled 2D distributions of the density and temperature in the lithosphere along three profiles crossing Iran in SW-NE direction from the Arabian foreland in the SW to the South Caspian Basin and the Turan Platform to the NE. Finally, a 3D algorithm has been developed and tested to obtain the density structure of the lithosphere from joint inversion of free air gravity, geoid and topography data based on a Bayesian approach with Gaussian probability density function. The algorithm delivers the crustal and lithospheric thicknesses and the average crustal density. The results show crustal root under the Alborz Mountains and a thin crust under the southernmost South Caspian Basin thickening northward until the Apsheron-Balkan Sill. Regarding LAB, the results show thick lithosphere under the South Caspian Basin compared to thin lithosphere of Central Iran.

Les fluides stratifiés présentent deux types principaux de mouvement : les ondes de gravité internes et des mouvements tourbillonnaires quasi-bidimensionnels (ou modes de vorticité potentielle). Les ondes évoluent sur une échelle de temps rapide TN = 1/N, où N est la fréquence de Brunt-Väisälä, une fréquence naturelle déterminée par la force de la stratification, tandis que les mouvements tourbillonnaires sont régis par une échelle lente TA = L=U, où U et L sont des échelles horizontales de vitesse et longueur caractéristiques des structures tourbillonnaires. La différence entre ces deux modes peut être illustrée par la décroissance d'une zone turbulente en présence d'une stratification de fond stable : pendant l'éffondrement de la turbulence initiale, l'énergie est soit rayonnée sous la forme d'ondes internes qui se propagent loin de la région turbulente initiale, soit transmise aux mouvements d'advection quasi-horizontaux qui s'organisent comme patches de vorticité potentielle. Cette thèse aborde d'un point de vue expérimental et théorique le problème de l'interaction des ondes de gravité internes et tourbillons pancake dans un fluide fortement stratifié ainsi que l'étude des mécanismes diffusifs des tourbillons pancake.