Les films polyélectrolytes ont émergé comme un outil polyvalent dans le domaine desbiomatériaux et de l’ingénierie tissulaire. Dans cette étude, nous avons conçu des films à base debiopolymère, dont la rigidité peut être modulée par photo-réticulation. L’adhésion de bactéries etde cellules mammifères sur ces films a été étudiée. Une telle manipulation de rigidité superficielleconduit à une réponse différentielle des bactéries et des cellules mammifères. Les bactéries àGram négatif présentent une meilleure croissance sur des films nous alors que les cellulesmammifères préféraient les films plus rigides. Ces films ont été spatialement structurés à l’aided’un photomasque, permettant de créer des zones adjacentes de rigidité variable et de formecontrôlée. Les motifs photostructurés ont conduit les cellules à s’organiser préférentiellement surles zones les plus rigides. Une étude comparative a été réalisée avec des micropatronsbiochimiques. Les résultats ont montré des réponses similaires pour trois types cellulairesdifférents. Ces films offrent des perspectives intéressantes pour l’ingénierie tissulaire et pour letest de médicaments. / Polyelectrolyte multilayers have emerged as a versatile tool in the field of biomaterials and tissueengineering. In this study, photocrosslinkable polyelectrolyte films based on biopolymers whosestiffness can be easily tuned by UV irradiation were prepared. Then, they were tested againstbacteria and mammalian cells to address the influence of the film stiffness on cell behavior. Suchsuperficial stiffness manipulation resulted in differential response of bacteria and mammaliancells. Gram negative bacteria evidenced better growth on softer films while various mammaliancells preferred stiffer films. Stiffness patterns of various geometries and sizes were generated byexposing the films to the UV light through a photomask incorporated in transparent substrates.The patterned films composed of stiff motifs distributed in a soft background induced apreferential spatial organization, which depended on pattern shape and size. A comparative studywith commercial biochemical patterns revealed similar pattern fidelity for three differentmammalian cell types. Such mechanical patterns on a 2D film appear promising for futureapplications in tissue engineering or for drug screening.

La maladie rénale chronique (MRC) est caractérisée par une fréquence élevée de complications cardiovasculaires (CV). La rigidité artérielle est un marqueur de la maladie CV, corrélé avec la morbi-mortalité des patients en dialyse chronique. Notre équipe a déjà observé que des modifications structurelles et fonctionnelles des gros troncs artériels apparaissent néanmoins dès les stades précoces de la MRC.Le suivi prospectif d’une large cohorte de patients insuffisants rénaux non dialysés, nous a permis de démontrer que le remodelage artériel s’accentue avec la progression de la MRC, avec notamment une augmentation de la rigidité carotidienne, une diminution de l’épaisseur intima-média, une augmentation du diamètre interne de la carotide et du stress circomférentiel. Notre étude prospective a permis de montrer que le stress circonférentiel est prédictif de la vitesse de dégradation de la fonction rénale, même après ajustement sur les autres facteurs de risque CV et de progression de la MRC. Nous avons également étudié la morbi-mortalité globale et CV en fonction des paramètres artériels mesurés lors de l’inclusion. Après analyse multivariée, il apparaît que la rigidité aortique est corrélée au risque de décès ou de survenue d’un événement CV, alors que le diamètre interne de la carotide est associé à la mortalité globale, même après ajustement sur les facteurs CV classiques. La transplantation rénale permet une amélioration du pronostic CV des patients insuffisants rénaux. Nos études, réalisées sur 2 cohortes prospectives de patients transplantés rénaux ont permis d’objectiver une nette amélioration de la rigidité aortique dans les mois qui suivent la greffe. Nous démontrons par ailleurs que le remodelage artériel est également réversible, avec diminution du diamètre interne, augmentation de l’épaisseur intima-média et correction partielle du stress circonférentiel au niveau de la carotide interne. Cette réversibilité de la rigidité est particulièrement importante chez les receveurs bénéficiant d’une transplantation avec un donneur jeune, et ceci indépendamment du degré d’amélioration la fonction rénale observée dans la période post-greffe.Elle est aussi beaucoup plus marquée chez les patients recevant un greffon rénal provenant d’un donneur vivant.La qualité du greffon, déterminée par l’âge du donneur ou son origine (donneur vivant vs donneur décédé) est donc capitale pour prédire l’amélioration des paramètres artériels chez le receveur et indirectement son pronostic CV à moyen terme. / Chronic Kidney Disease (CKD) is associated with frequent cardiovascular complications. Arterialstiffness is a marker of cardiovascular (CV) disease and is associated with mortality in patients with end-stagerenal disease (ESRD). Our group has previously suggested that a maladaptative arterial remodeling occurs earlyduring CKD, even in patients with mild kidney dysfunction. Our first prospective study was based on a large CKD cohort. Our data confirm that the large arteries modifications, which include increase of carotid stiffness, decrease of intima-media thickness, carotid arterydilatation with enhancement of circumferential wall stress (CWS), worsen during CKD progression. We also showthat initial CWS is associated with the rate of kidney function deterioration, even after adjustment for other CV andCKD risk factors. In addition, we found that aortic stiffness was associated with both the overall survival and therisk of cardiovascular events. The internal carotid diameter is predictive of the overall mortality, after multivariateanalysis. Kidney transplantation reduces the CV risk of ESRD patients. Our 2 prospective studies demonstratethat aortic stiffness can improve during the first year after transplantation. The maladaptative arterial remodelingcan also reverse after transplantation, with a significant reduction of the carotide diameter, an increase of theintima-media thickness and a partial correction of the CWS. The improvement of the aortic stiffness and thereversal of this maladaptative arterial remodeling is particularily important in patients receiving a kidney allograftform a young allograft donor, independently of the post-transplant renal function. The kidney recipients with aliving donor experience a major improvement of their arterial parameters when compared with recipients withdeceased donors, and this difference remains significant after adjustment for other confounding factors. Inconclusion, the quality of the kidney allograft (age and source) may play an important role in the cardiovascularoutcome of the recipient. This advantage could be mediated a beneficial effect of transplantation on centralarteries structure and function.

La théorie de la rigidité permet de prédire les comportements de nombreuses propriétés de verres, que ce soit avec la composition, la température ou la pression, tout en réduisant la structure de ceux-ci à un simple critère mécanique : flexible, isostatique ou rigide sur-contraint. Des travaux récents ont mis en évidence l'utilité d'une telle analyse, tant de manière expérimentale que théorique. Dans cette thèse, nous appliquons une méthode d'établissement de contraintes à partir de simulations par dynamique moléculaire, afin d'explorer la rigidité dans différentes conditions de température, pression ou composition pour des verres ayant des potentiels d'application. Cet algorithme de dénombrement de contraintes, radiales ou angulaires, nous a permis de définir des zones de compositions particulières dans les verres d'oxydes, avec une compréhension différente de la structure et des contraintes entourant les ions dans la silice. Par la suite, nous avons aussi pu montrer des effets topologiques faibles des gaz nobles dans la silice, et relier les anomalies dynamiques observées dans la silice sous pression à des conditions de rigidité du réseau. / Rigidity theory allows to predict the behavior of many properties of glasses with respect to composition, while considering the underlying network as simple mechanical trusses that can be flexible, isostatic or stressed-rigid. Some recent works showed how useful such an analysis can be, either theoretically or experimentally. In the thesis we will use a method to analyse topological constraints from molecular dynamics simulations in order to establish the rigidity of silica systems of interest under various conditions of composition, pressure and temperature. Applying this constraints counting algorithm to radial and angular constraints in soda-lime systems allowed us to establish composition intervals of isostatic properties while giving a novel comprehension of the constraints and the structure surrounding the ions. We later highlight the faint influence of noble gases atoms upon silica when melted in the bulk. That study also allowed us to link dynamical anomalies of silica under pressure to rigidity changes of the network.

Ce travail réalisé au LAUM, concerne en premier lieu la caractérisation des distorsions, notamment non linéaires,observables sur des haut-parleurs en vue de les miniaturiser.En outre l’étude se rapporte au mode de contrôle de tels transducteurs au regard des avantages et des inconvénients présentés par l’électronique d’un pilotage en intensité.Après rappel des principales définitions permettant d’appréhender les mesures électroacoustiques, la structure et les propriétés des haut-parleurs font l’objet d’une première analyse, discutée dans le cadre des hypothèses de linéarité.Les exemples et les caractéristiques décrits en termes de fonctions de transfert sont présentés autour d’un transducteur générique de l’état de la technique. Les principes de la commande en courant sont ensuite présentés, compte tenu des caractéristiques globales des amplificateurs opérationnels de puissance disponibles actuellement. En maintenant l’intégrité de l’indice de contrôle en courant (Control Drive Index), la réjection du pic de résonance mécanique et des hautes fréquences sont discutés autour de structures de filtrages, soit incorporées à la boucle de feedback et adaptées au transducteur, soit disposées en feed forward. Au-delà de ces considérations de premier ordre les comportements non linéaires sont examinés. Après une analyse fondamentale se rapportant aux définitions et aux caractéristiques de non-linéarité, une évaluation analytique en régime mono fréquentiel est présentée, pour un transducteur commandé en courant. L’analyse est ensuite généralisée au moyen de modèles numériques originaux réalisés sous Simulink®, PSpice® et SLPS avec des sollicitations bitonales.Considérant divers dispositifs de l’état de la technique, des résultats conformes à ceux de la littérature récente et validés par l’expérience sont obtenus. Ainsi, les prototypes de micro haut-parleurs réalisés au laboratoire seront à court terme caractérisés avec plusieurs modes de conditionnement. / Undertaken with the LAUM, this work aims at first tocharacterize non linear distortions relative to electrodynamicloudspeakers with a view to miniaturizing units designed in thelaboratory. Furthermore, a special point about the advantages and drawbacks resulting from voltage or current driving has been investigated. After a brief review about the prominent definitions used in thefield of electro-acoustics, the main properties and specificitiesof transducers are discussed while considering at first linear devices. Considering a generic transducer of the state of theart, the main parameters are given in terms of transfer functions. Then, a current-driving policy is discussed whiletaking account of the actual power operational amplifier properties. Furthermore, the rejection of the mechanical resonance is investigated without any kind of alteration of theideal infinity of the Control Drive Index value. Specific filtering structures are calculated regarding a given transducer and considered either in feedforward or feedback arrangements within the circuitry. After such a first order analysis non linear behaviours areconsidered. At first a straightforward typology of non linearsystems is presented so as to highlight the most importantdefinitions. Then, a special analytical approach is given,allowing us to analyse the harmonic generation from a currentdriven loudspeaker with a mono frequency regime. Such anapproach is extended and generalized by way of original numerical models designed with Simulink®, PSpice® and SLPSsoftware, considering bi tonal stimuli signals. Then, such anapproach is considered with transducers and amplifiers of thestate of the art, allowing us to validate the whole relevantrationale. Thus, the micro speakers actually developed in thelaboratory should be investigated and optimized in the shortrun, considering their relevant electronic conditioning policy.

L'aorte conduit le sang oxygéné aux organes et amortit l'onde pulsatile cardiaque. Au cours du vieillissement, elle est exposée à des altérations hémodynamiques et à une rigidité augmentée, elle-même associée à la mortalité.L'objectif de ma thèse est de proposer, à partir de l'IRM et des simulations, des indices non-invasifs de l'hémodynamique aortique locale, qui soient simples, rapides et complémentaires aux indices IRM de géométrie et de fonction aortiques établis.Un premier volet est consacré au développement et la personnalisation d'un modèle 1D de l'aorte descendante, validé qualitativement et quantitativement avec des données IRM sur 7 sujets, afin d'extraire des paramètres de pression, vitesse et surface.Un second volet, dédié aux données IRM, est centré sur :la comparaison de 7 méthodes d'évaluation de la pulsatilité aortique et leur validation avec la référence sur 70 sujets sainsla quantification du flux réverse aortique et l'étude de sa variation avec l'âge, ainsi que l'identification de ses déterminants sur 96 sujets sainsl'estimation automatique d'indices hémodynamiques de la sténose valvulaire aortique (SVA) et leur comparaison à l'échocardiographie Doppler sur 53 patients avec une SVA et 21 contrôles.Ainsi, le modèle aortique pourrait aider à identifier les déterminants des altérations aortiques et à consolider les observations in vivo. Par ailleurs, les outils mis au point pour l'analyse reproductible des données d'IRM fournissent des indices caractéristiques du vieillissement, qui pourraient être étudiés vis-à-vis des organes cibles (coeur, cerveau, rein, etc.) dans les pathologies cardiovasculaires (hypertension artérielle, drépanocytose). / The aorta conducts oxygenated blood to organs and also cushions the cardiac pulse wave. Such artery is exposed to age-related hemodynamic alterations and increased stiffness, which is associated with mortality. The objective of my PhD thesis is to propose, using MRI and numerical simulations, non-invasive indices of local aortic hemodynamics, which would be simple, fast and complementary to established aortic geometry and function MRI indices. A first work aims at developing and personalizing a 1D model of the descending aorta, as well as validating such model both qualitatively and quantitatively against MRI data acquired in 7 subjects, to eventually extract pressure, velocity and area parameters. A second work, which is based on MRI data, focuses on: the comparison of 7 methods for the evaluation of aortic pulsatility and their validation against the reference method in 70 healthy subjects, the quantification of aortic reverse flow and its variation with age, as well as the identification of its prime determinants in 96 healthy subjects, : the automated estimation of hemodynamic indices in aortic valve stenosis (AVS) as well as their comparison with the reference Doppler echocardiography, in 53 patients with AVS and 21 controls. Thus, the aortic model could help to identify determinants of aortic alterations and to strengthen in vivo observations. Besides, software tools developed for the reproducible analysis of MRI data provide indices that are characteristic of aging, and which could be studied in relation to end-target organs damage (heart, brain, kidney, etc.) in the setting of cardiovascular pathologies (hypertension, sickle cell disease).

La thèse a pour objectif de définir les principes et les approches d’une mise en œuvre pratique des capteurs de vibrations pour l’évaluation dynamique des structures, notamment la détection d’endommagements. L’idée générale est d’étudier les combinaisons instrumentation/méthode de détection. Ainsi, une étude numérique de sensibilité de différentes méthodes de détection et de localisation d’endommagement utilisant les paramètres modaux (essentiellement fréquences propres et déformées modales) a été réalisée en fonction du type de capteur utilisé, du nombre de capteurs, de la sévérité du défaut et de la dispersion des paramètres modaux. Le cas d’application choisi est celui d’une poutre en aluminium bi-encastrée. Un panorama des capacités de chacune des méthodes pour l’évaluation dynamique des ouvrages a ainsi pu être dressé. Dans l’ensemble, l’application des méthodes de détection d’endommagement a fourni de meilleurs résultats à partir de jauges de longue base de mesure. Une méthode développée au sein de l’équipe Dynamique, appliquée numériquement et expérimentalement, a également permis de localiser un défaut de masse et/ou de rigidité ainsi que de quantifier ces changements / The aim of the thesis is to define principles and approaches of a practical implementation of vibration sensors for dynamic monitoring of structures, specially damage detection. The general idea is to study the combinations instrumentation /detection method. Thus, a numerical sensitivity study of different damage detection and localization methods using modal parameters (mainly natural frequencies and mode shapes) was performed according to the type of sensor used, to the number of sensors, to the severity of the damage, and to dispersion of modal parameters. The case-study is conducted on an aluminium clamped-clamped beam. A panorama of the capacity of each method for dynamic assessment of structures has been presented. Overall, long base strain gauges provide better results for damage detection methods. A method developed in the Dynamic group applied to numerical and experimental data, is able to locate mass and/or flexural rigidity modifications and to quantify these perturbations

Une variété riemannienne est dite rigide lorsque la longueur des géodésiques périodiques (cas des variétés fermées) ou des géodésiques diffusées (cas des variétés ouvertes) permet de reconstruire globalement la géométrie de la variété. Cette notion trouve naturellement son origine dans des dispositifs d’imagerie numérique tels que la tomographie par rayons X. Grâce une approche résolument analytique initiée par Guillarmou et fondée sur de l’analyse microlocale (plus particulièrement sur certaines techniques récentes dues à Faure-Sjostrand et Dyatlov-Zworski permettant une étude analytique fine des flots Anosov), nous montrons que le spectre marqué des longueurs, c’est-à-dire la donnée des longueurs des géodésiques périodiques marquées par l’homotopie, d’une variété fermée Anosov ou Anosov à pointes hyperboliques détermine localement la métrique de la variété. Dans le cas d’une variété ouverte avec ensemble capté hyperbolique, nous montrons que la distance marquée au bord, c’est-à-dire la donnée de la longueur des géodésiques diffusées marquées par l’homotopie, détermine localement la métrique. Enfin, dans le cas d’une surface asymptotiquement hyperbolique, nous montrons qu’une notion de distance renormalisée entre paire de points au bord à l’infini permet de reconstruire globalement la géométrie de la surface. / A Riemannian manifold is said to be rigid if the length of periodic geodesics (in the case of a closed manifold) or scattered geodesics (in the case of an open manifold) allows to recover the full geometry of the manifold. This notion naturally arises in imaging devices such as X-ray tomography. Thanks to a analytic framework introduced by Guillarmou and based on microlocal analysis (and more precisely on the analytic study of hyperbolic flows of Faure-Sjostrand and Dyatlov-Zworski), we show that the marked length spectrum, that is the lengths of the periodic geodesics marked by homotopy, of a closed Anosov manifold or of an Anosov manifold with hyperbolic cusps locally determines its metric. In the case of an open manifold with hyperbolic trapped set, we show that the length of the scattered geodesics marked by homotopy locally determines the metric. Eventually, in the case of an asymptotically hyperbolic surface, we show that a suitable notion of renormalized distance between pair of points on the boundary at infinity allows to globally reconstruct the geometry of the surface.

Les maladies cardiovasculaires représentent la première cause de mortalité dans le monde. L’hypertension artérielle et l’hypertrophie du ventricule gauche en constituent deux facteurs de risque souvent asymptomatiques. Dans ce contexte, la pression aortique s’impose comme un indicateur de la santé cardiovasculaire reflétant non seulement les propriétés biomécaniques des artères centrales mais aussi la post-charge ventriculaire. La mesure de ce paramètre hémodynamique est donc cruciale pour le diagnostic et la prise en charge thérapeutique. L’objectif de ce travail est d’estimer non-invasivement la pression aortique en couplant l’Imagerie par Résonance Magnétique Cardiovasculaire (IRM-CV) à la modélisation de l’écoulement sanguin. Nous avons ainsi opté pour un modèle biomécanique unidimensionnel (1D) réduit, prenant en compte l’interaction du sang avec la paroi élastique de l’aorte. Ce segment 1D est couplé en sortie à un modèle Windkessel, dit 0D, modélisant l’ensemble du réseau vasculaire en aval de l’aorte. Les paramètres locaux du modèle 1D ainsi que ses conditions aux limites (conditions d'entrée et paramètres du modèle 0D) sont déterminés à partir des données acquises non-invasivement par IRM-CV. Cela permettrait des prédictions 1D spécifiques à chaque sujet/patient. Nous avons évalué la validité du modèle sur des fantômes d’aorte saine et pathologique. Un banc expérimental compatible avec l’IRM a été mis en œuvre; il reproduit au mieux l’écoulement aortique in vivo. Des mesures de pression invasives ont été confrontées à celles prédites par le modèle 1D. Nous avons également évalué la sensibilité du modèle 1D aux paramètres d’entrée. / Cardiovascular (CV) diseases remain the most common cause of death worldwide. Hypertension and left ventricle hypertrophy are two major risk factors associated to such diseases. In this context, aortic blood pressure is considered as a biomarker of increased CV risk and, more generally, a CV health indicator. In fact, it encodes information about biomechanical properties of central elastic arteries and represents left ventricle afterload. Assessment of this hemodynamic parameter is thus crucial for CV disease diagnosis and for evaluating therapeutic benefits. The aim of this work is to non-invasively assess the aortic blood pressure by coupling CV Magnetic Resonance Imaging (CV-MRI) to blood flow modeling. We thus developed a reduced one-dimensional (1D) flow model taking into account the fluid-structure interaction. A Windkessel (or zero-dimensional (0D)) model describing the arterial tree downstream of the aorta was coupled to the 1D segment. Both 1D model parameters and boundary conditions (inlet condition and 0D model parameters) were non-invasively determined using CV-MRI data. This gives the opportunity of deriving subject- or patient-specific blood flow models. To validate our approach, we applied our model to both healthy and pathologic aorta phantoms. Each phantom was mounted in an experimental setup reproducing as well as possible in vivo aortic flow and compatible with the MRI environment. Invasive pressure recording was compared to predicted pressure waves. We also performed a sensitivity analysis of our reduced 1D model.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 octobre 2023) / L'insuffisance rénale chronique (IRC) est une maladie chronique associée à de nombreux désordres métaboliques et endocriniens qui mènent à une augmentation de la rigidité artérielle, notamment de l'aorte. La rigidité aortique en IRC amène de nombreuses conséquences hémodynamiques et cliniques, dont les maladies cardiovasculaires et les troubles cognitifs. En IRC terminale, des traitements de suppléance rénale, dont l'hémodialyse, permettent de prolonger la vie des patients. L'hémodialyse n'est toutefois pas sans conséquences, ayant été associée à une accélération du déclin cognitif. Les mécanismes qui sous-tendent cette association demeurent toutefois mal compris. L'objectif général de ce mémoire est d'investiguer les conséquences hémodynamiques systémiques et cérébrales de l'hémodialyse et ses différentes formes d'accès vasculaire. D'abord, les chapitres 2 à 4 font état des connaissances concernant l'impact chronique de l'IRC sur les propriétés biomécaniques de l'arbre artériel et sur les mécanismes de régulation du débit sanguin cérébral (DSC). Par la suite, les chapitres 5 à 7 se concentrent sur les conséquences hémodynamiques aiguës de l'hémodialyse, notamment sur la relation entre la rigidité artérielle et la pulsatilité du DSC. Finalement, les annexes A et B abordent l'impact de la création d'une fistule artérioveineuse sur des paramètres d'analyse de l'onde de pouls prédicteurs de mortalité chez les insuffisants rénaux terminaux. L'étude présentée au chapitre 6 démontre que chez des patients insuffisants rénaux terminaux, le DSC estimé dans l'artère cérébrale moyenne diminue durant l'hémodialyse, de même que la pulsatilité du DSC. Par ailleurs, l'étude met en évidence une association entre la pulsatilité du DSC et la rigidité artérielle cérébrale qui a été mesurée par une méthode novatrice au grand potentiel d'applicabilité clinique. En somme, les trouvailles rapportées dans ce mémoire contribuent à étoffer la littérature scientifique sur les conséquences hémodynamiques et cliniques de l'hémodialyse, une littérature en émergence. / Chronic kidney disease is a chronic illness associated with numerous metabolic and endocrine disorders that lead to increased arterial stiffness, particularly of the aorta. Aortic stiffness in CKD is associated with numerous hemodynamic and clinical consequences, including cardiovascular disease and cognitive impairment. When CKD reaches an end-stage, renal replacement therapies, including hemodialysis, can prolong the life of patients. However, hemodialysis is not without consequences, as it has been associated with accelerated cognitive decline in CKD. The mechanisms underlying this association, however, remain poorly understood. The general objective of this masters' thesis is to investigate the systemic and cerebral hemodynamic consequences of hemodialysis and its different forms of vascular access. To begin, Chapters 2 to 4 summarize the available evidence regarding the chronic impact of CKD on the biomechanical properties of the arterial tree and on the regulatory mechanisms of cerebral blood flow (CBF). Subsequently, Chapters 5 to 7 focus on the acute hemodynamic consequences of hemodialysis, including the relationship between arterial stiffness and cerebral blood flow pulsatility. Finally, Appendices A and B discuss the impact of arteriovenous fistula creation on pulse wave analysis parameters predictive of mortality in end-stage renal disease (ESRD). The study presented in Chapter 6 shows that in patients with ESRD, estimated CBF in the middle cerebral artery decreases during hemodialysis, along with CBF pulsatility. In addition, the study shows an association between CBF pulsatility and cerebral arterial stiffness that was measured by a novel method with great potential for clinical applicability. In sum, the findings reported in this dissertation contribute to the emerging scientific literature on the hemodynamic and clinical consequences of hemodialysis.