Dans cette thèse, nous présentons l'ensemble de nos contributions relatives à la mise en oeuvre et à la validation de techniques d'extraction d'une courbe de l'activité d'un traceur radioactif, dite courbe d'entrée (CE), à partir des images enregistrées par tomographie d'émission par positrons (TEP). Cette courbe est primordiale pour la quantification de paramètres physiologiques et métaboliques comme le métabolisme du glucose au niveau du myocarde chez le petit animal. La modalité d'imagerie TEP sert à déceler, à des phases souvent précoces, le dysfonctionnement d'un organe par un examen médical. L'examen consiste en une injection d'un élément radioactif, émetteur de positrons attachés à une molécule caractérisée par les mêmes propriétés chimiques et biologiques qu'une molécule naturelle, et de suivre son activité temporelle. La quantité du traceur mesurée dans le plasma sanguin en fonction du temps constitue la CE, tandis que la radioactivité mesurée dans les tissus par la TEP constitue la réponse des tissus. La CE et la réponse des tissus sont les fonctions fondamentales d'un modèle mathématique appelé "le modèle pharmacocinétique" qui estime les paramètres physiologiques et métaboliques. Habituellement la CE est obtenue d'une manière invasive par un prélèvement sanguin qui se fait parallèlement à l'acquisition des données. En plus, elle nécessite une chaîne de préparation pour enregistrer la concentration du traceur radioactif dans le plasma et une fréquence d'échantillonnage corrélée avec le découpage de la séquence d'images. Dans le cadre de nos recherches, nous avons développé des techniques d'extraction de la CE directement à partir d'une séquence d'images TEP. Cette approche présente l'avantage d'être non-invasive et permet un contrôle sur la fréquence d'échantillonnage temporel. Néanmoins, la résolution spatiale, les limites physiques, les limites physiologiques et les limites méthodologiques reliées à la reconstruction d'images sont des facteurs qui détériorent la qualité de la courbe. Dans un premier temps, nous avons appliqué un concept probabiliste à l'intérieur de deux régions d'intérêts (Ris) tracées sur la séquence d'images délimitant le ventricule gauche et le myocarde. La méthode estime la fraction du sang dans les deux régions pour déterminer une CE non dégradée par les effets mentionnés précédemment. Cette approche a permis de corriger la courbe en tenant compte des effets causés par la contamination spatiale. Dans un deuxième temps, nous avons travaillé sur la réduction de l'effet du mouvement du coeur et des poumons sur la qualité de la CE. Pour cela, nous avons utilisé une acquisition de données synchronisée par rapport à l'électrocardiogramme (ECG). Cette acquisition nécessite un suivi automatique des RIs sur les différents cadres synchronisés. Pour remédier aux effets de la faible résolution spatiale des images, nous avons développé un modèle particulier d'un contour déformable qui répond aux faiblesses des images TEP. Notre modèle est capable de délimiter le ventricule gauche et le myocarde sur les images d'une façon quasi-automatique. Finalement, nous avons généralisé l'idée de l'extraction de la CE pour différents traceurs tels que le glucose marqué au fluor ([indice supérieur 18]F-FDG), l'ammoniaque marqué à l'azote ([indice supérieur 13]N-ammoniaque), le [indice supérieur 82] rubidium ([indice supérieur 82]Rb) et l'acétate marqué au carbone ([indice supérieur 11]C-acétate). Le modèle que nous avons développé est basé sur l'estimation de la CE par l'analyse en composante indépendante (ACI) et la distribution gaussienne généralisée (DGG). Tous nos résultats pour le traceur [indice supérieur 18]F-FDG sont comparés à la méthode de référence classique, à savoir le prélèvement sanguin. Les résultats de l'extraction de la CE par l'ACI ont été comparés à ceux extraits par la méthode de référence et par la moyenne de l'activité d'une RI segmentée manuellement sur les images. Les résultats montrent l'apport de la méthode sur l'amélioration de la courbe lorsque celle-ci est dégradée par la contamination croisée. Le travail accompli dans cette thèse montre la possibilité de contourner les limites de l'imagerie TEP par l'utilisation d'approches statistiques dans le but d'extraire une CE fiable. Les méthodes développées représentent une alternative à la méthode invasive d'échantillonnage sanguin.

Le flot sanguin est un facteur déterminant de l'activité métabolique du tissu adipeux. En effet, tout échange métabolique ou hormonal dépend obligatoirement du produit du flot sanguin et de la différence artérioveineuse du métabolite étudié.Le stockage et la libération énergétique de même que la sécrétion d'hormones et d'adipocytokines nécessitent une régulation précise du flot sanguin dans le tissu adipeux (FSTA). Ce mémoire comportera essentiellement trois parties. Dans la première, nous ferons la recension des écrits qui concernent la régulation du FSTA. Nous avons écrit une revue sur le sujet. Nous décrirons le rôle de l'insuline, des hormones gastro-intestinales, du système nerveux sympathique et parasympathique, de l'endothéline et de diverses cytokines. Nous montrerons aussi que l'absence d'élévation du FSTA en condition postprandiale est une caractéristique de l'insulino-résistance et de l'obésité. Cette caractéristique justifie l'exploration de la physiologie vasculaire du tissu adipeux pour une meilleure compréhension des mécanismes patho-physiologiques qui sous-tendent ces deux pathologies. Dans la deuxième partie, nous discuterons des diverses techniques de mesure du FSTA chez l'humain, la mesure de clairance du 133 Xe, la microdialyse ou d'autres méthodes plus dispendieuses ou non validées. Nous décrirons ensuite une nouvelle méthode, la microinfusion, qui permet de mesurer le FSTA avec la technique de clairance du 133 Xe et de le faire varier simultanément en infusant dans le site radioactif, de façon continue, des agents vasoactifs. Un détecteur placé au-dessus de la source permet l'enregistrement de la clairance du 133 Xe du tissu adipeux vers la circulation sanguine en relation avec les changements environnementaux induits.Le tissu adipeux sous-cutané abdominal a été choisi comme site anatomique d'investigation. Cette méthode permet la comparaison directe entre des composés vasoactifs, agents pharmacologiques ou hormones, et un contrôle controlatéral situé à la même hauteur sur l'abdomen. La description précise de cette méthode fait l'objet d'un deuxième article. Nous y montrons aussi que la microinfusion améliore la précision et la faisabilité des études physiologiques et pharmacologiques in vivo chez l'humain et qu'elle a déjà permis l'évaluation de plusieurs acteurs potentiels impliqués dans la régulation du FSTA chez des sujets sains. Enfin, dans la troisième partie nous ferons le point de notre expérience de maîtrise, des difficultés et des déboires que nous avons eus dans la mise au point de la technique à Sherbrooke. Nous conclurons en montrant que la microinfusion va permettre d'améliorer notre compréhension des mécanismes sous-jacents au syndrome d'insulino-résistance, au développement du diabète de type 2 et des maladies cardiovasculaires. Son implantation et sa mise au point à Sherbrooke sont donc amplement justifiées.

Pour la première fois, nous avons utilisé les isotopes de l'osmium, comme traceurs de l'empreinte environnementale d'une aluminerie Rio Tinto Alcan située au Saguenay. La technologie « précuite » de l'entreprise permet de réduire l'alumine en aluminium métallique, grâce à des anodes de carbone. Ces anodes sont consumées au cours du procédé d'électrolyse et parce qu'elles sont constituées de coke de pétrole et de brai (résidus de matières pétrolifères à l'âge géologique important) aux rapports Re/Os élevés, l'osmium qui s'y trouve est radiogénique (riche en isotope 187Os, le produit de la désintégration radioactive du 187Re). Par conséquent, il en est de même pour l'osmium présent dans les émissions atmosphériques de ce type d'industrie. Les signatures isotopiques mesurées sur les anodes et aux cheminées de l'usine sont très radiogéniques (187Os/188Os = 2,04 à 2,86). Dans l'environnement proche de l'usine, nous avons observé une forte teneur en Os dans des dépôts de surface. Elle diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne de l'usine, jusqu'à atteindre 25 ppt au point d'échantillonnage le plus proche de la limite de la propriété industrielle (la valeur moyenne pour la croûte continentale est d'environ 30 ppt). La composition isotopique des émissions atmosphériques particulaires de l'usine est donc différente des autres sources d'osmium anthropogéniques usuelles, provenant de contextes géologiques ultramafiques. L'Os est donc un bon candidat pour surveiller les émissions atmosphériques d'une aluminerie; sa signature isotopique en sortie d'usine étant sensiblement distincte de celle de l'environnement naturel (croûte continentale moyenne 187Os/188Os ~ 1.2). Pour le cas particulier de l'usine étudiée ici, la charge sédimentaire régionale (mesuré sur des niveaux pré-anthropiques d'un forage dans la Baie des Ha!-Ha!) présente une composition isotopique similaire à celle du matériel anodique, rendant plus difficile la détection d'un apport en Os provenant des anodes sur la base de la composition isotopique. Par contre, l'absence d'augmentation des teneurs en Os entre les niveaux pré-industriels et actuels tend à démontrer un faible apport anthropique (toutes sources confondues) à cet environnement sédimentaire. En tentant d'établir le bilan annuel d'osmium de l'usine G-B, nous constatons une perte d'osmium en sortie d'usine, représentant près de 65% de la quantité totale entrant en usine. Cette perte d'Os particulaire dans le bilan pourrait être expliquée par les conditions thermodynamiques du procédé d'électrolyse, qui sont favorables à une liaison entre l'osmium et le fluor, favorisant ainsi une libération de l'osmium sous forme gazeuse (OsFx) aux cheminées. Globalement, cette étude démontre que les isotopes de l'Os sont de bons traceurs de matières particulaires provenant de l'industrie de l'aluminium, et illustre l'efficacité des dispositifs de réduction des émissions atmosphériques particulaires pour l'osmium. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Osmium, isotope, géochimie isotopique, aluminerie, anode de carbone, Re-Os, émissions atmosphériques particulaires.

Au cours de cette étude du procédé de granulation humide, nous avons mis l’accent sur l’intérêt que présente la distribution du liquide de mouillage dans la définition des propriétés finales de grains. Dans ce cadre, une méthode utilisant un traceur a été développée pour le suivi cinétique de la répartition du liquide de mouillage au cours de la granulation. Une formulation à base d’excipent pharmaceutique a été granulée dans un mélangeur-granulateur à haut cisaillement Mi-Pro. On a pu ainsi montrer que le début du procédé est caractérisé par l’hétérogénéité de la distribution du liquide de mouillage qui se redistribue ensuite selon une loi cinétique d’ordre un. Les propriétés des grains (taille, porosité et observation microscopique) ne deviennent uniformes qu’après une répartition homogène du liquide de mouillage entre les différentes classes de grains. L’étude de l’influence de certaines variables opératoires (vitesse d’agitation, débit et critère de mouillabilité) sur le phénomène de redistribution a été également menée. Par ailleurs, les bilans de population ont été utilisés comme outil de modélisation. Des écritures du noyau d’agglomération ont été proposées en se basant sur la taille des particules et leur teneur en liquide de mouillage. Bien que reproduisant les résultats expérimentaux, les bilans de population présentent certaines limites liées à la difficulté d’intégrer toutes les données de l’étude / In this study of wet granulation process, we are especially interested in binder liquid distribution as a mean to deduce final granule properties. Then, a tracer method is developed to study binder liquid distribution kinetics during granulation process. Granulation experiments are carried out in high shear mixer Mi-Pro using pharmaceutical excipients. The beginning of the process is characterized by heterogeneous binder liquid distribution. Then, liquid redistribution phenomenon is observed according to a first order model. Granule properties (size, porosity, microscopic observation) are found to be similar when binder liquid is homogeneously distributed among different granule classes. Finally operating conditions influence (speed rate, flow rate and wetting criterion) are discussed. In addition, population balances are used as a tool to model experimental results. Agglomeration kernels are presented depending on particle size and binder liquid ratio. Although experimental results could be satisfactorily modelled, population balances show some limitations related to the difficulty of integrating all the study data

La modélisation quantitative du transfert de l'eau et des solutés dans la zone non saturée des sols nécessite la mesure in situ des paramètres hydro-dispersifs. L'infiltrométrie sous pression controlée couplée à l'utilisation de traceurs de l'écoulement de l'eau est pour cela un outil efficace et simple à mettre en oeuvre sur le terrain. La modélisation des transferts et l'analyse des résultats des calculs conduit à une methode simplifiée de caracterisation hydro-dispersive par infiltrométrie. La conductivité hydraulique K et la sorptivité S sont estimées à partir de l'analyse aux temps courts ou aux temps longs de l'infiltration cumulée. La méthode mono-tracage est utilisée pour le calcul de la fraction d'eau mobile F. Une nouvelle méthode d'estimation du coefficient de dispersion D est proposée. Elle est telle que D reste l'unique paramètre à ajuster sur les données issues de l'échantillonnage du sol à la fin de l'infiltration. L'incertitude d'estimation est de plus définie pour chacun des paramètres. Le domaine de validité des méthodes est precisé à partir de données genérées numeriquement. Pour le calcul de K, S et F, il est défini à partir des temps caracteristiques de l'écoulement de l'eau, de la lame de solution infiltrée et de la dispersivité du milieu. La validité du mode de détermination de D dépend du nombre adimensionnel pext. Trois sols sont caracterisés in situ. La porosité bimodale des deux premiers induit une forte augmentation des paramètres hydrodynamiques à l'approche de la saturation, et de F avec la taille moyenne de pores hydrauliquement fonctionnels. Le troisième est soumis à l'encroutement de surface. Les résultats de la caractérisation hydro-dispersive renforcés par l'observation du réseau poral sur lames minces montre que le rôle des croutes de surface sur l'infiltrabilité est minimisé par rapport à celui du sol sous-jacent. De plus, le sol sous-jacent semble protegé de la coalescence par les croutes de surface.

Les traceurs fluorescents présentent tous un caractère anionique ou cationique et sont donc sensibles aux phénomènes d'adsorption et de désorption. Le comportement des plus courants d'entre eux vis-à-vis des principaux constituants du sol (CaC03, silice, argile, acide humique) a été étudié sur colonnes de filtration, le lithium servant d'étalon interne. Ces mêmes traceurs ont été testés sur des portions d'aquifères de dimensions restreintes. Les résultats ont montré que leur restitution dépend plus des conditions hydrodynamiques que de leur nature elle-même. Des essais " in situ ", réalisés sur des aquifères fissurés, ont prouvé qu'il était possible, à partir de la forme des courbes de concentration en fonction du temps, de distinguer les différents modes de circulation des eaux souterraines et de calculer la dispersivité même dans les cas où le milieu n'est ni homogène, ni isotrope. La combinaison de cette dispersivité avec le rapport de la vitesse maximale sur la vitesse moyenne, permet de séparer les circulations en chenaux des circulations en milieu fissuré.

Les variations de l'intensité de la circulation thermohaline globale en Atlantique (l'Atlantic Meridional Overturning Circulation), qui constitue la composante nord-atlantique de la circulation thermohaline globale, sont fortement liées aux variations climatiques. Ces variations peuvent être retracées par les propriétés géochimiques des sédiments déposés par le sous-courant côtier de l'ouest (WBUC-Western Boundary UnderCurrent) qui entraîne les masses d'eau profonde de l'Atlantique Nord dans une gyre au fond des bassins d'Irminger et du Labrador. Les isotopes radiogéniques (Nd et Pb notamment) de la fraction argileuse des sédiments détritiques présentent un intérêt particulier car ils ont la propriété de préserver la signature isotopique d'origine des différentes sources rocheuses qui contribuent à la charge sédimentaire du bassin. Ici, nous examinons les variations de la composition isotopique du Nd et du Pb commun sur la fraction argileuse (< 2µm) des sédiments couvrant les stades isotopiques marins 27 à 31 (~ intervalle de Jaramillo) dans la carotte IODP-1305, pour les comparer avec celles reportées par (Fagel et al., 1999 ; 2002 et 2006) à partir d'un forage voisin couvrant les derniers 400 ka (stades isotopiques 1 à 11; site ODP-646) et d'une carotte de la station 90-013-013 (PC-13) couvrant les derniers 170 ka. Les carottes des forages IODP-1305, ODP-646 et la carotte par piston PC-13 ont été prélevées au large du Cap Farewell (sud Groenland), sous l'axe d'intensité maximale du WBUC et à une profondeur d'environ 3400 m. Fagel et al., (1999,2002 et 2006) ont montré que les alternances glaciaires-interglaciaires des stades isotopiques 1 à 11 se marquaient par des fluctuations relatives-des sources des sédiments: i) le bouclier groenlandais nord Américain, ii) du matériel récent provenant du volcanisme islandais et de la ride de Reykjanes, iii) une composante paléozoïque. Les résultats des analyses isotopiques des stades isotopiques 27 à 31, obtenus dans le cadre de ce travail, s'inscrivent hors du champ défini par les sédiments précédents. Ils indiquent une composition isotopique plus radiogénique que celle des carottes du forage ODP-646 et de la station (90-013-01). Les valeurs des rapports ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd varient entre 0,511703 et 0,512356, εNd varie entre -18,2 et -5,5, les rappolts ¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd s'étendent de 0,1061 à 0,1228, les rapports ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb varient entre 18,992 et 18,0195 et les rapports ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb varient entre 15,445 et 15,594. Ces compositions laissent croire à l'implication d'une source sédimentaire distincte de celles identifiées par Fagel et al., (1999, 2002, 2006) et qui pourrait être associée aux roches volcaniques tertiaires du Groenland. La différence des signatures isotopiques et l'évolution des sources sédimentaires entre les carottes IODP-1305, ODP-646 et la 90-013-013 indiquent que la circulation thermohaline a probablement évolué d'une manière significative entre les stades 27-31 et 1-11, et que l'étendue des glaces, sur le Groenland, était probablement moindre au cours du premier intervalle que du second, rendant ainsi compte de l'altération chimique des roches tertiaires est-groenlandaises indiquée par les compositions isotopiques du Nd et du Pb. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Atlantique Nord-Ouest, Circulation thermohaline, Géochimie, lODP, Isotope, Néodyme, Océanographie, Paléoclimat, Pléistocène, Plomb, Traceurs géochimiques.

L'implication de la Membrane Type-Matrix Metalloproteinase (MT1-MMP) dans la progression du cancer a été grandement étudiée dans la dernière décennie. Elle possède une vaste variété de substrats, incluant des composants de la matrice extracellulaire, des cytokines et des récepteurs membranaires. Nos résultats identifient le marqueur de cellules souches (CSC) CD133 comme une nouvelle cible de l'activité protéolytique de la MT1-MMP. Des essais d'immunoprécipitation et de clivage in vitro effectués à l'aide de protéines recombinantes ont démontré que la MT1-MMP interagit physiquement avec CD133 et clive son domaine N-terminal à la position 30KAWN↓Y34. De plus, cette interaction semble commencer au niveau intracellulaire, dans le réticulum endoplasmique, avant l'activation de la proMT1-MMP et avant la maturation complète de CD133; toutefois, seulement la forme mature de CD133 peut être clivée. Ces résultats représentent la première interaction protéine-protéine connue de CD133, dont la fonction cellulaire demeure incomprise. Des expériences supplémentaires pourraient mener à une meilleure compréhension de cette protéine et de son rôle dans la biologie des CSCs. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : MT1-MMP, CSC, N-terminal, réticulum endoplasmique

Les phospholipides sont des constituants importants de la membrane cellulaire. Ce sont des lipides qui regroupent deux acides gras, du glycérol et du phosphate, liés de façon covalente. Ce projet de recherche vise à synthétiser de nouveaux composés phospholipides avec deux appendices greffés sur la tête phosphate : un groupe ferrocène (sonde électrochimique) ainsi qu'un groupe dansyle (unité fluorescente). Ces biomolécules modifiées pourraient être incorporées dans des liposomes et des membranes biologiques, permettant d'étudier ces superstructures par microscopie de fluorescence et électrochimique, cette dernière utilisant des ultra-microélectrodes. Le microscope pourrait servir à la détection des cellules particulières sécrétant des espèces électroactives à un potentiel donné. Donc, ces molécules ont un intérêt tant en électrochimie, en biochimie qu'en chimie organique. Le défi dans cette recherche est qu'il n'y a aucun phospholipide dans la littérature comportant à la fois les deux fonctions de visualisation : fluorescence et potentiel redox. La première étape du projet, qui consiste en la production du composé 1,2-dioléoylglycérol, a bien été réalisée en trois étapes seulement et avec un rendement global de 34 % via une mono-protection du glycérol. Le choix de la sonde fluorescente a été porté sur le groupe dansyle pour des raisons de stabilité, de facilité de couplage et de disponibilité. Le chlorure de dansyle a réagi avec l'éthanolamine pour fabriquer l'alcool à coupler, soit le N-dansyl-2-aminoéthanol, le phospholipide marqué avec le dansyle a été préparé avec succès avec un bon rendement de 85 %. Pour le dernier groupe, soit la sonde électrochimique de cette synthèse, le ferrocène a été choisi selon les prérogatives des collègues électrochimistes, pour son potentiel redox compatible avec les milieux biologiques. Le composé ferrocèneéthanol, préparé par le groupe de Prof. Mauzeroll, a été utilisé comme alcool de couplage. Ensuite, en vue d'obtenir un phospholipide fluorescent et électroactif, deux types de structures ont été visées. Le premier type est un phosphate trisubstitué combinant le 1,2-dioléoylglycérol et les deux alcools sondes, soit le N-dansyl-2-aminoéthanol et le ferrocèneéthanol. Malheureusement cette synthèse, tentée via divers protocoles connus, n'a pas fonctionné, particulièrement lors du couplage du partenaire ferrocène. Un deuxième type de composé comprend un phosphate dialkylé cette fois, combinant toujours le 1,2-dioléoylglycérol avec un autre alcool comportant à la fois le groupe dansyle et le ferrocène, en l'occurrence le (N-dansyl, N-ferrocényléthyl)-2-aminoéthanol. Malheureusement encore, cet alcool bifonctionnalisé n'a pas pu être obtenu par des méthodes usuelles. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Phospholipides, sonde électrochimique, unité fluorescente, ultra-microélectrodes, 1,2-dioléoylglycérol, ferrocèneéthanol, dansyle.

La composition isotopique du néodyme (CI de Nd, aussi notée "Nd) est un traceur de la circulation océanique et des apports lithogéniques. Dans le cadre de cette thèse, nous avons inséré les isotopes du Nd dans un modèle de circulation océanique général, afin de valider par la modélisation l'hypothèse de "Boundary Exchange" (BE, Boundary Scavenging associé à un apport de matière à l'océan le long de la marge continentale) comme principal source et puits de l'élément au réservoir océanique, et de simuler son cycle océanique. Dans un premier temps, en considérant le seul BE comme terme source/puits, nous avons pu reproduire les principales caractéristiques de la distribution océanique en "Nd (signature des principales masses d'eau, augmentation vers des valeurs radiogéniques le long de la circulation thermohaline) à la fois au niveau global et régional. Ce résultat confirme le BE comme processus primordial dans le cycle océanique de l'élément. Cette même paramétrisation du BE dans une configuration du modèle au Dernier Maximum Glaciaire nous a permis de constater que cet apport est sensible à la fois aux changements de forçages et aux changements de circulation océanique. La comparaison avec les données suggère un scénario dans le bassin Atlantique de prédominance d'eaux profondes en provenance du Sud avec une cellule méridienne vigoureuse en surface et jusqu'à 2000m de profondeur. Enfin, nous avons mis en place un modèle couplé dynamique/biogéochimique permettant de modéliser à la fois la CI et la concentration en Nd, afin de résoudre le "Paradoxe du Nd" (qui résulte d'un découplage de comportement entre ces deux paramètres) et quantifier les sources de Nd à l'océan. Les résultats montrent que les interactions dissous/ particulaires sont nécessaires pour réconcilier la distribution des deux paramètres, et que la remobilisation sédimentaire (source du processus de BE) est la source principale de Nd à l'océan (1:1:1010 g(Nd)/an), avec des flux jusqu'à 25 fois plus fort que les autres flux externes (décharges fluviales sous forme dissoute et poussières atmosphériques).