L'objectif de cette thèse est d'évaluer le concept d'un dispositif intégré comprenant un bioréacteur à biofilm fluidisé bio-augmenté, couplé à une membrane de nanofiltration de type polyelectrolyte multicouche, destiné à éliminer les micropolluants en traitement tertiaire des eaux usées domestiques, traitées conventionnellement. Les résultats montrent que, pour des micropolluants ciblés, chacun des procédés est efficace comme traitement tertiaire. Les mécanismes biologiques et de rétention membranaires sont explicités. Cependant des challenges restent à relever en particulier pour l'étape de bio augmentation (survie et implantation de la souche apportée) pour une exploitation de cette étape. D'autre part, des investigations plus poussées sont nécessaires à l'élaboration d'une membrane fiable et robuste. Un tel procédé couplé MBBR-NF pourra alors être entièrement justifié dans le contexte d'une élimination performante de micropolluants ciblés. Il aura toute sa place dans le panel des technologies vertes pour la préservation de l'environnement. / This thesis aims at answering whether the concept of an integrated layout comprised of a coupled "bioaugmented moving bed biofilm reactors (bMBBRs) - polyelectrolyte multilayer (PEM)-based nanofiltration (NF) membrane" can be considered as a promising technology to eliminate target MPs from conventionally-treated municipal wastewater. Results presented herein indicate that each given component of the layout is efficient in the tertiary removal of MPs. Still, several challenges ahead of the process bioaugmentation (such as the survival and maintenance of inoculated strains) must be in-depth studied to find convenient operating solutions. On the other hand, further investigations are definitely needed to achieve a robust PEM-based membrane as a long-lasting technology. Even though a coupled bMBBR-NF system for enhanced MPs removal can be experimentally justified is, however, practically questionable. "The tale of bMBBR-NF" deserves much more scientific endeavors as plenty of environmental considerations are placed in, whereby achieving a future Green technology will not be far from our expectation.

Cette thèse a plusieurs objectifs différents. La première est de concevoir de nouveaux composites élastomères charge renforcée sur la base de mélange de deux types d'élastomères différents vulcanisés dans des conditions différentes (température de vulcanisation, système de vulcanisation etc.) afin d'obtenir de meilleures performances de traitement et de propriétés. La deuxième est de caractériser les mélanges nouvellement créées en utilisant différentes méthodes et différentes conditions de fonctionnement. Le troisième est d'étudier la possibilité de remplacer une partie de la charge conventionnelle (noir de carbone) avec de la résine époxy ou l'utilisation de particules fines comme le SiC et Al2O3. Au stade final de la thèse, nous avons proposé des conditions de travail optimales et les applications industrielles. Une proposition très pratique a été donnée pour l'optimisation de la composition pour différentes applications industrielles. À la suite de la recherche à l’échelle industrielle qui est l'objet de cette thèse, nous avons proposé des compositions originales de haute qualité adaptés pour différentes applications. / This thesis has several different aims. First one is to design new filler-reinforced elastomeric composites based on mixing together of two different types of elastomers vulcanized under different conditions (vulcanization temperature, vulcanization system, etc.) in order to obtain better processing and performance properties. Second one is to characterize the newly created mixtures by using variety of methods and different operating conditions. The third one is to investigate the possibility to replace part of the conventional filler (carbon black) with epoxy resin or the use of fine particles as SiC and Al2O3. At the final stage of the thesis, we have suggested the optimal working conditions and industrial applications. A very practical proposal was given for the optimization of the composition for different industrial applications. As a result of the full scale investigation which is the object of this thesis, we have proposed original high quality compositions suitable for different engineering applications.

L'application du traitement de l'image et son automatisation dans le domaine de l'imagerie médicale montre l'évolution des tendances avec la disponibilité des technologies émergentes. Les procédés et outils de traitement de l’image médicale sont résumés, les différentes manières de travailler sur une image sont représentés pour expliquer une recherche expansive dans différents domaines, tandis que les applications disponibles sont discutées. Ces applications sont aussi illustrées par le biais d’outils du traitement de l’image développés pour des besoins spécifiques. La catégorisation de chaque travail est effectuée selon des paradigmes. Ces derniers sont définis selon le niveau de considération au niveau global (formation de l’image, amélioration, visualisation, analyse, gestion), au sein de l’image (scène, organe, région, texture, pixel), de l’outil (reconstruction, recalage, segmentation, morphologie mathématique), du processus d’automatisation et de son applicabilité (faisabilité, validation, reproductibilité, implémentation, optimisation) en clinique (prédiction, diagnostic, amélioration, aide à la décision), ou en recherche (niveau de preuve). Par ce biais, il est démontré le rôle de chaque outil pris en exemple dans la construction d’un processus d’automatisation qui est expliqué, et étendu du patient au compte rendu en passant par l’image. L’actualité de la recherche conjointe sur le traitement de l'image et le processus d'automatisation en imagerie médicale actuelle est débattue. Le rôle de la communauté des ingénieurs et radiologues dans et autour de ce processus d’automatisation est discuté. / The application of image processing and its automation in the field of medical imaging shows the evolution of trends with the availability of emerging technologies. Medical image processing methods and tools are summarized, different ways of working on an image are represented to explain expansive search in different domains, while available applications are discussed. These applications are also illustrated through image processing tools developed for specific needs. The categorization of each work is done according to paradigms. These are defined according to the level of consideration at the global level (image formation, improvement, visualization, analysis, management), within the image (scene, organ, region, texture, pixel), of the tool (reconstruction, registration, segmentation, mathematical morphology), the automation process and its applicability (feasibility, validation, reproducibility, implementation, optimization) in clinic (prediction, diagnosis improvement, decision support), or in research (level of evidence). In this way, it is demonstrated the role of each tool taken as an example in the construction of an automation process that is explained, and extended from the patient to the report through the image. News from the joint research on image processing and the automation process in current medical imaging is debated.The role of the community of engineers and radiologists in and around this automation process is discussed.

Dans le contexte du handicap, certaines solutions technologiques permettent de pallier des déficiences pour lesquelles la pharmacologie et la chirurgie sont impuissantes. Les neuroprothèses font partie de ces solutions technologiques. Il s'agit de dispositifs s'interfaçant avec le système nerveux (périphérique ou central), soit pour agir sur celui-ci (stimulation électrique fonctionnelle par exemple), soit pour y recueillir des signaux destinés à commander un dispositif extérieur tel qu'une prothèse robotisée.Le travail présenté dans ce manuscrit s'inscrit dans ce second contexte du recueil de signaux neuronaux sur un nerf périphérique. Aujourd'hui, le seul dispositif utilisable de manière chronique sur l'être humain est l'électrode Cuff tripolaire. Celle-ci recueille l'activité globale du nerf et manque singulièrement de sélectivité. Des dispositifs plus sélectifs, comme les électrodes intrafasciculaires, existent, mais présentent l'inconvénient d'être traumatisants pour le nerf et extrêmement délicats à mettre en place. Notre objectif, au cours de ce travail de thèse, a donc été de développer un dispositif associant la sélectivité d'une électrode intrafasciculaire à la faible invasivité d'une électrode Cuff.Nous avons donc commencé par étudier, en simulation, le potentiel d'action extracellulaire d'un axone myélinisé. Nos simulations nous ont permis de mettre en évidence un "phénomène local", évoqué dans plusieurs publications d'expérimentations antérieures à nos travaux et propre aux axones myélinisés, décroissant très rapidement quand augmente la distance de l'axone à l'électrode. Nous avons donc étudié et dimensionné un dispositif simple, spécifiquement sensible à ce phénomène local.A partir de ce dispositif, nous avons proposé une architecture d'électrode extraneurale qui possède un indice de sélectivité très supérieur à celui de la plus sélective des électrodes extraneurales publiées à ce jour.Malheureusement, ce gain en sélectivité se paie par une dégradation du rapport signal sur bruit. Nous avons donc étudié les solutions permettant de réduire le niveau de bruit ramené au niveau de l'électrode, et nous exposons les grandes lignes d'un dispositif électronique d'acquisition multi-voie faible bruit à température ambiante.Enfin, nous avons construit un modèle d'axone artificiel qui nous a permis de valider expérimentalement nos modèles de simulation ainsi que l'existence du phénomène local. / In the context of sensory or motor deficiencies, some technologic solutions can be proposed in case pharmacology and surgery are inefficient. Neuroprostheses are one of these technologic solutions. It consists in devices interfacing the (peripheral or central) nervous system, either acting on it (functional electric stimulation, neuromodulation...), or recording neuro-signals (automated prosthesis control, closed-loop stimulation...).The work presented in this manuscript focuses on the latter, and more precisely, on recording neuro-signals from peripheral nerves. Today, the only implantable device that can be used for chronic recording on human peripheral nervous system is the tripolar cuff electrode.Unfortunately, it is sensitive to the nerve global activity and exhibits a very low selectivity. More selective devices, like intrafascicular electrodes, exist, but has the drawback to be more traumatizing for the nerve.Therefore, the objective of this thesis was to develop a device associating the selectivity of intrafascicular electrode together with the low invasivity of cuff electrode.We thus started to perform simulations of the extracellular action potential of myelinated axons, putting in evidence a "local phenomenon", already described in some previous publications, and decreasing very quickly with the distance. Then, we have designed and studied a simple neural interface based on the characteristics of this local phenomenon, and specifically sensitive to it.The results have allowed us to propose an extraneural electrode, promising a selectivity index far higher than today's state of the art.Unfortunately, the gain in selectivity leads also to the degradation of signal-to-noise ratio. We have thus studied solutions to reduce noise at the electrode interface, and presented the architecture of a low-noise multi-channel acquisition circuit fitting our requirements.Finally, we have built the artificial model of an axon in order to experimentally validate simulation results, as well as the the local phenomenon characteristics.

Une nouvelle modalité de radiothérapie, la micro-curiethérapie, est en cours de développement. Cette thérapie cible des tumeurs solides inopérables en effectuant des injections de liquide contenant des microsphères radioactives en suspension. Plusieurs injections sont nécessaires pour suffisamment irradier la zone tumorale et donc, afin d'optimiser le positionnement de ces injections, une méthode de planification de traitement nécessaire a été développée et validée au cours de cette thèse. Tout au long de ce travail, trois thèmes principaux seront discutés : • Comment réaliser la dosimétrie particulière de cette micro-curiethérapie ? • Comment effectuer la planification de traitement pour cette modalité ? • Comment optimiser le plan de traitement afin qu'il soit le plus efficace possible ? La dosimétrie en micro-curiethérapie a été réalisée en calculant la distribution de dose absorbée pour une injection. Cette distribution a été convoluée à la position des autres injections dans la tumeur pour calculer la distribution de dose absorbée dans le patient. Pour effectuer la dosimétrie spécifique dans la tumeur et les organes à risque, les histogrammes dose-volume (HDV) ont été extraits et analysés. Une fois la méthode de dosimétrie établie, nous avons développé une méthodologie de planification de traitement pour développer et optimiser le plan pour chaque patient. Pour cela, nous avons testé et comparé trois algorithmes : la méthode de Nelder-Mead, l'algorithme des abeilles et l'algorithme "Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II" (NSGA II). Nous avons montré que, grâce à l'optimisation multiobjectif, le NSGA II donne plus de liberté à l'utilisateur ; c'est pourquoi il a été utilisé par la suite. Enfin, nous avons effectué une comparaison entre les paramètres d'injection. Nous avons mis en évidence qu'entre les radio-isotopes 90Y, 166Ho, 131I and 177Lu, les injections de 90Y sont optimales. Nous avons testé des injections de 5, 10 et 20 µL et des activités initiales de 5, 10 et 20 MBq. Nous avons trouvé que des injections de 20 µL avec 20 MBq sont optimales car celles-ci permettent de minimiser le nombre d'injections requis. Cette nouvelle technologie associée aux développements réalisés dans ses travaux démontre la faisabilité, qui a pu être validée sur animal, de pouvoir injecter un liquide contenant des microsphères radioactives en suspension afin de pouvoir traiter efficacement, tout en préservant les tissus sains environnants, des tumeurs inopérables encore de mauvais pronostic aujourd'hui, mais surement mieux prises en charge dans un proche avenir. / An innovative form of radiotherapy, microbrachytherapy, is under development. This therapy targets solid, inoperable tumours by performing injections of liquid containing radioactive microspheres in suspension. Many injections are required to sufficiently cover the tumoural volume, and so to be able to deliver the position of these injections, a method of treatment planning has been developed and validated throughout this research. Throughout this work, three main questions are addressed: • How to perform the dosimetry for microbrachytherapy? • How to perform treatment planning for this modality? • What are the optimal injection properties to deliver the most efficient treatment? Microbrachytherapy dosimetry was performed by calculating the absorbed dose distribution for an injection. This distribution was then convolved at each injection position within the tumour to calculate the patient's absorbed dose distribution. Dosimetry of the tumour and the organs at risk was performed by extracting and analysing dose-volume histograms (DVHs). Once a method of dosimetry was put in place, optimisation algorithms were developed to generate patient-specific treatment plans. For this, three algorithms were tested and compared: Nelder-Mead Simplex, the Bees algorithm and the non-dominated sorting genetic algorithm II. It was found that, thanks to its MO optimisation, the non-dominated sorting algorithm II was the most flexible, and was used preferentially. Lastly, a comparison of injection parameters was performed. It was found that between 90Y, 166Ho, 131I and 177Lu, optimal injections consisted of microspheres of 90Y. Injection volumes of 5, 10 and 20 µL and initial activities of 5, 10 and 20 MBq were tested. It was found that 20 µL injections with 20 MBq were optimal because they minimise the number of injections required. This new technology combined with developments shown in this work demonstrate the feasibility - that was validated on animals - the ability to inject liquid containing radioactive microspheres in suspension to efficiently treat inoperable tumours whilst protecting surrounding healthy tissue. Such tumours, despite still having a poor prognosis, will surely have better support in the near future.

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

L’objectif de notre étude est de comprendre les mécanismes impliqués dans la variation des qualités sensorielles et technologiques de la viande de porc. Les différentes expérimentations nous ont permis de mettre en évidence le rôle de l’oxydation des protéines dans la variation de qualités des viandes. Les modifications structurales qui ont en découlé participent également à l’élucidation des mécanismes à l’origine de la diminution du pouvoir en rétention d’eau. L’application des traitements thermiques sur la viande accentue les phénomènes oxydatifs dans lesquels la myosine et de l’actine sont des cibles privilégiées, impliquées dans la formation d’agrégats protéiques. Enfin, le rôle du glycogène comme potentialisateur de l’oxydation protéique a été démontré. / We aimed to better understand the mechanisms underlying sensorial and technological meat qualities. The experimental design put into relief the important role of protein oxidation in meat quality. As a consequence of oxidation, structural changes of proteins demonstrated also their implication in water holding capacity. Heating enhanced the oxidative process in which myosin and actin can be considered as favoured protein target. Moreover these proteins are implicated in aggregation /polymerization. Finally, glycogen as a catalyst of protein oxidation was demonstrated.

Cette thèse de doctorat porte sur l'extension du modèle LIP (Logarithmic Image Processing) aux images en couleurs. Le modèle CoLIP (Color Logarithmic Image Processing) est défini, étudié et appliqué au traitement d'image dans ce manuscrit.Le modèle LIP est un cadre mathématique original complet, développé pour le traitement d'images à niveaux de gris, rigoureusement établi mathématiquement, compatible avec les lois physiques de formation d'image, et mieux adapté que l'approche classique pour modéliser la perception visuelle humaine de l'intensité de la lumière. Après une étude de la vision des couleurs et de la science des couleurs, le modèle CoLIP est construit en suivant les étapes de la perception humaine des couleurs, tout en intégrant le cadre mathématique du modèle LIP. Dans un premier temps, le CoLIP est construit en suivant les étapes de la photoréception, de la compression lumineuse et du codage antagoniste. Il est donc développé comme un espace couleur représentant une image couleur par un ensemble de trois fonctions de tons antagonistes, sur lesquelles sont définies les opérations CoLIP d'addition et de multiplication par un scalaire, qui confèrent à cet espace couleur la structure d'espace vectoriel couleur. Ensuite, l'espace couleur CoLIP étant un espace de type luminance-chrominance uniforme, les attributs relatifs et absolus de la perception humaine des couleurs (teinte, chroma, coloration, luminosité, clarté, et saturation) peuvent être définis. Cette construction fait du CoLIP à la fois un espace vectoriel couleur bien structuré mathématiquement, et un modèle d'apparence couleur. Dans un deuxième temps, un grand nombre de justifications physiques, mathématiques, et psychophysiques du modèle CoLIP sont proposées, notamment la comparaison des formes des ellipses de MacAdam dans l'espace de couleur uniforme CoLIP et dans d'autres modèles uniformes, sur des critères d'aire et d'excentricité des ellipses. Enfin, diverses applications utilisant la structure d'espace vectoriel couleur du modèle CoLIP sont proposées, telles que le rehaussement de contraste, le rehaussement d'image et la détection de contour. Des applications utilisant la structure de modèle d'apparence couleur, qui permet de travailler sur les notions de teinte, de luminosité et de saturation, sont également développées. Une application spécifique permettant de mesurer la viabilité des cellules sur des images de lames obtenues par cytocentrifugation et marquage couleur est également proposée. / This doctoral thesis introduces the extension of the LIP (Logarithmic Image Processing) model to color images. The CoLIP (Color Logarithmic Image Processing) model is defined, studied and applied to image processing in this manuscript. The Logarithmic Image Processing (LIP) approach is a mathematical framework developed for the representation and processing of images valued in a bounded intensity range. The LIP theory is physically and psychophysically well justified since it is consistent with several laws of human brightness perception and with the multiplicative image formation model. Following a study of color vision and color science, the CoLIP model is constructed according to the human color perception stages, while integrating the mathematical framework of the LIP.Initially, the CoLIP is constructed by following the photoreception, non-linear cone compression, and opponent processing human color perception steps. It is developed as a color space representing a color image by a set of three antagonists tones functions, that can be combined by means of specific CoLIP operations: addition, scalar multiplication, and subtraction, which provide to the CoLIP framework a vector space structure. Then, as the CoLIP color space is a luminance-chrominance uniform color space, relative and absolute perception attributes (hue, chroma, colorfulness, brightness, lightness, and saturation) can be defined. Thus, the CoLIP framework combines advantages of a mathematically well structured vector space, and advantages of a color appearance model. In a second step, physical, mathematical, physiological and psychophysical justifications are proposed including a comparison of MacAdam ellipses shapes in the CoLIP uniform model, and in other uniform models, based on ellipses area and eccentricity criterions. Finally, various applications using the CoLIP vector space structure are proposed, such as contrast enhancement, image enhancement and edge detection. Applications using the CoLIP color appearance model structure, defined on hue, brightness and saturation criterions are also proposed. A specific application dedicated to the quantification of viable cells from samples obtained after cytocentrifugation process and coloration is also presented.

La restructuration du secteur de l'électricité occasionne des transferts de puissance importants guidés par une logique essentiellement économique,engendrant à leur tour de nouvelles contraintes sur les réseaux de transport appelées congestions. Une congestion dénote l'incapacité du réseau de transport à conduire les programmes du marché de l'énergie, et le traitement des congestions est le procédé assurant que les réseaux sont exploités dans leurs limites de sécurité imposées. Le contexte actuel nécessite donc de définir une méthodologie de traitement des congestions fiable, optimale du point de vue économique, et qui donne de bonnes incitations sur le long terme en vue de réduire les contraintes et de favoriser le développement du réseau. A cet effet, nous proposons dans le cadre de cette Thèse un modèle de traitement des congestions qui définit celui-ci comme un service système séparé du marché de l'énergie. Le traitement repose sur l'usage d'offres d'ajustements venant des producteurs sur une base volontaire, et dont le coût total est minimisé via un algorithme d'optimisation. Ensuite, ce coût est redistribué aux usagers du réseau suivant de nouvelles stratégies d'allocation basées sur la traçabilité de l'énergie. Enfin, cette méthodologie a été adaptée en vue de répondre au problème de la coordination supranationale du traitement des congestions. Les résultats ont montré que cette coordination facilite le traitement de contraintes difficiles, et permet d'espérer des réductions appréciables de coût de congestion, tout en assurant la confidentialité de données économiques sensibles. Les essais ont notamment été effectués sur le réseau RTS 96 comportant 72 nœuds.

Au cours de son activité de conception, l'ingénieur manipule de nombreux modèles mathématiques des dispositifs à concevoir, dimensionner et simuler. Aujourd'hui, le concepteur manipule souvent des modèles identiques pour des objectifs différents. Ceci implique une multiplication des modes de représentation et pose des problèmes de gestion de la ressource de modèle au sein de l'entreprise. Les travaux présentés dans cette thèse apportent une réponse possible pour la capitalisation de cette expertise sous un format a-contcxtucl. La capitalisation ne prend de sens que si la donnée capitalisée est exploitable. Ceci impose de définir une orientation au modèle par le choix de variables d'entrées ou sorties, de paramètres. Ces choix permettent ensuite de déterminer automatiquement un scénario de calcul numérique utilisé pour générer un code dédié à l'outil utilisé.