L'identification et la quantification des espèces transmise aux cellules nerveuses lors des échanges moléculaires entre les neurones sous la forme de neurotransmetteurs nous permettent de mieux comprendre certains fonctionnements du cerveau et certaines maladies neurodégénératives. À son tour, cette compréhension nous permettrait à long terme d'améliorer la qualité de vie des patients souffrants de ces maladies. D'un autre côté, la composition des aliments sous la forme de valeurs nutritionnelles nous permet de mieux connaître l'effet de la consommation de ces aliments sur la santé afin d'éviter de graves complications. De plus, la connaissance de cette composition nous permet d'améliorer la qualité de ces produits. Pour extraire la composition et la concentration des neurotransmetteurs dans le cerveau ou les valeurs nutritionnelles des aliments, il faut développer des outils d'analyse chimique et moléculaire très précise et sélective. L'analyse chimique d'un échantillon biologique nécessite deux étapes : (1) l'échantillonnage du liquide biologique et (2) l'étude de la composition de l'échantillon. Cette dernière étape consiste à identifier/quantifier la composition moléculaire des échantillons et à caractériser les propriétés chimiques de ces derniers. Cette étape nécessite donc le développement des instruments et des algorithmes de détection moléculaire avancés qui permettent de déterminer les concentrations physiologiques des neurotransmetteurs et d'autres molécules biologiques. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés aux neurotransmetteurs suivants : dopamine hydrochloride, acide L-ascorbique, acétylcholine chloride, y-aminobutyrique, glycine et acide L-glutamique et aux molécules de sucre, incluant le glucose, le fructose et le saccharose. Le choix de l'instrument à utiliser dépend de plusieurs critères, dont les caractéristiques de l'échantillon (viscosité, volume parmi d'autres). Dans le cadre de cette thèse de doctorat, nous examinons les performances de plusieurs méthodes et instruments de détection, soit l'électrochimie, la spectroscopie d'impédance et la spectroscopie UV/Visible et infrarouge (IR), pour la détection de différents types de molécules dans des échantillons aqueux. Par la suite, nous proposons une nouvelle approche d'analyse des échantillons aqueux basée sur la spectroscopie IR. Nous nous intéressons plus particulièrement au spectromètre microscope-FTIR qui nous permet d'effectuer des analyses spectroscopiques IR et de visualiser la distribution spatiale et moléculaire dans l'échantillon. Cependant, le spectromètre microscope-FTIR, dans sa configuration standard, ne permet pas l'analyse des échantillons aqueux à cause de la forte absorption des rayonnements IR par les molécules d'eau. Pour résoudre ce problème, nous avons proposé un nouveau système microfluidique de contrôle et de manipulation des liquides qui a été intégré au spectromètre microscope-FTIR pour analyser des échantillons aqueux. Le nouveau système proposé consiste en un module de réflexion, une couche hydrophobe et un module microfluidique. Le module de réflexion est maintenu à une température élevée pour l'évaporation rapide du solvant. La couche hydrophobe permet à son tour de confiner l'échantillon en un espace restreint pour avoir une distribution plus uniforme des molécules sur la surface du substrat. Ce nouveau système nous a permis d'identifier et de quantifier différents types de molécules tels que les neurotransmetteurs et les molécules de sucres, dont le glucose, le fructose et le saccharose. La limite de détection que nous avons pu atteindre avec notre système est de 10 µMolaire pour les neurotransmetteurs, de 3 mMolaire pour le glucose et le fructose et de 1 mMolaire pour le saccharose. En plus, nous avons proposé un nouvel algorithme pour une identification automatique des neurotransmetteurs par le microscope FTIR. À travers cet algorithme, nous avons pu identifier, dans des solutions synthétiques (homogènes et hétérogènes), les six neurotransmetteurs suivants : la dopamine hydrochloride, l'acide L-ascorbique, l'acétylcholine chloride, l'y-aminobutyrique, la glycine et l'acide L-glutamique. La précision de la détection du nouvel algorithme est de 75% à 100% pour les six neurotransmetteurs que nous avons étudiés dans 36 échantillons homogènes et 45 échantillons hétérogènes. / The identification and quantification of species transmitted/received by nerve during molecular exchanges between neurons in the form of neurotransmitters allow us to better understand certain brain functions and certain neurodegenerative diseases. This understanding helps us in the long term to improve the quality of life of patients suffering from these diseases. Also, the composition of foods and their nutritional values, allows us to better understand the effect of foods consumption on human health to avoid severe complications and to improve food quality. To extract the composition and concentration of neurotransmitters in the brain and concentration of sugar for example in foods, it is necessary to develop very precise and selective chemical and molecular analysis tools. Indeed, chemical analysis of a biological sample requires two steps: (1) sampling the biological fluid and (2) studying the composition of the sample. The second step consists of identifying / quantifying the molecular composition of the samples and characterizing the its chemical properties. Therefore, this step requires the development of advanced molecular detection instruments and algorithms that make it possible to determine the physiological concentrations of neurotransmitters and other biological molecules. In this study, we were interested in the following neurotransmitters: dopamine hydrochloride, L-ascorbic acid, acetylcholine chloride, y-aminobutyric, glycine and L-glutamic acid and in sugar molecules including glucose, fructose, and sucrose. The selection of the detection methods/instruments depends on several criteria such as the characteristics of the sample (viscosity, volume among others). In the context of this PhD thesis, we are investigating the performance of several detection methods/instruments such as electrochemistry, impedance spectroscopy and UV / Visible and infrared (IR) spectrometry, for the detection of different types of molecules in aqueous samples. Then, we propose a new chemical analysis approach of aqueous samples based on IR spectrometry. We are particularly interested to microscope-FTIR spectrometer which allows us to perform IR spectroscopic analysis and to visualize the spatial molecular distribution in the analyzed sample. However, the microscope-FTIR spectrometer, in its standard configuration, does not allow the analysis of aqueous samples due to the high absorption of IR radiation by water molecules. To address this problem, we proposed a new microfluidic system for liquid control and handling, which has been integrated with the microscope-FTIR spectrometer to analyze aqueous samples. The new proposed system consists of a reflection module, a hydrophobic layer, and a microfluidic system. The reflection module is heated in order to ensure rapid evaporation of the solvent. The hydrophobic layer allows the sample to be confined in a small area to ensure more uniform distribution of molecules on the surface of the substrate. This new system allowed us to identify and quantify different types of molecules such as neurotransmitters and sugar molecules. The reached detection limit with our system is 10 µM for neurotransmitters, 3 mM for glucose and fructose and 1 mM for sucrose. In addition, we proposed a new algorithm for automatic molecular identification by the FTIR microscope spectrometer. Using this algorithm, we were able to identify the following six neurotransmitters: dopamine hydrochloride, L-ascorbic acid, acetylcholine chloride, y-aminobutyric, glycine and L-glutamic acid, in synthetic solutions (homogeneous and heterogeneous). Finally, the detection accuracy of the new algorithm is 75% to 100% for the six neurotransmitters we studied, in 36 homogeneous and 45 heterogeneous samples.

Titre de l'écran-titre (visionné le 23 janvier 2024) / Un vidéo en mp4 montrant une interprétation à trois dimensions unique de NGC6888 révélant une coquille hautement inhomogène et des structures asymétriques. / Les vents des étoiles massives jouent un rôle majeur dans l'enrichissement du milieu interstellaire. L'étoile Wolf-Rayet WR136 a traversé au cours de sa vie plusieurs périodes de forte perte de masse, qui ont poussé des quantités notables de matière de sa surface jusqu'à la bulle qui l'entoure : NGC6888. Cette nébuleuse, aussi appelée la nébuleuse du Croissant, résulte de l'interaction entre les vents rapides actuels de l'étoile WR et le matériel éjecté pendant sa phase précédente de supergéante rouge ou de lumineuse bleue variable. Ce travail présente les données hyperspectrales de NGC6888 acquises par le spectromètre imageur à transformée de Fourier SITELLE (au télescope Canada-France-Hawaï), qui en permettent l'analyse spatiale et spectrale. Les sept cubes de données répartis sur deux champs de vue couvrent la majeure partie de la nébuleuse avec une résolution spectrale allant jusqu'à 3000, ce qui permet une description spatiale sans précédent de caractéristiques comme la température et la densité électronique, la cinématique et la morphologie. Le doublet de soufre décrit de basses densités électroniques plus faibles que 400 cm⁻³ alors que les raies aurorales [Nɪɪ]λ5755 et [Oɪɪɪ]λ4363 nous permettent de calculer des températures électroniques de 7000 et de plus de 20 000K respectivement, qui montrent encore ici la stratification entre les deux coquilles. Le champ de correction de l'extinction interstellaire sur toute la nébuleuse est déterminé pour la première fois. Les résultats incluent également une analyse en plusieurs couches de la cinématique de la bulle avec des vitesses d'expansion allant jusqu'à un minimum de 75 km s⁻¹ pour la bulle intérieure, filamenteuse et dominée par des émissions en Hα. La coquille extérieure, plus lisse et dominée par le doublet de [Oɪɪɪ]λλ4959,5007 montre plutôt des vitesses d'expansion allant jusqu'à 80 km s⁻¹. Une interprétation à trois dimensions unique de NGC6888 révèle une coquille hautement inhomogène et des structures asymétriques. / The study of nebulae around WR stars can hint us about the mass-loss history of massive stars and about the enrichment of the interstellar medium (ISM). We have observed the southwestern and northern part of the wind-blown bubble NGC6888, a Wolf-Rayet (WR) nebula using the imaging Fourier transform spectrometer SITELLE at the Canada-France-Hawaii Telescope. The observations consist of a total of 7 multispectral cubes covering two fields of view of 11 x 11 arcminutes². This gives an optical overview of NGC6888 allowing the investigation of the spatial and spectral variations of more than 23 characteristic visible lines with a resolution reaching up to 3000. Results include a multi-layered bubble's kinematics analysis with expansion velocities up to 75 km s⁻¹ for the inside bubble, clumpy and dominated in emission by the Hα line. The outside bubble, much smoother and dominated by the [O ɪɪɪ] line doublet shows expanstion velocities up to 80 km s⁻¹. The sulfur doublet [S ɪɪ]λλ6716,6731 describes tenuous electronic densities smaller than 400 cm⁻³ while other faint and auroral lines including [N ɪɪ]λ5755 and [O ɪɪɪ]λ4363 lead to electronic temperatures of approximately 7000 and up to 20 000 K respectively, which is coherent with the values in the literature but shows an evident stratification between the tow shells. A three-dimentional data interpretation reveals an inhomogeneous and asymetrical shell.

Lors de l'été 2005, une équipe de scientifique du centre de recherche et développement pour la Défense Canada (division de Valcartier) a effectuée des essais à l'aide d'un prototype de spectromètre imageur aéroporté. Un échantillon varié de cibles a été utilisé, dont une série d'explosion au sol. Le but de ce mémoire est de déterminer la possibilité, uniquement fondé sur les données recueillies par le spectromètre, d'identifier les différents types d'explosifs ayant été détonnés et mesurés, et ainsi généraliser que ce prototype puisse être utilisé à des fins appliquées aux explosifs. Afin de répondre à ce but, le mémoire aborde premièrement les principes fondamentaux du spectromètre dont il est question, et explique les caractéristiques de fonctionnement de l'instrument, se penchant aussi sur ses limites, ses paramètres et ses possibilités d'exploitation. On traite ensuite de la mise en œuvre des essais et de quelle façon les données ont été recueillies, suivi d'un développement détaillé des manipulations qu'ont subit les données afin de pouvoir être analysées aisément. Finalement, on termine avec l'interprétation des données, permettant ainsi de conclure si un potentiel d'application existe pour un tel instrument, quant aux explosifs en général. / During the summer of 2005, a scientific team of the Defence Research and Development, Canada Centre (Valcartier Division) has carried out a series of tests using an airborn imaging spectrometer prototype. A great sample of tragets was used, including a series of ground explosions. The aim of this thesis is to determine the possibility, only based on the data acquired by the spectrometer, of identifying the different types of explosives detonated and measured, thus generalizing that this prototype can be applied to explosive purposes. In order to meet this goal, the thesis tackles first of ail the fundamental principals of the spectrometer at hand, and examines the operating characteristics of the instrument, explaining also its limits, parameters and utilization possibilities. We then discuss the tests coordination and by what means the data was collected, followed by a detailed appreciation of the manipulation the data has undergone in order to be easily analyzed. The thesis ends with the data interpretation, thus enabling to conclude an application potential of the instrument with regards to explosives in general.

Application aux calculs radiocristallographiques des algorithmes de transformation de Fourier rapide (Fast Fourier Transform (FFT)).

La spectrométrie par transformée de Fourier (STF) dans le visible est sur le point de percer en instrumentation astronomique grâce au nouveau Spectromètre Imageur de l'Observatoire du mont Mégantic (SpIOMM). Cet appareil a connu plusieurs phases de développement et de conception avant de devenir pleinement fonctionnel. Le sujet du présent projet consiste en la dernière phase de développement de SpI OMM, soit l'implantation d'un nouveau système d'asservissement en angle des miroirs de l'interféromètre de type Michelson. En effet, cet interféromètre est très sensible aux conditions environnantes et il est primordial de s'assurer que l'angle de désalignement est inférieur à 1 Jlrad pour maximiser et garder constante l'efficacité de modulation de la cavité interférométrique durant toute la prise de mesure, qui peut s'étirer jusqu'à toute une nuit. L'instrument étant désormais fonctionnel, des observations au télescope furent possibles dès juin 2007. Une fois la fiabilité de l'appareil confirmée par plusieurs mesures réussies, la mesure du champ de vitesse de la nébuleuse du Crabe fut entreprise. Le défi de cette étude consiste à bien identifier les raies nébulaires puisque la structure en expansion très rapide est sujette à un fort décalage Doppler et donc à un chevauchement des spectres provenant des différentes structures. En plus de pouvoir résoudre chaque structure physique de Ml , ce projet a rendu possible la mesure des rapports de raies [NII]/Hα, [SII]/ Hα et [SIl] [lambda]6717 / [SIl] [lambda]6731. Ces cartes tridimensionnelles encore jamais obtenues pour MInous renseignent sur le processus d'émission de la lumière (radiatif ou collisionnel), sur sa densité électronique et sur sa dynamique d'expansion. Principalement, ces cartes ont confirmé l'asymétrie nord-ouest/sud-est déjà perçue dans la littérature à partir de la membrane pour le filament nord/ouest.

Ce document contient les objectifs, le cheminement suivi et les résultats obtenus d'un projet visant à identifier le nombre d'onde sur différents types de plaques représentatives de ce qui est utilisé en aéronautique. Dans une première partie, on y définit les enjeux du sujet, liés au domaine aéronautique et le contexte dans lequel ce projet se déroule. A la suite de quoi, est exposée la revue de l'état de l'art sur les méthodes existantes de mesure du nombre d'onde. Le projet en lui-même est ensuite défini avec un objectif principal fixe qui est de mesurer le nombre d'onde d'une plaque à partir de mesures vibratoires. Pour cela deux méthodes seront utilisées; la méthode de différence de phase permettant d'effectuer la mesure sur les plaques simples ou composites et la méthode du passage dans le domaine des nombres d'onde permettant cette même mesure sur des plaques plus complexes (plaque épaisse ou raidie par exemple). Pour chaque méthode, un cheminement équivalent est utilisé. Dans un premier temps, on développe et implémente la méthode choisie de manière basique, puis on réalise l'étude paramétrique permettant de connaitre les conditions optimales de fonctionnement des deux méthodes, enfin une validation expérimentale est réalisée. Dans ce document, les deux méthodes seront aussi comparées pour en déduire dans quelles conditions il faut utiliser l'une ou l'autre des méthodes. La méthode de la différence de phase donne de bons résultats dans le cas de plaques simples et composites si on est capable d'exciter suffisamment toutes la gamme de fréquence. La méthode du passage dans le domaine des nombres d'onde quant à elle est apte à mesurer le nombre d'onde sur tous types de plaques et dans toutes les directions si la zone de mesure est suffisamment grande.

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

La spectrométrie de masse est une méthode d’analyse qui permet de travailler sur une large gamme d’échantillons. Elle est utilisée dans de nombreux domaines de recherche comme la chimie analytique, la protéomique, la lipidomique et la métabolomique…Dans un premier temps, mon travail s’est focalisé sur le développement d’une méthode indépendante d’analyse de données par spectrométrie de masse à transformée de Fourier bidimensionnelle. Pour augmenter la résolution en première dimension, une analyse FT-ICR 2D avec un échantillonnage non uniforme (NUS) a été développée. L’augmentation de la résolution dans la première dimension a permis l’obtention d’une haute résolution pour les ions précurseurs. La FT-ICR 2D a été utilisée avec succès pour l’analyse de triacylglycérols contenus dans du plasma mais aussi pour l’analyse d’échantillons archéologiques.Dans un second temps, une stratégie protéomique conjointe bottom-up et top-down a été appliquée à l’analyse d’échantillons archéologiques et paléontologiques à partir d’ossements ou de céramiques. Le développement d’une méthodologie bottom-up, a permis à partir d’ossements archéologiques d’espèces inconnues l’identification des protéines et leurs modifications chimiques. Cet ossement a pu être attribué comme appartenant à l’espèce Homo sapiens. Une analyse top-down a été utilisée pour l’analyse d’échantillons archéologiques. Pour la première fois, une protéine (la caséine de lait) a été identifiée dans un échantillon archéologique d’amphore de l’époque de l’empereur Claude (1er siècle de notre ère) grâce la détection de grands fragments de caséine. / Mass spectrometry is a method of analysis which works on a wide range of sample types. It is used in many research fields such as analytical chemistry, proteomics, lipidomics and metabolomics...Firstly, my work was dedicated to the development of an independent data analysis methodology based on two-dimensional Fourier transform mass spectrometry. For increasing the resolution on the first dimension a 2D FT-ICR analysis with non-uniform sampling was developed. The resolution increase in the first dimension leading to high resolution for the precursor ions. The 2D FT-ICR has been successfully applied for the analysis of triacylglycerol contained on plasma and also for archaeological samples. This methodology led to 2D maps allowing a rapid classification of plants or animals samples.Secondly, a joint bottom-up and top-down proteomics strategy was applied for the analysis of archaeological and paleontological samples from bones or ceramics. The development of a bottom-up methodology, allowed the identification of proteins and their chemical modifications from archeological bones. These bones have been attributed to Homo sapiens. The development of a top-down methodology was applied to the analysis of archaeological ceramic. For the first time, a protein (milk casein) was identified in an archaeological sample of an amphora from Claudius emperor era (1st century A.D) via the detection of large fragments of casein. This first application of the top down proteomics showed that new information can be provided such as the in situ molecular degradation.

Pour répondre au besoin de miniaturisation des spectromètres de terrain travaillant dans l’infrarouge, l’ONERA a développé un nouveau concept baptisé MICROSPOC. Ce dispositif est un détecteur infrarouge auquel a été intégré un interféromètre à deux ondes, constituant un spectromètre statique par transformée de Fourier. Ce plan focal infrarouge modifié, qui fusionne la fonction interférométrique et la fonction de détection, associé à une optique de tête simplifiée, permet d’envisager la réalisation d’instruments très compacts. L’objectif de cette thèse est de concevoir un spectromètre infrarouge miniature basé sur le dispositif MICROSPOC. Dans un premier temps, un travail théorique a été mené, dans l’objectif de dimensionner un système optique très compact. Notre choix s’étant orienté vers un système optique de collection (le détecteur voit une source étendue à distance finie), l’étude de l’acceptance angulaire de MICROSPOC dans ces conditions d’éclairement est indispensable afin de prévoir le contraste et la forme des franges d’interférence. Les résultats montreront la grande acceptance angulaire de MICROSPOC.Dans un second temps, un démonstrateur basé sur un composant MICROSPOC et sur le système optique simplifié a été réalisé. Ce démonstrateur a été caractérisé en laboratoire puis utilisé sur le terrain lors d’une campagne de mesures. Ces différentes exploitations ont montré la robustesse de l’instrument malgré l’obtention d’interférogrammes présentant divers défauts.Dans un troisième temps, une chaîne de traitement a été développée afin d’estimer un spectre à partir d’un interférogramme obtenu à l’aide du démonstrateur. Du fait des caractéristiques intrinsèques de MICROSPOC, la transformée de Fourier n’est pas la meilleure solution pour estimer un spectre. Nous l’avons montré en nous intéressant aux effets des disparités de longueur d’onde de coupure du détecteur sur l’estimation d’un spectre. Nous nous sommes alors tournés vers une approche consistant à utiliser la caractérisation spectrale de l’instrument pour inverser la mesure. Cette approche donne des résultats satisfaisants.Enfin, le but principal de cette thèse a été élargi par la conception et la réalisation de différents démonstrateurs combinant une fonction d’imagerie à une fonction de spectrométrie. Les premières pistes pour la conception d’un spectromètre qui tient dans la main ont été données. / In order to satisfy the need for handheld infrared spectrometers, the ONERA developed a new concept called MICROSPOC. This device is an infrared focal plane array with a built-in two-wave wedge-like interferometer and forms a static Fourier-transform spectrometer. This modified focal plane array, which merges the detection function and the interferometric function, in association with a simplified optical system, allows to consider the realisation of a much compact instrument. The goal of this thesis is to design and to realize a miniaturized infrared spectrometer based on the MICROSPOC concept.Firstly, a theoritical work has been led in order to design a compact optical system. Since we have chosen a collection optical system (the focal plane array sees an extended source placed at a finite distance), the study of MICROSPOC angular acceptance in these lightening conditions is needed in order to predict the contrast and the shape of interference fringes. The huge angular acceptance of MICROSPOC will be established with the results of this study.Secondly, a demonstrator based on MICROSPOC device and on the simplified optical system has been realized. This demonstrator has been caracterized in the laboratory and used in real conditions of a measurement campaign. These different exploitations have shown the robustness of the instrument despite some defaults on acquired interferograms.Then, a processing chain has been developed in order to estimate a spectrum from an interferogram acquired with our demonstrator. Considering the MICROSPOC’s own characteristics, the Fourier-transform is not the best way to estimate a spectrum. We have come to this conclusion by studying the effects of cut-off wavelenghts disparities of the detector on the spectrum estimation. At this point we have considered an approach that consists of using the spectral characterization of the instrument in order to inverse the measure. This approach gives satisfying results.Finaly, the main goal has been widened with the design and the realisation of other instruments that combine a spectrometric function and a imaging function. The first elements for the design of a handheld spectrometer have been given.

On étudie les multiplicateurs, c'est-à-dire les opérateurs bornés qui commutent avec les translations sur un espace de fonctions sur un groupe localement compact abélien G. On obtient pour tout multiplicateur un symbole essentiellement borné sur un ensemble de morphismes continus sur G, lié au spectre simultané des translations. Nous établissons aussi des résultats analogues pour les opérateurs de Wiener-Hopf (resp. Toeplitz) sur des espaces de fonctions sur R+ (resp. Z+).