identifier: Beaubien, Cédrick  (2015). Toxicité de deux lanthanides (La, Ce) sur l’algue verte Chlorella fusca.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 128 p.

subject:
algues vertes
Chlorella fusca
écotoxicité
lanthane
cérium
internalisation
calcium
phosphate
ion libre

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue en PDF.
Avec l’augmentation de l’utilisation et de l’exploitation des lanthanides, une augmentation de la concentration environnementale de ces métaux est anticipée. L’exploitation minière de ces éléments convoités dans les écosystèmes nordiques du Canada rend l’évaluation adéquate du risque environnemental de plus en plus pressante. Dans ce travail, la toxicité et l’applicabilité du modèle de l’ion libre pour prédire la toxicité du lanthane et du cérium ont été étudiées ainsi que l’effet protecteur du calcium. L’algue verte unicellulaire Chlorella fusca a été sélectionnée pour réaliser cette étude à l’aide d’exposition chronique d’une durée de 120 h. Le pH du milieu d’exposition utilisé était de 5,5 et les concentrations nominales de La et Ce étaient comprises entre 10 et 100 000 nM. Les concentrations expérimentales ont été mesurées par spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) et la spéciation des métaux dans les milieux d’exposition a été modélisée à l’aide du logiciel MINEQL+. La densité cellulaire a été mesurée à tous les 24 h à l’aide d’un compteur de particules et elle a été utilisée comme paramètre de détermination de la toxicité. Une diminution du rendement final a été observée dans le cas des deux métaux étudiés. En absence de tampon, des concentrations efficaces médianes (CE50) de 490 ± 70 nM et de 430 ± 60 nM de lanthane ont été obtenues, selon que celles-ci soient exprimées en fonction de la concentration totale ou libre, respectivement. Dans le cas du cérium, ces valeurs étaient de 190 ± 70 nM et 170 ± 60 nM respectivement. Pour le cérium, un effet d’hormèse a été observé a des concentrations <500 nM. L’utilisation de plusieurs tampons (acide iminodiacétique, IDA ; acide malique ; acide nitrilotriacétique, NTA) a permis de démontrer que l’ion libre était un bon indicateur de risque de toxicité. En présence de 10-4 M d’acide malique, des CE50 de 3 800 ± 500 nM et de 260 ± 30 nM de lanthane ont été obtenues, selon que celles-ci soient exprimées en fonction de la concentration totale ou libre, respectivement. Pour le cérium, ces valeurs étaient de 6 000 ± 1 000 nM et 270 ± 60 nM respectivement. Ceci démontre que la caractérisation du milieu d’exposition est très importante lors des tests de toxicité. La détermination des concentrations intracellulaires en lanthanides a également permis de démontrer que l’inhibition de la croissance de l’organisme était liée à l’internalisation de ces métaux dans les cellules peu importe le ligand utilisé. Des expériences en présence de différentes concentrations de calcium ont aussi démontré que le calcium induisait un effet protecteur sur l’algue étudiée en réduisant la quantité de lanthanide internalisé dans les cellules.

The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract. With the increase in the use and exploitation of lanthanides, an increase in the environmental concentrations of these metals is anticipated. Before authorizing the development of new mines in northern Canadian ecosystems for these valuable elements, environmental regulators must carry out adequate environmental risk assessments. Such assessments require data on the potential toxicity of these elements in the receiving waters downstream from the mines. In the present work, the toxicity of lanthanum and cerium was studied, as well as the protective effect of calcium, and the ability of the free ion activity model to predict the observed toxicity was tested. The unicellular green alga Chlorella fusca was selected for this chronic exposure study, which was extended to a period of 120 h. The pH of the exposure media used was 5.5 and the nominal concentrations of La and Ce were between 10 and 100,000 nM. The experimental concentrations were measured by Inductively Coupled Mass Spectrometry (ICP-MS) and the equilibrium speciation of the metals in the exposure media was modeled using MINEQL+ software. Cell densities were measured every 24 hours using a particle counter and were used to assess the effects of the lanthanides on algal growth. A decrease in the final algal yield was observed in the case of the two studied metals. In the absence of buffer, half maximal effective concentrations (EC50) of 490 ± 70 nM of total lanthanum, 430 ± 60 nM of free lanthanum, 190 ± 70 nM of total cerium and 170 ± 60 nM of free cerium were obtained. In the case of cerium, an hormesis effect was observed at concentrations <500 nM. The utilization of buffers (iminodiacetic acid, IDA; malic acid; nitrilotriacetic acid, NTA) demonstrated that the calculated free ion concentration was a good indicator of toxicity. In the presence of 10-4 M of malic acid, EC50 of 3 800 ± 500 nM of total lanthanum, 260 ± 30 nM of free lanthanum, 6 000 ± 70 nM of total cerium and 270 ± 60 nM of free cerium were obtained. This shows that the characterization of the exposure medium is very important in toxicity testing. The inhibition of algal growth was also correlated with the intracellular lanthanide concentrations, regardless of the ligand used. Increasing the ambient calcium concentration protected the test algae by reducing the amount of lanthanide internalized into the cells.


identifier: Yousefi, Mitra  (2014). Dok proteins and CD28 regulate the development of yôNKT cells.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en virologie et immunologie, 252 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject: lymphocyte T cellule tueuse immunite CD8

abstract:
In T cells, two members of the Dok family of adaptor proteins, Ook-1 and Ook-2, are
predominantly expressed. Recent evidence suggests that they play a negative role in T cell
signaling. In order to define whether Dok proteins regulate T cell development, we have
generated transgenic mice overexpressing Ook-1 in thymocytes and peripheral T cells. For sorne
expcriments wc also used mice deficient for the expression of both Dok-1 and Dok-2. In this
research project we show that Ook overexpression negatively regulates the activity of the key
components downstream ofTCR signaling such as LAT, ZAP-70, PLC-y and Erk. We also show
that the overexpression of Ook-1 causes a dramatic reduction in the numbers of total, OP and SP
thymocytes with an increase in the numbers of thymocytes in the DN stage, compared to WT
controls. Further investigations indicated that this reduction is not due to an increased apoptosis
in OP thymocytes in Ook-1 transgenic mice but rather a delay in the transition of thymocytes
from the C04-C08- (ON) to C04+C08+ (OP) stage. More precisely, Ook-1 overexpression
results in a block inside the ON stages by arresting thymocytes transition from ON3a to ON3b
which are considered to be respectively the pre- and post-~ selection stages of T cell
development. Moreover, Ook-1 overexpression promotes the development of yô T cells in the
thymus, spleen, and li ver of the transgenic mice. This developmental promotion correlates with
the lev el of Ook-1 overexpression and it is mainly due to the specifie expansion of the V y 1.1 +
V6.l'. subset of yô T cells. Similar to their small population in WT mice, this expanded
population of Vyl.1+ V6.3+ T cells in Ook-l Tg mice have also innate properties including rapid
IL-4 production following stimulation. They express the transcription factor PLZF and they
require SLAM-associated adaptor protein (SAP) for their development. Therefore, we concluded
that Dok-1 promotes the development of yô NKT cells. Moreover, Ook-1 overexpression
iii
promotes the generation of an innate-like CD8+ T cell population. These cells express the
transcription factor Eomesodermin, upregulate memory markers like CD44 and CD122 and
produce IFN-y upon first stimulation. Thymie overproduction of IL-4 by y8 NKT cells is likely
responsible for the innate conversion ofCD8+ thymocytes in Dok-1 Tg mice.
We pursue our study to further characterize NKT cells by studying the signaling pathways that
might be important for their development and maturation. We investigated the contribution of
CD28 signaling in the functional development of ap and yô NKT cells in mice. We show that
CD28 signaling promotes the thymie maturation of PLZF+ IL-4 producing NKT cells without
any effect on their positive selection. Our results also show that CD28 signaJing positively
regulates the LF A-1 expression on both ap and yô NKT cells. Using mixed bone marrow
chimeric mice, we demonstrated that the developmental defect of yô NKT cells in CD28-
deficient mice is cell autonomous. Moreover, in both wild type C57BL/6 and Dok-1 transgenic
mice (with increased number of yô NKT cells), we show that the C028-mediated regulation of
thymie IL-4 producing NKT cells promotes the differentiation of Eomes + CD44high innate-like
COS+ T cells. Taken together, these findings reveal previously unappreciated mechanisms by
which Dok-1 and C028 can be considered as important regulators of the innate immune response
via controlling the NKT cell homeostasis and consequently the size of the immte-like C08+ T
cell pool.


identifier: De Toni, Anthony Franco  (2016). Les paragenèses à magnétite des altérations associées aux systèmes à oxydes de fer et altérations en éléments alcalins, zone magmatique du grand lac de l’Ours.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 549 p.

subject:
magnétite
oxydes de fer
altération en éléments alcalins
IOCG
IOA et métasomatisme

abstract:
La magnétite est un constituant mineur à majeur des veines, des brèches et des zones de remplacement des systèmes minéralisateurs à oxydes de fer et à altération en éléments alcalins (dit IOAA pour iron oxide alkali-altered) dans la zone magmatique du Grand lac de l’Ours aux Territoires du Nord-Ouest, Canada. La magnétite y abonde particulièrement dans les minéralisations en fer et en métaux spécialisés des prospects à oxyde de fer-apatite ainsi que dans les gîtes et prospects à oxydes de fer-cuivre-or dit IOCG pour iron oxide copper-gold. Des altérations à magnétite sont aussi porteuses de minéralisations uranifères encaissées dans des brèches d’albitites. Ces associations avec des minéralisations diversifiées et les changements de composition de la magnétite en fonction des différentes séries de paragenèses qui y sont associés, seront abordées au cours de ce mémoire et illustrées comme étant une conséquence même de l’évolution et du développement des systèmes hydrothermaux encaissants. Ces attributs font de la magnétite un minéral de référence tant pour l’étude des processus minéralisateurs que comme minéral indicateur pour les programmes d’exploration.
Ces interprétations s’appuient tout d’abord sur une description macroscopique et microscopique des zones de remplacement, des brèches et des veines ayant des paragenèses à magnétite au sein des systèmes étudiés afin de mieux circonscrire les processus métasomatiques impliqués dans leur développement. À cet effet, un protocole de description a été raffiné pour être en mesure de qualifier l’intensité de l’altération et pour systématiser la description des zones d’altération communément fortement complexes en termes d’aspects, textures, variations de compositions modales, styles de minéralisation et associations de minéraux et de métaux.
Les principales paragenèses à magnétite sont à 1) magnétite (altération Fe), 2) amphibole-magnétite±apatite±albite (altération Ca-Fe±Na de haute température), et 3) feldspath-K-magnétite ± biotite ou biotite-magnétite (altération K-Fe de haute température). Pour des intensités faibles à modérées, les altérations à magnétite préservent la texture du précurseur tout en changeant l’assemblage minéralogique. Dans les roches litées, le remplacement est sélectif et stratoïde le long de certains horizons spécifiques. Dans les roches volcaniques porphyriques, la magnétite remplace préférentiellement la mésostase tandis que les phénocristaux sont préservés jusqu’à un remplacement de forte intensité. En remplacement, la magnétite est généralement microcristalline à finement grenue tandis qu’elle est plus grossière dans les veines et les brèches où les fragments de la brèche sont sélectivement remplacés par la magnétite. Ces textures impliquent des réactions métasomatiques qui vont modifier continuellement les conditions physico-chimiques des fluides hydrothermaux. Les altérations à magnétite précoces et de température élevées sont rencontrées sous forme de remplacements généralisés et qui détruisent/recristallisent les textures du précurseur. Avec le refroidissement de la cellule hydrothermale, les altérations progressent vers des remplacements irréguliers ou sélectifs puis forment des veines et des brèches qui recoupent les remplacements généralisés constitués d’assemblages de plus haute température. Les remplacements et les veines d’altération (HT) Ca-K-Fe puis (HT) K-Fe sont régulièrement suivis par la formation de zones minéralisées dans lesquelles une vaste gamme d’éléments peuvent être concentrés (c.-à-d. Cu, Au, Ag, Bi, Co, terres rares et autres métaux usuels, précieux et spécialisés).
Des analyses effectuées à la microsonde électronique ont permis de mesurer la concentration en Si, K, Ca, Al, Sn, Cu, Mn, Mg, Ti, Zn, V, Ni et Cr des grains de magnétite associées à une paragenèse particulière. Les résultats indiquent que la composition de la magnétite varie selon 1) le type de paragenèse, 2) le type de cristallisation d’origine hydrothermale ou ignée, et 3) la présence ou non de minéralisation. Ces résultats indiquent que la chimie de la magnétite peut être utilisée pour comprendre l’évolution spatio-temporelle des systèmes à altération en éléments alcalins et en oxydes de fer et pourrait être utilisée comme vecteur vers des zones minéralisées.

Magnetite is a minor to major constituent in veins, breccias and replacement zones of mineralized iron oxide alkali-altered systems (IOAA) in the Great Bear magmatic zone in the Northwest Territories, Canada. Magnetite is particularly abundant in iron and specialized metals mineralization within iron oxide-apatite prospects as well as in iron oxide-copper-gold (IOCG) prospects and deposits. Alteration zones with magnetite can also bear uranium mineralization in albitite hosted breccias. Associations with diverse mineralization types and changes in magnetite composition as a function of mineral assemblages is also addressed in this thesis and illustrated as one of the consequence of the development and evolution of the hydrothermal systems. These attributes make magnetite a reference mineral for the study of the mineralizing processes and as an indicator mineral for mineral exploration programs.
The interpretations of the metasomatic processes involved in the genesis of the systems studied are first based on a macroscopic and microscopic description of replacement zones, breccias and veins with magnetite bearing parageneses. To this effect a description protocol was refined to qualify the intensity of alteration and systematize the description of these highly diversified alteration zones in terms of aspects, textures, modal compositions variations, styles of mineralization and associations of minerals and metals.
The main magnetite assemblages are 1) magnetite (Fe alteration), 2) amphibole-magnetite±apatite±albite (high temperature Ca-Fe±Na alteration), and 3) K-feldspar-magnetite±biotite and biotite-magnetite (high temperature K -Fe alteration). For weak to moderate intensities, magnetite alteration preserves the textures of precursor rocks while changing the mineral assemblage. In layered rocks, replacement is selective and stratabound along specific horizons. In volcanic porphyry, magnetite preferentially replaces the groundmass while phenocrysts are preserved until the replacement is intense. In replacement zones, magnetite is generally microcrystalline to fine grained while it is coarser in the veins and breccias where both the matrix and the fragments of the breccias can be selectively replaced by magnetite. These textures results of metasomatic reactions that continuously change the physicochemical conditions of hydrothermal fluids. Early and high temperature magnetite alteration types are encountered as pervasive replacements which destroy/recrystallize the textures of precursor rocks. With the cooling of the hydrothermal cell, alteration progresses to irregular or selective replacement and then forms veins and breccias that crosscut zones of pervasive replacement that record a higher temperature mineral assemblage. Replacement zones and veins of (HT) Ca-K-Fe and then (HT) K-Fe alteration are regularly followed by the formation of mineralized zones in which a wide range of elements can be precipitated (i.e. Cu, Au, Ag, Bi, Co, REE and other base, precious and specialized metals).
Electronic microprobe analysis were used to measure the concentration of Si, K, Ca, Al, Sn, Cu, Mn, Mg, Ti, Zn, V, Ni and Cr of magnetite grains associated with a specific paragenesis. The results indicate that the composition of magnetite varies according to 1) the type of the paragenesis to which it is associated, 2) its magmatic or hydrothermal origin of crystallization, and 3) the presence or absence of mineralization. As such, magnetite can be used to understand the spatio-temporal evolution of iron oxide alkali-altered systems and represent a potential vector to mineralization.


identifier: Fournier, Isabelle  (2015). Effets des stress thermique et metallique seuls ou en combinaison sur le métabolisme mitochondrial et la santé du mené tête-de-boule (Pimephales promelas).  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 114 p.

subject:
cadmium
température
stresseurs combinés
mitochondrie
poissons

abstract:
Les organismes aquatiques sont exposés de façon chronique à plusieurs sources de
stress simultanément. Celles-ci peuvent être naturelles (ex. hypoxie, parasitisme) ou
anthropiques (ex. contaminants). Toutefois, les études toxicologiques prennent rarement
en compte cette information. L’objectif de ce mémoire est d’éclaircir les effets combinés
d’une exposition chronique au cadmium (Cd) et à un stress thermique sur le métabolisme
mitochondrial du mené tête-de-boule (Pimephales promelas). Pour ce faire, ce dernier a
été exposé pendant 8 semaines au laboratoire aux deux stresseurs seuls (6 μg Cd/L ou
25°C) ou en combinaison. Après cette exposition, divers paramètres ont été mesurés ou
calculés soit, l’indice de Fulton, l’indice hépatosomatique, la respiration mitochondriale
hépatique, l’activité de la pyruvate déshydrogénase hépatique, le dosage du Cd hépatique
total et mitochondrial et les concentrations de protéines hépatiques et musculaires.
L’exposition au Cd seul n’a influencé aucun des paramètres ci-dessus. Le stress
thermique seul a diminué l’indice de Fulton et augmenté la respiration mitochondriale.
L’exposition combinée, pour sa part, a mené à une diminution des indices
hépatosomatique et de Fulton ainsi que du pourcentage de protéines hépatiques et à une
augmentation de l’activité de la pyruvate déshydrogénase et de la respiration
mitochondriale. De plus, il y avait une synergie au niveau de la mortalité. Ces résultats
suggèrent qu’une exposition à une faible dose de Cd est un stress que les poissons
peuvent gérer en modulant leur production d’énergie, surtout s’il y a absence d’autres
sources de stress. Toutefois, lorsque les concentrations de Cd augmentent et qu’il y a
addition d’un stress thermique, les poissons font face à une carence énergétique qui les
oblige à utiliser leurs réserves et menace leur survie.

 Aquatic organisms chronically face numerous stressors simultaneously, including natural
(eg. hypoxia, parasitism) and anthropogenic (ex. contaminants) stressors. However, the
effects of combined stressors are rarely studied. This study was designed to evaluate
chronic effects of a combined exposure to cadmium (Cd) and thermal stress on
mitochondrial metabolism of fathead minnows (Pimephales promelas). Fish were exposed
for 8 weeks to both stressors alone or in combination. After exposure, several biomarkers
were assessed: Fulton and hepatosomatic indices, hepatic mitochondrial respiration,
hepatic pyruvate dehydrogenase activity, hepatic total and mitochondrial Cd
concentrations and hepatic and muscular proteins concentrations.
Exposure to Cd alone influenced none of the biomarkers examined. Exposure to thermal
stress alone led to a decreased Fulton index and increased mitochondrial respiration. The
combined exposure to both stressors resulted in a synergistic effect on mortality.
Furthermore, it also led to a decrease in hepatosomatic and Fulton indices as well as
hepatic protein concentrations and to an increase in pyruvate dehydrogenase activity and
mitochondrial respiration. These results suggest that fish are able to manage Cd with an
increased energy production when the concentration of Cd is low and in the absence of
other stressors. However, when Cd concentrations increases and in the presence of
another stressor, fish face an increased energy demand leading to energy store depletion
that threatens their lives.


identifier: Nguyen, Thi Tuyet Nhung  (2014). The Naja Kaouthia snake venom contains a potent insulinotropic and characterization : isolation, identification and characterization.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 125 p.

subject:
serpent
venin
cobra
insulinotrope
diabete
cardiotoxine I
CTX-I

abstract:
La prévalence du diabète s'accroît à un rythme alarmant. En 2015, cette maladie affectera
plus de 350 millions de personnes à l'échelle mondiale et touchera approximativement 550
millions d'individus en 2030. Le diabète de type 2 (DT2) est la forme la plus répandue,
représentant de 90% à 95% des cas de diabète dans le monde entier. Le DT2 est un désordre qui
touche le système endocrinien et le métabolisme, et qui conduit à l'incapacité de maintenir une
glycémie normale. Afin de traiter cette maladie progressive, les traitements doivent être modifiés
en fonction de ces divers stades. Plusieurs médicaments sont actuellement utilisés pour maintenir
une glycémie normale et leur diversité a élargi les options pour traiter le DT2. Cependant, malgré
leur puissance et leur spécificité, ils présentent encore des carences et des effets secondaires tels
que des épisodes d'hypoglycémie, une prise de poids, certains problèmes cardiovasculaires, des
troubles gastro-intestinaux et un oedème périphérique. En outre, la plupart des améliorations
initiales de la glycémie produites par la prise de médicaments ne sont pas maintenues en raison
de la dégradation de la fonction des cellules p du pancréas. Par conséquent, de nouveaux agents
doivent être créés afin de contrôler efficacement la glycémie, de prévenir le déclin de la fonction
des cellules p, de favoriser la perte de poids, d'améliorer l'action de l'insuline et de produire un
effet favorable sur les maladies cardiovasculaires qui pourraient être en développement.
Il a été observé depuis longtemps que les venins, qui sont des mélanges complexes de
protéines, peptides, enzymes et autres agents aux propriétés biologiques diverses, représentent
une source immense et variée de molécules. Ces dernières peuvent notamment offrir des options
nouvelles de traitements grâce à leur puissance et efficacité unique. Les venins sont le fruit d'une
sélection naturelle associée à des millions d'années d'évolution. Les substances qui les
composent servent par exemple pour la capture des proies et la digestion et/ou la défense contre
les prédateurs. En particulier, les peptides présents dans les venins sont reconnus pour leur
grande variété de cibles systémiques. Ceci les identifie comme des ligands aux propriétés
inestimables pour étudier les mécanismes physiologiques et/ou pharmacologiques dans différents
paradigmes expérimentaux liés à des maladies telles que le cancer, l'inflammation, les maladies
neurodégénératives, les atteintes neuromusculaires, les troubles hématologiques, les infections
autoimmunes et les problèmes cardiovasculaires. À ce propos, un exemple frappant est celui de
xii
l'exendine 4, un peptide extrait du venin du monstre de Gila, qui possède une activité
insulinotropc marquée. Ainsi, une étude pharmacologique exhaustive a permis de l'cxcnatidc,
une forme synthétique du peptide qui est maintenant utilisée pour traiter le diabète. Cette
découverte image bien les nouvelles perspectives qu'offrent les composants extraits de venins, et
tout particulièrement pour le traitement de pathologies telles que le diabète. En eflet, il a été
montré que les toxines suivantes, soit Agelaia MP-1, conkunitzinc-S 1 ct a-latrotoxine, sont
capables de déclencher l'exocytose de l'insuline. De plus, de façon plus générale, l'étude des
mélanges complexes de polypeptides et de protéines de venins a donné lieu à la découverte de
molécules biologiques clés comme le BPP (bradykinin-potentiating peptide), le NGF (nerve
growth factor), la dendrotoxine, le CVF (cobra venom factor) et la convulxine. Ces composés
ont contribué à faciliter la compréhension de systèmes physiologiques et ont été utilisés comme
gabarit pour concevoir de nouveaux dérivés affichant des fonctions pharmacologiques précises.
Le monstre de Gila, duquel a été isolé l'exentide 4, est un lézard qui ne mange qu'environ
quatre fois par an. Il évite l'hypoglycémie en stoppant sa production d'insuline. Lorsque vient le
moment de manger, il tue une proie avec son venin. L'ingestion de celle-ci entraîne aussi
l'absoption de son propre venin et conséquemment de l'exendine 4, ce qui réactive sa production
d'insuline. De façon similaire, plusieurs espèces de serpents ont la capacité de réduire
considérablement leur métabolisme et de survivre sans nourriture pour des périodes pouvant aller
jusqu'à deux ans. Cette observation suggère qu'un ou des facteurs équivalents à l'exendine 4 se
retrouveraient aussi dans le venin de serpents, d'autant plus que ces animaux sont
phylogénétiquement reliés au monstre de Gila. Par conséquent, en collaboration avec un
partenaire vietnamien qui étudie les propriétés du venin du cobra à monocle Naja kaouthia, nous
avons initié dans notre labomtoire un projet visant à identifier un peptide présentant des
caractéristiques pharmacologiques similaires à celles de l'exendine 4. Ultimement, cette
molécule ou un dérivé pourrait s'ajouter à l'arsenal développé pour le traitement du diabète.
Nos travaux ont conduit à l'développer de peptide insulinotrope, dont NTTN-16, à partir
du venin de Naja kaouthia du Vietnam. Ce composé s'est montré capable d'induire la sécrétion
d'insuline par les cellules IN S-IE sans affecter leur viabilité. Sa caractérisation a montré que sa
séquence est identique à celle d'un autre peptide précédemment isolé à partir de l'espèce Naja
kaouthia vivant à Taiwan, soit la cardiotoxine 1 (CTX-1), qui compte 60 acides aminés et forme
xiii
une structure compacte maintenue par 4 ponts disulfures. Malgré la complexité de la molécule,
sa synthèse a été réalisée avec succès comme montré entre autres par l'activité insulinotrope
concentration-dépendante de la forme synthétique sur des cellules INS-1 E et ce, et il est
important de le signaler, tant en absence qu'en présence de glucose. De plus, cette toxine ne
provoque pas la lyse des globules rouges humains. Notre étude a aussi montré que la sécrétion
d'insuline par la CTX-1 est dépendante du calcium. Également, nous avons démontré que les
mécanismes insulinotropes associés aux canaux potassiques sensibles à l' ATP (KATr) ou au
récepteur du GLP-1 ne sont pas impliqués dans l'action de la CTX-1. En effet, l'inhibition du
flux potassique suite à la fermeture du canal KAw par une absence de glucose extracellulaire n'a
pas modifié la sécrétion d'insuline. De même, des tests de liaison de la CTX-1 au récepteur du
GLP-1 se sont avérés négatifs.
Dans les cellules f3, l'inhibition des courants K+ accroît la durée du potentiel d'action.
Ceci maintient la membrane plasmique dans un état dépolarisé et provoque l'afflux du Ca2+ par
l'ouverture des canaux calciques, un phénomène qui améliore la sécrétion d'insuline dépendante
du glucose. Ainsi, indirectement, au cours de nos travaux, le rôle de canaux K+ autres que KATP a
aussi été étudié. En effet, dans les cellules p, nous retrouvons également des canaux appelés BK
(canal K+ à conductance élevée, activé par le Ca2+) qui, même s'ils ne jouent pas un rôle
déterminant dans l'exocytose de l'insuline, participent au contrôle de l'amplitude du potentiel
d'action. Il a été montré que ces canaux modulent la mobilisation du calcium dans diverses
actions biologiques dont notamment lors de la contraction d'un tissu vasculaire tel que l'aorte.
Nous avons montré au moyen d'un bioessai que la CTX-1 est incapable d'induire la contraction
d'anneaux d'aorte de rat, ce qui suggère que cette toxine ne serait pas en mesure d'interagir avec
ce type de canal. Néanmoins, la littérature indique que les effets exercés sur le coeur par les
CTXs sont causés par une modulation de canaux ioniques et tout spécialement par une
amplification de l'interaction entre la calséniline (protéine KChiPl) et le canal potassique
sensible au voltage (Kv). Par conséquent, l'effet insulinotrope de la CTX-1 pourrait
vraisemblablement se produire par l'entremise de ces canaux. Dans les faits, nous observons que
la CTX-1 possède des homologies structurelles avec des toxines à canaux potassiques. Par
exemple, les boucles II et III de la CTX-1 sont similaires à celles de nombreuses toxines à canaux
potassiques. De plus, la superposition de certains résidus jouant un rôle fonctionnel majeur tels
xiv
que la Lys23
, la Lys50 et l' Asn55 de la CTX-1 avec la Lyi7
, l' Arg25 et l' Asn30 de toxines à canaux
potassiques suggère que la CTX-1 pourrait agir comme un bloqueur de canal Kv via un
mécanisme similaire.
La CTX-1 déclenche la libération du calcium dans différentes lignées cellulaires, y
compris les cellules INS-1 E, HEK293, HeLa et CHO. L'effet maximal est observé avec les
cellules INS-1 E, tandis que la libération la plus faible est mesurée avec les cellules CHO. En
outre, même à 10·6 M, la CTX-1 n'a pas causé l'hémolyse d'érythrocytes humains, lesquels se
sont révélés être les plus sensibles parmi les globules rouges de mammifères. La CTX-1 a
également montré le même effet sur la lignée cellulaire myogène murine C2Cl2. En fait, avec
les cellules C2C 12, aucune augmentation significative du nombre de cellules apoptotiques en
phase précoce n'a été observée. Cependant, en phase retardée, le pourcentage de cellules
apoptotiques s'est avéré légèrement augmenté.
Comme décrit précédemment, la CTX-1 présente au niveau de ses boucles II et III, des
homologies de structure avec celle des inhibiteurs des canaux Kv. Ces boucles comptent
généralement de 25 à 40 acides aminés. Cependant, les activités biologiques de la CTX-1 sont
réparties non pas sur deux mais essentiellement sur trois boucles. Ainsi, les boucles 1 et II sont
connues pour leur capacité à endommager les cellules tandis que la boucle III est identifiée
comme celle responsable de la dépolarisation des cellules musculaires et de la mobilisation du
calcium qui y est associée. Par ailleurs, notre étude a montré que l'activité calcique de la CTX-1
est l'amorce nécessaire pour le déclenchement de la libération d'insuline par les cellules INSIE.
Nous avons donc exploré plus à fond les propriétés biologiques de ces boucles au moyen de
dérivés synthétiques tronqués de la CTX-1 produits dans notre laboratoire en appliquant une
stratégie de protection orthogonale des cystéines, afin d'obtenir les ponts disulfures dans la
configuration présente dans la toxine native. Ainsi, à 10'6 M, le fragment CTX-11.39 a causé la
mort d'environ 50% des cellules INS-IE, tandis que le fragment CTX-.41•60, à cette même
concentration, n'a pas affecté leur viabilité. Le fragment toxique 1-39 n'a donc pas été étudié
davantage. Toutefois, nous avons évalué les propriétés du fragment CTX-.41-60 dans quelques
paradigmes et avons observé que ce peptide parvient à stimuler la mobilisation calcique d'une
manière concentration-dépendante et entraîne la libération de l'insuline sans l'intervention d'un
xv
canaJ KArr. Ces effets sont en nature et intensité très similaires à ceux de la molécule complète,
bien que cc fragment n'améliore pas la sécrétion d'insuline, en absence de glucose.
Des analyses structurales de la CTX-1 ont dévoilé que la valine à la position 52 est
considérablement exposée et accessible. De même, l'évaluation des homologies de séquences
présentes au niveau d'antagonistes des canaux Kv, a montré qu'une lysine est fréquemment
localisée dans la partie responsable de l'action inhibitrice sur les canaux. Par conséquent, nous
avons émis l'hypothèse que la substitution de Val52 par une lysine pouvait reproduire un élément
structural clé des antagonistes des canaux Kv. Nous avons alors synthétisé l'analogue tronqué
[Lys52]CTX-41.60 et mesuré ses effets. Tout comme le fragment non substitué, ce dérivé n'a pas
d'effet cytotoxique sur les cellules INS-lE. Par contre, il stimule la libération de l'insuline aussi
bien en absence qu'en présence de glucose. Cette activité insulinotrope est liée au [Ca2+]i et n'est
pas médiée par l'activation du canal KATP ou du récepteur du GLP-1. À 10 f.1M, la [Lys52]CTXI41.60
a diminué de 25% l'influence des courants de canaux de type K+. Ces canaux sont membres
d'une famille contenant de nombreux sous-types et l'analogue est peut-être un bloqueur sélectif
de l'un de ces sous-types dans les cellules INS-1 E. Par ailleurs, nous avons observé que le
traitement avec [Lys52]CTX-41•60 de cellules CHO transfectées avec le récepteur UT (CHO-UT)
réduit/empêche l'hypertrophie induite par l'urotensine Il, un effet qui pourrait être associé à des
sous-types de canaux Kv. On doit aussi souligner la similitude des résidus importants, tels que la
Lys52
, l' Asn45 et l' Arg58 présents dans le dérivé [Lys52]CTX-41•60, ce qui lui confere des
caractéristiques structurales similaires à celles des antagonistes des canaux de sous-type Kvu,
i.e. l) une lysine hautement conservée se trouvant au centre de la toxine 2) une asparagine ou un
résidu polaire se trouvant à une extrémité et 3) une arginine ou un résidu chargé positivement à
l'autre extrémité. Donc, globalement, il semble plausible que le dérivé tronqué de la CTX-I,
développé dans notre laboratoire, soit un ligand du canaJ potassique sensible au voltage, et plus
précisément du canal du type Kvl.3·
En conclusion, le criblage de substances biologiques est extrêmement prometteur pour
trouver de nouveaux composés thérapeutiques. En combinant cette approche à des études de
relation structure-activité de molécules-mères, il est possible de favoriser le développement de
composés puissants et sélectifs. Dans ce contexte, à partir de la CTX-1, un peptide de 60 acides
aminés isolé du venin d'une espèce de cobra vivant au Vietnam, nous avons conçu un analogue
xvi
tronqué, la [Lys52]CTX-14 1•60, qui possède la capacité de libérer l' insuline et ce, en présence ou
non de glucose. De plus, certaines caractéristiques structurales et pharmacologiques suggèrent
que ce dérivé serait un antagoniste des canaux Kv et plus spécifiquement des canaux du type
Kvu- Si cette hypothèse s'avère exacte, en bloquant les Kvu, cet antagoniste stimulerait aussi la
translocation de GLUT4 qui transporte le glucose à l' intérieur des cellules, ce qui réduirait
davantage la résistance à l'insuline. Finalement, la [Lys52]CTX-141 •60 a également empêché
l'hypertrophie cellulaire. Cette caractéristique remarquable s'~joute aux propriétés déjà décrites
et contribuerait à limiter les complications cardiovasculaires qui accompagnent souvent le DT2.
Nos résultats ont été obtenus à partir de modèles cellulaires. Afin de déterminer pleinement le
potentiel de cette molécule, il sera indispensable d'évaluer son activité in vivo.


identifier: Rakotomanga, Miharisoa Mirana  (2014). Identification d'un facteur cellulaire interagissant avec la proteine UL24 du virus de l'Herpés Simplex 1.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en virologie et immunologie, 92 p.

subject: VHS

abstract:
Le gène u/24 du virus de l'herpès simplex 1 (VIIS-1) est conservé parmi les membres de
la famille des Herpesviridae. La protéine multifonctionnelle UL24 est importante pour la
réplication en culture cellulaire et in vivo dans un modèle murin d'infection oculaire. Un virus
déficient en UL24 démontre des plages de lyse syncytiales où les membranes des cellules
infectées tùsionnent de manière aberrante. D'une part, le domaine N-terminal de la protéine est
hautement conservé parmi les orthologues d'UL24. Lorsque ce domaine est exprimé seul, il se
localise au noyau el il a été démontré qu'il était suffisant pour induire des modifications au
nucléole causées par le VHS-1. D'autre part, le domaine C-terminal, faiblement conservé, se
localise dans le cytoplasme et dans l'appareil de Golgi lorsqu'il est exprimé seul. Dans cette
étude, notre hypothèse est que la partie C-terminale de la protéine UL24 interagirait avec des
protéines cellulaires qui interviendraient dans le rôle de la protéine dans le cytoplasme. Afin de
tester cette hypothèse, un criblage double hybride chez la levure a été effectué. Pour cela, la
partie C-terminale d'UL24 (aa 190-269) a été utilisée comme appât pour cribler une librairie de
protéines provenant de cellules HeLa S3. Sur 9xl 07 clones criblés, quatre clones remplissaient
tous les critères d'interaction. Les séquences de ces clones correspondaient toutes, en partie ou en
totalité, à la séquence codante de la forme mature de la protéine ClQBP. CIQBP est une
protéine multifonctionnelle qui se localise dans le cytoplasme et dans le noyau et qui joue
plusieurs rôles dans différentes infections virales. L'interaction de la forme mature de CIQBP
avec la forme entière de la protéine UL24 a été confirmée dans le système double hybride. Par la
suite, des essais de co-immunoprécipitation dans des cellules HeLa infectées avec le virus ont
montré que C 1 QBP est présente lorsqu'on précipite UL24. Des essais d'immunofluorescence
indirecte et microscopie confocale ont par ailleurs montré que les deux protéines colocalisent
dans le cytoplasme des cellules HeLa et des cellules HFF. On a voulu ensuite déterminer
l'importance de Cl QBP lors de l'infection par le VHS-1. Pour cela, une réduction de l'expression
de C 1 QBP par une approche d'interférence ARN a été réalisée. La diminution de l'expression de
ClQBP ne semblait pas affecter ni la réplication ni la dissémination du virus en culture
cellulaire. Des études supplémentaires sont nécessaires pour caractériser l'interaction entre UL24
et CIQBP et comprendre son rôle lors de l'infection par le VHS-1 in vitro et in vivo.

The herpes simplex virus (HSV-1) gene u/24 is conserved among ali llerpesviridae
family members. The multifunctional UL24 protein is important for viral replication in vitro as
weil as for pathogenesis in a mouse madel of ocular infection. Mutations in the u/24 gene also
lead to syncytial plaques in infected cells. The N-terminal domain of UL24 is highly conserved
among orthologs of the protein. This domain is located in the nucleus when expressed alone, and
is sufficient to induce nucleolar modifications. Little is known about the role of the C-terminal
domain of UL24, which is poorly conserved. When expressed alone, this part of the protein is
found in the cytoplasm and the Golgi apparatus. In this study, we hypothesized that the Cterminal
domain of UL24 can interact with cellular factors involved in cytoplasmic functions of
the protein. To test this hypothesis we performed a yeast two-hybrid screen using the C-terminal
domain of UL24 (aa 190-269) as hait to screen a HeLa S3 cell library fused to the GAL4
activation domain. From a total of9xl07 transformants screened, four clones fulfilled the criteria
for interaction of gene products. The gene sequences of these clones ail corresponded to the
coding sequence of the mature form of ClQBP. ClQBP is a multifunctional protein located in
the cytoplasm and nucleus and has been shawn to play a role in different viral infections. We
confirmed the interaction between the full length UL24 protein with the mature form of Cl QBP
in the yeast two-hybrid system. Co-immunoprecipitation assays showed that the two proteins
interact in infected HeLa cells. Indirect immunofluorescence studies also demonstrated the
colocalization of UL24 and Cl QBP in the cytoplasm of infected HeLa and HFF cells. Next, we
wanted to test the importance of ClQBP in HSV-1 infection. By an siRNA approach, we
reduced the level of ClQBP expression in HeLa cells. We infected these cells with the strain
KOS at low and high multiplicities of infection. We observed that the knock-down of ClQBP
reduced neither viral replication nor dissemination in cell culture. Further studies are needed to
characterize the UL24-C1QBP interaction and to investigate its role in HSV-1 infection bath in
vitro and in vivo.


identifier: Charest, Laurie-Anne  (2014). Conservation et modulation de secteurs dynamiques fonctionnels entre ribonucléases homologues.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en microbiologie appliquée, 76 p.

subject: proteine enzyme

abstract:
La flexibilité confonnationnelle entre différents ensembles structuraux est une
composante essentielle à la fonction des enzymes. Bien qu'il soit connu qu'un vaste éventail de
mouvements dynamiques favorise des événements fonctionnels chez les protéines à plusieurs
échelles de temps, il n'est pas encore démontré que des enzymes structurellement et
fonctionnellement homologues emploient les mêmes mouvements concertés de résidus pour
remplir leur fonction catalytique. Dans la présente étude, nous émettons 1 'hypothèse que des
réseaux de résidus contigus et flexibles dont les mouvements se produisent à l'échelle de temps
de la milliseconde (échelle de temps de la catalyse enzymatique) ont évolué dans le but de
promouvoir et/ou de préserver une activité catalytique optimale chez des enzymes homologues.
Pour ce faire, nous utilisons une combinaison d'expériences de dispersion de relaxation RMN
e5N-CPMG), d'analyse modelfree et de titrage RMN pour capturer et comparer le rôle de la
flexibilité confonnationnelle entre deux homologues structuraux de la famille des ribonucléases
pancréatiques : la RNase A et la protéine cationique des éosinophiles humaine (ECP, ou RNase
3). En plus de conserver les mêmes résidus catalytiques et la même structure tridimensionnelle,
les deux homologues montrent des secteurs de résidus dynamiques similaires à l'échelle de
temps de la milliseconde, suggérant que la flexibilité confonnationnelle peut être conservée
parmi des protéines structurellement analogues qui affichent néanmoins une faible identité de
séquence. Notre travail démontre également que la flexibilité confonnationnelle de ECP peut
être dynamiquement et fonctionnellement reproduite dans la structure de la RNase A, ce que
nous démontrons par la création d'une chimère hybride entre les deux protéines. Ces résultats
soutiennent l'hypothèse que la flexibilité confonnationnelle est en partie nécessaire pour la
fonction catalytique chez des enzymes homologues, soulignant en outre l'importance des secteurs
dynamiques de résidus dans l'organisation structurale des protéines.


identifier: Carlettini, Hélène  (2014). Prédiction expérimentale de mutants résistants aux inhibiteurs chez la B-lactamase BlaC de Mycobacterium tuberculosis.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en microbiologie appliquée, 93 p.

subject: resistance antibiotique

abstract:
La 13-lactamase BlaC est l'enzyme responsable de la résistance intrinsèque de
Mycobacterium tuberculosis (TB) aux traitements antibiotiques à noyau 13-lactame. Un
espoir de traitement de l'infection est survenu avec la combinaison ampicillineclavulanate
(combinaison 13-lactame-inhibiteur de 13-lactamase ), active contre les deux
types de souches répertoriées de TB selon leur réponse aux traitements antibiotiques
utilisés habituellement contre TB : multi-résistantes (MOR) et fortement-résistantes
(XDR). D'après les données de la littérature et l'évolution moléculaire observée chez les
autres 13-lactamases de classe A, nous avons ciblé plusieurs résidus à muter afin de
prédire l'apparition de résistance à cette combinaison, et plus spécifiquement au
clavulanate chez TB (profil de résistance aux inhibiteurs,/R). Nos résultats montrent que
BlaC aura fortement intérêt à acquérir des mutations évolutives, afin de conserver son
activité protectrice pour son hôte, entraînant ainsi un échec clinique une fois cette
combinaison introduite en milieu médical. Les mutations les plus avantageuses se
trouvent à être S130G, R220S et K234R, toutes trois étant très présentes dans le
chemin évolutif des homologues de BlaC de classe A. En complément à ces travaux, un
autre profil évolutif, spécifiquement dirigé contre les 13-lactames a été étudié et a
démontré que BlaC, une 13-lactamase à large spectre, n'aurait pas d'avantage évolutif
aussi prononcé que pour le profil IR à muter en ce sens. Par conséquent, nos résultats
sont les premiers à démontrer que le comportement évolutif envers le clavulanate de
BlaC risque d'être similaire à celui de ses homologues dès que la combinaison 13-
lactame/inhibiteur sera utilisée en clinique.


identifier: Senghor, Fatou  (2013). Traitement tertiaire d'effluents domestiques par électrocoagulation-électroreduction.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 172 p.

subject:
eaux usées domestiques
électrocoagulation
électroreduction
électrotechnologie

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue en PDF.

Les eaux usées domestiques (EUD) sont des eaux qui contiennent une panoplie de polluants de
type organique, inorganique (phosphore, azote ammoniacal, nitrites et nitrates, métaux, etc.) et
microbien (bactéries, virus, parasites, etc.) qui peuvent échapper aux systèmes classiques
d'assainissement autonome. Non traitées ou insuffisamment traitées, les EUD présentent un
risque pour la santé publique du fait qu'elles peuvent contaminer les eaux destinées à la
consommation, les eaux de surface et/ou les eaux souterraines. Il est ainsi primordial d'adopter
des stratégies efficaces de traitement afin d'atteindre de manière optimale les normes de rejets
qui évoluent vers une sévérité croissante et ce, aussi bien en ce qui concerne les concentrations
que les charges rejetées en polluants. Les techniques électrolytiques peuvent constituer une
avenue potentielle de traitement efficace des EUD. L'intérêt de ces procédés réside dans leur
aspect non polluant et leur facilité d'automatisation. La présente étude a pour objectif de
proposer et d'évaluer un procédé électrolytique, combinant à la fois l'électrocoagulation (EC) et
l'électro-réduction (ER). Ce procédé dénommé d'électrocoagulation-électro-réduction (EC-ER)
vise la production in situ d'agents coagulants (Fe2+/Fe3+ ou At3l obtenus par dissolution
anodique et d'agents oxydants (H20z). Ces agents devraient permettre d'éliminer principalement
la pollution organique (soluble et insoluble), ainsi que les polluants inorganiques et microbiens,
tout en favorisant la clarification des eaux usées.
La présente étude a été réalisée à l'échelle de laboratoire sur une cellule électrolytique
parallélépipédique (configuration mono-polaire) équipée d'une électrode anodique de fer (Fe) ou
d'aluminium (Al) et d'une électrode cathodique de carbone vitreux (CV). La première partie de
l'étude a consisté à évaluer la capacité de la cellule électrolytique à produire des agents
coagulants et oxydants. À l'issu de cette première étape, des essais d'optimisation de l'efficacité
du procédé ont été réalisés. Ces essais ont été menés sur une EUD issue d'un système de
traitement biologique. L'objectif de l'optimisation est la détermination des paramètres
opératoires affectant les performances du procédé EC-ER. Pour ce faire, différentes conditions
expérimentales (intensité du courant, temps de rétention hydraulique, temps de décantation, type
d'électrode) ont été testées.
Les conditions optimales du traitement ont été les suivantes: une intensité de 0,4 A, un temps de
traitement de 60 min, un temps de décantation de 60 min et l'utilisation d'une électrode de Fe
(anode).
L'application du procédé EC-ER dans les conditions optimales a permis d'atteindre un taux
d'abattement de la demande chimique en oxygène (DCO) réfractaire d'environ 63,7 ± 10,7 %.
Un taux d'enlèvement de la turbidité de 77,4 ± 6,9 % et une décoloration des eaux de
83,4 ± 10,4 % ont été également enregistrés. À cela, il faut ajouter l'élimination du phosphore
estimée à 96,4 ± 3 %.
Une étude sur site de pilotage a. également été réalisée afin de valider les résultats obtenus à
l'échelle de laboratoire. Une cellule électrolytique de forme cylindrique a été utilisée. La cellule
a été équipée d'électrodes concentriques de Fe et de cv. La couleur, la turbidité et la DCO ont
été éliminées à des taux respectifs de 90,5 %, 94,3 % et 82,1 % pour une intensité de courant
imposé de 3,0 A. Cependant, la désinfection n'a pas été totale. En moyenne, les CF ont été
éliminés à 96,0 %. L'élimination du phosphore total (Ptotal) a été quasi totale, avec des
concentrations résiduelles inférieures à 1,0 mg/L (0,09 mglL - 0,11 mg/L). L'élimination de la
DBO a été également presque totale avec des concentrations résiduelles s'approchant de la limite
de détection (<2 mg/L).


identifier: Dadgarpour, Abdolmehdi  (2015). Antennes aux ondes millimétriques avec faisceau incliné en utilisant des structures métamatériaux.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 218 p.

subject:
antenne à inclinaison de faisceau
structure en métamatériaux
antenne à gain élevé

abstract:
The ISM frequency band at 60 GHz (57-64 GHz) has attracted much attention for its large frequency bandwidth (7 GHz). This band enables multi Gb/s data rate transmission and enhanced immunity as well as frequency re-use. However, due to the atmospheric absorption loss at this band the propagated signal degrades considerably. This issue can
be compensated by using high-gain antennas. Beam alignment is another challenge for high gain antennas where the location of transmitter or receiver is not fixed. This is due to narrow beamwidth of such antennas. The solution to resolve this issue is using beam switching or beam scanning networks such as phased antenna arrays. Existing beamforming systems based on phased antenna array incur large loss and are complex to implement in practice rendering them high-cost solution. An alternate solution proposed in this thesis is to realize beam tilting using metamaterials to minimize the loss and cost issues as well as obtain a low-profile structure.
In this dissertation, first and foremost, an array of meander line H-shaped resonators, which operate as an anisotropic metasurface at C-band, were integrated in front of a standard bow-tie antenna in order to tilt the direction of the antenna’s main beam in the azimuth plane. In order to tilt the antenna’s radiation beam in the elevation plane an array of inhomogeneous split-ring resonators are embedded in the H-plane of end-fire bow-tie antenna. The proposed designs are shown to provide a viable solution for next generation of base-station antennas that need to be capable of tilting the direction of the main beam under the horizon. This particularly includes 5G wireless cellular networks envisaged to operate at millimeter-waves. The proposed technique is also applicable at C-band (7-8 GHz) and WiMAX band (3.4-3.6 GHz).
The high-gain antenna proposed here for operation at millimeter-wave (57-64 GHz) is based on a bow-tie configuration which is fed by surface integrated waveguide (SIW). The technique proposed here to increase the antenna gain involves (i) embedding a split-ring resonator at the back side of bow-tie antenna, (ii) tilting the bow-tie radiators with respect to the end-fire direction, and (iii) integrating an array of folded H-shaped resonators to create a region of low refractive index in front of the bow-tie radiator in order to convert the antenna’s spherical waves into planar waves. The measured results indicate that the antenna gain improves to 12 dBi over 57-64 GHz.
Another technique demonstrated here to deflect the main beam of a standard dipole antenna involves incorporating in the azimuth plane of the antenna a media with gradient index of refraction. This technique enables beam switching from -58 to +58 degrees over 57-64 GHz with maximum gain of 9.5 dBi at 60 GHz.
In order to obtain beam steering in the Elevation plane, the proposed folded H-shaped resonators are loaded in the E and H-plane of dipole. This arrangement is shown to provide two-dimensional beam tilting or beam switching at 60 GHz. However with this approach, the antenna gain is limited to 10 dBi and the beam deflection is limited to 17 degrees in both planes.
To achieve a higher gain and tilt angle an array of split-ring resonators (SRR) were integrated in front of a quasi TE-source generated by a dipole antenna at 60 GHz. The magnetic resonance of the SRRs result in a tilt angle of 34 degrees in both the azimuth and elevation planes with maximum peak realized gain of 14 dBi over 57-64 GHz.
Finally, to achieve a dual beam and broad beamwidth radiation in the azimuth plane of end-fire bow-tie antenna an array of stub-loaded H-shape resonators were integrated in front of the antenna. The measured results show beam deflection at +30 and -30 degrees with respect to the end-fire direction with the maximum peak realized gain of 9 dBi at 60 GHz.


identifier: Eissa, Shimaa Hassan Hassan  (2015). Electrochemical biosensors for foodborne contaminants based on aptamers and graphene materials.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 203 p.

subject:
plateformes à base de graphène
aptamères d’ADN
contaminants d'origine alimentaire
biocapteurs électrochimiques

abstract:
La salubrité des aliments est un objectif majeur de santé global, et le contrôle de qualité des aliments est important pour les autorités et les professionnels du domaine agroalimentaire. La présence de niveaux élevés des contaminants d'origine alimentaire tels que les allergènes et les toxines dans les aliments représentent un problème majeur de santé publique qui nécessite l'élaboration d'outils efficaces pour leur détection. Malgré la sensibilité relativement élevée de certaines méthodes de détection utilisées présentement, ces dernières sont très laborieuses, nécessitent beaucoup de temps, exigent un personnel hautement qualifié et elles sont aussi couteuses. Ces limitations encouragent la recherche d’autres alternatives pour les appliquer dans un régime de surveillance réglementaire afin de garantir un niveau élevé de protection des consommateurs. Par conséquent, les biocapteurs sont apparus récemment comme une solution intéressante, plus particulièrement, les biocapteurs électrochimiques sont devenus un choix attractif en raison de leur très faible coût, haute sensibilité, facilité d'utilisation et leur possibilité de miniaturisation. Toutefois, il y a deux principaux défis auxquels sont confrontés les biocapteurs électrochimiques disponibles pour la détection des contaminants alimentaires. Tout d'abord, les stratégies de détection qui sont généralement utilisées pour obtenir la sensibilité requise sont sophistiquées, et le temps d’analyse est long. En second lieu, on peut nommer une faible spécificité, leur coût élevé ainsi qu’ une stabilité limitée. Pour relever ces défis, ce travail décrit le développement de plateformes à base de graphène en tant que transducteur et des aptamères d’ADN comme récepteurs de reconnaissance et explore leurs applications pour la détection de certains contaminants d'origine alimentaire.

Food safety is a global health goal and food quality control is essential for authorities and professional players in the food supply chain. The presence of unsafe levels of foodborne contaminants such as allergens and toxins in food represents a growing public health problem that necessitates the development of efficient tools for their detection. Despite the relatively high sensitivity of some of the currently used detection methods, they are highly laborious, time consuming, require highly trained personnel and are expensive. These limitations encourage the research for alternative tools to be applied in a regulatory monitoring regime in order to guarantee a high level of consumer protection. Therefore, biosensors have appeared recently as interesting alternatives that exhibited potential applications for food quality analysis. Particularly, electrochemical biosensors have become an attractive choice due to their very low cost, high sensitivity, ease of use and capability of miniaturization. However, two main challenges are facing the wide applicability of the available electrochemical biosensors for the detection of food contaminants today. First, the sophisticated detection strategies which are used to obtain the required sensitivity, usually include a time consuming, costly labelling process and multiple reagents and washing steps. Second, the poor specificity of the available recognition receptors, their high cost as well as their limited stability are major disadvantages. To address these challenges, this work describes the development of novel, simple, sensitive, specific and low cost biosensing platforms for the detection of some foodborne contaminants, particularly allergens and toxins.
Advances in nanobiotechnology and its integration in biosensors result in the development of novel sensing platforms with highly improved performance. New biorecognition elements and nanomaterial-based transduction systems are among those nanobiotechnological concepts that are revolutionising the development of electrochemical biosensors. Here, we explore the use of DNA aptamers as recognition receptors as well as graphene platforms as transducers in electrochemical biosensors for food analysis.
First, a functionalization method of graphene electrodes was demonstrated by electrochemical reduction of in situ generated aryl diazonium salts in aqueous acidic solution. Two diazonium salts were utilised in order to show the versatility of this approach: nitrophenyl and carboxyphenyl diazonium salts. The electrochemical modification protocol was optimized in
order to generate monolayer of aryl groups on the graphene surface without complete passivation of the electrode. Unlike the reported methods for graphene functionalization, we demonstrated here the ability of the electrografting of aryl diazonium salt to attach an organic film to the graphene surface in a controlled manner by choosing the suitable grafting protocol. Next, the functionalized graphene electrodes were then used to develop label-free electrochemical immunosensors for the milk allergen β-lactoglobulin (β-LG) as well as the egg allergen ovalbumin (OVA) showing high sensitivity. Moreover, the electrografting approach was then applied on chemical vapour deposition (CVD) grown monolayer graphene in order to enable detailed investigation and characterization of the modified electrodes and subsequently applied for impedimetric biosensing of ovalbumin. This first attempt to use functionalized CVD graphene in biosensing represents a proof of concept that can be extended to other biosensing applications. The carboxyphenyl modified graphene electrodes (CP-GSPE) were also exploited to develop a direct competitive voltammetric immunosensor for the detection of the shellfish toxin okadaic acid (OA). A competitive assay between OA and fixed concentration of okadaic acid-ovalbumin conjugate (OA-OVA) for immobilized antibodies on the CP-GSPE was employed for the detection of OA. The developed immunosensor allowed the sensitive detection of OA in PBS buffer. The matrix effect studied with spiked shellfish tissue extracts showed a good percentage of recovery and the method was also validated with certified reference mussel samples.
Second, I successfully selected, identified and characterized DNA aptamers that bind with high affinity and specificity to OA and brevetoxin-2 (BTX-2), marine biotoxins that accumulate in shellfish. The aptamers were selected using systematic evolution of ligands by exponential enrichment (SELEX) and exhibited dissociation constants in the nanomolar range. The binding of target toxins to aptamer pools/sequences was monitored using fluorescence and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques. The aptamers with the highest affinities were then used for the fabrication of label-free electrochemical biosensors for the detection of OA and BTX-2. The selected aptamers offer promising alternatives to the currently employed antibodies and can be exploited in different detection assays for such small molecule toxins.
Third, by integrating the high affinity and specificity of DNA aptamers with the carbon nanomaterial graphene, highly sensitive and selective aptasensor for Microcystin- Leucine,
Arginine (MC-LR) was successfully developed. A specific DNA aptamer against MC-LR that did not show cross reactivity with Microcystin- Leucine, Alanine (MC-LA) and Microcystin- Tyrosine, Arginine (YR) has been utilized as a model. A facile strategy was used for the aptasensor fabrication based on the noncovalent assembly of DNA aptamer on GSPE. This new approach has led to a rapid, low-cost, sensitive and specific detection method for MC-LR in buffer and spiked fish extract samples, offering several advantages over previously reported methods. First, the aptasensor was fabricated without labelling, minimizing cost and complexity, as well as preserving the affinity of the aptamer to MC-LR. Second, the use of graphene electrodes has achieved good sensitivity, particularly when compared with other MC-LR sensors with sophisticated fabrication protocols and detection schemes. Lastly, this graphene-based aptasensor is highly specific to MC-LR, with selectivity against other microcystin congeners hardly achievable by previous attempts. Moreover, we demonstrated in this work that the mechanism of the detection was based on the conformation change in part of the aptamer sequence without complete release from the graphene surface. We believe that this finding is important for exploiting aptamers in the detection of other small molecules using graphene platforms in the future.
Finally, for a better understanding of the behaviour of different graphene samples that can be used for biosensing, a systematic study have been performed in order to investigate to which extent the size of graphene oxide (GO) sheets influence their structural properties as well as their biosensing performance. Graphene oxide sheets with different size ranges were separated. The sheets were then characterized via atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The biosensing performance of these samples was compared using DNA aptamer against MC-LR toxin as well as an antibody against β-LG in label-free detection format. We observed different trends between the size of GO sheets and the sensitivity of MC-LR aptasensors and β-LG immunosensors fabricated either using covalent attachment or physical adsorption. Our results demonstrate that controlling the size of GO sheets may have profound impact on their use in specific biosensing applications.
Thus, my work lays solid foundations for the development of new electrochemical biosensors for foodborne contaminants based on graphene materials as transducers and aptamers as recognition receptors.


identifier: Ismail, Marwa Ahmed Mohamed  (2015). Study on the structural and dielectric properties of epitaxial Barium Strontium Titanate (BST) for Tunable Microwave applications.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 218 p.

subject:
couches minces de BST
Barium Strontium Titanate
titanate de baryum et de strontium
substrats de MgO
micro-ondes accordables

abstract:
The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract.The future generation of active telecommunication devices may benefit a lot from
components based on ferroelectrics. These tunable microwave devices require thin film
ferroelectrics with specific material characteristics such as high dielectric constant that
allows reducing the size of the devices, high tunability typically more than 50% for few
kV.cm-1, low dielectric loss lower than 0.01 in order to minimize signal attenuation, high
Figure-of-Merit (FOM) at microwave range of frequencies (300 MHz to 300 GHz). In
order to achieve these characteristics, high quality thin films, better understanding of the
material properties and improvement of device designs are needed.
The challenge in the recent years is the difficulty to obtain thin films with low dielectric
loss and high tunability at the same time. This step is crucial for integrating thin film in
tunable microwave devices such as phase shifters, tunable resonators, filters, and
tunable antenna. The most promising ferroelectric for this kind of applications is Barium
Strontium Titanate, Ba0.6Sr0.4TiO3 (BST) that can have a Curie temperature around room
temperature and a dielectric constant that can be varied by more than an order of
magnitude under an electric field, but that generally exhibit a relatively high level of
losses at high frequency.
In this thesis high quality of BST thin films were deposited on MgO substrates by mean
of pulsed laser deposition (PLD), in order to study the influence of the film microstructure
on the microwave characteristics of the material. We investigated the influence of the
deposition parameters such as laser fluence, laser repetition rate, substrate
temperature, oxygen background pressure, substrate material type and orientation, and
BST target composition on the BST thin films characteristics. Base on this first extensive
study, we try to optimize the BST thin film properties by using buffer layers and doping
with different elements (Mg, Ni, Mo, Fe, and Ti) in order to obtain low dielectric loss (tan
δ) and high tunability at the same time.
These extended studies yielding to epitaxial, textured, and polycrystalline BST films
revealed that there is a strong correlation between the microstructure properties and the
microwave properties of BST thin films, that highlights the important influence of the
crystal quality and lattice parameter on the microwave characteristics of the films, such
correlation found between the lattice parameter and rocking curve FWHM, the rocking
curve FWHM and tunability, the lattice parameter and tunability, and dielectric loss and
tunability. These observations helped to better understand the correlations between the
dielectric characteristics and the material structural properties. The relation between the
tunability and the material lattice parameter was found to obey to the Landau-
Devonshire theory whereas the dielectric losses are found to be either intrinsically linked
to the tunability or influenced by the presence of a large stress gradient at the substrate
interface.
The optimum conditions for depositing epitaxial BST thin films on MgO (100) substrates
were found to be at 10 Hz for laser repetition rate, 1 J/cm2 for laser fluence, 65 mm for
target substrate distance, 10 mTorr oxygen pressure, 800°C deposition temperature and
post annealing conditions of 1050°C for 3 hours. In these conditions the rocking curve
full-width at half-maximum obtained is of ~0.3, one of the best obtained so far for BST
thin films. Interestingly, the BST Figure of Merit (FOM, ratio of tunability on the dielectric
losses) of epitaxial and polycrystalline films are found to be comparable, due to high
level of losses on highly epitaxial films. For example, the film deposited at 500°C is
polycrystalline with a low tunability of 20%, low dielectric loss of 0.025, and a FOM of
~7.5; while the best crystal quality film ( of 0.23°) has the highest tunability of 75%
and also the highest dielectric loss of 0.1 but it has a FOM of ~7.
The BST-0.6 epitaxial thin film characteristics were further improved using specific
design of experiments, intended to reduce the level of stress of epitaxial films. Using, for
the first time, ion implantation of Mg on epitaxial thin films and post-implantation
annealing, the BST Figure of Merit was improved from ~10 to 17 (tunability of 60% and
dielectric loss of 0.035 at 3 GHz and 10 V.μm-1). Our results proves that whereas
tunability and losses seem to be intrinsically linked for BST alone, ion implantation gives
the opportunity to decrease the level of losses while maintaining a relatively high
tunability of the material. This work provides a better understanding of the performance
of BST material at microwave frequency and will help to reach the targeted ferroelectric
properties for its integration into functional tunable microwave devices.


identifier: Vinchon, Pierre  (2015). Optimisation de masques de phase pour l’exposition de réseaux de Bragg à périodes variables sur fibre optique.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 110 p.

subject:
masques de phase
réseaux de Bragg à périodes variables
fibre optique
lithographie électronique
gravure par plasma

abstract:
Les Réseaux de Bragg (RDB) sur fibre optique sont des composants essentiels dans les systèmes de télécommunication actuels. Ceux-ci permettent de manipuler différentes longueurs d’onde et de les faire voyager dans la même fibre optique puis de les extraire pour retrouver le signal d’origine. Il est même possible de rétablir un signal déformé par la dispersion chromatique lors de sa propagation sur des milliers de kilomètres en utilisant des réseaux à périodes variables. La fabrication de tels réseaux par la méthode des masques de phase nécessite de relever de nombreux défis. L’exposition de Réseaux De Bragg (RDB) par masque de phase utilise les propriétés diffractives d’un réseau (pas typique diffractives d’un réseau (pas typique < 1 μm) inscrit en relief dans un masque de Quartz transparent afin de générer un patron d'interférence par diffraction d’un faisceau laser incident. Ce sont ces motifs nanométriques qui contrôlent l’atténuation de la diffraction de l’intensité laser dans l’ordre 0 par interférences destructives et l’uniformité de l’intensité du patron d’interférence qui imprime un changement d’indice dans la fibre optique placé en arrière. Par conséquent un strict contrôle des dimensions du réseau sur le masque est nécessaire afin d’obtenir au final un RDB sur fibre optique répondant aux exigences des télécommunications. La fabrication de RDBs hautement dispersifs (>5000 ps/nm) pour la compensation de la dispersion chromatique serait alors souhaitable.
Au cours de ce travail de maitrise, des codes Matlab ont été développés afin de déterminer les paramètres cruciaux régissant les performances des masques de phases et des RDBs exposés ainsi sur fibre optique. On définit trois paramètres cruciaux qui sont (i) la profondeur des motifs dans le masque (ii) le rapport largeur de ligne sur période (iii) la verticalité des parois.
Par la suite, la combinaison de la lithographie électronique et de la gravure par plasma a permis la définition précise de réseaux de Bragg dans un masque en Quartz. Les réseaux sont définis sur une résine électro-sensible par lithographie électronique. Le transfert rigoureux des motifs dans le Quartz est par la suite effectué par gravure par plasma. De cette façon, une grande versatilité est disponible dans le design des motifs qui peut être exploitée pour la réalisation de réseaux de Bragg à période variable. Nous avons pu obtenir un contrôle précis de la profondeur des motifs (de l’ordre de centaines de nanomètres) et de la verticalité des parois, paramètres cruciaux qui influencent fortement la qualité des réseaux exposés par la suite.
Les masques de phases ainsi fabriqués ont été par la suite utilisés pour exposer les RDB sur des fibres optiques avec notre partenaire O/E Land Inc. et en collaboration avec Prof. Sophie Larochelle du Centre d’Optique, photonique et Laser (COPL) à l’université Laval, Québec. Lors de l’exposition de réseaux non-uniformes, il ressort que l’énergie utilisée lors de l’exposition doit être adaptée au design du réseau à exposer. Ceci concorde avec nos simulations Matlab qui indiquent effectivement une dépendance des caractéristiques optiques des réseaux à pas variables à la force du réseau. On retient que l’exposition d’un RDB avec un faible pas variable nécessite une faible énergie afin d’obtenir les valeurs de dispersion et de bande passantes attendues. Ainsi un RDB de longueur 15 cm avec un pas de 0.0125 nm/cm a permis d’obtenir une dispersion supérieur à 5000 ps/nm avec une bande passante de 0.22 nm.


identifier: Zaidi, Slim  (2015). Distributed Collaborative Beamforming Designs for Real-World Applications in Relayed and Cooperative Communications.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 153 p.

subject: distributed collaborative beamforming

subject: cCommunication multi-saut

subject: voies collaboratives

subject: angular scattering

subject: scattered environment

subject: SNR-optimal cCollaborative bBeamforming

abstract:
Cette thèse s’intéresse à la conception de nouvelles techniques de formation de voies collaborative
distribués (”distributed collaborative beamforming (DCB)”) pour des applications dans des
environnements réels. Jusqu’ici, tous les DCBs existants dans la littérature ignorent le phénomène
de diffusion présent dans la plupart des milieux de propagation. Cette hypothèse, qui permet de
remplacer le canal réel par un canal monochromatique (c.-à-d., à raie unique (”single-ray”)) et,
de ce fait, simplifier la conception de ces DCBs monochromatiques (”monochromatic DCBs (M-
DCBs)”), entraîne la détérioration de leurs performances. Ceci est en fait dû à la non-concordance
(”mismatch”) du canal monochromatique avec le canal réel polychromatique (c.-à-d., à plusieurs
raies ”multi-ray”) induit par la diffusion.
En exploitant le fait que pour de faibles étalements angulaires (”angular spreads (ASs)”) ce
canal est équivalent à un canal bichromatique (c.-à-d., à deux raies), une technique novatrice
de DCB dont l’overhead est négligeable est proposée dans cette thèse. Ce DCB bichromatique
(”bichromatic DCB (B-DCB)”) est capable de réaliser un rapport signal à bruit (RSB) optimal
dans les environments où le AS est faible à modéré. En plus, il surpasse en termes de RSB
M-DCB dont la conception ne tient pas en compte la diffusion. Le gain en RSB offert par
B-DCB contre ce dernier peut même atteindre 3 dB. Les performances de B-DCB sont ensuite
comparées, dans des conditions réelles, à celles de M-DCB et du CB optimal qui se base sur l’état
du canal réel (”optimal CSI-based CB (OCB)”). En tenant compte des erreurs d’estimation et
de quantification induites par chaque technique, les expressions exactes de leurs RSBs ont été
obtenues pour la première fois sous des formes compactes. Il est prouvé que B-DCB surpasse OCB
dans les environnements à ASs faibles ou modérés où les deux solutions réalisent nominalement
le même RSB dans les conditions idéales (c.-à-d., sans tenir compte des erreurs d’estimation et
de quantification). Il est aussi prouvé que B-DCB surpasse toujours M-DCB sauf pour des bas
niveaux de quantification injustifiés en pratique. En plus, on est les premiers à étendre, dans
cette thèse, la comparaison des CBs au niveau throughput où l’overhead de chaque technique
est aussi pris en compte. Dans ce cas, il est prouvé que B-DCB est capable de réaliser un
throughput supérieur à celui de OCB même dans les environnements à ASs élevés. Afin d’élargir
encore plus les domaines d’application des DCBs, on propose, dans cette thèse, un nouveau
DCB qui prend en compte non seulement le phénomène de diffusion mais aussi les interférences.
Une approche qui consiste en la minimisation des puissances de bruit et des interférences tout
en maintenant constante la puissance utile est utilisée pour la conception des poids. Dû à la
complexité des canaux polychromatiques, le calcul de ces derniers sous des formes compactes
s’avère malheureusement impossible. En recourant d’abord au canal bichromatique valide pour
des faibles ASs puis à une approximation efficace de certains termes de la fonction objective, on
réussi à obtenir les expressions des poids sous des formes compactes. Il est montré que ce B-DCB
est capable de surpasser non seulement M-DCB mais aussi OCB qui est pénalisé par son overhead
excessif. Bien qu’elles soient extrêmement efficace dans les environnements où les ASs sont faibles
à modérés, les performances des B-DCBs développés jusqu’ici se détériorent significativement
dans les environnements à ASs élevés. Dans cette thèse, on propose alors une nouvelle technique
DCB capable non seulement d’approcher, pour toute valeurs de AS, le RSB optimal réalisé par
OCB mais, aussi, de s’implémenter moyennant une quantité minimale d’overhead. La conception
de ce DCB polychromatique (”polychromatic DCB (P-DCB)”) est rendu possible grâce à une
approximation efficace des poids de OCB.


identifier: Banville, Hubert J.  (2015). Hybrid Brain-Computer Interfaces: Improving Mental Task Classification Performance through Fusion of Neurophysiological Modalities.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 164 p.

subject:
interfaces cerveau-ordinateur
hybride
multimodal
EEG
SPIR
tâches mentales
neuroimagerie fonctionnelle

abstract:
Ce projet démontre l’utilisation de multiples techniques de neuroimagerie pour la classification d’états
mentaux dans le contexte d’une interface cerveau-ordinateur (ICO). Basé sur de récentes études en
électroencéphalographie (EEG) et en spectroscopie proche-infrarouge (SPIR) ayant démontré que des
tâches telles que l’imagerie motrice et l’arithmétique mentale induisent des patrons d’activité neurophysiologique
particuliers, un paradigme d’ICO hybride (ICOh) combinant l’EEG et la SPIR est développé
afin d’améliorer la performance de classification binaire d’un tel système.
Des signaux d’EEG et de SPIR ont été enregistrés sur neuf participants réalisant sept tâches mentales
(génération de mots, rotation mentale, soustraction mentale, chant mental, navigation mentale, imagerie
motrice et imagerie de visages). Ensuite, des machines à vecteurs de support avec régularisation l1
ont été entraînées sur chacune des paires de tâches possibles 1) en EEG, 2) en SPIR, et 3) en EEG
et en SPIR conjointement, afin d’identifier les meilleures tâches et d’évaluer l’utilité d’une approche
multimodale. L’évaluation subjective de la charge mentale induite par chaque tâche a aussi été collectée
afin d’en estimer la facilité d’utilisation et d’identifier des traits caractéristiques neurophysiologiques qui
permettraient de prédire l’expérience subjective d’un utilisateur à travers une analyse des corrélations
entre traits caractéristiques et dimensions subjectives.
L’approche multimodale EEG-SPIR a permis d’améliorer la valeur maximale du kappa de Cohen
(mesure de l’accord entre deux observateurs) de 0.03 lorsque basée sur des fenêtres d’une seconde, ce
qui correspond à une augmentation de l’exactitude de classification de 1.5% pour des classes équilibrées.
Cette augmentation s’est révélée encore plus importante (variation de 0.17, soit 8.5% en exactitude)
lorsque les cinq dernières secondes des tâches étaient prises en compte. L’analyse de l’EEG et de la SPIR
a de plus permis de révéler l’importance relative de différentes régions du cerveau et de types de traits
caractéristiques, alors que l’analyse des corrélations a permis d’identifier les traits caractéristiques les plus
prometteurs pour prédire l’expérience subjective d’un utilisateur, bien qu’une évaluation plus approfondie
sera nécessaire pour valider ces résultats. Ces travaux fournissent une base solide pour d’autres études
sur les ICOh cherchant à améliorer la performance de classification vers la réalisation d’ICO plus efficaces
et flexibles.

The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract. this work, we demonstrate the use of multiple neuroimaging modalities to classify brain states in
a Brain-Computer Interface. Based on recent electroencephalography (EEG) and near-infrared spectroscopy
(NIRS) studies that showed that tasks such as motor imagery and mental arithmetic induce
specific neural response patterns, we propose a hybrid BCI (hBCI) paradigm in which EEG and NIRS
data are fused to improve binary classification performance.
We recorded full-head EEG and partial-head NIRS data from nine participants performing seven
mental tasks (word generation, mental rotation, subtraction, singing and navigation, motor and face
imagery). l1-Support Vector Machines were trained for each possible pair of tasks on 1) EEG features,
2) NIRS features, and 3) EEG and NIRS features together, to identify the best pairs and assess the
usefulness of a multimodal approach. Subjective ratings were also collected to assess the usability of
each task and carry out a correlation analysis to discover features that could help predict the subjective
experience of a user.
The EEG-NIRS multimodal approach led to an average increase in peak kappa (an inter-rater agreement
metric) of 0.03 when using features extracted from one-second windows (equivalent to an increase
of 1.5% in classification accuracy for balanced classes). The increase was much stronger (change of 0.17,
corresponding to an 8.5% accuracy increase) when focusing on the last five seconds of the 15-second
trials. The EEG and NIRS analyses further unveiled relevant brain regions and important feature types,
while preliminary results from the correlation analysis uncovered features that could be used to predict
the subjective experience of a BCI user. This work provides a basis for future hBCI studies aiming to
improve classification performance toward more efficient and flexible BCIs.


identifier: Cherif, Abdelhakim  (2015). Un mécanisme d’authentification rapide pour le transfert vertical automatique entre réseaux 3GPP-LTE et WLAN.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications.

subject:
accès hétérogène
authentification
transfert vertical
cellulaire
LTE
WLAN

abstract:
La demande croissante des services de données mobiles a amené l’émergence d’une nouvelle génération
de réseau qui offre des services différents via un coeur tout IP. L’architecture évoluée de réseau par paquets
(EPC) a été conçue pour fournir un soutien à la fois à l’accès 2G/3G, à l’accès LTE et de fournir aussi
un accès non-3GPP lors de la mobilité. Cette technologie cellulaire de quatrième génération offre l’accès
à l’internet et permet également l’interopération ininterrompue entre les réseaux cellulaires et les réseaux
locaux sans-fil. Néanmoins, le passage d’un type d’accès à un autre doit être simple et sécurisé. Le service
doit également être le même, et il devrait être transféré de façon transparente sans avoir d’interruption en cas
de transfert de connexion entre réseaux cellulaires et WLAN.
L’authentification, le contrôle des conditions d’utilisation (PCC), la facturation et la préservation des
services établis sont des défis majeurs pour l’opérateur qui doit maintenir la continuité de la session, de
manière transparente, lors du passage d’un accès à un autre.
Ce mémoire se penche sur l’une de ces problématiques qui est l’authentification. La majorité des solutions
existantes pour un transfert vertical (inter-technologie) ont toujours certaines restrictions qui touchent
à la sécurité et au délai inacceptable pour les applications à temps réel, en raison des nombreux messages
échangés. Dans ce travail, nous avons proposé un mécanisme d’authentification sécurisé et rapide lors d’un
transfert vertical de 3GPP au non-3GPP basé sur la notion de tickets et qui s’exécute sans contacter le serveur
d’authentification AAA (Authentification, Autorisation, Comptabilité). Le but de notre proposition est
d’avoir une authentification non seulement sécurisée, mais aussi rapide, en diminuant la latence. Les résultats
de l’évaluation des performances montrent en effet que notre proposition améliore la latence. En plus le
mécanisme a été modélisé et validé en utilisant l’outil AVISPA et les résultats dégagés montrent bel et bien
que le schéma proposé est sécurisé contre différents attaques.

The growing demand in mobile broadband traffic brings up a new generation network that offers different
services through an IP-core network. As part of mobile networks, fourth generation network (4G) offers
access to the Internet and provides a seamless handover with the heterogeneous access network, such as
cellular and Wireless Local Area Network (WLAN). In recent years, a tendency is outlined in the telephone
market that offers a variety of access networks. In addition to the cellular modem, terminals often support the
Wi-Fi. Moreover, the effectiveness of Wi-Fi technologiy have led operators to integrate the Wi-Fi with the
3rd Generation Partnership project (3GPP) Evolved Packet Core (EPC). Roaming from one access to another
must be made simple and secure, the service must also be the same, and it should be possible to seamlessly
handoff between Wi-Fi and cellular. The mobile device detects movement and selects the best radio access
technology and the subscriber is automatically authenticated and connected.
Authentication, policy and charging control (PCC) and preserving the IP address of the mobile device
are the main challenges for the operator to maintain session continuity when moving from one access to
another.
This thesis focuses on one of these problems which is the authentication. This is very important to
achieve seamless handover between cellular and Wi-Fi. The majority of the existing schemas during vertical
handover are not suitable for the mobility scenario and the unacceptable delay for real time applications. In
this work, we propose a ticket based authentication schema. This schema provides a fast and secure roaming
authentication without contacting the AAA server (Authentication, Authorization, and Accounting). Our
schema cannot only provide robust security, but also achieve a simple authentication and enhance roaming
parameters such as handover latency. Performance evaluation results show that our proposed schema is much
better and is secure against different attacks.


identifier: Honrado Guerreiro, Bruno Manuel  (2015). Palladium-Copper-Gold Alloys for the Separation of Hydrogen Gas.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 216 p.

subject:
alliages de palladium
alliages de cuivre
alliages d’or
purification de l’hydrogène

abstract:
The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract.
The industrial applications of hydrogen gas have made this simple diatomic molecule an
important worldwide commodity in the chemical, oil and even food sectors. Moreover, hydrogen
gas is a promising energy carrier that aims the delivery of clean energy, bypassing the
environmental problems created by carbon-based fuels. Hydrogen production is, however, still
reliant on steam reforming of natural gas and coal gasification, despite the innumerous alternatives
available. In order to introduce hydrogen in the energy market, hydrogen production costs need to
be reduced, and more specifically, hydrogen purification needs to be simplified. In this regard, the
use of dense palladium-based membranes for hydrogen purification are especially attractive, but
their wide industrial application is impaired mostly by the high cost of palladium and by hydrogen
sulfide poisoning. In the current work, the potential use of palladium-copper-gold alloys as
membranes for the separation of hydrogen gas was tested.
PdCuAu alloys were first prepared by pulsed electrochemical co-deposition on a titanium
substrate from Pd(NO3)2, Cu(NO3)2 and Au(OH)3 in HNO3 0.35 M, over a wide composition range
([Pd] = 14-74 at.%, [Cu] = 2-82 at.%, [Au] = 0-66 at.%). All alloys had a single face centered
cubic (fcc) phase and were less than 1000 nm thick. The deposits presented different morphologies
that were dependent on the palladium content. For example, Pd14.3Cu82.1Au3.6 alloy was composed
of spherical structures, while Pd74.3Cu18.4Au7.3 had a more needle-like structure. Phase transition
from fcc to the more H2-permeable body-centered cubic (bcc) phase was achieved by a simple heat
treatment of 4 hours under Ar at 400ºC. The aforementioned transition was found to be
composition dependent, occurring for alloys with 29.5 ≤ Pd ≤ 45.8; 45.3 ≤ Cu ≤ 63.0; and 0.0
≤ Au ≤ 17.4, with [Pd] + [Cu] + [Au] = 100. The hydrogen solubility of the fcc alloys was measured
in NaOH 0.1M by an electrochemical method and was found to be maximum for pure Pd.
Replacement of copper with gold resulted in a an increase in solubility for alloys with palladium
content between 27 and 54 at.%. At the same composition, the bcc phase showed a substantial
reduction in solubility when compared with the fcc phase. For example the hydrogen solubility of
the fcc alloy Pd33Cu50Au17 was 10.2%, while that of the corresponding bcc alloy was 0.5%.
Magnetron co-sputtering was also used for the production of fcc PdCuAu alloys on
titanium substrates. The thickness of the films was below 500 nm. Phase transition from fcc to bcc
upon annealing occurred in conditions analogous to the ones observed with the electrodeposited
samples. Copper segregated at the surface of the alloy during heat treatment, as evidenced by Xray
photoelectron spectroscopy and cyclic voltammetry. The hydrogen solubility of both fcc and
bcc phases was investigated. In the case of the fcc phase, it was found that the hydrogen solubility,
as measured by an electrochemical method in NaOH 0.1M, increased with the palladium content,
being maximum for pure Pd. In general, annealing of the fcc phase resulted in lower solubility
either because there was a change in the crystallographic structure to the bcc phase or because of
the larger crystallites formed during heat treatment. Further studies with the bcc samples by
electrochemical in situ X-ray diffraction in H2SO4 0.1M revealed that hydrogen solubility
increased from 0.5 to 2.1% when palladium content increased from 40.3 to 45.6 at%, while keeping
[Au]=3.5 at.%. However, no effect of gold was observed for alloys with approximate palladium
concentration, in contrast to what was observed with the electrodeposited samples with fcc phase.
The hydrogen solubility of both fcc and bcc phase varied linearly with the palladium content, and
the increased observed was similar in both phases (0.286 and 0.295 % per [Pd] at.%, for fcc and
bcc phase, respectively). This is an indication that the palladium content is the main factor
governing solubility in each phase.
Gas phase testing was performed on membranes prepared from PdCuAu ternary alloys and
synthesized by mechanical alloying. Alloys with four different compositions were prepared, all
with approximately the same palladium composition, and increased gold content, namely,
Pd39Cu61, Pd41Cu56Au3, Pd40Cu43Au7, and Pd39Cu51Au10. NaCl was used as the process control
agent at 2 wt%. The as-milled fcc alloys were first heat treated for 5 h under Ar 5% H2 at 400ºC,
which promoted in general full transition to the bcc phase, in accordance with their composition.
Membrane preparation from the bcc alloys involved a series of steps such as powder pressing into
pellets, sintering, cold rolling, heat treatment and polishing. The final thickness of the membranes
was between 277 and 327 nm. Hydrogen permeability was then measured at 464ºC between 30
and 60 psig H2 pressure. Under these conditions, hydrogen permeability was found to be
composition dependent and was highest for the alloy with composition Pd40Cu43Au7 (2.1×10-8
mol•m-1•s-1•Pa-0.5) and lowest for the alloy Pd39Cu51Au10 (6.9×10-9 mol•m-1•s-1•Pa-0.5), while the
hydrogen permeability of a reference 250 μm commercial foil was 1.2×10-8 mol•m-1•s-1•Pa-0.5. The
ideal selectivity of the membranes was higher than 130. The PdCuAu ternary alloy membrane with
the highest permeability was further tested at different temperatures and in the presence of
hydrogen sulfide. Between 358 and 464ºC, the natural logarithm of the permeability followed an
Arrhenius-like relationship with 1/T, resulting in an activation energy of 10.0 kJ•mol-1, which was
lower that the value for a pure Pd reference membrane (21.9 kJ•mol-1). Ten minutes into the test
with H2S, H2 flow decreased to zero, indicating the formation of a hydrogen impermeable layer on
the surface. Consequently, gold did not provide any extra resistance to H2S poisoning under the
tested conditions. H2 flow resumed with time, however, post-testing SEM analysis revealed that
the formation of pores had taken place. XPS analysis confirmed the presence of multiple sulfurcontaining
species, such as, Na2S, Na2S2O3, Na2SO3, Cu2S, CuS and CuSO4. Sulfur compounds
with higher oxidation states were probably formed after H2S testing during storage of the
membrane under air.


identifier: Tan, Le Thanh  (2015). Medium Access Control for Dynamic Spectrum Sharing in Cognitive Radio Networks.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 257 p.

subject:
protocoles MAC cognitifs
sans fil
réseau
spectre radio

abstract:
The proliferation of wireless services and applications over the past decade has
led to the rapidly increasing demand in wireless spectrum. Hence, we have been
facing a critical spectrum shortage problem even though several measurements
have indicated that most licensed radio spectrum is very underutilized. These
facts have motivated the development of dynamic spectrum access (DSA) and
cognitive radio techniques to enhance the efficiency and flexibility of spectrum
utilization.
In this dissertation, we investigate design, analysis, and optimization issues for
joint spectrum sensing and cognitive medium access control (CMAC) protocol
engineering for cognitive radio networks (CRNs). The joint spectrum sensing
and CMAC design is considered under the interweave spectrum sharing paradigm
and different communications settings. Our research has resulted in four major
research contributions, which are presented in four corresponding main chapters
of this dissertation.
First, we consider the CMAC protocol design with parallel spectrum sensing for
both single-channel and multi-channel scenarios, which is presented in Chapter
5. The considered setting captures the case where each secondary user (SU) is
equipped with multiple transceivers to perform sensing and access of spectrum
holes on several channels simultaneously.
Second, we study the single-transceiver-based CMAC protocol engineering for
hardware-constrained CRNs, which is covered in Chapter 6. In this setting,
each SU performs sequential sensing over the assigned channels and access one
available channel for communication by using random access. We also investigate
the channel assignment problem for SUs to maximize the network throughput.
Third, we design a distributed framework integrating our developed CMAC protocol
and cooperative sensing for multi-channel and heterogeneous CRNs, which
is presented in details in Chapter 7. The MAC protocol is based on the p-persistent
carrier sense multiple access (CSMA) mechanism and a general cooperative
sensing adopting the a-out-of-b aggregation rule is employed. Moreover,
impacts of reporting errors in the considered cooperative sensing scheme are also
investigated.
Finally, we propose an asynchronous Full–Duplex cognitive MAC (FDC-MAC)
exploiting the full-duplex (FD) capability of SUs’ radios for simultaneous spectrum
sensing and access. The research outcomes of this research are presented in
Chapter 8. Our design enables to timely detect the PUs’ activity during transmission
and adaptive reconfigure the sensing time and SUs’ transmit powers to
achieve the best performance. Therefore, the proposed FDC–MAC protocol is
more general and flexible compared with existing FD CMAC protocols proposed
in the literature.
We develop various analytical models for throughput performance analysis of our
proposed CMAC protocol designs. Based on these analytical models, we develop
different efficient algorithms to configure the CMAC protocol including channel
allocation, sensing time, transmit power, contention window to maximize the
total throughput of the secondary network. Furthermore, extensive numerical
results are presented to gain further insights and to evaluate the performance of
our CMAC protocol designs. Both the numerical and simulation results confirm
that our proposed CMAC protocols can achieve efficient spectrum utilization and
significant performance gains compared to existing and unoptimized designs.