identifier: Koenig, H. (2014). Développement d'un modèle paramétrable pour l'étude de l'influence de la position d'un cycliste sur son aérodynamisme  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le monde du cyclisme est un domaine en expansion constante du point de vue des performances, mais aussi au niveau de l'accessibilité des technologies de haut niveau au grand public. Par exemple, les cadres aérodynamiques professionnels se trouvent de plus en plus en vente pour le grand public. L'entreprise Guru Cycles a développé un système permettant de tester plusieurs positions du cycliste pour tenter d'optimiser le confort, la puissance développée et la position aérodynamique. Toutefois, l'aérodynamisme n'est pas quantifié, mais son évaluation repose sur l'expérience du positionneur et donc sur une évaluation visuel. Ainsi un outil permettant de calculer ou d'estimer quantitativement l'aérodynamisme des différentes positions était nécessaire pour compléter ce système. Les objectifs du projet sont donc de développer et valider un ensemble d'outils permettant de connaître les performances aérodynamiques de n'importe quel cycliste. Pour cela un mannequin surfacique a été développé pour pouvoir réaliser une simulation des flux d'air autour de la surface obtenue. L'utilisation de méthode informatique pour simuler des problèmes portant sur des fluides est nommée la CFD (Computational Fluid Dynamics). Le mannequin paramétrique repose sur un ensemble de mesures obtenues grâce au système Kinect de Microsoft. La modélisation de la surface extérieure du cycliste repose sur un squelette utilisant la modélisation multicorps pour permettre de modifier la position du mannequin. Ainsi plusieurs configurations du cycliste sur son vélo peuvent être simulées permettant ensuite de les comparer. La deuxième partie de la modélisation du modèle est la création d'ellipses s'appuyant sur le squelette. Ces ellipses servent comme support pour la surface, elles sont directement fixées sur le squelette et sont directement paramétrées par leurs petits et grands axes. La personnalisation du modèle nécessite certaines mesures sur le sujet tel que la longueur des différents membres, mais aussi les dimensions des ellipses. Pour cela, l'acquisition consiste en une photo de face et une de profil du sujet grâce au système Kinect en plus d'une acquisition de calibration. La Kinect permet d'obtenir l'emplacement des articulations du sujet de façon automatique et de déduire le squelette du sujet. Les dimensions des ellipses sur les clichés peuvent être déduites en mesurant la largeur du membre voulu correspondant à l'emplacement de l'ellipse sur le modèle en s'appuyant sur les membres du squelette. La combinaison des deux clichés permet d'obtenir les deux dimensions de l'ellipse. Pour les longueurs des segments, la récupération des  ABSTRACT: The world of cycling is a constantly expanding domain from the performance point of view but also regarding the accessibility of the high-level technologies. For example, the professional aerodynamic frames are more and more available to the general public. The Guru Cycles Company developed a system allowing to test several positions of the cyclist to try to optimize the comfort, the developed power and the aerodynamic position. With this system, during the positioning, the aerodynamics is not quantified but its empirical qualitative evaluation is rather based on the experience of the fitter. Therefore, a tool allowing to calculate or to estimate quantitatively the aerodynamics of the various positions was necessary to complete this system. Thus, the objectives of the project are to develop and to validate a set of tools allowing to know the aerodynamic performances of any cyclist. To do so, a surface model was developed in order to realize a simulation of the airflow around the obtained surface. The use of computational method to solve fluid dynamics problems is named the CFD (Computational Fluid Dynamics). The parametric model relies on a set of measures obtained thanks to the Kinect system from Microsoft. The modelling of the outside surface of the cyclist is based on a skeleton using the multi-body modelling to allow the modification of the position of the model. Thus, several configurations of the cyclist on his bike can be simulated, allowing then to compare them. The second part of the construction of the model is the creation of ellipses leaning on the skeleton. These ellipses serve as support for the surface. They are directly fixed to the skeleton and are directly parameterized by their major and minor axis. The personalization of the model requires certain measures on the subject such as the length of the various members but also the dimensions of ellipses. For that purpose, the acquisition consists of two photos, one of front and one of profile of the subject with the Kinect. The Kinect allows to obtain the location of the articulations of the subject in an automatic way and to deduct the skeleton of the subject. The dimensions of the ellipses on acquisition can be realized by measuring the width of the desired member corresponding with the location of the ellipse on the model resting on the skeleton. The combination of both pictures allows to obtain both dimensions of the ellipse. For the lengths of segments the recovery of the lengths of the members is made in a fast way by the use of the locations of the articulations. The measures are directly injected in the model


identifier: Ajao, O. A. (2014). Development of Hemicelluloses Biorefineries for Integration Into Kraft Pulp Mills  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Le développement des installations de production de biocarburants, de produits biochimiques et de biomatériaux est une condition importante pour réduire la dépendance aux ressources fossiles limitées et permet une transition vers une bioéconomie mondiale. L'industrie des pâtes et papiers en Amérique du Nord est confrontée à une consommation importante d'énergie coûteuse entrainant des coûts de production élevés. D'autre part, elle doit faire face à une concurrence intense de la part des économies émergentes. Les Bioraffineries Forestières Intégrées (IFBR) ont été proposés comme un moyen de diversifier la production, d'accroître les revenus des industries des pâtes et papiers et d'atteindre un aspect durable. Cette intégration est réalisable car elle utilise la biomasse forestière comme source d'alimentation après la transformation du bois. De plus, l'intégration d'un processus de bioraffinerie partageant des infrastructures existantes et des services publics sur le site de l'usine de pâtes permettrait de diminuer les coûts d'investissement et les risques associés. Les usines de fabrication de pâte par le procédé Kraft présente une possibilité d'intégration de bioraffinerie prometteuse car elles possèdent une étape de pré-hydrolyse pour extraire les sucres d'hémicelluloses avant la mise en pâte du bois ou encore lors du procédé de la mise en pâte. Les hémicelluloses extraites peuvent ensuite être transformées en une vaste gamme de produits à valeur ajoutée, ce qui élargirait la gamme de produits de l'usine réceptrice. Pour un bon fonctionnement d'une bioraffinerie utilisant les hémicelluloses, de nouveaux procédés qui sont techniquement et économiquement implantables sont nécessaires. Il est indispensable d'identifier les produits qui seraient rentables et d'imaginer des processus économes en énergie, qui permettront aux industries de pâte réceptrice de produire de l'énergie et des produits chimiques et de répondre aux exigences matérielles de l'unité de bioraffinerie. L'objectif de cette thèse est de développer les bioraffineries ciblant les hémicelluloses pour leur intégration dans un procédé de mise en pâte Kraft. Une usine de pâte à papier était l'étude de cas de référence. La transformation des sucres hémicellulosiques par conversion chimique et biochimique en furfural et en l'éthanol comme produits représentatifs pour chaque voie a été étudiée. En tant que première partie du travail, la faisabilité de la concentration d'un préhydrolysat grâce à une membrane d'osmose inverse a été étudiée. L'étape de concentration est nécessaire afin de vi réduire le besoin en énergie pour les opérations de conversion ultérieures et permet de réduire la taille des équipements de traitement. Des solutions reconstituées de préhydrolysat contenant différentes concentrations de glucose, xylose de l'acide acétique, le furfural et syringaldéhyde ont été utilisées pour déterminer la faisabilité de leurs concentrations avec une membrane d'osmose inverse. Les effets de la composition de la solution et des conditions de fonctionnement (vitesse d'écoulement transversale, température et pression) sur la sélectivité de la membrane et le flux de perméat ont été étudiés. Les résultats ont révélé que, indépendamment de la composition de pré-hydrolysat, la pression d'alimentation et la température présentent l'effet le plus important sur le flux de perméat. Une baisse de flux de perméat a été observée dans toutes les expériences et les mécanismes responsables de cette baisse de flux ont été expliqués. Il a également été confirmé que l'encrassement de la membrane est réversible et que sa régénération peut être réalisée avec succès grâce à un nettoyage avec une solution d'hydroxyde de sodium. La deuxième partie du travail a été consacrée à la conversion chimique lors de la production de furfural. Une solution de préhydrolysat a été générée en utilisant des copeaux de bois similaires à ceux utilisés par l'usine de référence. Ce pré-hydrolysat a été utilisé pour évaluer la concentration par membrane nécessaire pour une bonne production de furfural. Le taux de rétention et les caractéristiques de flux de six membranes organiques commerciales fabriqués à partir de différents polymères (polyamide, acétate de cellulose et polypiperazine amide) et avec des seuils de coupure différents (poids moléculaires coupées (MWCO) compris entre 100 et 500 Da ont été comparés. Une membrane présentant une rétention totale des sucres de 99% et un MWCO d'environ 200 Da a été mise en avant pour être la plus appropriée pour un processus de production de furfural à partir des critères suivants: une faible consommation d'énergie pour la concentration et un faible degré de colmatage et des rétentions importantes des composés désirés (sucres, l'acide acétique et du furfural). Le facteur de concentration volumique maximale a été déterminé égale à 4, le dépassement de cette limite entraîne une augmentation de l'encrassement de la membrane. Le nettoyage de la membrane est réalisé avec de l'hydroxyde de sodium par flux inverse, le flux de perméat à 75%, par rapport à une membrane vierge. Un modèle de réponse de surafce de surface est développé pour minimiser la baisse de flux lors de la concentration. La troisième partie de ce travail traite la conversion biochimique lors de la production d'éthanol. Les composés organiques du préhydrolysat qui sont capables d'inhiber la fermentation des sucres en éthanol en provoquant la mort des micro-organismes de fermentation doivent être éliminés. vii Les membranes appropriées qui pourraient être appliquées pour la détoxification ont été identifiées lors d'un test de différentes membranes. L'efficacité d'élimination des composés inhibiteurs suivants ont été obtenus: composés phénoliques (20%), furfural (80%), acide acétique (94%) et hydroxymethlyfurfural (89%). La filtration sur membrane peut être utilisée pour la concentration et l'élimination de la plupart des inhibiteurs, elle ne présente cependant pas d'efficacité sur l'abattement des composés phénoliques. L'identification d'une étape de détoxification secondaire avec une haute spécificité pour l'élimination des composés phénoliques a été nécessaire. Des expériences visant à évaluer l'utilisation de l'adsorption sur charbon actif et la floculation avec du sulfate ferrique, de l'aluminium ou de la chitine ont montré que le sulfate ferrique réduit de façon significative la concentration en composés phénoliques en évitant une perte trop importante de sucres. L'élimination des composés phénoliques optimale tout en conservant une quantité importante des sucres a été déterminée en présence d'un rapport des ions fer/phénols: [Fe] / [Phénols] = 1 g/g et pour une opération réalisée à un pH compris entre 6,5 et 7,7. Une stratégie de détoxication pouvant être utilisé pour le préhydrolysat a donc été déterminée en combinant la nanofiltration membranaire et la floculation au sulfate ferrique. Les modèles de simulation pour la production de furfural et d'éthanol à partir des hémicelluloses présentes dans le préhydrolysat ont été développés avec la contribution des résultats expérimentaux. La bioraffinerie pour la production de furfural est composée de 3 étapes : la concentration de préhydrolysat, la transformation des sucres et la valorisation des produits. Un réseau d'échangeurs de chaleur optimisé et une pompe absorbant la chaleur ont été avancés pour réduire la consommation d'énergie. La faisabilité de l'intégration d'énergie et du matériel pour l'intégration de la bioraffinerie a été justifiée et les demandes en électricité peuvent être égalées par la production de l'usine de référence. Une évaluation technico-économique du procédé développé a montré qu'il est économiquement viable et un retour sur les dépenses en capital (ROCE) atteignant 36% peut être obtenu. Le processus de bioraffinerie d'éthanol a présenté un besoin en énergie thermique plus faible que le processus furfural et peut également être intégrée avec succès à l'industrie réceptrice. Dans la dernière phase de cette recherche, les stratégies pour la mise en oeuvre des bioraffineries hémicellulosiques sont proposées pour les usines de pâtes et papiers canadiennes. Une analyse des modifications requises pour les différents types de procédés de fabrication de pâte Kraft, l'optimisation énergétique des approches pour répondre à la demande accrue d'énergie après viii intégration, les facteurs à considérer lors de la sélection des bioproduits et les types de collaboration pouvant être utilisés pour réduire les risques et les coûts d'investissement plus faibles ont été approchés.  ABSTRACT: The development and wide spread acceptance of production facilities for biofuels, biochemicals and biomaterials is an important condition for reducing reliance on limited fossil resources and transitioning towards a global biobased economy. Pulp and paper mills in North America are confronted with high energy prices, high production costs and intense competition from emerging economies and low demand for traditional products. Integrated forest biorefineries (IFBR) have been proposed as a mean to diversify their product streams, increase their revenue and become more sustainable. This is feasible because they have access to forest biomass, an established feedstock supply chain and wood processing experience. In addition, the integration of a biorefinery process that can share existing infrastructure and utilities on the site of pulp mill would significantly lower investment cost and associated risks. Kraft pulping mills are promising receptor processes for a biorefinery because they either possess a prehydrolysis step for extracting hemicelluloses sugars prior to wood pulping or it can be added by retrofit. The extracted hemicelluloses could be subsequently transformed into a wide range of value added products for the receptor mill. To successfully implement hemicelluloses biorefinery, novel processes that are technically and economically feasible are required. It is necessary to identify products that would be profitable, develop processes that are energy efficient and the receptor mill should be able to supply the energy, chemicals and material demands of the biorefinery unit. The objective of this thesis is to develop energy efficient and economically viable hemicelluloses biorefineries for integration into a Kraft pulping process. A dissolving pulp mill was the reference case study. The transformation of hemicellulosic sugars via a chemical and biochemical conversion pathway, with furfural and ethanol as representative products for each pathway was studied. In the first part of this work, the feasibility of concentrating prehydrolysate solution with a reverse osmosis membrane was studied. The concentration step is required to reduce the energy demand of the subsequent conversion processes and the size of process equipments. Reconstituted prehydrolysate solutions containing different concentrations of glucose, xylose acetic acid, syringaldehyde and furfural was used to determine the feasibility of concentrating with a reverse osmosis membrane. The effect of the solution composition and operating conditions (cross flow velocity, temperature and pressure) on the selectivity of the membrane and x the permeate flux were investigated. The results revealed that irrespective of the prehydrolysate composition, the feed pressure and temperature had the most dominant effect on the permeate flux. A permeate flux decline was observed in all experiments and the mechanisms responsible for the flux decline were elucidated. It was also confirmed that the membrane fouling is reversible and regeneration can be successfully carried out by cleaning with a sodium hydroxide solution. The second part of this work focussed on a chemical conversion pathway for furfural production. A prehydrolysate solution was generated by using a wood chips furnish that is similar to that of the reference mill and used to evaluate the membrane concentration requirements for furfural production. The retention and flux characteristics of six commercial organic membranes made from different polymers (polyamide, cellulose acetate and polypiperazine amide) and with molecular weight cut offs (MWCO) between 100 and 500 Da were evaluated. A membrane with total sugar retention of 99% and a MWCO of about 200 Da was shown to be the most suitable for a furfural process based on the criteria: low energy requirement for concentration, low degree of fouling potential and high retentions of the desired components (sugars, acetic acid and furfural). The maximum volumetric concentration factor was determined to be 4, exceeding this limit leads to increased fouling of the membrane. Cleaning of the membrane with sodium hydroxide returned the permeate flux back to 75%, relative to a virgin membrane. A response surface model was developed for minimizing the flux decline during concentration. The third part of this work covered a biochemical conversion pathway for the production of ethanol. The organic compounds in the prehydrolysate, that inhibit fermentation of the sugars into ethanol and cause the death of the fermentation microorganisms, must be removed. Suitable membranes that could be applied for the detoxification were identified during the membrane screening. The following inhibitor removal efficiencies were achieved: phenols (20%), furfural (80%), acetic acid (94%) and hydroxymethylfurfural (89%). Membrane filtration could be used for concentration and elimination of most of the inhibitors, it was however not efficient for the removal of phenolic compounds. The identification of a complementary detoxification step with a high specificity for phenols removal was necessary. Experiments to assess the use of activated charcoal adsorption and flocculation with ferric sulfate, alum or chitin showed that ferric sulfate significantly removes the phenolic compounds relative to sugar loss. To maximize the removal of phenolic compounds, the optimum ratio of iron to phenols ions [Fe]/[Phenols] was found to be xi 1g/g and the pH between 6.5 and 7.7. A detoxification strategy that can be used for prehydrolysate detoxification was developed by combining nanofiltration and flocculation with ferric sulfate as the coagulant. Simulation models for the production of furfural and ethanol from hemicelluloses prehydrolysate were developed with inputs from the experimental results. The furfural biorefinery was made up of 3 steps, prehydrolysate concentration, sugars transformation and product recovery. An optimized heat exchanger network and an absorption heat pump for implementation were designed to lower the energy consumption. The feasibility of the energy and material integration of the biorefinery was demonstrated and the utility demands can be met by the reference mill. A techno-economic evaluation of the developed process showed that it is economically feasible and a return on capital employed (ROCE) as high as 36 % can be obtained. The ethanol biorefinery process was shown to have a lower thermal energy requirement than the furfural process and can also be successfully integrated with the receptor mill. In the last phase of this research, the guideline for the implementation of hemicellulosic biorefineries in Canadian pulp and paper mills are proposed. It included analyses of the modifications required for different types of Kraft pulping processes prior to their conversion into a biorefinery, energy optimization approaches to address the increased energy demand after integration, factors that must be considered during bioproducts selection and types of collaboration that can be used to reduce risk and lower investment.


identifier: Bruna-Rosso, C. (2014). Étude biomécanique par éléments finis de dispositifs d'arthrodèse de la jonction sacro-iliaque  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les douleurs au dos sont un problème de santé publique majeur. En effet, c'est la deuxième cause la plus fréquente de consultation d'un médecin. La jonction sacro-iliaque est reconnue comme étant une des sources de ces douleurs dans 10 à 30% des cas. Les pathologies qui en sont responsables sont principalement dégénératives (sacro-ilites). Après échec de méthodes plus conservatives (physiothérapie, dénervation, infiltration), l'arthrodèse de la jonction sacro-iliaque est le dernier recours de traitement pour les patients souffrant de telles pathologies. Cette procédure vise à réduire les déplacements intra-articulaires pour permettre à l'os de se former entre les deux facettes de l'articulation afin de la rigidifier entièrement. Plus ces déplacements sont faibles, meilleure et plus rapide sera l'arthrodèse. Traditionnellement, cette chirurgie était pratiquée de manière ouverte, et donc invasive, ce qui rendait peu de patients éligibles à une telle procédure. Cependant, depuis une dizaine d'années, de nouveaux types de dispositifs d'arthrodèse sont apparus. Ils sont canulés afin de permettre une chirurgie percutanée, beaucoup moins invasive, ce qui tend à la rendre plus accessible. Leur surface et leur forme ont également été conçues pour favoriser la croissance osseuse et l'ostéointégration du dispositif. La jonction sacro-iliaque est une articulation complexe, comportant à la fois des caractéristiques d'une diarthrose (présence de cartilage hyalin) dans sa partie proximale et d'une synarthrose (présence de fibrocartilage) dans sa partie distale. Ses déplacements sont très limités, quelques millimètres en translation et quelques degrés en rotation, ce qui les rend difficiles à caractériser et mesurer. Ceci est accentué par sa position profonde qui complique son accès et son observation, même avec les techniques d'imagerie les plus récentes. Elle assure la transmission des forces entre la partie supérieure du corps et les membres inférieurs, et supporte donc des efforts importants. En cas de dysfonctionnement de la jonction sacro-iliaque (JSI), ses mouvements se révèlent particulièrement douloureux, ce qui nécessite finalement la fusion de l'articulation. Peu d'études biomécaniques sont à la disposition des chirurgiens pour juger de l'action et de l'efficacité des implants à fusionner l'articulation. À court et moyen termes, l'os n'ayant pas encore pu se développer entre les surfaces condylaires, la réduction du déplacement est entièrement assurée par l'implant, dont les effets sont encore méconnus.  ABSTRACT: Low back pain (LBP) is a major public health concern. Indeed, it is the second most frequent reason patients consult a physician. The sacroiliac joint (SIJ) is a known pain generator, affecting 10 to 30% of patients suffering chronic LBP, with pathologies such as degenerative sacroiliitis or sacroiliac joint disruption. After conservative treatment (physiotherapy, denervation, injections) failure, SIJ arthrodesis is the last resort. The main objective of this procedure is to reduce the intra-articular displacements in order to allow bone ingrowth between the two condylar surfaces and, eventually, fuse the articulation. The lower those displacements are, the better the arthrodesis is. Traditionally, this surgery was performed using an open procedure which was invasive and for which few patients were eligible. The last decade has seen the advent of new kinds of SIJ fusion devices. As they are cannulated, they allow percutaneous minimally invasive surgeries accessible to a larger number of patients. Their surface and shape are designed to promote bone ingrowth and thus improve the device osseointegration. The SIJ is a complex articulation. It has characteristics of both a diarthrosis (hyaline cartilage) in its proximal part and a synarthrosis (fibrocartilage) in its distal part. SIJ displacements are small (a few millimeters in translation and a few degrees in rotation) which render their measurement and characterization problematic. The SIJ deep location makes it even harder by complicating its access and observation despite the most recent imaging techniques. The sacroiliac joint transmits upper body weight to the lower limbs and thus endures heavy loads. In case of disruptions, SIJ motions are painful and ultimately require an arthrodesis. Currently, surgeons rely on few biomechanical studies to assess the device ability to perform an arthrodesis. At short and mid-terms, the implants alone ensure the SIJ stabilization since the bone growth cannot actually fuse the articulation yet. However the biomechanics of the instrumentation is quite unknown and the published data is sparse. The objective of this project was to assess the SIJ instrumentation effects on the intra-articular displacements using a comprehensive finite element model (FEM) of the pelvis. The tested hypothesis is that the SIJ instrumentation is able to reduce by more than 50% the articular motions and that the instrumentation parameters have a significant (>10%) influence on one configuration ability to reduce the SIJ displacements.


identifier: Benhammadi, M. (2014). Évaluation de l'efficacité des nanoparticules chitosane-siARN à inhiber, in vitro, l'expression du gène MDR1 responsable de la résistance à la chimiothérapie  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Depuis la découverte de la Moutarde azotée, premier agent anticancéreux, la chimiothérapie occupe une place importante dans le traitement de plusieurs types de cancer. Malgré le progrès et l'avènement des médicaments anticancéreux, la chimiothérapie est souvent limitée par des mécanismes de résistance développés par les cellules cancéreuses. Parmi les mécanismes les plus répandus est l'expulsion des médicaments anticancéreux à l'extérieur des cellules. Ceci aboutit à une diminution de la concentration intracellulaire du médicament affectant ainsi son activité anti tumoral. L'expulsion des médicaments anticancéreux est causée par la surexpression des protéines membranaires dont la plus connue est la glycoprotéine P (Pgp). L'hydrolyse de l'ATP par cette protéine fournit de l'énergie nécessaire pour assurer un transport actif à travers la membrane plasmique de plusieurs types de molécules anticancéreuses indépendamment de leur structure. Codée par le gène MDR1, la surexpression de la Pgp est détectée chez plus que 50% des patientes atteintes de cancer du sein. Contrairement aux inhibiteurs chimiques, les petits ARN interférents (MDR1-siRNA) sont capables d'inhiber plus spécifiquement la Pgp et contourner la chimiorésistance. Ces petits ARN doubles brins de 21 nucléotides peuvent lier spécifiquement la séquence d'ARN messager du gène MDR1 et engendrer sa dégradation inhibant ainsi la traduction de la Pgp. Cependant, l'efficacité des MDR1-siRNA est limitée par leur vulnérabilité dans le milieu physiologique et leur incapacité à franchir les barrières cellulaires. D'où la nécessité d'un système de livraison pour assurer le potentiel thérapeutique des MDR1-siRNA. Dans ce présent travail, le système de livraison utilisé est le chitosane, un polymère naturel, biodégradable et non toxique. Le chitosane est caractérisé par son degré de désacétylation (DDA), sa masse moléculaire (MM) et son ratio amine phosphate (N : P). Pour des fins de simplicités, ces paramètres sont décrits de la façon suivante [DDA-MM-N:P]. Étant donné sa charge cationique, le chitosane est capable d'interagir électrostatiquement avec les MDR1-siRNA et former des nanoparticules chitosane/MDR1-siRNA. La taille et la forme de nanoparticules a été évaluées par diffusion dynamique de la lumière et aussi par microscopie électronique à balayage (ESEM). La mesure du potentiel zêta caractérise la charge des nanoparticules chitosane/MDR1-siRNA. La formation des nanoparticules et leur stabilité en fonction du pH a été évaluées avec le recours au réactif RiboGreen et suite à une migration sur gel de polyacrylamide. La capacité des nanoparticules à  ABSTRACT: Since the discovery of nitrogen mustard, the first anticancer agent, chemotherapy has palyed an important role in the treatment of several types of cancer. Despite the progress and the advencement of anti-cancer drugs, chemotherapy is often limited by resistance mechanisms developed by cancer cells. Among the most common mechanisms is the expulsion of anticancer drugs out of the cells, resulting in a decreased intracellular concentration and lowered antitumor activity. The expulsion of anticancer drugs is mediated by the over-expression of the transmembrane transport protein where the best characterized is P glycoprotein (Pgp). This protein utilize the energy of ATP to actively carry out structurally and functionally unrelated anticancer agents across the plasma membrane. Encoded by the MDR1 gene, the predominant role of Pgp is detected in more than 50 % of breast cancer patient. Unlike chemical inhibitors, small interfering RNAs (MDR1-siRNA) provide a more specific downregulation of Pgp and reversion of the drug resistance. These small double-stranded RNA (21 nucleotides) are able to bind to a specific mRNA sequence of the MDR1 gene, causing its degradation and thereby disabling translation of Pgp. However, the efficiency of MDR1-siRNA is limited by their vulnerability in the physiological medium and their inability to cross cell barriers. For this purpose, a delivery system is needed to potentiate the effect of siRNA. In this study, the delivery system used is chitosan, a natural, biodegradable and non-toxic polymer. Chitosan is characterized by its degree of deacetylation (DDA), molecular weight (MM) and amine to phosphate (N: P) ratio. For simplicity, these parameters are described as follows [DDA- MM- N:P]. Chitosan is able to interact electrostatically with the MDR1-siRNA due to its cationic charge, leading to chitosan/MDR1-siRNA nanoparticles. The nanoparticles size and morphology was evaluated by dynamic light diffusions (DLS) and scanning electron microscopy (ESEM). Nanoparticles surface charge was characterized by measuring the zeta potential. Furthermore, the formation of chitosan nanoparticles and their stability under variable pH was evaluated by RiboGreen and polyacrylamide gel electrophoresis. The nanoparticles ability to bypass cellular membrane was analyzed by confocal microscopy and flow cytometry (FACS). The efficacy of nanoparticles in gene silencing was assessed by quantitative RT-PCR, and confirmed at the phenotypic level by western blot analysis. Whereas, the toxicity profile of chitosan nanoparticles was evaluated using Alamar Blue proliferation assay.


identifier: Derbali, R. M. (2014). Silençage du gène ApoB codant pour l'apolipoprotéine B responsable de l'athérosclérose, in vitro et in vivo, à l'aide des nanoparticules chitosane/siARN-ApoB  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'athérosclérose est une cause sous-jacente des maladies cardiovasculaires. Le nombre de décès causés par ces maladies est estimé à 17,3 millions soit 30% de la mortalité mondiale totale. L'apolipoprotéine B (ApoB) joue un rôle important dans l'initiation de l'athérosclérose. En fait, c'est le précurseur des lipoprotéines à faible densité (LDL) responsables de l'activation de l'athérosclérose quand ils s'infiltrent dans l'espace sous-endothélial et s'oxydent. La réduction de l'ApoB dans le sang diminue le risque de l'athérosclérose. L'utilisation des siARN est prometteuse pour silençer le gène ApoB et pour prévenir la maladie. Toutefois, les siARN sont facilement dégradables dans le sang. Ce qui peut diminuer leur efficacité. Le chitosane, un polymère cationique naturel et biodégradable, peut servir comme un système de livraison des siARN jusqu'à l'intérieure des cellules cibles. Le chitosane est caractérisé par ses propriétés physicochimiques notamment le DDA, la MM et le ratio N : P. La formulation du chitosane est écrite comme suit : DDA-MM-N : P. Dans notre étude, les formulations utilisées sont 80-10-5, 80-40-5, 92-10-5 et 92-40-5. De plus, nous avons choisi trois siApoB modifiés ou non modifiés chimiquement. Les 12 nanoparticules ont été testées à fin de sélectionner la moins toxique et la plus efficace. Le diamètre des nanoparticules tel que déterminé par DLS varie entre 71 et 135 nm. Les nanoparticules formées de chitosane et des siApoB qui contiennent le plus de modifications chimiques 2'-O-méthylation et des liaisons phosphotioates sont de plus grandes tailles. L'ESEM montre que les nanoparticules sont sphériques et confirme que les siApoB modifiés forment avec le chitosane des nanoparticules de taille plus grande que les nanoparticules chitosane/siApoB non modifiés. Le potentiel ζ des nanoparticules est positif et varie entre +19 et +31 mV. Le test de stabilité démontre que le chitosane peut former des nanoparticules stables à pH 6,5 avec tous les siApoB. Le test de cytotoxicité AlamarBlue® montre que les nanoparticules chitosane/siApoB sont moins toxiques que les nanoparticules à base de l'agent commercialisé de transfection DharmaFECT® complexé avec les siApoB. La microscopie confocale prouve que les nanoparticules chitosane/siApoB sont capables de franchir la membrane cellulaire et l'endosome pour libérer les siApoB dans le cytoplasme des cellules HepG2. La cytométrie en flux montre que le chitosane 92-40-5 complexé avec les siApoB modifiés et non modifiés transfecte mieux les cellules HepG2 que DharmaFECT® complexé avec les mêmes siARN. La qRT-PCR démontre que les nanoparticules 92-40-5/siApoB et 92-10-5/siApoB peuvent induire un silençage de plus  ABSTRACT: Atherosclerosis is an underlying cause of cardiovascular disease. The number of deaths caused by these diseases is estimated at 17,3 million or 30% of total global mortality. Apolipoprotein B (ApoB) plays an important role in the initiation of atherosclerosis. In fact, it is the precursor of low-density lipoprotein (LDL) responsible for the activation of atherosclerosis when they seep into the subendothelial space and oxidize. ApoB reduction in blood reduces the risk of atherosclerosis. The use of siRNA is promising to silence the ApoB gene and prevent disease. Nevertheless, siRNA are easily degradable in the blood. This may decrease their effectiveness. Chitosan, a natural and biodegradable cationic polymer, is able to serve as a delivery system of siRNA to the interior of target cells. Chitosan is characterized by its physicochemical properties, including DDA, the MW and N: P ratio. Chitosan's formulations are written as DDA-MW-N: P. In this study, chitosan's formulations used are 80-10-5, 80-40-5, 92-10-5 and 92-40-5. Furthermore, we selected three siApoB either chemically modified or not. Chitosan/siApoB nanoparticles were tested in order to select the least toxic and most effective. Chitosan/siApoB nanoparticles diameter, as determined by DLS, varies between 71 and 135 nm. Nanoparticles that contain the most chemically modified siApoB are larger. ESEM shows that nanoparticles are spherical and confirms that modified siApoB form nanoparticles with larger size than chitosan/siApoB unmodified nanoparticles. The ζ potential of nanoparticles is positive and varies between +19 and +31 mV. Stability test showed that chitosan can form stable nanoparticles at pH 6,5. AlamarBlue® cytotoxicity test shows that chitosan/siApoB nanoparticles are less toxic than DharmaFECT®/siApoB. Confocal microscopy shows that chitosan/siApoB nanoparticles are able to cross the cell membrane and to release siApoB into the cytoplasm of HepG2 cells. Flow cytometry showed that chitosan 92-40-5 complexed with modified and unmodified siApoB transfected HepG2 cells better than the commercially available transfection agent DharmaFECT® with the same siApoB. The qRT-PCR shows that 92-40-5/siApoB and 92- 10-5/siApoB can induce more than 60% of ApoB gene silencing in vitro. This efficiency is comparable to DharmaFECT®/siApoB. In vitro study has also shown that chemical modifications of siRNA did not affect the efficiency of transfection, the percentage of silencing and toxicity of chitosan/siApoB nanoparticles. We have shown that 92-10-5/siApoB1 nanoparticules are effective to silence ApoB gene in vivo. Three injections during three successive days at a dose of 1 mg/kg of chitosane 92-10-5/siApoB


identifier: Bartolo, L. (2014). Caractérisation des plasmides recombinants exprimant trois formes de récepteurs TNFR bioactifs capables d'inhiber, in vitro, l'effet de la cytokine pro-inflammatoire TNFα  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'arthrose rhumatoïde est une maladie inflammatoire auto-immune. Elle provoque une inflammation chronique des articulations et des os qui conduisent à une destruction progressive de ces derniers. Cette maladie affecte 0.5 à 1 % de la population des pays industrialisés et impose des coûts importants au système de santé. La société canadienne de l'arthrose rapporte que 6 % des hospitalisations totales au Canada sont imputables à l'arthrite. La cytokine TNFα joue un rôle important dans le processus inflammatoire lié à l'arthrose de ce fait la neutralisation et/ou l'inhibition de la surexpression de cette cytokine est une cible prometteuse pour le traitement de l'arthrose rhumatoïde. Il existe plusieurs molécules biologiques bloquant la cytokine TNFα, utilisées avec grand succès pour le traitement de l'arthrose tel que l'anticorps monoclonal anti TNFα Infliximab et le récepteur soluble TNFRII Etanercept. Cependant la durée de vie de ses protéines en circulation est faible et peut nécessiter une augmentation des doses et des injections, avec le risque d'augmentation de la toxicité de ses protéines. Ces inconvénients associés à cette approche thérapeutique peuvent être contournés par une approche de thérapie génique qui permet une production stable de la protéine dans le temps et une expression localisée du transgène. Notre objectif est, en choisissant le rat comme modèle animal de l'arthrose rhumatoïde, de construire des plasmides recombinants contenant des transgènes codant pour des protéines recombinantes correspondantes au récepteur soluble du TNFα capables de bloquer le TNFα. Les plasmides recombinants sont livrés in vitro aux cellules à l'aide d'un système de livraison polymérique, le chitosane. Le chitosane s'est avéré le système de livraison idéal pour la protection de L'ADN plasmidique contre la dégradation par les nucléases et pour leur livraison au niveau du cytosol. Nous avons donc construit trois transgènes codant pour des protéines mimant le récepteur soluble du TNFα du rat. Le premier (TNFR) code pour la partie extracellulaire soluble du récepteur TNFRII. Le second (IgTNFR) code pour la partie extracellulaire soluble du récepteur TNFRII couplé à la séquence codante pour les régions CH2 et CH3 de la partie constante d'une immunoglobuline de type G1 (IgG1) du rat excluant la région charnière. Le troisième (IgTNFRd) composé de la partie extracellulaire soluble du récepteur TNFRII couplée à la séquence codante pour les régions CH2 et CH3 de la partie constante d'un IgG du rat incluant la région charnière. La région charnière permet la dimérisation via pont disulfure de l'anticorps et donc de la protéine recombinante IgTNFRd. Le vecteur d'expression eucaryotique pVax1 sécuritaire et approuvé par la FDA (food and drugs administation) a été utilisé pour l'expression de nos trois transgènes.  ABSTRACT: Rheumatoid arthritis (RA) is a chronic inflammatory disease that affects joints and leads to gradual destruction of bones and articulations. RA affects 0.5 to 1 % of the population in industrial countries and imposes considerable cost on the healthcare system. According to The Arthritis Society 6 % of total hospitalization in Canada are due to arthritis. The tumor necrosis factor (TNF), a proinflammatory cytokine, plays a key role in the pathogenesis of RA and a lot of drugs targeting this molecule have emerged to treat RA. These molecules such as anti-TNF monoclonal antibody or soluble TNF receptor II, Etanercept, are currently in use to treat RA with success. However, this molecule have some limitation, their half-life is short in circulation requiring high doses and multiple injections which increases their risk to different infections. This limitation can be overcome by gene therapy based strategy. Gene therapy allows a stable and localized production of the therapeutic transgene. Our goal was to design and construct three recombinant plasmids encoding soluble TNF receptors capable of inhibiting TNF in solution. The first recombinant plasmid, TNFR encodes for the extracellular region of the rat TNF receptor II. The second recombinant plasmid, IgTNFR encodes for the extracellular region of the rat TNF receptor II merged to the CH2 and CH3 regions of the constant region of rat immunoglobulin G1 without the hinge region. The third recombinant plasmid, IgTNFRd encodes for the extracellular region of the rat TNF receptor II merged to the CH2 and CH3 regions of the constant region of rat immunoglobulin G1 including the hinge region. The hinge region is responsible for antibody dimerization by disulfure bond. The safe and FDA (food and drugs administration) approved eukaryote plasmid, pVax was selected as expressing vector of the three transgenes. The recombinant plasmids are complexed with the polymeric carrier chitosan to form chitosan-based nanoparticles that protect plasmid DNA against digestion by nucleases until their delivery to the cytosol. The formulation of chitosan 92-10-5 (degree of deacetylation- molecular weight- ratio nitrogen: phosphate) was used to complex recombinant pDNA to form nanoparticles. These nanoparticles were characterized using techniques of electron microscope (ESEM) and dynamic light scattering (DLS). These two techniques showed nanoparticles with spherical and cylindrical shapes with an average diameter of 95 nm and a zeta potential of 30 mV. During this research project, we have clearly demonstrated the capacity of chitosan to protect the plasmid DNA against nuclease digestion at supraphysiological concentrations with the detection of transgene-specific mRNA specific transgene in HEK293 and CHO transfected cell lines.


identifier: El Mourid, A. (2014). Mechanical Behavior of a Triaxially Braided Textile Composite at High Temperature  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'utilisation de composites à matrice polymère (CMP) dans l'industrie aéronautique est aujourd'hui une réalité incontournable, tel qu'illustré par les matériaux utilisés dans le Boeing 787 ou le C-series de Bombardier. Ces matériaux, qui possèdent un rapport de rigidité/masse avantageux ainsi qu'une grande flexibilité de propriétés, représentent d'excellents candidats pour des applications de haute performance. En particulier, les composites textiles offrent une grande diversité mécanique résultant du choix de matériau pour les fibres et la matrice, ainsi que de l'agencement de l'architecture textile. Cependant, les CMP sont habituellement restreints à des applications à température ambiante, à cause des faibles propriétés mécaniques de la matrice à haute température.  Le développement de matrices polymère possédant une meilleure résistance à la température crée de nouvelles opportunités pour les CMP, notamment pour les moteurs d'avions. Cependant, le comportement mécanique de la matrice varie en fonction de la température et du temps. De ce fait, les CMP peuvent exhiber un comportement viscoélastique à haute température et être sujets au vieillissement physique et chimique en présence d'un environnement oxydant. Les interactions entre le comportement de la matrice et l'architecture du composite textile doivent être analysés avant de concevoir des pièces avec ces matériaux.  L'objectif principal de cette thèse était de comprendre l'influence de la température, de la viscoélasticité et du vieillissement sur les propriétés mécaniques d'un composite textile tressé. Le matériau étudié est un composite tressé carbone/MVK10 dont les torons sont orientés à 0°/±60°. La première étape consistait à développer un cadre d'homogénéisation analytique et numérique afin de prédire le comportement viscoélastique de textiles tissés et tressés. Des simulations ont été réalisées pour plusieurs fractions volumiques et rapports de contraste, en utilisant le modèle numérique comme base de vérification pour les modèles analytiques. L'étude a démontré que le modèle Mori-Tanaka tenant compte de l'ondulation des torons était le plus approprié pour évaluer les propriétés de composites textiles viscoélastiques.  Lors de la deuxième étape, l'influence de la température sur l'endommagement du textile tressé carbone/MVK a été étudiée dans deux directions afin de tenir compte de l'anisotropie du matériau. Une série de tests de traction fut réalisée sur des échantillons de composite à température ambiante et à température de service. Une technique de réplication fut utilisée afin de surveiller l'évolution des fissures à la surface du matériau. Par la suite, la distribution des contraintes dans les torons a été évaluée à l'aide de modèles analytiques et numériques. Une nouvelle approche de maillage a été utilisée pour obtenir un Volume Élémentaire Représentatif de la structure. L'étude a permis de réaliser qu'à haute température, les propriétés élastiques transverses et de cisaillement des torons diminuent, engendrant une redistribution des contraintes au sein de l'architecture textile. Cette redistribution affecte les modes de rupture du composite ainsi que la progression de l'endommagement. L'étude a aussi montré le potentiel des modèles analytiques et numériques à expliquer les modes de ruptures au sein de l'architecture textile.  ABSTRACT: Polymer Matrix Composite Materials (PMCMs) have gained increasing attention from the aerospace industry over the past several years, as illustrated by their increased use in aircraft, like the Boeing Dreamliner or the Bombardier C-series. Their high strength to weight ratio, combined with the possibility to tailor their properties, provides great opportunities for the replacement of traditional materials, such as steel and aluminum.  Textile composites can yield a broad range of mechanical properties, depending on matrix and fibres properties, fibres orientation and distribution within the composite, and the yarns volume fraction. In particular, carbon fibres provide high tensile modulus and strength, when compared to other reinforcing fibres. The yarns interlacing provides additional impact resistance. However, the use of these materials is usually restricted to low temperature applications due to the matrix properties degradation with temperature.   The development of new temperature resilient polyimide matrices paved the way for new applications for PMCMs, especially in the gas turbine industry. In high temperature oxidative environments, the matrix properties degradation can significantly affect the composite's overall mechanical behaviour, even if the fibres can safely withstand much higher temperatures. Of particular interest are structural components exposed to temperatures of up to 300°C under permanent regimes. The literature has shown that PMCMs behaviour at elevated temperatures depends on the reinforcement specific architecture as well as the matrix' thermal stability. The work presented in this thesis aimed at understanding the influence of viscoelasticity, temperature and aging on the mechanical behaviour of a textile composite using experimental, analytical and numerical tools. The studied material was a triaxially braided composite with fibres in the 0°/±60° directions. The yarns were made of carbon fibres, embedded in an MVK10 temperature resistant polyimide matrix. The first step consisted in developing analytical and numerical frameworks to predict viscoelastic behaviour in textile composites. Simulations were performed for both braided and woven textile architectures, at different stiffness contrasts and yarns volume fractions. The analytical framework accuracy was verified with the help of the numerical simulations. An important finding of this study was that the analytical framework, combined with the Mori-Tanaka model, leads to relatively accurate predictions for both the permanent and transient parts. Therefore, the authors believe that the Mori-Tanaka model with an adjusted aspect ratio to take into account yarn curvature is reliable for predicting viscoelastic behaviour in textile composites. The textile composite that was studied in this project did not display viscoelastic behaviour, due to the high yarn volume fraction. However, the framework remains relevant for higher temperature applications or lower yarn volume fractions.  The second step was to investigate the temperature effect on the tensile behavior of the carbon/MVK10 triaxially braided composite material studied in this project. To achieve this goal, a series of room and high temperature tensile tests on both matrix and composite samples were performed.


identifier: Crochon, T. (2014). Modeling in the Viscoelastic Behavior of Polyimide Matrix at Elevated Temperature  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'utilisation de composites à matrice polymère (CMPs) s'est grandement répandue dans l'industrie du transport au cours des dernières décennies. Ces matériaux offrent un rapport rigidité/masse supérieur à celui des métaux et permettent d'alléger les véhicules et d'augmenter leur efficacité énergétique. Pour ces raisons, les principales compagnies aéronautiques et aérospatiales ont commencé à utiliser les CMPs dans des applications structurelles telles que les ailes, le fuselage et même les moteurs d'avion. L'utilisation des CMPs dans des applications telles que les moteurs d'avions nécessitent des matériaux capable de résister à des conditions d'utilisation extrêmes, entre autres des températures élevées, ainsi que des chargements mécaniques importants et un environnement oxydant. Dans de telles conditions, la matrice polymère est susceptible de posséder un comportement viscoélastique dépendant de son chargement et de la température. De plus, à proximité des moteurs, la combinaison des hautes températures et de l'environnement accélère les vieillissements physiques et chimiques. Tous ces paramètres doivent être pris en considération afin de pouvoir prédire le comportement du matériau tout au long de son utilisation. Le principal objectif de cette thèse était d'étudier le comportement viscoélastique d'une telle matrice et de développer une loi de comportement capable de tenir compte de tout type de conditions d'utilisation. Ce modèle devait ensuite être implémenté dans un logiciel commercial d'éléments finis tel que ABAQUS ou ANSYS.  Premièrement, le vieillissement chimique de la matrice à la température d'utilisation a été étudié. À cette fin, une analyse thermogravimétrique fut réalisée sur des échantillons de poudre dans une atmosphère d'air. Deux types de tests furent menés à bien : i) des tests cinétiques durant lesquels la poudre est chauffée à un rythme constant jusqu'à sa sublimation complète ; ii) des test isothermes durant lesquels les échantillons sont maintenus à une température unique pendant 24 heures. Le premier type de tests fut utilisé pour développer un modèle de dégradation reproduisant avec grande précision les résultats expérimentaux. La prédiction des résultats des essais isothermes a rencontré beaucoup moins de succès, en particulier pour les basses températures. À ces températures, une phase d'oxydation précède la phase de dégradation chimique. Or le modèle développé est incapable de représenter ce phénomène. D'autres essais de dégradation isothermes furent conduits sur des échantillons de traction plutôt que sur de la poudre. Ces tests furent menés à la température de service, pour des périodes de temps bien supérieures. Les masses, volumes et propriétés mécaniques furent mesurés après 1, 4, 9 et 17 mois. Les résultats ont montré qu'après 17 mois, la matrice avait perdue près de 5% de sa masse et jusqu'à 19%, 30% et 10% de son module d'Young, contrainte à la rupture et déformation à la rupture, respectivement. La seconde étape a consisté à étudier le comportement viscoélastique de la matrice dans diverses conditions d'utilisation afin de développer une loi de comportement. Cette loi fut développée à partir du travail accompli par Schapery en 1964, basé sur les principes de la Thermodynamique des Procédés Irréversibles. L'avantage principal des lois de comportement de type Schapery réside dans la prise en charge des effets des différents paramètres, tels que les contraintes, la température ou le vieillissement physique, par des fonctions nonlinéaires explicites. Des échantillons de traction du matériau furent testés à la température de service.  ABSTRACT: The use of Polymer Matrix Composite Materials (PMCMs) has steadily increased in the transport industry over the past few decades. These materials offer a higher stiffness/mass ratio than their metallic counterparts and therefore allow for a reduction in the mass of the vehicle, which leads to an increased energy efficiency. Leading aerospace and aeronautics companies progressively using PMCMs for structural applications, such as wings, fuselage and more recently, aircraft engines. Use of PMCMs in aircraft engines requires materials able to withstand extreme service conditions, such as elevated temperatures, high mechanical loadings and an oxidative environment. In such an environment, the polymer matrix is likely to exhibit a viscoelastic behaviour dependent on the mechanical loading and temperature. In addition, the combined effects of elevated temperature and the environment near the engines are likely to increase physical as well as chemical ageing. These various parameters need to be taken into consideration for the designer to be able to predict the material behaviour over the service life of the components.  The main objective of this thesis was to study the viscoelastic behaviour of a high temperature polyimide matrix and develop a constitutive theory able to predict the material behaviour for every of service condition. Then, the model had to have to be implemented into commercially available finite-element software such as ABAQUS or ANSYS. Firstly, chemical aging of the material at service temperature was studied. To that end, a thermogravimetric analysis of the matrix was conducted on powder samples in air atmosphere. Two kinds of tests were performed: i) kinetic tests in which powder samples were heated at a constant rate until complete sublimation; ii) isothermal tests in which the samples were maintained at a constant temperature for 24 hours. The first tests were used to develop a degradation model, leading to an excellent _t of the experimental data. Then, the model was used to predict the isothermal data but which much less success, particularly for the lowest temperatures. At those temperatures, the chemical degradation was preceded by an oxidation phase which the model was not designed to predict. Other isothermal degradation tests were also performed on tensile tests samples instead of powders. Those tests were conducted at service temperature for a much longer period of time. The samples masses, volume and tensile properties were recorded after 1, 4, 9 and 17 months. The results of those tests showed that after 17 months, the matrix lost about 5% of its mass and volume and as much as 19%, 30% and 10% of its Young's modulus, stress and strain at break, respectively. The second step consisted in studying the viscoelastic behaviour of the matrix under various conditions and develop a constitutive theory to model its mechanical behaviour. That theory was developed using the framework laid out by Schapery in 1964, using the Thermodynamics of Irreversible Processes. The main advantage of Schapery-type constitutive theories is that the effects of various parameters such as stresses, temperature and physical ageing can be taken into account by using user-defined explicit nonlinearizing functions. Tensile samples of the material were tested at service temperature using strain gages rosettes in order to study the matrix 3D behaviour. It was found that the Poisson's ratio was time-independent, meaning that its retardation times spectrum was the same as the compliance function.


identifier: Huber, M. (2014). Étude des paramètres IRM comme biomarqueurs de la scoliose idiopathique de l'adolescence  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La progression de la scoliose idiopathique chez l'adolescent connait une période d'accélération au moment de la croissance osseuse, cette dernière s'accompagnant d'un chargement asymétrique sur les éléments de la colonne vertébrale à savoir les vertèbres et les disques intervertébraux. Si la scoliose et son évolution sont étudiées depuis maintenant plus d'un siècle, une question reste en suspens : pourquoi la scoliose progresse-t-elle chez certains enfants alors que pour d'autres, la scoliose stoppe sa progression voire se corrige elle-même ? L'étude des disques intervertébraux par l'imagerie par résonance magnétique multiparamétrique semble être une voie prometteuse. En effet, l'IRM présente l'avantage d'être non invasive et les paramètres IRM qui en résultent sont sensibles aux changements des propriétés mécaniques et biochimiques internes aux disques intervertébraux. Nous supposons que les paramètres IRM sont des biomarqueurs de la scoliose idiopathique de l'adolescence. Nos objectifs spécifiques sont la mesure in vivo des paramètres IRM d'enfants porteurs d'une scoliose idiopathique de l'adolescence et l'étude de ces paramètres IRM comme biomarqueurs de la scoliose et de sa sévérité. Pour ce faire, 11 patients porteurs d'une scoliose idiopathique de l'adolescence qui ont donné leur consentement ont été inclus dans notre protocole d'IRM multiparamétrique accepté par le comité d'éthique de notre institution. Il s'agissait de 2 garçons et 9 filles, 1patient avait un grade de Risser de 0, 7 avaient un grade de Risser de 4 et 3 en avaient un de 5, 6 patients avaient un angle de Cobb inférieur à 30° et 5 en avaient un supérieur à 40. Toutes les acquisitions sont réalisées sur un IRM 3T Whole-body Philips Achieva X-Series. Les acquisitions des coupes sagittales pondérées selon T1ρ, T2, MTR et la diffusion sont réalisées en 45 minutes. Les cartographies de T1ρ, T2, MTR, FA et MD sont estimées, une pour chaque disque. Les analyses statistiques ont été effectuées sur les moyennes d'une zone d'intérêt circulaire de 4 mm de diamètre au centre du nucleus pulposus. Le nucleus est choisi puisqu'il est la partie où la dégénération est la plus visible. Pour chaque patient, deux zones sont définies : la zone apicale se situant entre les vertèbres limites de la scoliose et la zone contrôle qui contient les disques en dehors de la  ABSTRACT: During skeletal growth, scoliosis progression is accelerated which implies asymmetrical loads on vertebrae and intervertebral discs. If scoliosis and its evolution have been studied for more than a century, a question stays unresolved: why does scoliosis progress in some people but either does not progress or spontaneously corrects itself in others? The study of intervertebral discs via multi-parametric MRI seems to be an encouraging approach. Indeed, MRI is non invasive and MRI parameters are sensitive to changes of mechanical and biochemical properties of intervertebral discs. We hypothesize MRI parameters are biomarkers of adolescent idiopathic scoliosis. Our specific objectives are to measure in vivo MRI parameters of young people with adolescent idiopathic scoliosis (AIS) and to study these MRI parameters as biomarkers of the scoliosis and its severity. Eleven patients with AIS who gave their informed consent were included in our multiparametric MRI protocol accepted by the ethic committee of our institution. The group was made up of 2 boys and 9 girls, 1 patient had a Risser grade of 0, 7 had a Risser grade of 4 and 3 had a Risser grade of 5, 6 patients had a Cobb angle less than 30° ad 5 had one more than 40°. All the acquisitions were realized on a 3T MRI Whole-body Philips Achieva X-Series. The acquisitions of sagittal plans weighted according to T1ρ, T2, MTR and diffusion were performed in 45 minutes. Mappings of T1ρ, T2, MTR, FA and MD were estimated. A region of interest of 4-mm-diameter circle located at the center of the intervertebral disc was chosen for each disc. Statistical analyses were made with means of these regions of interest. The nucleus was segmented because it is the part of the disc where the degeneration is the most visible. For each patient, 2 areas were defined: the apical zone between end vertebrae and the control zone that was composed of discs outside the scoliotic curve. ANOVAs were performed according to the Risser grades, apical or control zone, Cobb angles and Pfirrmann grades. Moreover, agglomerative hierarchical clustering was proposed to study the classification of discs according to their localization in the spine (apical zone versus control zone) and according to the Cobb angle (low Cobb angle vs. High Cobb angle).


identifier: Ndong, M. (2014). Évaluation des facteurs associés à l'occurrence des cyanobactéries à la prise d'eau et modélisation de leur distribution spatio-temporelle  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La gestion des ressources en eau est un défi majeur compte tenu des menaces sur la qualité de l'eau. En effet, les cyanobactéries (CB) communément appelées algues bleu-vert prolifèrent fortement dans beaucoup de plans d'eau utilisés pour l'alimentation en eau potable. La gravité de ce phénomène, appelé «fleur d'eau», réside dans le fait que certaines espèces de cyanobactéries produisent des toxines qui peuvent traverser toutes les barrières du traitement conventionnel de l'eau (filtration, coagulation-floculation, sédimentation, désinfection). Plusieurs équipes de recherche à travers le monde travaillent sur cette question des «fleurs d'eau» afin de mieux comprendre ce phénomène en apportant des éléments explicatifs sur les principales causes. Cependant, la non-linéarité des facteurs impliqués (vent, température de l'eau, lumière, nutriments) ne facilite pas l'analyse des données recueillies afin de pouvoir :1) évaluer le risque d'occurrence associé à ces facteurs à une prise d'eau et 2) comprendre le rôle et l'interaction des différents mécanismes impliqués tels que l'advection et la flottabilité des cyanobactéries. L'advection dans un lac est souvent due au mouvement de l'eau induit par les effets des contraintes de vent à la surface du plan d'eau. La flottabilité des cyanobactéries est le résultat de leur changement de densité suite aux vésicules de gaz dont elles disposent et à la variation de leur contenu en glucides. C'est ainsi que cette étude a été entreprise à la suite des deux constatations relevées ci-dessus.  ABSTRACT: Cyanobacteria or blue green algae are a concern for water resources management as a result of their occurrence in many drinking water sources. Many cyanobacterial (CB) species produce toxins that can break through the conventional water treatment processes unmodified. Many studies have been conducted to understand the main causes leading to the phenomenon of CB blooms. However, the non-linearity of the controlling factors (wind, water temperature, light, nutrients) combined with the importance of the geographic position of the drinking water intake do not facilitate the analysis of data. Among the challenges are1) to estimate the risk that CB occurs at drinking water intake and 2) to understand the interactions between the physics and biology among transport mechanisms such as advection and CB buoyancy. Advection in a lake is often the transport induced by water movement under wind stress effects. CB buoyancy is the result of their change of density, due to variation in the content of aerotopes (gas vesicles) and denser-than-water carbohydrate storage products.


identifier: Conti, J. (2014). Ajustement d'affichage stéréoscopique par évaluation du point de regard 3D dans un environnement virtuel  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce projet de recherche se déroule au sein d'une voûte immersive de réalité virtuelle. Un tel environnement plonge l'observateur au cœur d'un monde généré par ordinateur et projeté sur 4 faces d'un cube d'environ 3 m de côté au milieu duquel il se tient. Néanmoins, l'affichage stéréoscopique provoque généralement de l'inconfort oculaire, voire de la fatigue visuelle. Le but poursuivi était d'améliorer l'expérience immersive en tâchant de diminuer la gêne visuelle ressentie, tout en rendant le monde plus réaliste et en renforçant le sentiment de présence.  L'objectif fut donc défini de la manière suivante : concevoir et évaluer une méthode d'ajustement des paramètres de configuration du système de caméras, afin de trouver des valeurs optimales et vraisemblablement personnalisées pour chaque individu. Nos hypothèses soutenaient qu'ajuster ces valeurs en fonction de la position du point de regard permettrait de rendre la configuration plus performante. Des lunettes intégrant des caméras dirigées vers les yeux ont été utilisées comme système de suivi oculaire afin de calculer en temps réel le point de regard de l'observateur dans la scène. Cette donnée a ensuite servi à ajuster deux paramètres de la configuration du système de caméras : la distance séparant les deux caméras virtuelles utilisées pour obtenir le rendu stéréoscopique de la scène, et une profondeur de champ artificielle générée autour du point de regard. La connaissance de la position de ce dernier, et plus particulièrement des objets qui ont retenu l'attention de l'individu, fournit également des indices sur le traitement cognitif de l'information visuelle, c'est-à-dire la manière dont il a perçu et inspecté la scène.  La première étape méthodologique a consisté à développer les outils qui permettent d'intégrer le système de suivi oculaire à la voûte de réalité virtuelle de l'Institut Philippe-Pinel de Montréal, de déterminer le point de regard grâce à une méthode de raycasting couplée à une procédure de calibration, et enfin de modifier les paramètres de la configuration en fonction.   Subséquemment, une expérimentation a été conduite auprès de participants pour évaluer notre proposition par comparaison avec cinq autres configurations plus neutres ou classiques, intégrant un aspect éthique au projet. Les 6 configurations testées se différencient par la présence ou non d'un flou de profondeur de champ et la valeur de la distance inter-caméras (DIC) : fixe et choisie par le participant, fixe et correspondant à sa distance interpupillaire anatomique (DIP) ou variable en fonction de la position du point de regard. En dehors des méthodes de comparaison courantes répertoriées au cours de la revue de littérature, nous avons cherché une technique qui fournirait une vraie indication sur le comportement oculaire de l'observateur au cours d'une séance d'immersion. Pour cela, nous avons mis au point un test basé sur la reproduction d'une scène réelle en virtuel.   Les 18 participants ont été recrutés sur la base du volontariat. Afin de limiter les risques de fatigue visuelle au cours de l'immersion, ceux-ci devaient être accoutumés à la réalité virtuelle et la stéréoscopie, c'est-à-dire avoir déjà joué à des jeux vidéos et assisté à des projections de films en 3D sans gêne. Ces participants ont dû effectuer différentes tâches, chacune associée à un objectif. Tout d'abord, ils devaient naviguer dans un environnement virtuel riche – un appartement comportant de nombreux objets – successivement avec les différentes configurations, et noter chacune selon le confort ressenti, le réalisme du rendu, le plaisir de navigation, la perception des distances et des profondeurs, et enfin le sentiment de présence dans le monde virtuel. Ils durent par la suite déterminer leurs limites de fusion en approchant ou reculant un objet virtuel. Celles-ci constituent une comparaison objective d'efficacité du rendu entre les différentes configurations, la diplopie générée par des difficultés de fusion des images stéréoscopiques étant l'une des sources principales d'inconfort. Finalement, les participants devaient suivre les déplacements d'un robot à la fois dans une scène réelle et dans sa reproduction la plus fidèle possible en virtuel. Les angles de vergence oculaire et les écarts angulaires à une cible disposée sur le robot constituent les indices de comparaison. La différence de variations de ces angles entre cas virtuels et réel permet de déterminer avec quelle configuration la position de l'objet, en particulier en profondeur, est rendue de la façon la plus réaliste.   Les analyses statistiques et quantitatives réalisées sur les résultats de cette expérimentation permettent de mettre en lumière les effets des paramètres testés. Concernant la distance inter-caméras, il apparaît tout d'abord qu'une DIC variable ou correspondant à la DIP est significativement plus performante que la DIC fixe en ce qui concerne les limites de fusion stéréoscopique atteintes et la correspondance des mouvements oculaires entre réel et virtuel. La distance interpupillaire anatomique conduit quant à elle à des notations subjectives plus élevées, bien que la différence avec les autres valeurs pour ce paramètre ne soit pas significative. Enfin, notre proposition de DIC variable en fonction du point de regard conduit à des comportements oculaires plus réalistes en considérant le nombre de participants ayant obtenu le résultat le plus proche du réel avec cette valeur de paramètre. C'est en revanche la DIP qui obtient les meilleures moyennes pour ce test.  En ce qui concerne le flou de profondeur de champ, les analyses révèlent que sa présence n'impacte pas significativement la capacité de fusion ou la similitude de comportement oculaire entre réel et virtuel. Elle s'est en revanche révélée significativement négative pour les notes attribuées dans le critère subjectif de perception des distances et des profondeurs, et a également influé sur l'inspection visuelle en augmentant de manière significative la durée moyenne des fixations et saccades.  L'étude des résultats établit donc que nos propositions d'ajustement des paramètres n'ont pas amélioré significativement les performances du système de caméras et incite globalement à choisir une configuration dépourvue de flou et utilisant la distance interpupillaire anatomique. Cependant, si cette expérimentation n'a pas permis de valider nos hypothèses, elle ne les a pas non plus infirmées car certaines limitations techniques rencontrées ont plus que probablement eu une influence négative. En effet, des problèmes d'affichage intervenus en cours d'expérimentation ainsi qu'un faible nombre d'images générées par seconde, notamment en présence de flou de profondeur de champ, ont selon nous introduit des biais et conduit à des résultats qui ne sont pas imputables aux seules configurations. Nous suggérons en particulier de résoudre ces problèmes et de s'assurer, en le mesurant, que le temps de latence de mise à jour de l'affichage en fonction du point de regard n'est pas gênant pour le participant. Une seconde expérimentation permettra alors plus sûrement de conclure quant au potentiel des ajustements testés au cours de ce projet.  Cette recherche a dans un premier temps consisté à intégrer un système de suivi oculaire à la voûte de réalité virtuelle de l'Institut Philippe-Pinel de Montréal. Les applications à court terme comprennent donc la possibilité pour les cliniciens de cet institut de connaître en temps réel le point de regard de l'observateur, et ainsi l'objet de son attention, avec une bonne précision. Grâce à la procédure de calibration mise en place, la mesure d'imprécision fut réduite à 2,65 cm au cours des tests préliminaires et à 6,47 cm en moyenne sur l'ensemble des participants pour des cibles situées à 2 m, soit 0,76° et 1,85° d'angle visuel. Les outils d'analyse des résultats développés, extrayant des données statistiques ou des représentations graphiques du signal visuel, leur serviront également au moment de l'interprétation des comportements oculaires en matière d'attention.  Dans un second temps, nous avons conçu au cours de ce projet un cadre méthodologique novateur de comparaison des configurations stéréoscopiques. En effet, notre test utilisant la reproduction virtuelle d'une scène réelle et l'étude des mouvements de vergence pourra être employé dans d'autres recherches afin de mesurer efficacement la performance du rendu de la géométrie – positions, profondeurs, distances relatives et tailles – d'un environnement réel. Une seconde expérimentation réalisée après avoir effectué certaines corrections au niveau de l'installation de la voûte et de l'implémentation pourrait également révéler le potentiel réel de nos propositions d'ajustement.   Enfin, il est important de noter que dans le contexte d'application de la réalité virtuelle à la psychiatrie légale, toute amélioration de la configuration du système de caméras ou du système d'affichage permet d'augmenter ses potentiels de diagnostic et de traitement, en renforçant le sentiment de présence des patients et en rapprochant les comportements exprimés au sein de la voûte de ceux dont ils feraient preuve dans le monde réel. L'intérêt est alors de valider l'utilisation d'environnements et d'avatars virtuels en lieu et place de personnes réelles, ce qui offre la possibilité de mettre en scène des situations davantage personnalisées, contrôlées et éthiquement acceptables. En mettant en lumière la configuration qui parmi les 6 testées et dans l'installation actuelle de la voûte est la plus confortable, la plus immersive et conduit en moyenne à un comportement oculaire plus naturel, notre projet permet aux cliniciens d'exploiter davantage les capacités de la réalité virtuelle.  ABSTRACT: This research project concerned a computer assisted virtual environment (CAVE). Such an environment makes the viewer dive into a computer-generated world, projected onto 4 faces of a room-sized cube in the middle of which he stands. Nevertheless, stereoscopic display often generates visual discomfort, or even visual fatigue. Our goal is to improve the immersive experience by trying to lower this visual discomfort, while making the world more realistic and improving the feeling of presence.   The objective was thus defined as follows: design and evaluate an adjustment method for the configuration settings of the cameras system, so as to find the optimal and customized values for each individual. Our assumptions stated that adjusting these values according to the gaze point position would lead to a more efficient configuration. Glasses with cameras pointing towards the eyes were used as an eye tracking system so as to calculate in real time the viewer's gaze point in the scene. This information was then used to adjust two parameters of the cameras system configuration: the distance between the two virtual cameras used for stereoscopic rendering of the scene, and an artificial depth of field generated around the gaze point. The position of the latter, and more particularly the objects that have caught the viewer's attention, also provide clues about the cognitive processing of visual information, i.e. how he perceived and inspected the scene.  The first methodological step was to develop tools in order to integrate the gaze tracking system to the CAVE of the Philippe-Pinel Institute of Montreal, to determine the gaze point through a method of raycasting coupled to a calibration procedure, and finally to change the configuration settings accordingly.  Subsequently, an experiment was conducted with participants to evaluate our proposal in comparison with five other more neutral and classic configurations, incorporating an ethical dimension to the project. The 6 tested configurations differ in the presence or absence of depth of field blur and the value of the inter-camera distance (ICD): fixed and chosen by the participant, fixed and equal to its anatomical interpupillary distance (IPD), or variable depending on the gaze point. Apart from the common comparison methods listed in the literature review, we sought a technique that would provide a true indication of the viewer's ocular behavior during an immersion session. To this aim, we developed a test based on the virtual reproduction of a real scene.   The 18 participants were recruited on a voluntary basis. To reduce the risk of eye strain during the immersion, they had to be familiar with virtual reality and stereoscopic displays, i.e. having played video games and watched 3D movies without experiencing visual discomfort. These participants were asked to perform different tasks, each associated with a goal. First, they had to navigate through a rich virtual environment – an apartment with many objects – successively with each configuration, and give it a rating depending on the felt comfort, rendering realism, fun, distances and depths perception, and finally the feeling of presence in the virtual world. Then, they had to determine their limits of fusion by moving a virtual object closer or further. These provide an objective comparison of rendering effectiveness between the different configurations, the diplopia generated by difficulties to merge stereoscopic images being one of the main sources of visual discomfort.  Finally, participants were asked to visually follow a robot in both a real scene and its as accurate as possible virtual reproduction. The angles of ocular vergence and deviations from a target located on top of the robot were used as comparison measures. The difference of angles variations between real and virtual helps determine the configuration with which the position of the object, especially the depth, is rendered in the most realistic way.  We carried out statistics and quantitative analysis on the experiment results in order to highlight the effects of the tested parameters. Concerning the inter-camera distance, it first appears that a variable ICD or one corresponding to the IPD is significantly more efficient than the fixed ICD, regarding the limits of stereoscopic fusion and the correspondence between eye movements in real and virtual. Moreover, the anatomical interpupillary distance leads to higher subjective ratings, although the difference with the other values for this parameter is not significant. Finally, our proposal of variable ICD depending on the gaze point leads to more realistic eye behavior when taking into account the number of participants who obtained the result closest to the real scene with this value of parameter. It is instead the IPD who achieves the best average for this test.  The presence of depth of field has meanwhile appeared to have no significant impact on the ability to merge stereoscopic images, or on the similarity between ocular behavior in real and virtual. However, it revealed to impact significantly negatively the scores given in the subjective criteria of distances and depths perception, and also influenced visual inspection by significantly increasing the average duration of the fixations and saccades.  Our results established that our proposals for adjusting parameters did not significantly improve the performance of the cameras system and encourages overall to select a configuration without blur and using anatomical interpupillary distance. However, if this experiment failed to prove our assumptions, it did not invalidate them because of technical limitations which had more than likely a negative influence. Indeed, display problems that occurred during the experiment as well as a small number of frames generated per second, especially in the presence of depth of field blur, may have introduced bias and led to results that can not be attributed solely to the configuration. We suggest in particular to solve these problems and to ensure, by measuring it, that the lag in updating the display based on the gaze point is not annoying for the participant. A second experiment will then be necessary before drawing a final conclusion on the tested adjustments potential.  The first step of this research consisted in integrating an eye tracking system to the Philippe-Pinel Institute of Montreal CAVE. The short term applications therefore include the ability for the clinicians of this institute to know in real time the observer gaze point, and thus the object of his attention, with good accuracy. Thanks to our calibration procedure, measured inaccuracy was reduced to 2.65 cm over the preliminary tests and to 6.47 cm on average across all participants for targets at 2 m, i.e. 0.76° and 1.85° of visual angle. The results analysis tools developed, that extract statistical data or graphical representations from the visual signal, will also be of use to them when interpreting eye behavior in terms of attention.  In a second step, we provide an innovative framework for comparing stereoscopic configurations. Indeed, our test using a virtual reproduction of a real scene and the study of vergence movements can be used in further research to effectively measure the performance of rendering the geometry – positions, depths, relative distances and sizes – of a real environment. A second experiment performed after making some corrections in the CAVE installation and in the implementation could also reveal the true potential of the adjustments we proposed.  Finally, it is important to note that in the context of virtual reality application in forensic psychiatry, any improvement in the cameras configuration system or display system increases its diagnostic and treatment potentials, by enhancing the patients' feeling of presence and by bringing the behaviors expressed in the CAVE closer to the ones they would show in the real world. The interest is then to validate the use of virtual environments and avatars instead of real people, making possible to stage more specific, controlled and ethically acceptable situations. By highlighting the configuration among the 6 tested which is, in the current CAVE installation, the most comfortable, most immersive and which leads on average to more natural ocular movements, our project enables clinicians to further exploit the virtual reality potency.


identifier: Wu, J. (2014). Theoretical and Experimental Investigation of Thermo-Tunable MIS Coplanar Slow-Wave Structure Based on Vanadium Dioxide Phase Transition  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Actuellement, les circuits de taille réduite sont devenus de plus en plus importants dans les systèmes de communication en plus du faible coût potentiel et une grande portabilité. Afin de réduire la taille des composants passifs qui prennent généralement beaucoup d'espace dans les circuits, les structures MIS multicouches qui se composent de métal, de semi-conducteurs et des couches isolantes peuvent être utilisés. Si la couche de semi-conducteurs dans les structures MIS est substituée par certains types de matériau intelligent dont la permittivité ou la conductivité peut être réglé par voie thermique, optique ou électrique, nous pouvons concevoir de nouveaux types de composants à micro-ondes variables, tels que la ligne de délai, les déphaseurs, ou les filtres accordables. Parmi tous les matériaux intelligents attrayants sont ceux qui montrent la transition de phase comme transition semiconducteur-métal (SMT). Dioxyde de vanadium (VO2) a reçu une attention particulière en raison de sa faible dimension, faible température de transition et une haute résistance de changement de rapport. Basées sur les techniques et les discussions ci-dessus, les structures thermo-accordables coplanaires à ondes lentes à base de transition de phase sont présentées dans cette thèse. Premièrement, un modèle de circuit équivalent unifié est proposé pour la structure coplanaire MIS à ondes lentes, y compris le MISCPW à couche mince, à couche mince de taille micrométrique et à couche épaisse de taille micrométrique. Le modèle proposé néglige certains phénomènes électromagnétiques sans importance basé sur la structure très simplifiée comme; ce modèle permet d'éviter la complexité de calcul  ce qui concerne solutions à onde électromagnétique et de calculer le paramètre caractéristique de ces lignes de transmission avec une précision acceptable. En comparons avec les techniques de modélisation trouvée dans la littérature on remarque l'efficacité de la technique de modélisation que nous avons proposée.  ABSTRACT: A thermo-tunable metal-insulator-semiconductor coplanar slow-wave structure (MIS-CSWS) based on vanadium dioxide (VO2) phase transition is presented. A closed-form quasi-TEM model is proposed to calculate the structural and material dependent characteristic parameters of the MIS-CSWS with quite acceptable accuracy. The broadband dielectric constant and conductivity of the deposited VO2 thin film versus temperature is experimentally extracted. Two different measurement techniques are used for the characterization of VO2 thin film at semiconductor phase and metal phase, respectively. The designed thermo-tunable MIS coplanar slow-wave structure shows a dramatic increase in slow-wave factor when the temperature increases over the transition temperature of the VO2 thin film. A continuous increase in Q factor is also observed when the temperature increases.