209 - Techniques, mesures et systèmes

Le projet s’intéresse à l’étude et la compréhension des dunes sous-marines présentes sur le fond marin du Saint-Laurent. La compréhension des dunes et de leur détection contribuent directement à la sécurisation des voies navigables. De plus, la compréhension de ces dunes est associée à d’autres enjeux tels que: l’apport sédimentaire du Fleuve, la manutention des chenaux de navigation par le dragage, ou bien encore l’élaboration de modèles de simulation servant à établir des risques d’inondation des zones côtières. L’objectif du projet est d’identifier et de classifier les dunes à partir des surfaces numériques représentant le fond marin, tout en considérant la qualité des données utilisées pour leur génération. La nouvelle approche d’identification proposée est innovante. Elle s’appuie sur une démarche orientée objet qui considère la dune comme une entité en soi, contrairement aux méthodes conventionnelles qui extraient les dunes en utilisant des mesures géométriques dissociées de leur représentation surfacique, ce qui limite l’analyse morphologique subséquente des dunes. À partir des dunes identifiées, le projet vise à proposer une classification adaptée au contexte fluviomarin de la Traverse Nord. Les classifications des dunes sont peu nombreuses et elles ont été proposées seulement en contexte marin ou fluvial, sans considérer les particularités d’une zone dynamique. Ce projet vise donc à introduire une nouvelle typologie de classes de dunes adaptée au Saint-Laurent.

La détection des anomalies dans les réseaux et une tâche aussi complexe que ses applications sont variées : identification de spammers et de bots, fraudes (bancaires, fiscales, à l'assurance, etc), ou encore cyber-sécurité. La complexité de ces problèmes provient de plusieurs facteurs, le premier étant que les anomalies sont par définition rares et donc difficiles à détecter et à appréhender. Un second facteur qui rend ces problèmes particulierement difficiles est le caractère co-dépendant des éléments d'un réseau; en effet, la définition de ce qu'est une "anomalie" ne se résume pas seulement aux attributs d'un unique élément, mais à leurs manières d'interagir entre eux au sein du réseau.

Pour faire face à ce problème, nous avons développé deux méthodes d'apprentissage profond capables de détecter les anomalies d'un réseau. Ces méthodes commencent par analyser tous les éléments du réseau, incluant leurs relations et leurs attributs, et utilisent ces informations pour créer une "prévision" des attributs de chaque élément. Ces attributs "prévus" peuvent ensuite être comparés aux attributs réels et permettent d'identifier les anomalies du réseau, définies comme étant les éléments dont les prévisions sont les moins corrélées à la réalité.

Nos résultats finaux sur ces modèles montrent qu'ils surpassent les méthodes existantes et annoncent des dévelopements prometteurs dans le domaine de l'apprentissage profond des réseaux.

Un biocapteur à effet de champ novateur a récemment été développé pour mesurer la cinétique de protéines et d’acides nucléiques, en mode molécule unique, sur des échelles de temps étendues, ce qui est difficile à faire avec les dispositifs actuels. Ses avantages distinctifs émergent du nanomatériau en son cœur, soit un nanotube de carbone sur lequel on vient greffer la biomolécule d’intérêt. En effet, l’expérience montre que le courant électrique traversant le nanotube est directement influencé par les variations du potentiel électrostatique à sa surface lorsque l’état de la biomolécule change. Les mécanismes moléculaires en jeu ne sont cependant pas complètement bien cernés.

Nous avons donc effectué des simulations sur deux systèmes biomoléculaires typiques, soit une protéine (ici, le lysozyme) et un acide nucléique (ici, un 10-nt d’ADN), liés à un nanotube de carbone, tel que précédemment fait en laboratoire avec le biocapteur. Nos dynamiques moléculaires lèvent le voile sur : (1) les interactions en jeu entre la biomolécule et le nanotube et (2) sur la dépendance du potentiel électrostatique à la surface du nanotube envers la structure de la biomolécule. Dans le cas du lysozyme, ces résultats permettent de bien expliquer les variations de courant électrique observées expérimentalement. Dans le cas du 10-nt d’ADN, nous observons des particularités qui soulèvent des questions intéressantes sur les mécanismes réellement en jeu en cœur de ce biocapteur.

Les plasmas, générés en fournissant de l’énergie électrique à un gaz, sont aujourd’hui au cœur des nouveaux développements industriels éco-responsables. La possibilité de les opérer à pression atmosphérique est particulièrement propice au traitement industriel, par exemple pour les polymères. Cependant les mécanismes régissant ces technologies plasma et notamment les interactions avec le substrat demeurent mal comprises. Dans ce contexte, ce projet vise à caractériser un plasma utilisé pour la modification de surface de fluoropolymères, tout en améliorant ou en développant des méthodes de diagnostics afin d’améliorer la compréhension de ces procédés.

L’analyse électrique constitue le moyen de diagnostic le plus simple et rapide du plasma. Elle permet, entre autres, de mesurer la puissance fournie au gaz en utilisant des figures de Lissajous, qui correspondent à des courbes charge-tension. Le présent travail démontre la possibilité de suivre l’évolution de température du procédé à l’aide d’analyses électriques indirectes. En effet, un lien a été établi entre l’augmentation de la puissance mesurée sans décharge à faible tension et l’augmentation de température au cours du temps. L’utilisation d’un signal modulé permet de gérer les temps de décharges, et semble être le paramètre clef dans l’élévation de température.

Cette méthode innovante est très intéressante et prometteuse d’un point de vue industriel car elle permet un suivi de la température de manière non intrusive.

Le glioblastome multiforme (GBM) représente la forme de cancer du cerveau la plus agressive avec un taux de survie inférieur à 5% au-delà de 5 ans. La principale cause d’échec des traitements actuels est la migration des cellules cancéreuses de la tumeur vers le  tissu cérébral avoisinant. La stratégie proposée consiste à inverser la direction de la migration des cellules GBM, via un gradient de chimioattractant (CXCL12), vers une zone confinée (gliotrappe) dans laquelle elles peuvent être éliminées par radiothérapie localisée Cette gliotrappe combine un hydrogel poreux avec des nanoparticules (NPs)  chargées de CXCL12 dans le but de favoriser sa libération contrôlée. Pour optimiser la gliotrappe, il est nécessaire de développer un modèle in vitro qui prend en compte le flux de liquide cérébral, un facteur pouvant influencer de manière significative la libération du CXCL12 en fonction de l’emplacement de la tumeur. Dans le cadre de ce projet de recherche, un bioréacteur à perfusion mimant la dynamique de l'écoulement du flux du liquide cérébral interstitiel a été développé afin de valider et d’optimiser cette technologie innovante. Tout d’abord, les cinétiques de libération de CXCL12 à partir des différents constituants de la gliotrappe ont été caractérisées et modélisées mathématiquement en conditions statiques. L’effet de la perfusion à différents débits retrouvés dans le cerveau a ensuite été évaluée, permettant d’émettre des recommandations sur la technologie proposée.

 L’importance des poids de Mayer et de Ree-Hoover de graphes est dû au fait que le nième coefficient du développement du viriel est égal à la somme des poids de Mayer de tous les graphes 2-connexes sur l’ensemble des sommets {1, 2, …, n}, à constante multiplicative près. Ces poids sont des invariants de graphes définis par des intégrales multidimensionnelles très difficiles à calculer de façon exacte et généralement seulement approximées par des méthodes numériques par les physiciens. Contrairement aux physiciens, je m’intéresse surtout à l’étude et au calcul exact de ces poids de graphe individuels (plutôt qu’à l’approximation de leur poids totaux comme le font généralement les physiciens). Pour cela, j’ai établi un nouveau théorème (avec des nouvelles conditions) garantissant la nullité du poids de Ree-Hoover de certains graphes, facilitant ainsi le calcul de leurs poids de Mayer. 

Objectifs spécifiques: Compléter le dénombrement des familles de graphes 2-connexes qui apparaissent dans la théorie de Mayer. 

Objectifs généraux: Développer des outils mathématiques essentiels pour résoudre des problèmes de nature combinatoire issus de la mécanique statistique, de la chimie organique, et de l’économie et des finances.  Les outils mathématiques que je présente auront un renforcement aussi bien en combinatoire que dans les autres domaines d'applications.

Méthodologie:  Recherche bibliographiques, contacts avec d'autres chercheurs, conférences, rédaction d'articles. 

La radiothérapie à très haut débit de dose est une modalité émergente de traitement du cancer qui permet de protéger davantage les tissus sains lors des traitements, tout en permettant d’administrer une dose très élevée aux cellules cancéreuses en moins d’une seconde. L’instrumentation permettant de mesurer les doses de radiation pour ce type de modalité doit fournir des mesures précises afin d’assurer la justesse des traitements. Les dosimètres à scintillation, qui sont composés de fibre optique émettant de la lumière lorsqu’irradiée, permettent des mesures simples, précises et en temps réel. L’objectif de ce projet est d’étudier les dommages causés par la radiation à très haut débit de dose sur les fibres optiques utilisées dans ces dosimètres.

Quatre différents échantillons de fibre optique de 1,5 cm de longueur ont été irradiés au PTB, en Allemagne, sous un faisceau possédant un très haut débit de dose de radiation, pour des doses environ 1000 fois plus grandes que celles d’un traitement conventionnel. Suite à ces irradiations, l’efficacité de transmission et de scintillation des fibres optiques est mesurée avant et après l’irradiation. Les résultats obtenus montrent une baisse de l’efficacité de scintillation allant jusqu’à 50%, mais ne semble pas affecter la transmission de la lumière dans ces fibres au-delà des incertitudes de mesures. Cette caractérisation permet de planifier la conception d’une nouvelle génération de dosimètre utilisable à très haut débit de dose.