identifier: Kendirgi, Frédéric  (1995). Dissémination de l'expression du gène de la polyédrine du virus de la polyédrose cytoplasmique d'Euxoa scandens , dans le ver à soie (Bombyx mori), par deux types de baculovirus recombinants.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en virologie et immunologie, 198 p.

abstract:
Le signe caractérisant l'infection d'une cellule par un Virus des Polyédroses
Cytoplasmiques (VPC) est la formation de corps d'inclusion (polyèdres). La synthèse de ces
polyèdres n'a été démontrée que dans les cellules épithéliales intestinales de larves d'insectes
infectés. Mais il est difficile de circonscrire l'infection au VPC à cet organe en se basant uniquement
sur la présence de polyèdres. En effet, plusieurs études ont prouvé que la réplication
du génome viral peut avoir lieu sans l'expression de gène(s) de VPC. Il s'en dégage que
dans certaines conditions, l'agencement cristallin de la principale protéine virale (polyédrine)
à savoir celle responsable des polyèdres, n'est pas respectée. De ce fait, la cellule infectée ne
présente pas de polyèdres bien que le virus s'y réplique. Afin d'étudier le lien entre l'expression
et la cristallisation de la polyédrine, nous avons fait exprimer par deux types de baculovirus
recombinants le gène de la polyédrine d'un VPC. Grâce au tropisme des baculovirus,
nous sommes parvenus à exprimer in vivo la polyédrine du VPC d'Euxoa scandens. La
particularité de ce travail réside dans le fait que des tissus alors dépourvus de polyèdres lors
d'infection au VPC, contenaient à présent des corps d'inclusion de VPC. Dans un premier temps nous avons étudié l'expression simple du gène de la polyédrine
du VPC par un baculovirus recombinant Deuxièmement, nous avons analysé l'expression
simultanée du gène de la polyédrine d'un VPC avec la polyédrine du baculovirus
recombinant. Nos résultats ont démontré que l'expression du gène de la polyédrine du VPC
dans des tissus ne montrant pas de signes d'infection au VPC est possible. Celle-ci résulte
en la cristallisation de la protéine à la fois dans le cytoplasme et dans le noyau des cellules
infectées par les baculovirus recombinants. De plus, nous avons démontré que la présence
de corps d'inclusion de VPC dans une cellule infectée par un Virus de Polyédroses
Nucléaires (VPN), n'interfère ni avec la réplication de ce baculovirus et ni avec l'inclusion
des baculovirions dans leurs propres corps cristallins. Notre étude a aussi montré la possibilité de généraliser dans plusieurs tissus de larves, la formation de polyèdres de VPC.
Ces derniers se retrouvent à la fois dans le cytoplasme et dans le noyau des cellules infectées
par ces deux types de baculovirus recombinants. La présence de corps d'inclusion dans des
tissus auparavant dépourvus de polyèdres, devrait déboucher sur l'étude des répercussions
physiopathologiques de la co-cristallisation de polyédrines cypovirale et baculovirale.  Dans le cadre d'élaboration de VPN recombinants ayant un potentiel bio-insecticide accru,
nos résultats ont montré qu'il est possible d'obtenir un baculovirus avec un gène codant
un bio-insecticide ainsi qu'exprimant la polyédrine qui cristallise autour des virions recombinants.


identifier: Ouellet, Sylvie  (1994). Isolement et étude de la souche Phe-6 pseudomonas putida dégradant le phénanthrène  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maitrise en microbiologie appliquée, 161 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

abstract:
Certains symboles n'ont pas pu être reproduits. Pour le sommaire complet, veuillez consulter le document original. La technique de vaporisation sur milieu solide a été
effectuée afin de pouvoir énumérer et isoler des bactéries
provenant de la microflore indigène du sol de la sablière
Thouin pouvant potentiellement dégrader des HAPs. Neufs
souches ont ainsi été obtenues avec les HAPs acénaphthylène,
fluorène, phénanthrène et anthracène. L'activité de chacune
de ces souches envers leur HAP respectif a été testée en
milieu liquide et des pourcentages d'enlèvement significatifs pour au moins une souche ont été obtenus pour tous ces HAPs, sauf pour 1 1 anthracène. Des cultures d 1 enrichissement ont été effectuées avec les HAPs pour lesquels peu ou pas d'halos ont été observés sur milieu solide, soit pour l'anthracène, le pyrène, le chrysène, le benzanthracène et le benzopyrène. Des pourcentages d'enlèvement significatifs ont été obtenus pour
l'anthracène, le chrysène et le benzanthracène. Parmi les souches isolées en cul ture pure, la souche
Phe-6, identifiée comme étant un Pseudomonas putida, a été
sélectionnée pour ses capacités à enlever 52% du phénanthrène après 42 jours d'incubation dans le milieu de culture Bushnell-Haas supplémenté à 0,025% (p/v) de chacun des suppléments suivants: extrait de levures, protéase peptone et amidon. L'ajout de ces suppléments est essentiel pour obtenir un enlèvement significatif de HAP. L'ajout des suppléments extrait de levures et protéose peptone à une concentration de 0, 5% (p/v) en plus de 250J,J.L d'un mélange de vitamines au milieu de culture, a permis d'optimiser l' activité d'enlèvement du phénanthrène par la souche Phe-6. En effet, 81% d'enlèvement ont été obtenus après seulement 5 jours d'incubation. Le contrôle du pH du milieu de culture dans un écart variant de 7. 1 à 7. 4 s'est révélé être un paramètre important pour atteindre ce rendement. L'étude de la cinétique a démontré que la majorité de
l'enlèvement du phénanthrène survient dans la phase
stationnaire de croissance, soit entre la première et la
troisième journée d'incubation. De plus, les variations de pH ont été les plus grandes lors des trois premiers jours
d'incubation. Le principal intermédiaire obtenu lors de
l'enlèvement du phénanthrène par la souche Phe-6 a été l'acide l-hydroxy-2-naphthoïque. La souche Phe-6 s'est révélée apte à utiliser le fluorène en plus du phénanthrène. Dans les conditions de culture utilisées, cette souche n'a pas utilisé d'autres HAPs comme l'anthracène, le benzanthracène, le benzopyrène et des composés aliphatiques comme l'hexadécane et le tétradécane. La production de co2 marqué à partir de [9-14C]
phénanthrène a indiqué que la souche Phe-6 minéralise le
phénanthrène. L'inoculation de cette souche dans le sol d'un
microcosme a permis d'accélérer l'enlèvement du phénanthrène
dans ce sol comparativement au sol non inoculé.


identifier: La Boissière, Sylvie  (1995). Caractérisation moléculaire du gène codant la protéine majeure du tégument du virus de l'herpès bovin de type 1 et rôle immunobiologique de la protéine  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en virologie et immunologie, 236 p.

abstract:
 Le virus de l'herpès bovin de type 1 (BHV-1 ), l'agent étiologique de la
rhinotrachéite infectieuse bovine et de l'exanthème coïtai, est un important
pathogène des bovidés. La construction d'une carte physique du génome du
BHV-1 nous avait permis de localiser la séquence codante d'une protéine
abondante de 94 kDa dans le fragment Hind Ill M de 3,7 kpb du génome viral
(Annexe 1; Simard et al. 1990). Dans le but d'identifier les protéines virales
pouvant être impliquées dans la réponse immunitaire anti-BHV-1, nous avons
d'abord caractérisé le gène codant ce polypeptide de 94 kDa et nous l'avons
ensuite exprimé dans le virus de la vaccine (VV) afin d'évaluer, chez la souris,
les propriétés immunogéniques de la protéine. Ainsi, la séquence nucléotidique
complète du fragment Hind Ill M a été déterminée et trois cadres de lecture
ouverts, dont un complet et deux partiels, ont été identifiés. Le cadre de lecture
complet s'est avéré être le gène codant la VP8, la protéine majeure du tégument
du BHV-1 (Carpenter et Misra 1991 ). La séquence que nous avons obtenue a
ensuite été comparée avec celle d'un autre isolat du BHV-1 et plusieurs
divergences, qui affectaient globalement 14,1% des acides aminés, ont été
identifiées. Par ailleurs, la comparaison de la séquence protéique de la VP8 a
révélé qu'elle était homologue à la gp1 0 du virus de l'herpès équin de type 4 et
aux VP13/14 du virus herpès simplex de type 1. Nous avons aussi caractérisé
I'ARNm de la VP8, un transcrit tardif de 4,4 kb dont l'extrémité 5' se situait 39
nucléotides en amont du codon d'initiation de la traduction. Nous avons ensuite
construit un recombinant VV (VV-VP8) dans lequel le gène de la VP8 était placé
sous le contrôle du promoteur précoce-tardif P7.5 du VV. Étant donné que la
séquence codante de la VP8 contenait un motif TITTTNT, le signal d'arrêt de la transcription des gènes précoces du VV, nous avons créé un deuxième
recombinant (VV-VP8-Mut), dans lequel le motif avait été substitué par
mutagenèse dirigée. La caractérisation des recombinants VV a révélé que le
motif était reconnu dans les cellules infectées avec le recombinant VV-VP8 et
avait mené à la synthèse d'une VP8 tronquée, tandis qu'avec le recombinant VVVP8-
Mut, une protéine complète était synthétisée. L'immunisation de souris
BALB/c (H-2d) avec le recombinant VV-VP8-Mut a induit une faible réponse
humorale spécifique à la VP8, tandis qu'aucune réponse spécifique n'a été
détectée chez les souris inoculées avec le recombinant VV-VP8. De plus, la
faible réponse humorale induite par la VP8 n'était pas restreinte aux souris
BALB/c, puisque des résultats similaires ont été obtenus avec des souris
C57BU6 (H-2b) et C3H (H-2k). Enfin, nous avons évalué la réponse cellulaire
spécifique induite chez les trois races de souris immunisées avec le recombinant
VV-VP8-Mut et aucune réponse significativement spécifique à la VP8 n'a été
observée chez les souris BALB/c, C57BU6 et C3H.


identifier: Pagé, Nicolas  (1995). Effet du remplacement et de l'altération du peptide signal sur la production de xylanase A chez streptomyces lividans  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maitrise en microbiologie appliquée, 163 p.

abstract:
S. lividans est une bactérie Gram+ qui sécrète un grand nombre de protéines dans le milieu de culture. Les protéines sécrétées sont généralement synthétisées avec une courte extension à leur extrémité N-terminale, appelée
peptide signal (p.s.), qui permet l'initiation de la sécrétion. Ce peptide de 25 à 45 a.a. de longueur est subséquemment clivé par la signal peptidase pour libérer la
protéine mature. Le travail présenté ici a pour but d'optimiser la sécrétion de la xylanase A de S. lividans en modifiant le p.s. de cette enzyme d'importance
industrielle. Le p.s. a été muté au site de reconnaissance de la signal peptidase et a aussi été remplacé par des p.s. appartenant à d'autres protéines sécrétées par S.
lividans et parE. coli. Le p.s. de la xylanase A a été délété (mutant loop out). Les mutations du site de clivage concernent le remplacement du site de la xylanase A par ceux de la xylanase B (mutant div. XlnB) et de la B-galactosidase (mutant B-Gal) de S.
lividans et le remplacement de la séquence normalement reconnue (AHA) par la séquence VDS. Les p.s. des cellulases A et B (CelA et B), de la mannanase (Man),
de l'acétyl xylane estérase (Axe), et des xylanases B etC (XlnB etC) de S. lividans, ainsi que le p.s. de la protéine réceptrice du phage lambda (LamB) d'E. coli ont été
amplifiés par PCR et insérés à la place du p.s. de la xylanase A. La production d'enzyme dans le surnageant de culture a été estimée par mesure de l'activité enzymatique en fonction de la croissance du mycélium de chacun des clones. Par rapport à la production du clone sauvage, la production
d'enzyme est presque nulle en absence de p.s., de même que chez les mutants VDS, B-Gal et avec le p.s. de la CelB. Elle est réduite de 90% et de 55% respectivement avec ceux de la XlnC et de LamB. Par contre la production d'enzyme est équivalente avec le mutant cliv. XlnB et avec les p.s. de la XlnB, de l'AXe et de la Man. Enfin, avec l'ajout de 10 a.a. au p.s. de la Man et avec le p.s. de la CelA, le niveau de production est respectivement 1,5 et 2,5 fois plus élevé que
celui du clone sauvage. Ces résultats encourageants ne sont qu'un pas dans la compréhension des mécanismes fondamentaux de la sécrétion et dans l'élaboration d'une souche bactérienne hyperproductrice d'enzymes d'intérêt industriel pharmaceutique ou médical.


identifier: Soumounou, Youssouf  (1994). Interactions moléculaires entre la protéine P1 et l'ARN du virus de la mosaïque du navet (TuMV).  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en virologie et immunologie, 169 p.

abstract:
Depuis ces dernières années, l'on assume que la propagation des virus de
cellule à cellule, dans les plantes infectées, est un processus actif se faisant par le
passage du génome viral ou du virion à travers les voies naturelles
intercellulaires que constituent les plasmodesmes. L'on estime également que
ce passage, via les canaux du plasmodesme, serait facilité grâce à la participation
active de protéines spécifiques codées par le virus et appelées protéines de
mouvement. Cependant, les mécanismes par lesquels ces protéines opèrent ne
sont pas encore élucidés. Une implication hypothétique de la protéine Pl, située à l'extrémité Nterminale
de la polyprotéine des potyvirus, dans le mouvement de cellule à
cellule, est de plus en plus évoquée. Ce rôle prépondérant de la Pl dans le
mouvement local suppose qu'elle pourrait interagir directement avec l'ARN
viral pour former un complexe ribonucléoprotéique transportable. Dans le but d'une caractérisation moléculaire de la protéine Pl du virus
de la mosaïque du navet (TuMV), et afin d'évaluer sa capacité à lier les acides
nucléiques in vitro, nous avons décidé de l'exprimer dans Escherichia coli.
Pour ce faire, nous avons amplifié le gène de la Pl par la technique de la
polymérisation en chaine (PCR) utilisant l'ADN polymérase de la bactérie
Thermus aquaticus (Taq DNA polymerase). Le gène amplifié a ensuite été cloné
dans un vecteur d'expression pET-2ld, et ceci nous a permis d'obtenir un
plasmide recombinant appelé pET-Pl. Ce plasmide recombinant a ensuite été
introduit dans E. coli BL-2l(DE3), et l'expression de la Pl recombinante a été
induite et analysée par séparation électrophorétique des protéines bactériennes
en gel de polyacrylamide en présence de SDS (SOS-PAGE) suivie d'une
coloration au bleu de Coomassie. Les bactéries BL-21(DE3) transformées et
exprimant la Pl ont été numérotées souche 408. La Pl a été surexprimée dans la
souche 408, purifiée par chromatographie d'affinité sur résine au nickel dans
des conditions dénaturantes, et ensuite renaturée par dialyse contre de l'eau.
Des expériences de gel de retardement ont démontré que la Pl était capable de
lier une sonde ARN radiomarquée de manière coopérative. Nous avons fait
des essais de liaison-croisée par la lumière UV («UV light cross-linking») afin
de nous assurer que les liaisons observées n'étaient pas dues à des artéfacts
expérimentaux ou à des contaminants de E. coli. La liaison Pl-ARN était
spécifique puisque les complexes formés étaient stables dans des concentrations
relativement élevées de sels (Na Cl et KCI). Au cours de tests de compétition,
nous avons pu déterminer que la Pl avait la capacité de lier les acides
nucléiques simple brin ADN et ARN, avec une affinité similaire et en
apparence d'une manière séquence-indépendante, mais pas l'ADN bicaténaire. La Pl de TuMV possède la caractéristique particulière de lier l'ARN double brin
avec une affinité similaire à celle des acides nucléiques simple brin. Nous avons identifié dans la Pl un domaine très riche en acides aminés
basiques, compris entre les résidus 150 et 168, qui possède un potentiel
d'interactions avec les acides nucléiques; et ce domaine présente beaucoup
d'homologies avec certaines protéines virales capables de lier l'ARN. Ce
domaine pourrait être impliqué dans les interactions Pl-ARN. L'abondante expression de la Pl dans la souche 408, nous a également
permis de produire des anticorps polyclonaux anti-Pl chez des lapins. La
spécificité de l'anticorps a été déterminé par immunobuvardage. Cet anticorps
anti-Pl devra servir ultérieurement à la détection et à la localisation
intracellulaire de la protéine dans les cellules de plantes infectées par TuMV.


identifier: Dallaire, Paul  (1994). Effet de la séquence 5' non traduite du virus de la mosaïque du navet sur la traduction  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en virologie et immunologie, 77 p.

abstract:
 Certains symboles n'ont pas pu être reproduits. Pour le résumé complet, veuillez consulter le document originel

 Le génome du virus de la mosaïque du navet (TuMV) induit une traduction très efficace puisque l'infection conduit rapidement à l'accumulation de grandes quantités de protéines virales dans la cellule. Afin de déterminer les causes de ce phénomène, nous avons exploré le rôle de la région 5' non traduite (5'NTR) sur la traduction.

 La région 5' non traduite (S'NTR) du virus de la mosaïque du navet (TuMV) a été fusionnée à des gènes rapporteurs (capside du TuMV et B-glucuronidase). Des transcrits synthétiques ont été produits avec la polymérase du phage T7 en présence ou en absence d'analogue de coiffe. La traduction in vitro de ces transcrits a démontré l'indépendance face à la coiffe. Les gênes de fusion,
sous contrôle d'un promoteur de plante, ont été introduits dans des suspensions de cellules de tabac par transfert biolistique et le taux de synthèse protéique mesuré. Le 5'NTR du TuMV augmente la traduction de la  B-glucuronidase de 7 (±4) fois. La séquence complémentaire au 5'NTR du TuMV a été synthétisée et fusionnée au gène de la  B-glucuronidase. L'augmentation de traduction est
similaire à celle obtenue avec la séquence virale, indiquant
qu'aucune séquence spécifique n'est responsable de l'effet sur la traduction. Une séquence formant une structure stable a été introduite en amont du S'NTR viral; l'analyse des cellules bombardées indique la présence d'entrée directe du ribosome sur le 5'NTR du TuMV. De plus l'absence de structure secondaire de ce 5'NTR faciliterait aussi l'initiation de la traduction telle que décrite par le modèle classique du balayage.


identifier: Togola, Daouda  (1994). Étude du métabolisme respiratoire du bacille de la lèpre humaine.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maitrise en microbiologie appliquée, 197 p.

abstract:
 La recherche sur la lèpre a presque atteint une impasse à cause
de 1' incapacité de cul ti ver le bacille de la lèpre
(Mycobacteri um leprae) in vitro. Après plusieurs essais de
culture sur différents milieux, sans succès, il est évident que
la culture du bacille in vitro ne dépend pas des combinaisons
empiriques des exigences nutritionnelles, mais plutôt de la
compréhension du métabolisme et le mécanisme de génération
d'énergie. Dans tous les organismes vivants, la chaîne
respiratoire est responsable de la production d'énergie.

 Les résultats de nos études spectrophotométriques ont montré
que les extraits cellulaires préparés à partir de suspensions
cellulaires de M. leprae isolé des coussinets plantaires de
souris nues et purifiées par centrifugation différentielle,
contiennent les cytochromes ~ + ~31 e et ~ ainsi que les
pigments liés au monoxyde de carbone et les flavoprotéines. La
réduction des pigments respiratoires par les donneurs
d'électrons tels que le NADH, le succinate ou le dithionite a
été complètement inhibée par le dicumarol (un inhibiteur
compétitif de la vitamine K) indiquant la présence de vitamine
K ou de ses analogues dans la chaîne respiratoire de M. leprae. Pour la cul ture in vitro du microorganisme, le milieu de
culture doit contenir au moins un substrat qui peut servir de
source d'énergie
multiplication et
cellulaires.
nécessaire
aux autres
à la croissance, à la
réactions de biosynthèses.

 Le métabolisme respiratoire de M. leprae isolé de coussinets
plantaires de souris nues, a été étudié à l'aide de plusieurs
substrats. Parmi les intermédiaires du cycle de l'acide
tricarboxylique seul le succinate est oxydé par les suspensions
cellulaires purifiées de M. leprae. L'oxydation de plusieurs
composés sulfhydryls tels que la cystéine, le dithiothréitol,
la pénicillamine a été confirmée aussi bien que l'oxydation de
la dihydroxyphénylalanine (DOPA). Cependant, c'est surtout
l'étude du métabolisme respiratoire au moyen des acides gras
qui a retenu notre attention. Cela à cause de la grande
richesse du bacille en lipides et surtout de la provenance des
acides gras (constituant naturels des tissus pour lesquels le
bacille a un tropisme). Nos résultats expérimentaux ont montré
que le palmitate soluble est oxydé par les suspensions
cellulaires de M. leprae après une période de latence de 8
heures. L'extrait cellulaire de M. leprae par contre catalyse
une intense oxydation du palmitate soluble après 3-4 heures. Les sphingolipides notamment la sphingosine, la sphingomyéline
et cérébroside insolubles ont été inactifs. Cependant, les
mêmes substrats solubles ont été oxydés mais à un taux moindre
comparativement au palmitate. L'extrait cellulaire de M. leprae
catalyse une oxydation active des trois sphingolipides après 3-
4 heures.

 L'oxydation de ces substrats a été inhibée par la roténone,
l'amytal, l'antimycine A, le 2-N-heptyl-4-hydroxyquinoline-NOxyde
(HQNO) et le cyanure. Ces résultats indiquent que
l'oxydation de ces acides gras par M. leprae cultivé in vivo se
fait à travers la chaîne respiratoire et utilise 1 'oxygène
comme accepteur final d'électrons. L'usage de ces acides gras
dans le milieu de culture peut être utile pour les essais de
culture in vitro de M. leprae.


identifier: Mélina, Sams  (2019). Rôle de la protéine HIF-1α dans les réponses immunitaires induites par les cellules myéloïdes lors de la leishmaniose viscérale expérimentale  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en virologie et immunologie, 111 p.

subject:
Cellules myéloïdes
digoxine
HIF-1α
Leishmania donovani
leishmaniose viscérale
LysM-Cre.

abstract:
Lors de la leishmaniose viscérale expérimentale murine, le parasite intracellulaire
Leishmania donovani cause une infection chronique dans la rate où il est possible
d’observer une splénomégalie, une immunosuppression et un environnement
chroniquement inflammé. Ce dernier est caractérisé par des niveaux d’oxygène bas et
par la destruction des tissus, phénomènes qui induisent l’accumulation et la translocation
au noyau du facteur de transcription HIF-1α dans toutes les cellules présentent. Le rôle
de cette protéine dans les réponses immunitaires liées aux cellules myéloïdes dans le
cadre de la leishmaniose expérimentale semble vaste et n’est pas encore très bien
élucidé. Ici, nous utilisons un modèle d’ablation conditionnelle de HIF-1α dans les cellules
myéloïdes à l’aide du système LysM-Cre et montrons que ce système n’est pas adéquat
pour étudier les cellules myéloïdes de la rate. De plus, dans l’espoir d’améliorer les
réponses immunitaires contre L. donovani en phase chronique, nous tentons de
développer une thérapie chez la souris pour réduire la production de HIF-1α. La digoxine,
glycoside cardiaque fréquemment utilisé chez l’humain pour traiter l’insuffisance
cardiaque, est utilisée car il a déjà été reporté qu’elle inhibe la synthèse de HIF-1α. Les
résultats obtenus avec cette thérapie suggèrent qu’il n’est pas adéquat dans le cas de la
leishmaniose viscérale. En effet, l’inhibition de HIF-1α induite par la digoxine n’est pas
assez spécifique pour être considéré comme un médicament potentiel.


identifier: Delaunay, Déborah  (2019). Les zones calmes à Montréal, un cas d’iniquité environnementale?  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 89 p.

subject:
zone calme
équité environnementale
analyse spatiale
SIG
Montréal
Quiet urban area
environmental equity
spatial analysis
GIS
Montreal

abstract:
L’objectif de ce mémoire est d’identifier des zones calmes à Montréal et de mesurer l’accessibilité des populations vulnérables (enfants, aînés, personnes à faible revenu et minorités visibles) à ces espaces sous l’angle de l’équité environnementale. Le mémoire comprend un article soumis à la revue avec comité de lecture The Canadian Geographer / Le Géographe canadien. Dans le cadre de cet article, nous proposons une définition opérationnelle pour la délimitation des zones calmes à Montréal, nous étudions leur distribution spatiale, puis nous évaluons l’accessibilité à ces espaces pour les quatre groupes à l’étude afin de poser un diagnostic d’équité environnementale.
Résumé de l’article intitulé « Zones calmes, quelle accessibilité pour les groupes vulnérables à Montréal ? »
Les zones calmes sont des espaces de faible niveau de bruit qui peuvent être favorables au ressourcement des populations. L’objectif de ce mémoire est double : identifier les zones calmes à Montréal et vérifier l’existence d’iniquités environnementales en termes d’accessibilité à ces espaces pour les groupes vulnérables (enfants, aînés, personnes à faible revenu et minorités visibles). Un indicateur d’accessibilité spatiale est calculé : une mesure de proximité, à savoir, la distance à la zone calme la plus proche en minutes de marche.
À partir d’une méthodologie basée sur les SIG, 2266 zones calmes ont été identifiées à Montréal. Les résultats d’un modèle de régression à effet mixte démontrent l’absence d’iniquités globales flagrantes quant à l’accessibilité aux zones calmes pour les groupes de population étudiés. Toutefois, l’analyse a révélé des disparités spatiales importantes en termes de répartition des zones calmes selon les arrondissements et municipalités à l’étude.

 The purpose of this Master’s thesis is to identify quiet areas and to measure the accessibility of vulnerable populations (children, seniors, low-income population and visible minorities) in Montreal. This thesis includes an article submitted to The Canadian Geographer / Le Géographe canadien. In this article, we propose an operational definition to identifiy quiet urban areas in Montreal, we study their spatial distribution, and then we evaluate the accessibility to these spaces for the four groups in order to make a diagnosis of environmental equity.
Abstract of the article title « Identification of quiet urban areas in Montréal, a case of environmental equity? »
Quiet urban areas are places with low noise levels that can help people to support physical and mental wellness. This article has two objectives: to identify quiet urban areas in Montreal, and to check for the existence of environmental inequities in access to such areas for vulnerable groups (children, older people, low-income individuals, and visible minorities).
Using a GIS-based methodology, 2,266 quiet urban areas were identified in Montreal. The results of the regression model show that there are no major inequities in access to quiet urban areas for the population groups studied. The analysis did, however, reveal substantial spatial disparities in the distribution of quiet urban areas across the boroughs and municipalities examined.


identifier: Flick, Cindy  (2019). Les différentiels sociaux et culturels de fécondité pendant la période du baby-boom au Québec : une analyse des caractéristiques individuelles des mères et de la scolarité des parents  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en démographie, 90 p.

subject:
Baby-boom
Nuptialité
Fécondité
Naissance
Éducation
Religion
Québec
Modèle de Cox
Baby boom
Marriage rate
Fertility
Birth
Education
Religion
Quebec
Cox model

abstract:
Ce mémoire s’intéresse aux femmes qui ont donné naissance aux générations des baby-boomers,
au Québec. Nous étudions tout d’abord le lien entre l’âge au premier mariage, la probabilité de se
marier et les caractéristiques de ces femmes. On s’intéresse ensuite à la relation entre les
caractéristiques individuelles de ces femmes et leur fécondité. Plus précisément, nous nous
intéressons à la naissance du premier, du deuxième et du troisième enfant. Nous voulons vérifier
les effets du niveau d’éducation, comme indicateur de statut socio-économique, sur la décision de
mettre au monde les trois premiers enfants. Nous prenons également en compte les effets des
caractéristiques individuelles, comme la cohorte de naissance, la taille de la fratrie et le groupe
ethno-religieux.
On applique les méthodes d’analyses biographiques aux données de l’Enquête sociale générale sur
la famille (ESG). On se concentre sur les cohortes de femmes nées dans la première moitié du XXe
siècle. On étudie l’âge au premier mariage et les trois premières naissances à l’aide du modèle
semi-paramétrique à risque proportionnel de Cox.
Les résultats montrent que le niveau d’éducation, le groupe ethno-religieux et la cohorte de
naissance ont une influence sur l’âge au premier mariage. Ils indiquent également que l’influence
des différentes caractéristiques individuelles de la femme varie selon le rang de naissance. Le
risque de mettre au monde un premier enfant dépend surtout de l’âge au premier mariage. La
naissance du deuxième enfant est fortement influencée par la taille de la fratrie et la cohorte de
naissance. Presque toutes les variables qui nous intéressent jouent un rôle dans la décision de
donner naissance au troisième enfant.

 This thesis focuses on the women who gave birth to the baby-boom generation in Quebec. Our
study assumes that there is a relationship between fertility of women and nuptiality. First, we
examine the relationship between the age at first marriage, the probability to get married and the
characteristics of these women. The relationship between the individual characteristics of these
women and their fertility is then examined. More precisely, we are interested in the birth of the
first, second and third children. We want to assess the effects of the level of education, as an
indicator of socio-economic status, on the decision to give birth to the first three children. We also
take into account the effects of the birth cohort as well as of individual cultural characteristics by
combining religion and language.
Event history analyses are applied to data from the General Social Survey on the Family (GSS).
The focus is on the cohorts of women born in the first half of the 20th century. We study the age
at first marriage and the first three births using Cox's semi-parametric proportional risk model.
The results show that the level of education, the ethno-religious group and the birth cohort all have
an influence on the age at first marriage. They also indicate that the influence of different individual
characteristics of women varies according to the birth order. The risk of having a first child depends
mainly on the age at first marriage. The birth of the second child is strongly influenced by the
number of siblings and the birth cohort. Almost all variables of interest play a role in the decision
to give birth to the third child.


identifier: Potvin, Stéphanie  (2019). La distribution spatiale des écrans antibruit dans la région de Montréal : une barrière sonore à l’équité environnementale?  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 130 p.

subject:
Bruit routier
écrans sonores
mesures de protection
équité environnementale
Montréal
SIG
Road traffic noise
noise barriers
protection measure
environmental equity
Montreal
GIS

abstract:
Le climat sonore est une importante composante de la qualité de vie puisque le bruit routier constitue la deuxième nuisance la plus néfaste pour la santé et le bien-être après la pollution atmosphérique ainsi que la source de bruit la plus répandue en milieu urbain. S’il est vrai que de plus en plus d’études s’y intéressent dans le champ de la justice environnementale, encore peu d’études se sont intéressées, dans une perspective distributionnelle, aux mesures de mitigation au bruit routier permettant de protéger les populations exposées à cette nuisance, notamment dans la région métropolitaine de Montréal.
L’objectif principal de cette recherche est double. Il vise, dans un premier temps, à examiner la distribution et la concentration de quatre groupes vulnérables – les enfants, les personnes âgées, les personnes à faible revenu et les minorités visibles – dans les zones de gêne sonore à proximité des axes majeurs de circulation par rapport au reste du territoire. Dans un deuxième temps, il vise à étudier leur distribution et concentration en zone protégée par la présence d’écrans sonores lorsqu’ils habitent en zone de gêne sonore à proximité des axes majeurs.
À l’aide de données sur la circulation routière (essentiellement les débits de circulation journaliers moyens estivaux et les limites de vitesse), nous avons pu générer des zones de gêne sonore le long des axes majeurs de circulation à l’intérieur desquelles les niveaux de bruit sont considérés problématiques. L’élaboration d’une base de données comportant la localisation des écrans sonores a permis d’identifier les zones protégées du bruit et celles non protégées. Puis, l’utilisation des données du recensement de 2016 et de méthodes d’analyse statistique a enfin permis de vérifier s’il existe des iniquités quant à la protection contre le bruit routier aux abords des axes majeurs de la Communauté métropolitaine de Montréal.
Les résultats démontrent que pour certains groupes, la situation varie beaucoup d’une sous-région à l'autre. Toutefois, on constate une situation doublement inéquitable pour les personnes à faible revenu et, dans une moindre mesure, pour les minorités visibles. En effet, ces groupes résident proportionnellement plus souvent à proximité des axes majeurs de circulation et sont moins souvent protégés par la présence d’écrans antibruit. À l’inverse, on obtient une situation doublement avantageuse pour les enfants. Puis, la variable des aînés est généralement non significative.

  Road traffic noise is an important component of quality of life since it is considered the second most harmful factor for health and well-being, as well as the most prevalent source of noise in the urban environment. Even though more and more studies are interested in road traffic noise, still far too few studies investigate road traffic noise mitigation measures protecting exposed populations to that nuisance in a perspective of distribution. It is notably the case of the Montreal Metropolitan Community.
The main objective of this study is double. It aims, firstly, to look at the distribution and the overrepresentation of four vulnerable population groups – children, seniors, low-income individuals and visible minorities – in noise disturbance zones along major traffic routes comparatively to the rest of the study area, then secondly, it aims to study their distribution and overrepresentation in protected zones by noise barriers when they live in noise disturbance zones along major traffic routes.
By means of road traffic data (summer average daily traffic and maximum speed limits), we were able to determined noise disturbance zones along major traffic routes within which noise thresholds are considered problematic. The development of a database regarding to the noise barriers geolocation enabled us to identify protected zones and noise disturbance zones. Then, the use of 2016 census data and statistical analysis finally allowed us to check whether there are inequities about road traffic noise mitigation measures for some of the four population groups along major routes in the Montreal Metropolitan Community.
The results show that situations of equity and inequity differ a lot depending on the population groups and the subregions. However, the results reveal a situation doubly inequitable for low-income persons and, to a lesser extent, for visible minorities. Indeed, these groups live more often close to major traffic routes and are less likely to be protected by noise barriers. In contrast, children are doubly advantaged. Then, the variable of seniors is generally not significant.


identifier: Roch, Marie-Hélène  (2019). Vélo d’hiver à Montréal : expérience vécue, perçue et imaginée  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 113 p.

subject:
nordicité
hivernité
vélo d’hiver
perceptions
imagibilité
espaces urbains
Montréal
nordicity
hivernity
winter cycling
perceptions
imagibility
urban spaces
Montréal

abstract:
Cette recherche s’intéresse à la nordicité urbaine au quotidien par le prisme de la pratique du vélo d’hiver à Montréal. En ce sens, la pratique grandissante du vélo à l’année qui s’observe par la croissance de cyclistes d’hiver dans le paysage de la métropole demeure peu étudiée comme terrain de recherche. Les connaissances existantes dressent un portrait du point de vue des usages, de la sécurité et de l’entretien des aménagements. Peu de sources s’interrogent aux questions suivantes : Quelles relations peut-on établir entre la pratique du vélo l’hiver et la relation à l’espace urbain? Y a-t-il renforcement du sentiment d’appropriation de cette saison vécue en ville? Cette recherche a pour objectif de documenter l’expérience vécue, perçue et imaginée des cyclistes durant la saison hivernale dans l’environnement urbain montréalais. La méthodologie repose sur deux collectes distinctes : douze entretiens semi-dirigés et un atelier mobile avec onze participants, incluant des prises de photo et un journal de bord. À l’égard de la multiplicité des témoignages et expériences recueillis, nous avons fait ressortir trois (3) typologies pour qualifier les contrastes de cette relation : (1) expérience imaginaire vs pragmatique, (2) expérience physique vs mental et (3) expérience de résilience vs contrôle de l’environnement. Sur le plan empirique, cette recherche ouvre une discussion sur les solutions pour améliorer l’habitabilité des villes d’hiver par la prise en compte du transfert et de la mobilisation des savoirs expérientiels et perceptifs favorables à l’art de vivre au quotidien l’hiver.

 This research focuses on urban nordicity in everyday life through the prism of winter cycling in Montreal. In this sense, the growing practice of year-round cycling, which is observed by the growth of winter cyclists in the metropolis landscape, remains little studied as a field of research. The existing knowledge draws a portrait from the point of view of the uses, the safety and the maintenance. Few sources ask the following questions: What relationships can be established between cycling in winter and the relationship to urban space? Is there a stronger feeling of appropriation of this season experienced in the city? This research aims to document the lived, perceived and imagined experience of cyclists during the winter season in the Montreal urban environment. The methodology is based on two separate data collections: twelve interviews and a mobile workshop with eleven participants, including photos and a logbook. We highlight three (3) typologies to qualify the contrasts regarding the multiplicity of experiences collected: (1) imaginary vs pragmatic experience, (2) physical vs mental experience and (3) experience of resilience vs control of the environment. Empirically, this research opens a discussion about the solutions to improve the habitability of the winter cities by taking into account the transfer and the mobilization of the experiential and perceptive knowledge favorable to the daily lifestyle in winter.


identifier: Abdul-Hadi, Jalal  (2018). Enhanced fluorescence evanescent wave spectroscopy with integrated polymer optical waveguides.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 231 p.

subject: énergie et matériaux

abstract:
Research in optical biosensors has gained great interest in the last two decades. Although
many optical technologies were developed, integrated optics technologies revealed to be
popular due to their potential for quick detection, highly sensitive measurements and
particularly for miniaturization. Indeed, miniaturization of an optical sensing device offer
the possibility to integrate it in a lab-on-a-chip (LOC) system. Which consists, in the best
scenario, of a device that takes care of the delivery of the bio or chemical samples to the
sensing area with microfluidic channels and treatment of the detection signal in a single
chip with micro dimensions. Optical sensing structures with nano to micro dimensions can
then be easily integrated with microfluidics, hence ideal for LOC devices. Also, they
surpass electrochemical sensors for this task since they are immune to electromagnetic
interferences which could alter the detection results.
Optical sensing devices could be in many forms, but for the purpose of miniaturization
channel waveguides are the best candidates. Indeed, the fabrication processes for
channel waveguides benefited immensely from microelectronics circuits manufacturing
technologies which have been refined for decades.
In this work, polymer channel waveguides were used as the sensing platforms for
evanescent wave fluorescence spectroscopy among other optical bio sensing methods
because of its high sensitivity and specificity.
Firstly, a novel fabrication process was developed for SU-8 polymer optical waveguides
on a quartz substrate which revealed different characteristics than SU-8 polymer
waveguides on a silica substrate fabricated with the standard protocol. They differed from
each other mainly in their lower optical propagation losses and lower asymmetry.
The SU-8 on quartz waveguides were then compared with the SU-8 on silica waveguides
for evanescent wave fluorescence spectroscopy to investigate the impact of the different
parameters from the novel and standard fabrication protocols. Finite difference time
domain (FDTD) simulations were performed to evaluate the impact of the different
asymmetries of both SU-8/quartz and SU-8/silica waveguide on the fluorescence collection efficiency for simulated emitting fluorophores. Also, an evanescent wave
fluorescence spectroscopy experiment was performed with Alexa 647 labeled Bovine
serum albumin (BSA) molecules to evaluate the sensitivity of both waveguides for
fluorescence detection. In brief, the FDTD simulations showed an increase in the
fluorescence collection efficiency for the SU-8/quartz waveguide compared to the SU-
8/silica waveguide and the experimental results revealed that the SU-8/quartz waveguide
offered a greater sensitivity than the SU-8/silica waveguide.
Moreover, to evaluate the impact of the variations of the different parameters
(dimensions, core & substrate refractive indices) of both the SU-8/quartz and SU-8/silica
waveguides on the fluorescence collection efficiency, a new calculation method was
developed. This calculation method combined a modal propagation approach to find the
fluorescence collection efficiency for planar waveguides with the effective index method.
Finally, new geometries were designed with the purpose of increasing the area of
immobilization of the labeled targets for increased sensitivity. Namely, the cascaded,
doubled and tripled waveguides. The geometries of these new designs were first
optimized for the excitation light propagation with numerical simulations (beam
propagation method) and then by experimental characterization. Evanescent wave
fluorescence spectroscopy experiments with Alexa 647 labeled biotin were performed to
compare their performance with a single straight waveguide. The experimental results
revealed increased sensitivity for the new designs compared to the straight waveguide.
Concentrations of Alexa 647-biotin as low as 15, 9, 10 and 7 pg·mL-1 were detected for
the single, cascaded, doubled and tripled waveguides respectively. Experimental results
were expected to be higher, taking into account the increased area of immobilization. To
understand this discrepancy, additional numerical simulations with the beam propagation
method were performed to analyze the optical losses of the evanescently coupled
fluorescence guided throughout the sensors.


identifier: Atantawi, Membarka  (2018). La luminescence pyroélectrique médiée par l’effet Poole-Frenkel.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 64 p.

subject: énergie et matériaux

abstract:
L’émission de lumière par des matériaux révèle une richesse d’information sur la composition, la structure et l’orientation. L’ensemble de phénomènes est surnommé « luminescence » avec des préfixes qui identifient la nature de la source d’excitation. La photoluminescence est certainement la mieux connue indiquant que l’émission est excitée par une source de lumière. D’autres phénomènes de luminescence sont surnommés chimie-, électro-, cathodo-, tribo-, ou thermoluminescence. L’origine de l’émission ne provient pas toujours du volume de l’échantillon, mais pourrait p.ex. comme dans le cas de la triboluminescence venir de la surface où un champ électrique dépasse le seuil de claquage dans l’atmosphère ambiante ce qui donne suite à une éclaire microscopique.[1][2]
En général, l’énergie d’excitation dépasse l’énergie d’émission, mais pour le cas de la luminescence thermique (“thermally stimulated luminescence”), l’échantillon est illuminé à basse température (typiquement à la température de l’azote liquide, 77K, ou bien l’hélium liquide, 4,2K) avec une énergie qui dépasse la bande interdite et qui crée des pairs électron-trou. Les deux peuvent soit recombiner spontanément donnant une photoluminescence ou être piégés de façon métastable dans des défauts cristallins (souvent des substitutions aliovalentes)[3]. Le niveau de certains de ces défauts varient en fonction dans leur énergie par rapport au niveau de Fermi ou de la band de valence et pour certains de ces défauts l’énergie thermique à basse température ne suffit pas pour exciter les porteurs de charge de ces défauts. En augmentant la température et l’énergie thermique (distribuée selon Boltzmann), les porteurs de charge sont thermiquement excités au fur et à mesure donnant une émission de lumière jusqu’à l’épuisement de la population de ces porteurs de charges. Ce phénomène, qui est très bien documenté dans la littérature [3][4][5] donne des émissions dans une certaine bande de température, ce qui permet de déterminer la profondeur du niveau thermique par rapport à la bande de conduction (pour les électrons) ou la bande de valence (pour les trous). Cette émission ne peut fonctionner que sur une augmentation de température, car un refroidissement diminuerait l’énergie thermique ce qui ne donnerait accès qu’aux défauts qui étaient déjà thermiquement excités. Il est possible de voir plusieurs défauts différents émettre de la lumière ce qui peut causer des émissions dans de multiples bandes de température [3][4][5]. L’énergie des photons émis est proche des énergies de photoluminescence, c’est pourquoi il est important de constater que l’énergie d’excitation est la somme de l’énergie d’illumination à basse température et l’énergie thermique (qui est très faible comparée à celle de la photoexcitation).
Il était donc une surprise quand des chercheurs ont pu observer une émission de lumière apercevable à l’oeil nu en changeant la température pour des matériaux pyroélectriques [6]. Ce changement de température peut être positif (échauffement) au négatif (refroidissement). Peu après cette première observation, il était constaté que la luminescence provenait partiellement d’un claquage électrique dans l’atmosphère ambiante qui porte la signature spectrale de l’azote (avec 80% le composant principal de l’atmosphère ambiante). La théorie décrivant ce phénomène est très bien présentée dans [7].
Un matériau pyroélectrique est une structure au moins fortement orientée (comme p.ex. le polymère PVDF-TrFE) mais plus souvent cristalline avec un axe polaire. Cet axe polaire correspond à un dipôle à l’échelle du motif cristallin et se traduit à travers le théorème de Gauss dans une densité de charge de surface (l’intégrale volumique de la polarisation se traduit dans un intégral surfacique de charges). Pour que cette propriété, qui est représentée par un tenseur de premier rang puisse exister, il est nécessaire que la structure cristalline soit non-centrosymétrique.
Patel et Hanson [8] ont ensuite découvert que la luminescence pyroélectrique décrit deux types d'émission de lumière. Un premier type d'émission, des étincelles prononcées, visible à l'oeil nu, concerne les décharges du champ pyroélectrique à travers l'atmosphère ambiante. Sous vide poussé, les étincelles deviennent clairsemées et finissent par s'arrêter. Pour les échantillons préalablement éclairés (excitation bande-bande pour créer des états piégés de façon métastable), une émission continue, même très faible, est observable. Pour une plage de pression intermédiaire, les deux phénomènes coexistent également.
Nous présentons un modèle provisoire pour décrire la nature de cette émission faible qui manque encore d'interprétation plus de 30 ans après qu'il a été d'abord systématiquement étudié. Notre modèle est basé sur la superposition de l’émission thermique (uniquement pour un changement de température positif) et une émission assistée par le champ pyroélectrique à travers l'effet de Poole-Frenkel ce qui provoque l'émission de capteurs à partir de pièges profonds. Le modèle est provisoire dans le sens qu’il prend correctement en compte toutes les observations qualitatives, y compris la dynamique de cette luminescence et sa sensibilité aux transitions de phase [9]. Le modèle ne prend pas encore en compte les dépendances en fonction de la température des propriétés de matériaux tel que la permittivité diélectrique, la susceptibilité diélectrique, la conductivité électrique, le coefficient pyroélectrique ainsi que les variations du taux de changement de température. La plus grande influence de ces paramètres soulève du coefficient pyroélectrique qui est divergeant aux transitions de phase polaires. Nous avons donc choisi deux matériaux pyroélectriques différents dans le sens que le niobate de lithium n’a aucune transition de phase entre 77K et 500K tandis que le titanate de baryum en a plusieurs. Le premier objectif de cette maitrise est donc de vérifier la présence de cette émission due à un effet Poole-Frenkel (bien qu’on puisse s’y attendre, la présence nécessaire de défauts ‘profonds’ n’est pas documentée dans les spécifications des échantillons car il s’agit presque toujours des contaminations non-intentionnelles). Le deuxième objectif est de chercher une corrélation entre les températures de transition de phase dans le titanate de baryum et une augmentation de la luminescence. Nous présentons des résultats sur le niobate de lithium et le titanate de baryum monocristallin dans une plage de température de 77 K à 500 K dans des conditions différentes : pour un échauffement et pour un refroidissement, ainsi qu’avec et sans illuminations précédente. Nous avons choisi deux sources d’illumination, une source avec et une source sans émission UV. Sur le plan théorique, nous identifions la plage de paramètres dans laquelle l’émission continue peut persister. Il s'avère dépendre de manière critique d'une variété de paramètres de matériaux incluant le coefficient pyroélectrique, la permittivité, l'indice de réfraction et la conductivité.


identifier: Basu, Kaustubh  (2018). Investigation of heterostructure photoanodes for solar energy conversion.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 215 p.

subject: énergie et matériaux

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue en PDF.Given the continuous escalation in the rate of energy consumption, fossil fuels, which presently meet ~86% of the global energy demand, are anticipated to run out by the end of 21st century. Moreover, increasing concern of global warming from greenhouse gases emitted by fossil fuels, drives us to explore viable alternatives, such as renewable energy sources. Solar energy, the cleanest form of renewable energy, strikes the earth annually with a staggering 3  1024 joules which is ~10,000 times more than our global energy consumption. Abundance of solar energy, can be exploited by converting and storing them into forms like electricity and H2 by means of photovoltaics and photoelectrochemical H2 generation, respectively. Ever since the discovery of the photoelectric effect by Edmond Becquerel, there has been extensive research on converting light into electric power or chemical fuels. Here, our research is focused mainly on two types of PEC cells, firstly DSSCs, which is the regenerative cell that converts sunlight into electric power leaving no net chemical change behind. Secondly, a photoelectrochemical cell where there are two redox systems: one reacting with the holes at the surface of the n-type semiconductor photoanode producing oxygen, and the other, reacting with the electrons entering the counter-electrode yielding hydrogen.
The quest for efficient and stable PEC cells has led to extensive research on photoanode materials, which play a key role in the charge dynamics of the overall photoelectrochemical device. Nanoparticle based photoanodes, have received significant attention mainly due to their high surface area and facile fabrication methods. Anatase TiO2 has been widely used as a photoanode to fabricate photoelectrochemical cells, because of the ultra-fast electron injection rates from the excited sensitizer into the TiO2 nanoparticles. But high electron recombination rates due to low electron mobility in TiO2 limits its use. SnO2 on the other hand is a promising photoanode material because of its higher electronic mobility and large band gap. Mobility reported in both single crystal SnO2 as well as nanostructures are orders of magnitude higher than TiO2. In addition, SnO2 has a low sensitivity to UV degradation due to its larger band gap, and hence has better long term stability. Our goal is to fabricate SnO2-TiO2 heterostructure photoanodes by a straight forward chemical post treatment approach, to combine the advantages of higher conduction band edge of TiO2, and the high stability and exceptional electronic mobility of SnO2. Moreover, SnO2-TiO2 heterojunction has a type-II band alignment, which facilitates charge separation and transport.
In the first part of this thesis, we report the fabrication and characterization of DSSCs based on SnO2-TiO2 photoanodes. Firstly, FTO coated conducting glass substrates were treated with TiOx or TiCl4 precursor solutions to create a blocking layer before tape casting the SnO2 mesoporous anode. In addition, SnO2 photoanodes were treated with the same precursor solutions to deposit a TiO2 passivating layer covering the SnO2 particles. We found that the modification enhances the short circuit current, open-circuit voltage and fill factor, leading to nearly 2-fold increase in power conversion efficiency, from 1.48% without any treatment, to 2.85% achieved with TiCl4 treatment. The superior photovoltaic performance of the DSSCs assembled with modified photoanode is attributed to enhanced electron lifetime and suppression of electron recombination to the electrolyte, as confirmed by EIS carried out under dark condition. These results indicate that modification of the FTO and SnO2 anode by TiO2 can play a major role in maximizing the photo conversion efficiency.
Although, nanoparticle-based photoanodes exhibit high surface to volume ratio, the main drawback in using nanoparticles, is that mesoporous networks experience high density of grain boundaries, which facilitate charge recombination. Carbon-based nanostructures such as graphene and carbon nanotubes possess exceptional mechanical and electronic properties, can be used as charge directing structures in mesoporous nanoparticle networks. In the next part of this thesis, we report the effect of incorporation of graphene microplatelets into SnO2-TiO2 mesoporous anode to boost the performance and long-term stability of DSSCs. DSSCs were fabricated by incorporating different concentrations of graphene microplatelets (up to 0.50 wt.%) into the SnO2-TiO2 mesoporous network utilizing a fast and large area-scalable technique. At optimized concentration of graphene (0.03 wt.%), highest PCE of 3.37% was achieved, which is ~16% higher than for SnO2-TiO2 photoanodes based DSSC. This enhancement of PCE can be attributed to higher electron lifetime and reduced charge recombination in SnO2-TiO2/graphene photoanodes as confirmed by transient photovoltage decay and impedance spectroscopy. Furthermore, the performance of the solar cells was recorded for 200 hours of continuous illumination under simulated sunlight (AM 1.5G) for long-term stability measurements. Our results demonstrated that the addition of graphene microplatelets results in superior stability of DSSCs, where the drop in PCE was a mere 8%, while a sharp plummet of 30% in PCE was observed in case of SnO2-TiO2 photoanodes. These findings are encouraging, and establish SnO2-TiO2/graphene architecture as a promising photoanode towards efficient and stable DSSC. In the final part of our thesis, we introduce our novel SnO2-TiO2/graphene photoanodes for fabrication of PEC cells for H2 generation. H2, being a zero emission fuel, is expected to be a major player in the future energy scenario especially in the automobile fuel sector. However, presently large scale industrial production of H2 relies on utilization of fossil fuels, resulting in greenhouse gas emissions. PEC water splitting, exploiting solar energy as a clean energy source and implementing colloidal QDs as sensitizers is a promising approach for H2 generation due to the QD’s size-tunable optical properties. However, the challenge of long term stability of the QDs is still unresolved. Here, we introduce a highly stable QD-based PEC device for H2 generation using a photoanode based on a SnO2–TiO2 heterostructure, sensitized by CdSe/CdS core/thick-shell QDs. This hybrid photoanode architecture leads to an appreciable saturated photocurrent density of ~4.7 mA/cm2, retaining an unprecedented ~96% of its initial current density after two hours, and sustaining ~93% after five hours of continuous irradiation under AM 1.5G (100 mW/cm2) simulated solar spectrum. Transient PL measurements demonstrate that the heterostructured SnO2-TiO2 photoanode exhibits faster electron transfer compared with the bare TiO2 photoanode. The lower electron transfer rate in the TiO2 photoanode can be attributed to slow electron kinetics in the ultraviolet regime, revealed by ultrafast transient absorption spectroscopy. Graphene microplatelets were further introduced into the heterostructured photoanode, which boosted the photocurrent density to ~5.6 mA/cm2. Our results clearly demonstrate that SnO2–TiO2 heterostructured photoanode holds significant potential for developing highly stable PEC cells.


identifier: Huber, Bernhard  (2019). Inkjet-printed flexible resistive switching memory.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux.

subject: énergie et matériaux

abstract:
L'implémentation de l'"Internet des Objets" va nécessiter un nombre élevé de systèmes intégrés
à faible coût afin de suivre, stocker, et transmettre différentes sortes de données. Par conséquent,
ces systèmes intégrés doivent inclure des capteurs, des circuits électroniques, de la mémoire de
données, et des transmetteurs. Pour la fabrication de ces systèmes, l'impression jet d'encre
peut garantir un faible coût de production tout en offrant des dispositifs flexibles. Bien que des
capteurs, circuits, et transmetteurs imprimés existent déjà, personne n'a encore rapporté une
mémoire imprimée par jet d'encre satisfaisante.
Le but de cette thèse est d'adresser les exigences restantes en ce qui concerne les dispositifs mémoire imprimés afin de complémenter un système imprimé à faible-coût qui facilitera l'"Internet
des Objets".
À cet égard, la mémoire résistive est particulièrement intéressante pour le procédé d'impression
de par sa simple structure triple-couches. Nos cellules mémoire consistent en une électrode inférieure d'Ag électrochimiquement active, une couche isolante de SiO₂ ou WO₃, et une électrode
supérieure constituée d'un polymère inerte conducteur. L'état logique ("0" ou "1") de la cellule
mémoire est défini par sa résistance, mesurée entre les deux électrodes. Alors que l'état initial
isolant démontre une haute résistance, la cellule peut être commutée de façon réversible vers
un état de faible résistance. Pour ce faire, un filament d'Ag connectant les électrodes peut être
formé en appliquant les tensions appropriées et ainsi réduire la résistance de la cellule.
Nous présentons des cellules mémoire complètement imprimées avec une endurance élevée, une
longue rétention, et un degré de flexibilité élevé. Dans le but de développer une cellule mémoire
trouvant différentes applications, nous proposons des cellules avec différentes structures capables
de répondre aux exigences spécifiques des applications possibles. Ainsi, les structures spécifiques
des cellules sont optimisées pour offrir soit une transparence élevée, soit une flexibilité accrue,
soit une fabrication sans frittage.
L'excellente flexibilité de nos cellules mémoire est testée à l'aide d'un système pivoter-et-plier
fait-maison : les cellules restent totalement opérationnelles après 500,000 cycles de flexions avec
un rayon de 3 mm. La microscopie à force atomique en mode de conduction ainsi que la microscopie
électronique à balayage à sonde ionique focalisée confirment la nature filamentaire du
mécanisme de commutation. Un modèle basé sur les dimensions du filament et la théorie de
diffusion de Fick est développé afin de quantifier la rétention de l'état de faible résistance, qui
est limitée par la diffusion spontanée du filament d'Ag. Pour finir, l'aptitude des cellules mémoire à agir comme des synapses artificielles dans le cadre de l'informatique neuromorphique est étudiée. Les facteurs influençant la réponse d'apprentissage des cellules sont quantifiés, et ainsi
leur processus d'apprentissage est optimisé.

The full implementation of the "Internet of Things" will require a large number of low-cost embedded
systems to track, store, and transmit various types of data. Therefore, these embedded
systems have to include sensors, electronic circuits, data memory, and transmitters. For the
fabrication of these systems, inkjet printing can guarantee low-cost production while enabling
flexible devices. Although printed sensors, circuits, and transmitters already exist, satisfactory
inkjet-printed memory has not been reported.
The goal of this thesis is to address the unresolved need for printed memory devices to complement
low-cost printed system which will facilitate the "Internet of Things".
In this regard, resistive memory is particularly attractive for the printing process due to its
simple three-layered structure. The memory cells consist of an electrochemically active bottom
electrode of Ag, an insulating layer of SiO₂ or WO₃, and a top electrode of an inert conducting
polymer. The logical state ("0" or "1") of the memory cell is defined by its resistance measured
between the two electrodes. While the initial, insulating state shows a high resistance, the cell
can be switched reversibly to a low resistance state. To that end, by applying appropriate voltages,
an Ag filament can be formed as a connection between the electrodes and thus lowers the
resistance of the cell.
Fully inkjet-printed memory cells with a high endurance, long retention, optical transparency,
and a high degree of flexibility are fabricated. Driven by the motivation to establish memory cells
for different application scenarios, different cell structures are developed to fit specific demands
for possible applications. Thus, specific cell structures are optimized for either high optical transparency,
enhanced flexibility, or the potential to be sinter-free.
The memory cells' excellent flexibility is tested in the in-house built rotate-to-bend device: the
cells are still fully functioning after 500,000 bending cycles at a radius of 3 mm. Conductive
Atomic Force Microscopy and Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy confirm the filamentary
nature of the switching mechanism. Based on the filament dimensions and Fick's theory
of diffusion, a model is developed to quantify the retention of the low resistance state, which is
limited by spontaneous diffusion of Ag atoms at the Ag filament. Finally, the memory cells' suitability
to act as artificial synapses in the framework of neuromorphic computing is investigated.
Factors influencing the cells' learning response are quantified and thus, their learning behavior
in artificial neural networks could be optimized.


identifier: Kesavan, Arun  (2019). Millimeter-wave frequency selective surfaces for reconfigurable antenna applications.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 125 p.

subject: FSS beam-switching millimeter-wave DRA

abstract:
In this thesis, I have proposed two new types of millimeter-wave frequency selective surfaces, for
shielding and reconfigurable antennas. A novel wideband FSS and a new class of reconfigurable
FSS are introduced for shielding as well as mutual coupling reduction in antenna systems and
beam-switching applications, respectively. Two beam-switching antennas using cantilever enabled
reconfigurable FSS are designed and implemented at the 30 GHz millimeter-wave frequency band.
Initially, a wideband FSS for millimeter-wave applications at the 60 GHz band is investigated.
The simulated results of the wideband FSS are validated by the free-space measurement of a fabricated
FSS panel. Furthermore, the proposed wideband FSS is applied as a mutual-coupling reducing
wall in a MIMO system of DRAs.
As a second objective, a new class of cantilever enabled FSS with frequency reconfigurability is
designed. The method of fabrication and measurement of the FSS are described. For the validation
of the cantilever-enabled FSS, panels of the proposed FSS are fabricated and measured.
Further, these FSS panels are integrated with a conventional monopole source, to provide a
beam-switching antenna in the 30 GHz frequency band. The beam-switching in the azimuth plane
of the center source antenna is controlled by the switching of the FSS panels arranged around the
antenna. Another antenna using a similar kind of cantilever enabled FSS is demonstrated for dualplane
beam-switching application in the millimeter-wave frequency bands. The FSS panels arranged
around the conventional DRA are divided both horizontally and vertically to obtain the concept of
dual-plane beam-switching.Further, the prototypes of both single and dual-plane beam-switching
antennas at 30 GHz are fabricated and measured to obtain the beam-switching radiation patterns.


identifier: Shafah, Esam Abdusalam  (2019). A broadband direct-demodulator based on nolen matrix for 5G wireless communication systems.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 100 p.

subject:
Advanced Design System (ADS)
multi-port receiver
local oscillator (LO)
radio frequency (RF)
and Nolen matrix

abstract:
The development of low cost, low power receiver (low power signal demodulation) is indispensable for the next generation of wireless communication, which is defined as a green communication system. The multiport reflectometer is a measurement device that mainly used in high-frequency bands. This technique allows the measurement of the amplitude ratio and the phase difference of two electromagnetic waves. Besides, it can be used as a direct demodulator. The framework of the conventional six-port is not adapted to millimeter-wave applications. In fact, the input and output ports arrangement are not suitable for the integrated system where both inputs and output are not separated.
A new multi-port reflectometer based on Nolen matrix with a centre frequency of 28 GHz is proposed and analyzed. The Input and output ports are rearranged separately. The two inputs represent the local oscillator (LO) and the radio frequency (RF) signals, where RF and LO signals are fed to the inputs (port 6 and port 1), respectively. In addition, I and Q signals are retrieved after the detection stage at the four output ports (ports 2 - 5). The obtained structure represents the aimed arrangement in terms of suitability of use when inputs and outputs are separated each in one side, and good performance is fulfilled.
The designed 2x4 Nolen matrix consists of five hybrid couplers (two 3dB, two 4.7 dB, and one 6 dB) and the proposed double T-shape phase shifter. The circuit is simulated and fabricated to validate the introduced scheme. Advanced Design System (ADS) software is used to design the different components. Both processes, the simulation and the fabrication, have shown a good agreement in terms of retrieving the original signal and implying the aimed arrangement. The obtained results of isolation are better than 20 dB for the frequency range from 26 GHz to 30.4 GHz. Good power equality is achieved of less than 1.5 dB around 7.5 dB of supplemental insertion loss and phase unbalance of ± 8 degree.
The proposed circuit is low cost, small size simple structure with good performance and suitable configuration arrangement with separate inputs and outputs. This study has been made to show that the proposed multi-port based on Nolen matrix can be more adequate for the next generation millimeter wave communications compared to the conventional millimeter wave receivers.


identifier: Moffett, Audrey  (2019). Biologie de reproduction comparée des anguilles de l’atlantique en déclin.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 177 p.

subject:
anguilla
axe gonadotrope
développement ovarien
géniteur
maturation
ovocyte
régulation neuroendocrinienne
stade de maturité
stéroïde sexuel
vitellogenèse
gonadotropic axis
maturation
neuroendocrine regulation
oocyte
ovarian
development
sex steroid
spawner
stage of maturity
vitellogenesis

abstract:
Peu d’informations sont disponibles sur la biologie de reproduction des deux espèces d’anguilles de
l’Atlantique (c.-à-d. les anguilles d’Amérique et d’Europe) même après avoir suscité plus d’un siècle de
recherches scientifiques au sein de la très ancienne famille des Anguillidæ, 19 espèces/sous-espèces étant
aujourd’hui presque toutes en voie d’extinction ou menacées de l’être. Isolées des espèces de l’Indo-
Pacifique et de l’Océanie, les anguilles d’Amérique (Anguilla rostrata) et d’Europe (A. anguilla) sont les
seules à grandir dans les eaux continentales bordant l’océan Atlantique. Après avoir vécu quelques années
à quelques décennies, elles acquièrent, pendant ou vers la fin d’un long et sinueux voyage effectué jusque
dans la mer des Sargasses et en étant à jeun, la capacité à se reproduire, puis elles meurent. Mis à part les
différentes raisons documentées comme ayant contribué au déclin, l’état des géniteurs est considéré avec
grande importance puisqu’il pourrait faire partie des raisons. Or, les connaissances sur la biologie de
reproduction se limitent à quelques stades de maturité accessibles par espèce selon l’avancement des
migrateurs, tous immatures, ou à ceux issus de la maturation artificielle en bassin. La présente thèse a
donc entrepris d’améliorer l’état des connaissances sur la biologie de reproduction des migrateurs lors de
la dévalaison et en réponse à la maturation induite en utilisant 11 injections intrapéritonéales
hebdomadaires (extrait hypophysaire) par le biais d’une approche comparative directe entre des anguilles
d’Amérique et d’Europe. Les anguilles de l’Atlantique ont été échantillonnées pendant la période de
dévalaison dans le fleuve Saint-Laurent au Québec (2012) et dans l’estuaire de la Gironde et le bassin
d’Arcachon en France (2013). Plusieurs acteurs impliqués dans la neuroendocrinologie de l’axe
gonadotrope et le développement des ovaires ont été mesurés dans le plasma sanguin (dosages immunoenzymatiques)
ou via le niveau de la transcription de gènes dans plusieurs tissus (PCR quantitative en
temps réel) : les gonadolibérines cérébrales (gnrh1, gnrh2), les hormones gonadotropes hypophysaires
(fshβ, lhβ), la vitellogénine hépatique (vtg1 et vtg2 dosés ensemble), le récepteur nucléaire à estrogène
(esr1) des tissus correspondants, et les stéroïdes sexuels plasmatiques majeurs (testostérone (T), 11-
cétotestostérone (11KT), 17β-estradiol (E2)). Cette thèse laisse surtout place à la comparaison
interspécifique de ces acteurs, mais elle fait également ressortir l’importance de variables biologiques clés
dans le contexte du développement sexuel des anguilles, telles que l’âge des migrateurs, et d’autres
variables biologiques quantifiées aux fins de l’étude : le stade de maturité ovarien (observation
histologique des ovocytes) et la teneur corporelle en lipides totaux (la portion mesurée dans le foie, la
masse musculaire, les ovaires et leur somme). La vue d’ensemble des relations prenant place entre les
variables de l’axe gonadotrope et les autres variables biologiques pendant la maturation sexuelle contribue
à caractériser, pour la première fois et de manière directement comparable à la biologie de reproduction de
l’anguille d’Europe (ayant déjà été étudiée sous divers angles), celle de l’anguille d’Amérique, pour
laquelle les informations disponibles demeuraient insuffisantes et incomparables avec les autres
congénères. Cette thèse démontre à plusieurs niveaux que l’état des migrateurs de l’anguille d’Amérique
du Saint-Laurent est clairement plus avancé que chez l’anguille d’Europe de Gironde et Arcachon, et qu’il
rejoint, pour quelques spécimens, l’état des migrateurs de l’espèce la plus avancée de toutes, l’anguille de
Nouvelle-Zélande (A. dieffenbachii). Cette thèse avait donc pour défi de mettre en contraste l’espèce la
moins avancée (A. anguilla) à la deuxième plus avancée de toutes (A. rostrata). L’ensemble des résultats
suggère davantage d’implication de la GnRH2 (non pas seulement celle de la GnRH1) dans le
développement sexuel de l’anguille en accord avec un axe GnRH-LH et des rétrocontrôles positifs
spécifiques à l’E2 (ESR1). La thèse vient également corroborer l’influence de la 11KT et l’E2 sur le stade
de maturité avant/jusqu’à et à partir de la vitellogenèse, respectivement, et elle s’ajoute aux études
s’intéressant à l’élaboration d’outils minimalement invasifs pour identifier les géniteurs potentiels en vue
de la reproduction artificielle. S’ajoutant à la littérature existante au sein les Anguillidæ, les résultats
suggèrent que l’âge et la condition (indice de « rondeur »/« bien-être ») des anguilles soient des
caractéristiques d’histoire de vie clés pour ces deux périodes développementales, respectivement. La
comparaison de la biologie de reproduction des anguilles de l’Atlantique à l’étude est un défi en partie dû
à leur différence de taille et d’âge, et possiblement en lien, à la différence dans le stade de maturité atteint
lors de la migration de dévalaison et après une maturation artificielle de même durée (11 semaines de
traitement). Cette thèse pourra servir de référence pour élaborer des études à plus grande échelle chez
l’anguille d’Amérique ou chez d’autres espèces en vue de suivre les géniteurs potentiels et mieux évaluer
l’état des stocks d’anguilles en déclin.

 Little is known on the reproductive biology of the two Atlantic eel species (i. e. American and European
eels), even after more than a century of scientific research among the ancient Anguillidæ family, 19
species/subspecies being almost all endangered or threatened. Isolated from other Indo-Pacific and
Oceania species, only American (Anguilla rostrata) and European (A. anguilla) eels inhabit continental
waters ashore off the Atlantic Ocean. Eels of both species, after having grown for years or decades in their
habitat, reach puberty during or at the end of a long and sinuous journey up to the Sargasso Sea where
they reproduce and die. Furthermore, the state of the spawners is thought to be one of many reasons why
eel populations have declined. Yet, knowledge on their reproductive biology is limited to the few available
stages of maturity depending on species and state of ovary in downstream migrants, all immature, or to
those derived from controlled artificial maturation. This thesis has undertaken to improve the state of
knowledge on reproductive biology in downstream migrants as well as in response to induced maturation
with 11 weekly intraperitoneal injections (pituitary extract) through a direct comparative approach
between American and European eels. Atlantic eels were sampled during their downstream migration
along the St. Lawrence River in Quebec (2012) and in the Gironde Estuary and Arcachon Lagoon in
France (2013). Several actors involved in gonadotropic axis neuroendocrinology and ovary development
were measured in blood plasma (enzyme immunoassays) or through transcript level of genes in various
tissues (quantitative real-time PCR): brain gonadotropin-releasing hormones (gnrh1, gnrh2), pituitary
gonadotropic hormones (fshβ, lhβ), liver vitellogenin (vtg1 and vtg2 assayed as one), nuclear estrogen
receptor (esr1) in the corresponding tissues, and major plasma sex steroids (testosterone (Y), 11-
ketotestosterone (11KT), estradiol-17β (E2)). This thesis mainly articulates interspecific comparisons of
the latter actors, but in the context of eel sexual development, it also focuses on key biological variables
such as age of migrants and additional biological variables quantified for the purpose of this study:
ovarian stage of maturity (histological observation of oocytes) and body content in total lipids (from liver,
muscle mass, ovary and their sum). Overview of relationships taking place between gonadotropic axis
variables and other biological variables during sexual maturation helps to characterize, for the first time
and in a comparable manner to the reproductive biology of the European eel (that was studied from
various angles before), that of the American eel, for which the available information was still insufficient
and incomparable to other congeners. This thesis demonstrates at several levels that the state of St.
Lawrence American eel migrants was clearly more advanced than in European eels from Gironde and
Arcachon, and that it reached, for a few specimens, that in migrants of the most advanced species of all,
the New-Zealand eel (A. dieffenbachii). This thesis had therefore to rise to the challenge of contrasting the
least advanced species (A. anguilla) to the second most advanced species of all (A. rostrata). Overall
results suggest GnRH2 (and not only GnRH1) as more involved in eel sexual development, in agreement
with a GnRH-LH axis and positive E2-specific feedbacks (ESR1). The thesis also corroborates the
influence of 11KT and E2 on stage of maturity prior/up to and from vitellogenesis, respectively, and adds
up to studies interested in finding minimally invasive tools towards identification of potential spawners for
artificial reproduction. Adding to the existing body of literature on Anguillidæ eels, the results suggest age
and condition (an index of “plumpness”/“well-being”) as key life history characteristics for the two
developmental periods, respectively. Comparing the reproductive biology of Atlantic eels under study is a
challenge partly due to their differing size and age, and possibly related, to their contrasting stage of
maturity at downstream migration and after artificial maturation of the same duration (11 weeks of
treatment). This thesis can serve as a baseline for developing larger-scale studies on the American eel or
other species in monitoring potential spawners and better assess the state of eel stocks


identifier: Doghri, Mouna  (2019). Gestion de la pression dans les réseaux de distribution d’eau potable en vue de la réduction des fuites : évaluation dans le contexte des réseaux nord-américains.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 218 p.

subject:
réseaux de distribution
aqueduc
eau potable
pression
réduction des fuites
simulation  hydraulique
optimisation

abstract:
Les gestionnaires des réseaux de distribution d’eau potable (RDEP) s’engagent à fournir, en permanence, le meilleur approvisionnement en termes de qualité de l’eau et de pression de service offerte. Pour ce faire, des ajustements des différentes commandes du système sont à effectuer régulièrement. Toutefois, la dynamique de la consommation de l’eau, le vieillissement des composantes des réseaux, l’apparition des nouveaux bris/fuites ou l’accentuation des fuites existantes sont autant de facteurs qui modifient les conditions hydrauliques et affectent les performances de l’infrastructure, et auxquels s’ajoutent les défis d’économie d’eau et d’énergie. L’optimisation de l’opération de la distribution de l’eau potable, par la gestion au quotidien des pressions et des débits fournis, devient indispensable.
Face à des RDEP complexes et à des objectifs de gestion contraignants, la modélisation hydraulique peut être complémentée par des outils d’optimisation permettant la recherche de solutions optimales de contrôle de l’infrastructure urbaine, par la minimisation d’une fonction objectif sous un certain nombre de contraintes. C’est dans ce cadre que cette thèse s’inscrit. Diverses méthodes de contrôle de la pression à l’entrée des réseaux ont été développées et testées, par l’ajustement de vannes de régulation de la pression (VRP), et leurs performances ont été évaluées. Les différentes stratégies de contrôle de la pression prises en compte sont : i) le contrôle fixe; ii) le contrôle variable basé sur l’heure de la journée; iii) le contrôle en temps réel réactif (basé sur les observations de débits/pressions); et iv) le contrôle en temps réel prédictif (basé sur les observations et les prédictions de débits). Les deux premiers modes sont des stratégies de contrôle passif qui sont régulièrement adoptés dans la pratique par les gestionnaires des réseaux. Le troisième mode est une solution recommandée dans la littérature, mais plus rarement appliquée, alors que le dernier mode représente une nouvelle solution proposée dans cette thèse, dont on souhaite évaluer les contributions à une meilleure réduction des pertes en eau. Cet objectif a été poursuivi à travers trois axes, réalisés grâce à une base de données fournie par trois municipalités canadiennes (historiques des demandes en eau, modèles hydrauliques, différents types de secteurs de consommation) et à des essais réalisés au laboratoire de simulation hydraulique de l’INRS.
Le premier axe consiste au développement d’un outil de contrôle de la pression par la commande des VRP, qui s’appuie sur un modèle de simulation hydraulique et un algorithme d’optimisation. Cet outil a permis de comparer la performance théorique des quatre modes de contrôle ci-haut mentionnés sur trois secteurs de consommation réels (Secteurs 1 à 3). Cette performance a été quantifiée en termes de réduction des pertes en eau et de stabilisation des fluctuations de la pression. Au cours de cette étape, les performances des équipements de contrôle et les prédictions de la demande en eau ont été considérées idéales. Le contrôle actif (prédictif ou réactif) s’est avéré être le plus performant, notamment pour les réseaux qui présentaient de faibles différences d’élévation, une rugosité élevée des conduites et un profil de consommation contrasté.
Le second axe consiste à évaluer la performance de deux types de modèles de prévision à court terme de la demande en eau au pas de temps de 15 min pour les prochaines 24 h, soit les modèles de type ARIMA et un modèle basé sur le calcul de coefficients adaptatifs (modèle FAF). Les incertitudes associées à ces prédictions ont été aussi évaluées. Les données de deux autres secteurs (Secteurs 4 et 5) ont été utilisées. Il a été observé que la précision des prévisions dépendait fortement du profil de consommation, de l’horizon de prédiction et de la longueur de la base de données considérés. Pour les horizons de prédictions de moins d’une heure, les modèles de type ARIMA présentaient les meilleurs performances. Les intervalles d’incertitude de ces modèles couvraient le plus de données observées alors que le modèle FAF était plus fiable pour les horizons de prédiction de plus de 2 h et présentait des intervalles d’incertitudes plus étroits.
Le troisième axe consiste à réévaluer la performance des modes de contrôle en tenant compte à la fois de la sensibilité de la VRP et de l’incertitude sur les prédictions. En premier lieu, l’impact de la sensibilité de la VRP a été évalué de façon plus exhaustive avec les données du Secteur 3. Afin d’étudier la réponse de la VRP face aux consignes issues de l’outil de contrôle, des expérimentations ont été effectuées au laboratoire. Une valeur limite de variation de consigne, en-dessous de laquelle la VRP réagissait très rarement, a été définie. Elle est égale à 3,5 m pour la vanne à diaphragme installée au laboratoire de l’INRS (de type Singer Modèle 106-PR). Par la suite, une réévaluation de la performance des modes de contrôle de la pression a été effectuée, sur le réseau réel, en tenant compte de la valeur limite de différents types de VRP, dont celle du laboratoire (comprises entre 1,4 à 5 m). Les résultats ont montré que pour des VRP avec des valeurs limites élevées, la performance des modes de contrôle actif pouvait devenir similaire à celle des modes de contrôle passifs. Ce sont les réseaux présentant des rugosités de conduites plus élevées qui présentent le plus d’avantages pour l’application des modes de contrôle actifs. En second lieu, l’impact sur la performance du contrôle prédictif de l’incertitude sur les prévisions a été évalué sur un exemple plus limité. Les résultats montrent que le mode prédictif apporte, pour les réseaux étudiés, peu d’avantages par rapport au CTR réactif.
Les évaluations et validations effectuées dans chaque partie de la thèse fournissent des éléments permettant d’accroître les connaissances au sujet des modes de contrôle de la pression les plus appropriés et les plus performants en fonction des caractéristiques des RDEP. Pour les réseaux nord-américains, qui sont conçus de façon à assurer la protection contre les incendies, il semble que le CTR prédictif apporte peu d’avantages par rapport au CTR réactif. Ce dernier type de contrôle permet quant à lui d’obtenir des réductions des pertes en eau idéales qui varient de 7.5% à 25 %, selon les réseaux étudiés par rapport au contrôle fixe et qui se réduisent avec des VRP présentant des valeurs limites non nulles.

 The managers of water distribution systems (WDSs) have to adjust regularly the various system controls, in order to provide continuously the best supply to the customers in terms of water quality and pressure delivered. However, the dynamics of water consumption, the aging of network components, the occurrence of new breaks/leaks or the increase of existing leaks are all factors that modify the hydraulic conditions and affect the performance of the system. There is also the commitment to water and energy saving. The optimization of the operation of the WDSs becomes indispensable through the daily management of pressures and flows.
When dealing with complex WDSs and restricting management objectives, hydraulic modeling can be used in conjunction with optimization tools. They allow the search for optimal solutions for system control, by minimizing an objective function under a certain number of constraints. The thesis fits into this context whereby various pressure control methods at the inlet of the networks have been developed and tested through the adjustment of pressure regulation valves (PRVs), and their performances have been evaluated. The several pressure control strategies taken into account are: i) fixed control; (ii) time based control; iii) reactive real-time control (based on flow /pressure observations); and (iv) predictive real-time control (based on observations and flow predictions). The first two modes are passive control strategies that are regularly adopted in practice by network managers. The third mode is a solution recommended in the literature, but more rarely implemented, while the last mode represents a new solution proposed in this thesis, whose contributions to a better reduction of water losses are to be evaluated. This objective was pursued through three axes, carried out thanks to a database provided by three Canadian municipalities (water demand history, hydraulic models, different types of consumption sectors) and tests carried out in the hydraulic simulation laboratory of INRS.
The first axis deals with the development of a pressure control tool by PRVs control, which is based on a hydraulic simulation model and an optimization algorithm. This tool helps to compare the theoretical performances of the four modes of control mentioned above on real consumption areas (Sectors 1 to 3). Those performances were quantified in terms of water losses reduction and pressure fluctuations stabilization. During this stage, control equipment performance and water demand predictions were considered ideal. Active control modes (predictive or reactive) were the most efficient, especially for networks with low elevation variations, high pipe roughness and a contrasted consumption pattern.
The second axis deals with the evaluation of the performances of two types of short-term water demand forecast models with 15-minute time steps for the next 24 hours. The uncertainties associated with these predictions have also been evaluated. Data from two additional sectors (Sectors 4 and 5) were used. It was observed that the predictions performances strongly depended on the consumption profile, the choice of the prediction horizon and the length of the database considered. For prediction horizons of less than one hour, ARIMA models showed the best performances. The uncertainty intervals from these models covered the most observed data whereas FAF model was more reliable for prediction horizons longer than 2 h and presents the narrowest uncertainty intervals.
The third axis deals with the re-evaluation of the control modes performances while taking into account both the sensitivity of the PRV and the uncertainty on the predictions. Firstly, the impact of the sensitivity of the PRV has been evaluated using the database of Sector 3. It is the response of the PRV to the settings variation issued from the control tool that is being studied. For this, experiments at the laboratory scale were carried out. A setting variation value below which the PRV reacted very seldom was defined. It is equal to 3.5 m for the diaphragm valve, type Singer model 106-PR, installed in the laboratory. Subsequently, a re-evaluation of the performance of the pressure control modes was carried out on the real network and taking into account the PRV limit value of various types of PRVs including the one of the laboratory (included between 1,4 and 5 m). The results showed that in case the PRVs limit values would be higher than the maximum variation required when performing the control, the performance of the active control modes could become similar to that of the passive control modes. Networks with high pipe roughness benefit the most from the application of active control modes. Secondly, the impact of uncertainty on forecasts has been evaluated on a more limited example. It allowed seeing the impact of the consideration of errors and uncertainties on the theoretical performance of the predictive control mode. The results showed that the predictive control mode provides little benefit for the networks studied compared to simple RTC.
The evaluations and validations carried out in each part of the thesis provide a better knowledge of the pressure control modes in the WDSs. The database used in the simulation and the laboratory tests were a support for estimating the potential of active control modes on similar networks.