identifier: Lahmidi, Soumia  (2018). Rôle des protéines Dok-1 et Dok-2 dans l'infection par le virus de l'herpès simplex 1  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, doctorat en immunologie et virologie, 179 p.

subject:
Cellules T CD8+
protéines Dok
VHS-1
VP11/12
évasion immunitaire
pathogénèse virale
CD8+ T cells
Dok proteins
HSV-1
VP11/12
immune evasion
viral pathogenesis

abstract:
Le virus de l’herpès simplex-1 (VHS-1) affecte 80% de la population mondiale et son infection est généralement associée à l’apparition de lésions au niveau de la muqueuse labiale qu’on appelle encore les feux sauvages ou boutons de fièvre. Il est aussi responsable de la kératite stromale herpétique qui est la première cause infectieuse de la cécité dans les pays développés. Le VHS-1 se réplique durant l’infection aiguë au niveau des muqueuses puis il rejoint les ganglions tri-géminaux (TG) où il établit sa latence dans les neurones. La réponse immunitaire cellulaire est importante pour le contrôle de l'infection aiguë et les lymphocytes T CD8+ spécifiques au VHS-1 jouent un rôle central dans le maintien de la latence virale. Les protéines adaptatrices Dok-1 et Dok-2 régulent négativement les réponses en aval de plusieurs récepteurs immunitaires dans les cellules myéloïdes et lymphoïdes incluant le récepteur des cellules T. Cependant, l'importance des protéines Dok dans le contrôle de l'infection virale est inconnue.
Dans une première partie, nous avons tenté de déterminer si Dok-1 et Dok-2 modulent la réponse immunitaire anti-VHS-1. Pour cela, nous avons procédé à des infections oculaires sur des souris de type sauvage et des souris déficientes en Dok-1 et Dok-2. Nous avons montré que l’absence de Dok-1 et Dok-2 n’a pas eu d’impact sur le contrôle de la réplication virale sur le site oculaire durant l’infection aiguë. Toutefois, l’absence de Dok-1 et Dok-2 a entrainé une diminution de la réponse T CD8+ dirigée contre l'épitope immunodominant de la glycoprotéine B (gB) du VHS-1 dans la rate et les ganglions lymphatiques drainants lors de l’infection aiguë. Plus encore, l’absence des protéines Dok a induit une disparition presque complète des cellules T CD8+ spécifiques à gB dans la rate pendant la latence virale, avec une réduction plus sévère des cellules T CD8+ mémoires effectrices comparé aux cellules T CD8+ mémoires centrales. Le pourcentage de cellules T CD8+ spécifiques à gB dans les TG pendant la latence a été également réduit significativement en l’absence des Dok. Toutefois il n’y a pas eu d’incidence sur le phénotype des cellules T CD8+ spécifiques à gB dans les TG des souris déficientes en Dok-1 et Dok-2. Dans des essais ex vivo, la réactivation du VHS-1 a été détectée plus tôt dans des cultures de TG en l’absence des protéines Dok. Dans une seconde partie, nous avons poursuivi l’étude en évaluant si le VHS-1 pouvait cibler les protéines Dok dans les cellules T. Nous avons découvert que le VHS-1 induit la phosphorylation des protéines Dok-1 et Dok-2 et une dégradation sélective de Dok-2 dans les cellules Jurkat. Par la suite, nous avons mis en évidence que Dok-2 interagit avec la protéine virale VP11/12, et que la phosphorylation des résidus tyrosines induite par le VHS-1 et la dégradation de Dok-2 nécessitent VP11/12. Plus encore, nous avons identifié le motif de liaison à la protéine Dok-2 dans la partie C-terminale de VP11/12. L'élimination de la liaison de Dok-2 à VP11/12 a empêché la phosphorylation et la dégradation de Dok-2. En conclusion, nous avons mis en évidence que Dok-1 et Dok-2 sont importants pour promouvoir le maintien des lymphocytes T CD8+ spécifiques à gB et qu’elles favorisent le maintien de la latence du VHS-1 dans les TG. Nous proposons ainsi que la phosphorylation des Dok induite par VHS-1 et la dégradation de Dok-2 représentent un mécanisme d'évasion immunitaire pour inactiver les cellules T qui pourrait jouer un rôle important dans la pathogenèse du VHS-1.

Herpes simplex virus-1 (HSV-1) affects 80% of the world population, and is usually associated with lesions in the labial mucosa called cold sores. Among other diseases, HSV-1 causes herpetic keratitis, which is the major infectious cause of blindness in developed countries. HSV-1 typically replicates at mucosal surfaces during the acute infection, and then spreads to the trigeminal ganglia (TG) where it establishes latency in neurons. Cellular immunity plays an important role in the control of acute HSV-1 infection and in maintenance of viral latency. Notably, HSV-1-specific CD8+ T cells are known to suppress HSV-1 reactivation from latency in TG. Dok-1 and Dok-2 adapter proteins negatively regulate the downstream responses of several immune receptors in myeloid and lymphoid cells including the T cell receptor. However, the involvement of Dok-1 and Dok-2 in the control of viral infection is not known. Firstly, we tried to determine if Dok-1 and Dok-2 modulate the anti-HSV-1 immune response. To test this hypothesis, we studied the impact of Dok-1 and Dok-2 proteins in the context of HSV-1 ocular infection by comparing mice deficient for Dok-1 and Dok-2 proteins and wild-type mice. We showed that the absence of Dok-1 and Dok-2 had no impact on the control of viral replication at the ocular site during acute infection. However, the absence of Dok-1 and Dok-2 resulted in a decrease in the CD8+ T cell response directed against the immunodominant epitope of HSV-1 glycoprotein B (gB) in spleen and draining lymph nodes during acute infection. Moreover, the absence of Dok proteins induced an almost complete disappearance of gB-specific CD8+ T cells in the spleen during viral latency, and the reduction of CD8+ effector memory T cells was more severe than that of CD8+ central memory T cells. The percentage of gB-specific CD8+ T cells in TG during latency was also dramatically reduced in the absence of Dok proteins; however, these CD8+ T cells were phenotypically similar to those from wild type mice. In ex vivo assays, we found that reactivation was detected earlier in TG cultures in the absence of Dok proteins.
Secondly, we continued the study by evaluating whether HSV-1 could target Dok proteins in T cells. We found that HSV-1 induced phosphorylation of Dok-1 and Dok-2 proteins and the selective degradation of Dok-2 in Jurkat cells. Futhermore, we demonstrated that Dok-2 interacts with viral protein VP11/12, and that HSV-1-induced tyrosine phosphorylation and degradation of Dok-2 require VP11/12. Moreover, we have identified the Dok-2 protein binding motif in the C-terminal portion of VP11/12. Elimination of the binding of Dok-2 to VP11/12 prevented Dok-2 phosphorylation and degradation.
In conclusion, we have shown that Dok-1 and Dok-2 are important for promoting the maintenance of gB-specific CD8+ T cells and that they promote the maintenance of HSV-1 latency in TGs. We thus propose that the HSV-1-induced phosphorylation and degradation of Dok-2 represent an immune evasion mechanism for inactivating T cells that could play an important role in the pathogenesis of HSV-1.


identifier: Atkin, Stéphanie  (2018). Pratiques informationnelles des immigrants récents en recherche d'insertion professionnelle au Québec  Essai.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en pratiques de recherche et action publique, 75 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject:
partenariat de recherche
mobilisation des connaissances
pratiques informationnelles
insertion en emploi
sources d’information
réseau social
Internet
organismes
immigrants récents
jeunes adultes
research partnership
knowledge mobilization
informational practices
employment insertion
source of information
social network
Internet
organizations
recent immigrants
young adults

abstract:
Cet essai porte sur un de projet de recherche partenarial entre une équipe de recherche du Centre UCS de l’INRS, dirigée par la professeure Nicole Gallant, et une équipe de professionnelles du MTESS. Le mandat de l’équipe de recherche était de mieux comprendre et de documenter les pratiques informationnelles des immigrants récents (adultes et jeunes adultes) et des jeunes adultes natifs en recherche d’insertion professionnelle au Québec. En intégrant l’équipe de recherche, l’objectif de ce stage était double : travailler en tant qu’assistante de recherche et expérimenter le rôle d’agent d’interface.
Pour le volet « recherche », il s’agissait d’alimenter les connaissances scientifiques sur les pratiques informationnelles des immigrants récents. Nous verrons que les pratiques informationnelles des répondants de notre étude sont largement tournées vers le réseau social, Internet et les organismes d’aide à l’insertion en emploi, mais à différents degrés, qui dépendent en grande partie du niveau de scolarité et de la connaissance du marché du travail au Québec.
Pour le volet « mobilisation des connaissances », il s’agissait d’observer et de mettre en pratique différentes facettes du rôle d’agent d’interface. Au cours de ce stage, j’ai ainsi observé le rôle d’agent « de liaison » entre le milieu scientifique et celui de la pratique, ainsi que participé à diverses activités de transfert et de diffusion des résultats.
À la fin de cet essai, je propose une réflexion critique sur les principaux concepts abordés à la maîtrise PRAP, à travers un bilan critique de mon stage. Je souhaite entre autres démontrer qu’un agent d’interface issu du milieu scientifique est des plus pertinents dans le cadre d’un projet de recherche partenarial avec un milieu d’action, que ce projet s’insère dans un processus de mobilisation ou de co-construction des connaissances.

 This report is about a partnership research project between a research team, led by Professor Nicole Gallant, from the UCS Center at INRS and a team of MTESS professionals. The mandate of the research team was to better understand and document the informational practices of recent immigrants and young adult native-born Quebecers seeking professional integration in the province of Quebec. By joining the research team, the goal of the internship was twofold: to work as a research assistant and to experience the role of interface agent.
For the “research” component, the goal was to provide scientific knowledge on the informational practices of recent immigrants. We will see that the informational practices of the respondents in our study are largely focused on their social network, the Internet and employment insertion organizations, but to varying degrees, which depend to a large extent on the level of education and knowledge of the labor market in Quebec.
The “knowledge mobilization” component involved observing and applying different facets of the functions of an interface agent. Throughout this internship, I thus observed the role of "liaison" agent between the scientific and the practice communities, as well as participated in various activities of knowledge transfer and dissemination.
In the end, I offer a critical reflection on the main concepts addressed in the PRAP Masters program, through a critical review of my internship. Among other things, I wish to demonstrate that an interface agent from the scientific community is most relevant in the context of a partnership research project with a non-scientific actor, whether this project is part of a process of mobilization or co-construction of knowledge.


identifier: Dusserre-Bresson, Quentin  (2018). Les modes d’habiter périurbains et l’idéologie de la « société des loisirs ». Une analyse France-Québec  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en études urbaines, 354 p.

subject:
Périurbain
modes d'habiter
idéologie
promoteur
société des loisirs
Henri Lefebvre
Periurban
way of living
ideology
leisure society
developer

abstract:
Cette thèse analyse les modes d‘habiter périurbains à partir de projets de promoteurs immobiliers des années 1960-1970 au Québec et en France. En effet, les promoteurs de Bromont et l‘Estérel au Québec et des Cottages-de-Cernay et de Port-Sud en France se sont emparés de l‘idéologie de la société des loisirs pour concevoir des ensembles résidentiels périurbains. Le recul historique sur cette conception urbanistique d‘un habiter périurbain offre la possibilité d‘une comparaison à la fois synchronique et diachronique des modalités d‘appropriation habitantes de ces ensembles résidentiels sur la période 1960-2010. L‘analyse de cette appropriation habitante du périurbain est inspirée du cadre conceptuel et de la méthode régressive progressive d‘Henri Lefebvre (1974). Selon ce cadre théorique, l‘appropriation est définie comme un processus conflictuel entre l‘idéologie de l‘espace conçue par les promoteurs et les représentations des habitants mais aussi comme rapports conflictuels entre les différentes modalités d‘habiter ces espaces par les habitants. Cette recherche s‘appuie sur trois types de sources: des entretiens, des articles de journaux et des archives. Les résultats montrent que les promoteurs ont échoué à concevoir un mode d‘habiter spécifique au niveau de leur projet urbanistique. Elle détaille le jeu complexe d‘alliances et d‘oppositions sociales et politiques en faveur d‘adhésion, de rejet et/ ou de détournement habitant de conceptions des formes périurbaines des années 1960-1970. Elle apporte de ce fait, un regard novateur sur les processus de différenciation des espaces périurbains observés depuis les années 2010 en France et au Québec.

 This thesis analyzes peri-urban living patterns through real estate developer projects from the 1960-1970s in Quebec and France. In fact, developers of Bromont and Estérel in Quebec and Cottages-de-Cernay and Port-Sud in France seize on the ideology of the leisure society to design peri-urban residential complexes. The historical retreat on this urbanistic conception of a periurban inhabitant offers the possibility of a synchronic and diachronic comparison of the appropriation of these residential complexes over the period 1960-2010. The analysis of appropriation is inspired by the conceptual framework and the progressive regressive method of Henri Lefebvre (1974). According to this theoretical framework, the appropriation is defined as a conflictual process between the ideology of the space conceived by the developers and the representations of the inhabitants but also as conflicting relations between the different ways of living these spaces by the inhabitants. This research is based on three types of sources: interviews, newspaper articles and archives. This thesis shows that developers have failed to design a specific way of living that adequately represented their urban project. The research details the complex game of social and political alliances and oppositions in favor of commitment, rejection and / or diversion by the inhabitants in relation to the conception of peri-urban forms of the years 1960-1970. As a result, this thesis provides an innovative view of the different trajectories of peri-urban areas observed since 2010 in France and Quebec.


identifier: Houde, Maxime  (2018). Ça roule pour qui? L'accessibilité au réseau cyclable : un enjeu d'équité environnementale  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 104 p.

subject:
vélo
équité environnementale
réseau cyclable
Montréal
infrastructure
bike
distributive justice
cycling network
Montreal
infrastructure

abstract:
Il est aujourd’hui largement admis que la présence d’un réseau cyclable favorise l’utilisation du vélo. Récemment, des études ont observé un lien entre la présence d’infrastructures cyclables et la gentrification. Toutefois, peu d’études ont analysé l’accroissement des réseaux cyclables sous l’angle de l’équité environnementale.
L’objectif principal de ce mémoire est de vérifier si l’extension du réseau cyclable des agglomérations de Montréal, Longueuil et de la Ville de Laval sur une période 25 ans (1991 à 2016) a réduit ou renforcé les iniquités en termes d’accessibilité pour les personnes à faible revenu, les immigrants récents, les enfants et les personnes âgées.
Grâce à des cartes d’archives, il a été possible de construire dans les SIG des réseaux cyclables du Grand Montréal pour six années (1991, 1996, 2001, 2006, 2011, 2016). Ensuite, le recours à des données de recensement et des méthodes d’analyse spatiale nous permet de vérifier si les iniquités en termes d’accessibilité au réseau cyclable se sont accentuées ou non durant la période et pour quels groupes.
Les résultats montrent que le réseau cyclable a plus que doublé en 25 ans. Toutefois, on constate que certaines zones sont toujours très mal desservies et que le réseau manque de connectivité. Les individus à faible revenu ont généralement eu une bonne accessibilité sur toute la période d’étude. On observe également, au fil du temps, une forte diminution de l’inaccessibilité pour les immigrants récents et les aînés. Le résultat le plus important est sans aucun doute qu’il y a eu peu ou pas d’amélioration pour les enfants qui se retrouvent en situation d’iniquité.

 It is widely agreed today that the existence of a network of bicycle paths fosters a feeling of safety as well as the use of the bicycle for both recreational and utilitarian purposes. Recent studies have found a link between the presence of cycling infrastructures and gentrification. Few studies have however examined the growth of the cycling networks from the perspective of environmental equity.
The main objective of this study is to determine whether the extension of the cycling network in the urban areas of Montreal and Longueuil and the city of Laval over a quarter of a century (1991 to 2016) has reduced or reinforced inequities in accessibility for low-income populations, recent immigrants, children, and older people.
Archival maps were employed to reconstruct the cycling networks in the Montreal area in GIS for six years (1991, 1996, 2001, 2006, 2011, 2016). Census data and spatial analysis methods were then used to measure whether or not inequities in the accessibility of the cycling network increased over the period in question.
The results show that, in 25 years, the cycling network has more than doubled in size. It can, however, be seen that some areas are still very poorly served, and that the network lacks connectivity. Low-income individuals have generally enjoyed good accessibility over the entire period. A strong decrease in inaccessibility for recent immigrants and seniors is also observed. The most important result is clearly that there has been little or no improvement for children, who are found to be in a situation of inequity.


identifier: Nadeau, Alexandra  (2018). Racines citoyennes. Le rôle des initiatives citoyennes dans la gouvernance urbaine des changements climatiques : le cas de montréal  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 157 p.

subject:
Initiatives citoyennes
gouvernance urbaine
changements climatiques
partenariats
rôle citoyen
expérimentations urbaines
initiatives grassroots
Rosemont-La Petite-Patrie
Citizen initiatives
urban climate governance
climate change
partnerships
Citizen
role
urban experiments
grassroots initiative

abstract:
Alors que les changements climatiques représentent un enjeu à l’échelle mondiale, les villes
sont de plus en plus reconnues comme étant les espaces responsables d’une grande partie des
émissions de gaz à effet de serre, tout en étant des lieux où des solutions innovantes peuvent
émerger pour répondre à cette problématique. Au sein des villes, des citoyens mettent sur pied
de manière indépendante des initiatives et des actions variées reliées à l’environnement, tel des
projets de verdissement, d’agriculture urbaine ou encore d’énergie alternative. Ce mémoire de
maîtrise s’intéresse aux raisons et contextes de mise en place de ces initiatives, ainsi qu’aux
rôles qu’elles jouent auprès d’autres acteurs urbains, soit les citoyens et les autorités
municipales.
Grâce à la réalisation d’entretiens menés avec des citoyens et un élu ayant mis en place des
initiatives reliées à l’enjeu climatique, cette recherche se base sur une étude de cas de huit
initiatives ayant pris place dans l’arrondissement montréalais de Rosemont-La Petite-Patrie.
L’objectif est ainsi d’explorer comment les citoyens réalisent par eux-mêmes des initiatives
concrètes et ce qu’elles représentent dans le champ de la gouvernance urbaine climatique et
dans une perspective de transition sociotechnique vers des villes plus durables. Les conclusions
de ce mémoire permettent de dire que les initiatives citoyennes à visée environnementale dans
Rosemont-La Petite-Patrie jouent un rôle pour: 1) démontrer des expérimentations et
alternatives écologiques possibles dans l’espace urbain, 2) créer des milieux de vie par et pour
les citoyens, 3) mobiliser et faire participer de citoyens en s’ancrant à l’échelle locale et en
matérialisant des impacts concrets, immédiats et de proximité et 4) se rapprocher des
institutions et établir des liens et partenariats entre les citoyens et les autorités municipales pour
gérer et planifier la ville.

 While climate change is a global issue, cities are increasingly recognized as the areas
responsible for a large share of greenhouse gas emissions, while at the same time being places
where innovative solutions can emerge to address this issue. Within the cities, citizens
independently set up initiatives and actions related to the environment, either greening, urban
agriculture or alternative energy projects. This master's thesis examines the reasons and
contexts for implementing these initiatives, as well as the roles they play with other urban actors,
namely citizens and municipal authorities.
Through interviews with citizens and elected officials who have implemented initiatives related to
the climate issue, this research is based on a Montreal case study of eight initiatives taking
place in the borough of Rosemont-La Petite-Patrie.
The objective is to explore how citizens themselves carry out concrete initiatives and what they
represent in the field of urban climate governance and in the perspective of sociotechnical
transitions towards more sustainable cities. The conclusions of this thesis make it possible to
say that environmental initiatives in Rosemont-La Petite-Patrie play a role in: 1) demonstrating
possible ecological experiments and alternatives in the urban space, 2) creating living
environments made by and for citizens, 3) mobilizing and involving citizens by gaining local roots
and realizing tangible, immediate and local impacts and 4) getting closer to institutions and
establishing links and partnerships between citizens and municipal authorities to manage and
plan the city.


identifier: Préfontaine-Meunier, Christine  (2018). Le modèle congrégationnel et les rapports à l’espace des immigrants récents dans deux églises évangéliques montréalaises : exploration ethnographique  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 134 p.

subject:
Église évangélique
immigrant récent
mobilité
motilité
modèle congrégationnel
espace
urbanité
réalité virtuelle
Evangelical Church
recent immigrant
mobility
motility
Congregational spatial model
urbanity
virtual reality

abstract:
Certains lieux de culte apparus dans le sillage des vagues d’immigration récentes offrent des ressources précieuses pour les nouveaux arrivants. Leur implantation territoriale diffère de celle des paroisses catholiques jadis fortement ancrées en territoire montréalais. C’est le cas des Églises évangéliques et pentecôtistes qui épousent un modèle congrégationnel basé sur les affinités plutôt qu’une logique de proximité spatiale. Une nouvelle géographie des lieux de culte se met donc en place à Montréal comme dans l’ensemble du Canada, voire en Amérique du Nord.
La présente étude explore les rapports à l’espace que développent les croyants immigrants récents à l’occasion de leurs trajets pour se rendre à l’Église, ainsi que la manière dont les pasteurs prennent en compte l’implantation de leur Église dans le projet qu’ils conçoivent pour leur communauté. L’enquête porte sur deux Églises évangéliques situées dans des environnements fort contrastés, soit en périphérie industrielle et au coeur du centre-ville montréalais. Notre exploration est guidée par plusieurs concepts qui sont mobilisés afin de qualifier les représentations de l’espace des croyants. Parmi eux, nommons la connexité, l’étendue indéfinie et infinie ainsi que la succession efficace des activités, nourries par un usage intensif des nouvelles technologies de communication.

 Some places of worship that have emerged in the wake of recent waves of immigration provide valuable resources for newcomers. Their territorial location differs from those of Catholic parishes that were once firmly rooted in Montreal. This is the case of Evangelical and Pentecostal churches, which espouse a congregational model based on affinities rather than a logic of proximity. A new geography of places of worship is therefore being created in Montreal, in Canada, and in North America.
This study explores spatial relationships developed by recent religious immigrants in their journeys to church, as well as how the location of the church itself is taken into account by pastors when designing the project they wish to provide for their congregation. The investigation focuses on two evangelical churches located in contrasting environments, those being the industrial periphery and the heart of downtown Montreal. Our study is guided by several concepts that are mobilized to qualify newcomers' representations of the urban space, notably connectivity, the indefinite and infinite space, and the effective succession of activities, which is nourished by an intensive use of new communication technologies.


identifier: Rafiei, Mojgan  (2018). An examination of child pedestrian safety: Crossing behaviors, road environment, and rule compliance near parks in Montreal, Canada  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en études urbaines, 114 p.

subject:
road traffic safety
crossing behavior
child pedestrian
rule compliance
intersection
urban parks
sécurité routière
comportement de traversée
conformité des enfants piétons
intersections
parcs urbains

abstract:
In the past decades, physical activity of children has declined due to many reasons, such as unsafe roads, which can negatively influence parents’ attitudes toward allowing their children to spend time outdoors. Urban parks, as natural and outdoor places, can promote children’s physical activity and psychological health. However, child pedestrians' safety on roads next to parks has not been fully investigated. In order to fill this research gap, this study examines child pedestrians' safety considering four rule compliance measures: temporal, spatial and velocity compliance and visual search.
We employed a naturalistic approach to observe behaviors, road environment, and car interaction while children were crossing roads near parks. In this study, street crossings of 731 children were observed at 17 crosswalks around four parks in Montreal, Canada in the summer of 2017. Then, Chi-square tests were used to verify if the individual, situational, behavioral, and road environment characteristics are significantly associated with rules compliance. These characteristics were explored through mixed-effect logistic regression with the same set of independent variables.
Our results showed that parental close supervision, stopping at the curb before crossing, and the pedestrian countdown display had positive association with rule compliance. Moreover, about 50% of children started crossing at the same time as the adult companion. In the remaining group, more rule violations were observed when the adult initiated the crossing. As for effects of vehicles interacting with child pedestrians, a mixed impact on four rule compliance was observed: more spatial compliance and visual search, but less temporal and velocity compliance.
The current study outcomes can be used to provide safer road environment near urban parks. In this regard, longer crossing signal and pedestrian countdown display at traffic lights are quite advantageous.

 L'activité physique des enfants a diminué dans la dernière décennie pour de nombreuses raisons, notamment les routes dangereuses qui empêchent les parents de laisser leurs enfants jouer à l’extérieur. En parallèle, nous savons que les parcs urbains peuvent promouvoir l’activité physique et la santé mentale des enfants. Pourtant, peu de travaux de recherche se sont intéressés à la sécurité routière des enfants piétons à proximité des parcs. C’est pourquoi la présente étude examine leur sécurité en tenant compte de la conformité aux règles relatives aux piétons.
L’approche naturaliste a été adoptée afin d’observer les comportements des enfants, l'environnement routier et les interactions avec les voitures durant la traversée. Les tests Khi-deux ont été réalisés pour mettre en évidence les caractéristiques individuelles, situationnelles, comportementales et de l’environnement routier associées à la conformité aux règles. Ces caractéristiques ont été analysées à l’aide des modèles de régression logistique à effets mixtes.
Les résultats ont montré que la supervision des adultes, s'arrêter au bord du trottoir avant de traverser et la présence d'un compte à rebours sont positivement associées à la conformité aux règles. Environ 50% des enfants ont commencé à traverser en même temps que le compagnon adulte. Dans le groupe restant, plus de violations de règles ont été observées lorsque l'adulte a initié la traversée. L’interaction piéton-voiture a eu un impact mitigé sur la conformité aux quatre règles, ce qui a eu pour effet d’améliorer la conformité spatiale et la recherche visuelle, mais de réduire la conformité temporelle ainsi que la vélocité.
Nos résultats pourraient être utiles pour les municipalités désirant améliorer la sécurité des enfants autour des parcs urbains. À ce titre, allonger les temps de traversée et ajouter des décomptes numériques aux intersections avec feux semblent avoir un effet positif en ce sens.


identifier: Laurencelle, Marc  (2018). Propriétés hydrauliques et processus d’invasion par la mer de Champlain du système aquifère rocheux fracturé régional de la Montérégie est, Québec, Canada.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 399 p.

format: application/pdf application/zip

subject: capacité spécifique

subject: transmissivité

subject: conductivité hydraulique

subject: solutions analytiques

subject: effet de l’emmagasinement dans le puits

subject: fiabilité

subject: erreurs dans les données d’entrée

subject: aquifère rocheux fracturé

subject: modèle de propriétés des fractures

subject: simulation Monte Carlo

subject: paléo-hydrogéologie

subject: salinité

subject: modélisation numérique

subject: invasion marine

subject: Mer de Champlain

subject: specific capacity

subject: transmissivity

subject: hydraulic conductivity

subject: analytical solutions

subject: wellbore storage effect

subject: reliability

subject: input data errors

subject: well-drillers’ sampling bias

subject: fractured rock aquifer

subject: fracture properties model

subject: Monte Carlo simulation

subject: paleo-hydrogeology

subject: salinity

subject: numerical modeling

subject: marine invasion

subject: Champlain Sea

abstract:
Une compréhension de la dynamique d’écoulement des grands systèmes aquifères régionaux est requise pour supporter la gestion durable des ressources en eau souterraine, mais acquérir une telle compréhension présente de nombreux défis à la fois scientifiques et techniques. La pérennité des ressources en eau souterraine est menacée par les impacts potentiels des changements climatiques, particulièrement pour les aquifères côtiers où le changement relatif du niveau marin pourrait mener à l’invasion d’eau marine. L’étude des paléoconditions et de l’impact d’événements géologiques majeurs sur les aquifères peut nous éclairer sur les conditions environnementales susceptibles d’affecter les ressources régionales en eau souterraine. Afin de comprendre quantitativement la dynamique des systèmes aquifères et prédire l’impact de changements dans leurs conditions, il est nécessaire de disposer d’estimés de leurs propriétés hydrauliques d’écoulement et d’emmagasinement qui soient représentatifs à l’échelle régionale. Pour les systèmes aquifères rocheux sédimentaires, ces estimés doivent considérer plus particulièrement la réduction de la conductivité hydraulique avec la profondeur, une réduction qui est communément observée et qui contrôlerait la majeure partie de l’écoulement dans ces formations. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse avaient pour but à la fois de développer des approches fournissant de meilleures estimations de la conductivité hydraulique (K) à l’échelle régionale et d’utiliser ces estimés pour étudier l’impact de changements importants des paléoconditions de surface sur la salinité de l’eau souterraine. La région de la Montérégie Est, dans le sud du Québec au Canada, offre un milieu opportun pour réaliser de telles études, d’abord parce qu’elle a fait récemment l’objet d’une évaluation détaillée de ses ressources en eau souterraine et de ses conditions hydrogéologiques. Et ensuite, parce que son système aquifère régional se distingue par la présence d’eaux saumâtres non potables couvrant plus de 2 000 km2, et dont l’origine proviendrait de l’invasion de la Vallée du Saint-Laurent par les eaux salées de la Mer de Champlain, un bras de mer de l’océan Atlantique, il y a environ 13 000 ans. Ce contexte offre donc un cas de référence particulièrement intéressant pour illustrer la réponse à long terme d’un système aquifère soumis à la perturbation majeure que représente une invasion marine, et ainsi mieux comprendre l’impact que peuvent avoir les changements climatiques sur des systèmes aquifères régionaux.
Le premier volet de la thèse s’est intéressé à la caractérisation hydraulique des aquifères rocheux fracturés régionaux à partir de données d’essais de capacité spécifique. Les données de capacité spécifique (SC : de l’anglais “specific capacity”), effectués de façon routinière par les entreprises de forages pour évaluer la capacité de production en eau des puits domestiques, sont fréquemment utilisées pour estimer la transmissivité (T) et la conductivité hydraulique (K). Dans la mesure où les données de SC sont beaucoup plus nombreuses et plus aisément accessibles que les données d’essais de pompage standards, elles peuvent effectivement apporter une image plus complète de la variabilité spatiale de T à l’intérieur de l’aquifère, en particulier dans les études portant sur les aquifères régionaux. L’approche conventionnellement utilisée pour estimer T à partir de données de SC est basée sur la solution de Theis, mais très peu de travaux ont évalué quantitativement la fiabilité de telles estimations de T(SC). L’objectif principal des travaux du chapitre 6 était ainsi d’évaluer la fiabilité et la précision des estimations de T dérivées de données de SC à l’aide de méthodes analytiques. Pour cela, deux méthodes analytiques d’estimation de T(SC) ont été considérées et comparées, à savoir la méthode conventionnelle (basée sur la solution de Theis) et une nouvelle méthode d’estimation de T(SC) basée plutôt sur la solution de Papadopulos-Cooper, qui tient compte de l’emmagasinement de l’eau dans le tubage du puits. Les résultats du chapitre 6 de la thèse révèlent que la fiabilité des estimations de T(SC) est en réalité limitée et grandement variable. Une application de la nouvelle approche d’estimation de T(SC) proposée au jeu de données de SC de la Montérégie Est (18 313 essais de SC rapportés) démontre l’importance de tenir compte de la fiabilité et de la précision limitée des estimations de T(SC) lors de l’exploitation de jeux de données de SC, et dévoile ainsi la nature potentiellement trompeuse des résultats obtenus à l’aide de l’approche conventionnelle.
Les estimations de T(SC) sont ensuite couramment utilisées pour déduire des profils verticaux de la conductivité hydraulique équivalente (Kb) d’aquifères rocheux fracturés qui, en général, tendent à être davantage fracturés et perméables à de faibles profondeurs. L’objectif clé des travaux du chapitre 7, poursuivant ceux du chapitre précédent, était donc de développer une méthode permettant d’exploiter les estimations de T(SC) afin de déduire des profils des propriétés de fracturation et de Kb représentatifs à l’échelle régionale, en tenant compte à la fois du biais d’échantillonnage lié aux pratiques courantes des puisatiers et de la fiabilité limitée des estimations de T(SC). Pour ce faire, une approche par simulation Monte Carlo a été développée. Le modèle stochastique conçu comprend deux sous-modèles : un premier simulant des milieux fracturés 1D verticaux hétérogènes, et un second qui vient y forer des puits à des profondeurs non aléatoires reproduisant ainsi le biais d’échantillonnage par les puisatiers. Des variables aléatoires sont utilisées pour paramétrer ces sous-modèles afin de simuler la variabilité ou l’incertitude des différentes composantes du problème. Une exécution itérative du modèle stochastique permet d’obtenir de multiples réalisations de colonnes d’aquifère rocheux fracturé hétérogène, et d’ensuite simuler le biais d’échantillonnage (des milieux fracturés) en reconstituant le processus de prise de décisions des puisatiers quant à la profondeur à laquelle arrêter le forage, notamment en fonction de la T du trou foré, pour chacune des colonnes simulées. Cette approche a été appliquée au système aquifère rocheux fracturé de la Montérégie Est, après division en trois contextes hydrogéologiques distincts. Le modèle stochastique a été calé manuellement pour chacun des contextes hydrogéologiques afin de reproduire les distributions de T et de profondeur des puits de la région, d’une part, et d’ensuite déduire les profils verticaux de Kb et leur incertitude associée, d’autre part. Les résultats montrent que la tendance à la décroissance de T avec la profondeur, communément obtenue lors de l’exploitation de données de SC afin de caractériser des aquifères rocheux fracturés régionaux, est un résultat trompeur découlant du biais d’échantillonnage par les puisatiers. De plus, l’hétérogénéité des ouvertures des fractures, et donc des transmissivités des fractures, a un impact nettement plus important sur les profondeurs de puits biaisées simulées que les diminutions, avec la profondeur, de l’ouverture moyenne des fractures ou de la densité moyenne de fractures. La profondeur des puits forés par les puisatiers serait donc, à l’échelle régionale, contrôlée non seulement par le contexte hydrogéologique (piézométrie, épaisseur des dépôts meubles, ...) mais aussi et surtout par la Kb très hétérogène du réseau de fractures, laquelle peut être caractérisée par l’approche stochastique proposée dans cette thèse.
Le second volet de la thèse s’est intéressé à l’étude paléo-hydrogéologique du système aquifère régional de la Montérégie Est, du début de l’épisode d’incursion marine par la Mer de Champlain jusqu’à aujourd’hui. L’objectif central des travaux documentés dans le chapitre 8 était ainsi de mieux comprendre les processus en jeu dans l’invasion d’eau marine des systèmes aquifères sous les paléoconditions ayant prévalu dans le sud du Québec. Les travaux ont été fondés sur un modèle conceptuel qui considère l’évolution temporelle des paléoconditions marines (niveau d’eau et salinité), la mise en place d’un aquitard argileux sur le fond marin et la diminution de la conductivité hydraulique de l’aquifère rocheux avec la profondeur. Les processus régissant le transport de la salinité ont été investigués à partir de modèles considérant des conditions allant de très simples à plus complexes et réalistes. Certains des modèles numériques ont été préparés puis simulés dans l’environnement de programmation R, et d’autres avec le logiciel FEFLOW. Les paléoconditions et processus en jeu ont d’abord été étudiés à l’aide de modèles numériques en une dimension (colonnes 1D verticales) et ensuite été simulés de façon combinée sur une coupe 2D verticale représentant schématiquement la région d’étude. Les résultats démontrent l’impact majeur de la sédimentation d’un aquitard argileux sur le fond marin, non seulement pendant mais aussi après l’épisode marin. L’aquitard en formation a tôt fait de freiner l’invasion marine directe de l’aquifère rocheux sous-jacent. Une partie de la salinité emmagasinée dans le grand volume d’eau piégée dans l’aquitard continue toutefois à être émise dans l’aquifère et ce, même après que l’aquitard soit entièrement formé. La consolidation de l’aquitard argileux pendant sa formation apparaît capable de transférer des volumes considérables d’eaux salées vers l’aquifère rocheux. De plus, les simulations numériques en 2D montrent que la pénétration de l’eau marine dans l’aquifère rocheux est fortement dépendante du taux de décroissance de la conductivité hydraulique avec la profondeur dans celui-ci. Elles révèlent également que de l’eau douce migrant vers le haut dans l’aquifère rocheux parallèlement à la plongée d’eaux marines sous l’effet de leur densité relative, peut s’accumuler à proximité de la base de l’aquitard. Mais surtout, elles montrent à quel point la digitation et l’entraînement densitaire des eaux salées introduites dans l’aquifère rocheux y sont des mécanismes d’invasion importants, et encore actifs aujourd’hui. Dans les zones plus élevées et libres d’argiles, le lessivage des eaux salées par la circulation convective d’eaux douces devient le processus prédominant dès le retrait des eaux inondantes, et mène à une évacuation quasi complète des eaux marines précédemment introduites dans l’aquifère rocheux. À l’opposé, là où la couverture argileuse est épaisse, le lessivage de l’aquifère rocheux s’avère quasi nul. Néanmoins, il s’avère que c’est principalement la diffusion qui contrôle l’évolution post-marine de la salinité maximale pouvant être rencontrée dans la partie supérieure du système aquifère, principalement en évacuant peu à peu son stock de salinité vers la surface. Les résultats montrent, en outre, qu’il est fort probable que les eaux profondes de la Mer de Champlain aient eu une salinité marine normale (~35 g/L) durant la plus grande partie de l’épisode marin, ce qui est en contradiction avec des travaux antérieurs ayant affirmé que l’eau de la Mer de Champlain était diluée. Les salinités maximales observées aujourd’hui dans la zone d’eaux saumâtres en Montérégie Est (~12 g/L) ne seraient donc pas directement représentatives de la salinité d’une eau marine diluée au départ, mais plutôt le résultat de la longue évolution interne, et de la réduction associée, de la salinité au sein du système aquifère. Cette étude paléo-hydrogéologique contribue, en somme, à une meilleure compréhension des processus d’invasion marine des aquifères rocheux sous des paléoconditions réalistes.
Dès l’amorce de ce projet, il a été jugé nécessaire de disposer d’estimés de la conductivité hydraulique représentatifs des conditions régionales afin de reconstituer de façon plausible le processus d’invasion marine. Les résultats de nos travaux ont de fait montré l’importance critique de la conductivité hydraulique sur le processus d’invasion. En effet, même si l’aquitard argileux exerce un contrôle majeur sur l’entrée puis la préservation d’eau marine dans l’aquifère rocheux sous-jacent, la profondeur d’invasion et, plus généralement, la distribution spatiale de l’eau marine dans l’aquifère apparaissent aussi largement contrôlées par la réduction de la conductivité hydraulique avec la profondeur, qui ne permet pas une pénétration profonde de l’eau marine. Le profil vertical de la conductivité hydraulique estimé dans le premier volet de la thèse (pour le contexte hydrogéologique de la Plate-forme du Saint-Laurent, dans lequel siègent les eaux souterraines saumâtres de la région d’étude) a fourni des salinités simulées de l’eau souterraine qui concordent avec celles observées dans l’aquitard argileux et l’aquifère rocheux. La nature imparfaite des données disponibles sur la capacité spécifique, la fiabilité limitée des estimations de transmissivité puis de conductivité hydraulique dérivées de celles-ci, les limites de nos connaissances sur la structure hydraulique de l’aquifère et notre reconstitution nécessairement simplifiée des paléoconditions imposent toutes, néanmoins, une marge d’incertitude à nos résultats. Enfin, nonobstant que cette étude soit basée sur des conditions spécifiques à une région, les méthodes développées et les processus étudiés devraient être généralement applicables à plusieurs des autres régions du monde ayant connu des conditions analogues et constituent donc, à notre avis, un progrès scientifique intéressant dans l’étude du phénomène d’invasion marine.


identifier: Ouellet-Proulx, Sébastien  (2018). Prévision thermique d’ensemble en rivière avec assimilation de données.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 222 p.

format: application/pdf application/pdf

subject:
modélisation
prévision d’ensemble
incertitude
évaporation
évapotranspiration
assimilation de données
filtre particulaire
modelling
ensemble forecast
uncertainty
evaporation
evapotranspiration
data assimilation
particle filter

abstract:
Les températures élevées de l’eau en rivière sont largement reconnues comme une source de stress pour certains organismes aquatiques, tels que les salmonidés. Dans plusieurs cours d’eau, des mesures d’atténuations doivent être mises en place pour réduire l’impact de ces températures sur la faune aquatique locale. Des travaux récents ont mis en évidence l’importance de la prévision de la température l’eau pour assurer la bonne implantation de ces mesures. On y insiste par ailleurs sur le besoin de mieux comprendre et quantifier l’incertitude associée à la prévision de température de l’eau.
Alors que plusieurs éléments de modélisation sont reconnus comme sources d’incertitude de la prévision de la température de l’eau, leur contribution spécifique demeure peu connue et faiblement documentée.
Les travaux qui composent ce document proposent une méthodologie qui s’insère dans un processus de modernisation du modèle hydrologique CEQUEAU. Ils ont été effectués dans le but de rendre possible la prévision de la température de l’eau à court terme. L’incertitude des intrants météorologiques a été investiguée à travers la production de prévisions d’ensemble. Pour assurer la bonne représentation des états initiaux au moment de la prévision, un algorithme d’assimilation de données hydrologiques et thermiques a été intégré au processus prévisionnel. Afin de contribuer à l’amélioration de la formulation du modèle, diverses méthodes d’estimation de l’évaporation et de l’évapotranspiration ont été testées. Cet exercice a notamment permis d’évaluer l’incertitude associée à la simulation de ces deux processus.
Pour la première fois, le modèle thermique a été utilisé afin de permettre la prévision à court terme. On observe une forte propagation de l’incertitude des intrants météorologiques sur l’incertitude de la prévision thermique (Article 1). Cette propagation est toutefois moindre sous un régime d’écoulement régulé par rapport à un écoulement naturel. Bien que la prise en considération de l’incertitude des intrants météorologiques permette d’assurer une bonne fiabilité (une bonne représentation statistique de l’incertitude) de la prévision thermique à moyen terme (cinq jours), un manque de fiabilité afflige la prévision à court terme (un jour). Le recours à l’assimilation de données par filtres particulaires démontre un excellent potentiel pour assurer la correction des variables d’état du modèle avant l’émission d’une prévision thermique (Article 2). Lorsqu’un nombre adéquat de particules est utilisé, le filtre particulaire permet aussi de garantir une dispersion juste de la prévision d’ensemble, et en assure ainsi la fiabilité. Par ailleurs, les résultats ont permis de démontrer l’importance de distinguer l’estimation de l’évapotranspiration et l’évaporation à la surface des eaux libres lors d’une modélisation thermique (Article 3). Ils illustrent aussi la forte influence du choix de la méthode d’estimation sur les simulations hydrologiques et thermiques subséquentes. Cette influence est toutefois comparable à l’influence de la paramétrisation du modèle.
Enfin, cette thèse vise à mettre en évidence et documenter trois importantes sources d’incertitude associées à la modélisation de la température de l’eau : les états initiaux, la formulation du modèle ainsi que ses intrants. L’exercice est effectué dans un objectif de quantification et de représentation de cette incertitude pour l’émission de prévisions d’ensemble de la température de l’eau.

High water temperature is widely recognized as a cause of stress for aquatic organisms such as salmonids. In many river systems, mitigation measures must be put in place to reduce the impact of those temperatures on local aquatic fauna. Recent work has demonstrated the importance of using water temperature forecasts to ensure a proper implementation of such measures. The need to better understand and quantify uncertainties associated with water temperature forecasts is highlighted.
While various modelling elements are known to propagate uncertainty within a thermal forecast, their respective contribution to the overall model uncertainty remains little known and poorly documented.
Research work that is described in this document put forward a methodology that is an integral part of a modernisation process of the hydrological model CEQUEAU. It was conducted with the aim to enable the production of short-range water temperature forecasts. The uncertainty carried by meteorological inputs has been investigated through ensemble forecasts. To ensure a proper representation of the initial conditions of the model before launching the forecast, a data assimilation algorithm of both hydrological and thermal data was integrated into the forecasting process. In order to contribute to the improvement of the CEQUEAU model, various estimation methods of evaporation and evapotranspiration were tested. This work allowed to evaluate the uncertainty associated with simulating these two processes.
The thermal module of the CEQUEAU model was used for the first time to produce water temperature forecasts (Article 1). An important uncertainty was propagated to water temperature forecasts by meteorological inputs. This uncertainty propagation is however of lesser importance under regulated flow regime compared to a natural flow. Although the inclusion of meteorological uncertainty allows a good forecast reliability (adequate statistical representation of the uncertainty) for a mid-range forecast (five days), a lack of reliability is evident for short-range forecasts (one day). The use of particle filters showed an excellent potential to perform state variable correction before launching the model in forecasting mode (Article 2). When an adequate number of particles is used, the particle filter allows to produce a properly spread forecast, and thus ensures reliability.
The results also showed the importance of separating the estimation of evapotranspiration and open water evaporation when modelling water temperature (Article 3). They also demonstrate the strong influence of the estimation of evaporative fluxes on subsequent hydrological and thermal modelling. However, this influence is similar to model parametrisation.
The following thesis aims at highlighting and documenting three important sources of uncertainty associated with water temperature modelling: initial conditions, model formulation and meteorological inputs. The research process was done with the objective of quantifying and representing this uncertainty within a water temperature forecasting framework.


identifier: Vaillancourt, Catherine  (2018). Impact hydrologique du pavage perméable en milieu urbain au Québec.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 135 p.

subject:
pavage perméable
milieu urbain
infiltration
surverses
PGO
permeable pavement
urban drainage
infiltration
overflow
LID
BMP

abstract:
L’objectif du projet est d’évaluer les effets causés par l’implantation de sites de pavages perméables (PP) sur les bassins versants (BV) urbanisés. La méthodologie de cette étude se décline en cinq étapes, soit : (i) caractériser la capacité d’infiltration de cinq sites de PP de la grande région de Montréal; (ii) récolter des données de pluie et de débit au site de l’usine Stonedge à Chambly; (iii) modéliser le fonctionnement hydrologique de ce site à l’aide du Storm Water Management Model (SWMM), dont les paramètres sont calés à partir des données d’observations à Stonedge; (iv) créer un modèle amélioré d’unité de PP; et (v) évaluer, par modélisation SWMM, l’effet de l’implantation de sites de PP sur les dysfonctionnements hydrauliques et les rejets de réseaux de BV urbains réels.
Les tests de capacité d’infiltration ont démontré une très grande capacité d’infiltration des sites de PP, sans égard à la saison ni à l’usage du site. Les observations de pluie et de débits ont été récoltées à Chambly sur une période de 24 mois. Leur analyse a permis de constater, à l’échelle du site, une diminution du volume de ruissellement de 6 à 12 mm par événement de pluie et un décalage de la pointe du débit allant jusqu’à 3 h. Le bilan hydrologique réalisé sur le site indique une réduction du ruissellement, les fractions ruisselées varient de 2% à 75%. Le modèle de PP du site de Stonedge a servi de base pour l’évaluation de l’impact des sites de PP à l’échelle de quatre BV urbains, drainés par des réseaux séparés (2) et unitaires (2). Cet impact se traduit par des réductions, pour les réseaux unitaires : du nombre de surverses jusqu’à 100%, du volume de surverse de 19% à 100%, et de la durée de surverse de 16% à 100% annuellement. Une réduction moyenne de la durée d’inondation de 71% pour les secteurs industriels (réseaux séparés) et de 30% pour les secteurs en réseau unitaire a aussi été constatée. Finalement, une réduction de 30 % des volumes et de 7% à 34% des débits de pointe envoyés au cours d’eau pour les deux secteurs drainés par des réseaux séparés a été observée.

 The objective of this project was to evaluate the effects of the installation of permeable pavement (PP) sites on urbanized watersheds. The methodology of this study included five work packages: (i) characterize the infiltration capacity of five PP sites in the greater Montreal area; (ii) collect rain and flow data at the Stonedge plant site in Chambly; (iii) model the hydrological behavior of this site using the Storm Water Management Model (SWMM), whose parameters were calibrated from observation data at Stonedge; (iv) create an improved model of PP unit; and (v) evaluate, using SWMM , the effect of developing a PP site on hydraulic malfunctions and discharges of actual urban watershed networks.
The infiltration capacity tests demonstrated a very high infiltration capacity of the PP sites, regardless of the season or land use. Rainfall and flow observations were collected at Chambly over a 24-month period. Their analysis found a site-wide decrease in runoff volume of 6 to 12 mm per rainfall event and a peak flow delay of up to 3 hours. The water balance for the site indicates a reduction in runoff, with fractions of the runoff ranging from 2% to 75%. The PP model of the Stonedge site served as a basis for evaluating the impact of PP sites at the scale of four urban watersheds, drained by separate (2) and combined (2) networks. This impact meant reductions of up to 100% in the number of combined sewer overflows, 19% to 100% of their volume, and 16% to 100% of their duration, annually. There was also an average reduction in surface flood duration of 71% for the industrial sectors (separate networks) and 30% for the combined sectors. Finally, there is also a 30% reduction in volumes and from 7% to 34% of the peak flows discharged to the watercourse for the two sectors drained by separate networks.


identifier: Pérez Bello, Alexis  (2018). Defining a reference climate for canada through the combination of observational and reanalysis datasets.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 75 p.

subject:
interpolation optimale d’ensemble
indices de précipitations climatiques
assimilation de données
ensemble optimal interpolation
climate precipitations indices
data assimilation

abstract:
Le présent travail propose une combinaison d’ensemble de différents jeux de données à l’aide de
deux méthodes d’assimilation pour améliorer la qualité des champs de précipitation climatiques au
Canada pour une période de 30 ans (1980-2009). Quatre ensembles de données de réanalyse ont
été utilisés : CFSR, ERAI, JRA55 et MERRA. Les données d’observation proviennent de 2160
stations météorologiques à travers le pays avec un minimum de 10 années valides de précipitations
quotidiennes. De plus, les données d’observation sur grille de Ressources Naturelles Canada
(NRCan pour Natural Resources Canada) ont été utilisées à fin de comparaison. Les Indices de
Précipitation Climatiques (IPC) ont été calculés pour chaque ensemble de données annuellement
et ont été combinés (la Réanalyse + les Observations) par les méthodes d’Interpolation Optimale
(OI pour Optimal Interpolation) et d’Interpolation Optimale d’Ensemble (EnOI pour Ensemble
Optimal Interpolation) respectivement. Une vérification a été effectuée sur les stations qui ont
été utilisées pour la combinaison, de même qu’une stratégie de validation croisée. Les résultats
ont montré des améliorations au niveau des nouveaux ensembles de données de référence créés par
les deux méthodes, en particulier pour l’approche d’ensemble. L’ensemble de données sur grille
développé (par EnOI) a surpassé NRCan, lequel a été généré seulement à partir d’observations,
ce qui montre que ce dernier devrait être utilisé avec précaution pour l’analyse d’événements de
précipitation extrême. L’ensemble de données produit pourrait être utilisé pour les études d’impact
de changement climatique et de stratégies d’adaptation de même que pour fournir une meilleure
compréhension du climat actuel au Canada.

The present work shows a combination of different datasets through two data assimilation methods
in order to improve the quality of the climate precipitation fields in Canada for a period of 30
years (1980-2009). Four reanalysis datasets were used; CFSR, ERAI, JRA55 and MERRA. The
observational dataset consists in 2160 meteorological stations across the country with a minimum
of 10 valid years of precipitation records available. Besides, the Natural Resources Canada gridded
dataset (NRCan) was also used. The Climate Precipitation Indices were calculated for each dataset
annually and were combined (Reanalysis + Observations) by the Optimal Interpolation (OI) and
Ensemble Optimal Interpolation (EnOI) methods respectively. The verification was carried out over
the stations that were used in the combination, but also through a cross-validation strategy. Results
show the improvements in the new reference datasets created by both methods highlighting the
Ensemble approach as the best. The reference gridded dataset developed (by EnOI) outperformed
NRCan which was created only by observations and showing that the latter should be used
with caution for extreme precipitation events analysis. The dataset produced contributes to the
development of climate change impact studies and adaptation strategies, as well as providing a
better understanding of the current climate in Canada.


identifier: Rioux, Geneviève  (2018). Spéciation du platine en présence de matière organique naturelle et biodisponibilité pour l’algue verte Chlamydomonas reinhardtii.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 187 p.

subject:
spéciation
platine
acide humique
ultrafiltration partielle
WHAM
algues vertes
Chlamydomonas reinhardtii
internalisation
toxicité
speciation
platinum
partial ultrafiltration
green alga
internalization
toxicity

abstract:
Les concentrations d’éléments du groupe platine mesurées dans l’environnement ont augmenté durant les dernières décennies. Cette augmentation est principalement causée par l’utilisation de ces métaux pour leurs propriétés physico-chimiques particulières dans les convertisseurs catalytiques des automobiles. Les recherches effectuées sur le platine et le palladium jusqu'à présent ont indiqué que ces éléments ont une toxicité potentiellement élevée pour les organismes aquatiques. La matière organique naturelle (MON) lie fortement les éléments du groupe platine, et peut donc modifier la biodisponibilité du platine et du palladium en les complexant. Ainsi, afin d’évaluer le risque environnemental de ces métaux en milieu aquatique naturel, la présence de ligands tels que la MON doit être considérée. L’objectif de ce projet était d’étudier la spéciation du platine et du palladium en présence de MON (Suwannee River humic acid) et de vérifier l’influence de la MON sur l’absorption et la toxicité de ces métaux chez l’algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. La première étape consistait donc à quantifier la complexation des métaux par la MON. Pour ce faire, deux méthodes ont été envisagées : la dialyse à l’équilibre et l’ultrafiltration partielle. La dialyse s’est avérée difficilement reproductible; c’est pourquoi l’ultrafiltration partielle est la technique qui a été privilégiée dans ce projet. La spéciation du palladium n’a pas pu être déterminée expérimentalement dû à une adsorption importante sur la verrerie utilisée (polycarbonate). La deuxième étape de ce projet consistait à exposer Chlamydomonas reinhardtii aux milieux caractérisés par ultrafiltration partielle et quantifier la bioaccumulation ainsi que les effets chez l’algue. Deux expositions d’une durée de 96 h en présence de 0 à 150 μg/L de platine non lié à la MON (platine ultrafiltré) ont été réalisées, l’une sans MON et l’autre en présence de 10 mg C/L de MON. Pour une gamme de concentrations de platine non lié à la matière organique similaire, il s’est avéré que le platine était plus toxique en présence de MON. En effet, le retard dans la croissance était plus important pour toutes les concentrations d’expositions et le rendement final était plus faible à des concentrations supérieures à 30 μg/L. L’internalisation de platine par Chlamydomonas reinhardtii était plus élevée lors de l’exposition en présence de MON et la valeur de CE₅₀ calculée à 48 h est environ cinq fois plus faible que celle obtenue en absence de MON.

 Concentrations of platinum-group elements measured in the environment have increased during the past decades. This increase is mainly due to the use of these elements for their unique properties in automotive catalytic converters. Previous research has reported that platinum and palladium can be toxic for aquatic organisms at very low concentrations. To evaluate the environmental risk of these elements in natural waters, ligands such as natural organic matter (NOM) need to be considered, because NOM can bind platinum-group elements and modify their bioavailability. The purpose of this project was to study the speciation of platinum and palladium in the presence of NOM (Suwannee River humic acid) and to verify the influence of NOM on the absorption and toxicity of these metals, using a unicellular green alga (Chlamydomonas reinhardtii) as the test organism. The first step was to quantify the complexation of Pt and Pd by NOM. To this end, two methods were considered: equilibrium dialysis and partial ultrafiltration. Because results obtained by equilibrium dialysis were not reproducible, partial ultrafiltration was the technique selected for this project. Because palladium speciation could not be determined experimentally, due to significant adsorption on the polycarbonate glassware used, only platinum was used in the algal experiments. The second step of this project was to expose algae in media which had been characterized by partial ultrafiltration and to quantify platinum bioaccumulation and effects. Two exposures of 96 h in the presence of 0 to 150 μg/L of platinum not bound to NOM were carried out, one without NOM and the other one with 10 mg C/L of NOM. For a similar range of not bound to NOM concentrations, it was found that platinum was more toxic in the presence of NOM. For all exposure concentrations, the delay in growth was more substantial in the presence of NOM and the final yield was lower for platinum concentrations higher than 30 μg/L. For similar concentrations of ultrafilterable platinum, internalization by Chlamydomonas reinhardtii was higher during the exposure with NOM than in the exposure without NOM, and the EC50 calculated at 48 h was approximately five times lower than the EC₅₀ calculated for the exposure in the absence of NOM.


identifier: Sanni, Isbath Bona Ouré  (2018). Combinaison des procédés d’électrocoagulation et d’électro-oxydation pour le traitement des eaux usées résiduaires issues des opérations de nettoyage de cuves industrielles.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 114 p.

subject:
électrochimie
électrocoagulation
électro-oxydation
eaux usées industrielles
Demande  Chimique  en  Oxygène  totale

abstract:
Les eaux usées industrielles sont généralement des effluents complexes et difficiles à traiter par des procédés conventionnels. Il devient ainsi prioritaire de développer des procédés innovants et performants permettant l’élimination d’une large gamme de polluants de ces effluents. Les procédés électrochimiques tels que l’électrocoagulation (EC) et l’électro-oxydation (EO), ont récemment montré leur efficacité pour le traitement de matrices industrielles complexes. Comparativement à certains procédés, ceux-ci sont simples d’opération et ne nécessitent pas d’ajout de produits chimiques
Ce projet a pour objectif de combiner les procédés d’EC et d’EO pour traiter les eaux résiduaires issues des opérations de nettoyage des cuves industrielles fortement chargées en DCO (Demande Chimique en Oxygène totale (DCOt) de 10360 ± 665 mgO2/L, en phosphore total (Pt) de 22,9 ± 0,9 mg/L) afin de respecter les normes de rejet à l’égout.
Après une caractérisation de l’effluent, 1) l’EO a été appliquée seule pour traiter l’effluent ; 2) l’EC a été utilisée comme méthode de prétraitement pour enlever les matières en suspension et le Pt 3) les deux procédés ont été utilisés successivement (EC suivie par EO) afin de favoriser une minéralisation complète de la DCOt après le prétraitement. Pour l’EO, différents paramètres ont été testées soient le type d’anode (bore dopé au diamant (BDD), dioxyde d’iridium (IrO2) et oxyde de métal mixte (MMO), la densité de courant (0,05 à 0,23 A/cm²), la quantité d’électricité (0 à 122 Ah/L). Pour l’EC, la densité de courant variait de 4.5 à 13.6 mA/cm² et la quantité d’électricité (0 à 3,06 Ah/L).
Les résultats du traitement par le procédé EO ont montré que le meilleur taux d’abattement de la DCO a été obtenu avec le BDD (91 ± 4,9 %) contre 52 ± 7,3 % pour les autres anodes. Malgré cette élimination importante de la DCO, le procédé EO seul ne permettait pas l’abattement du phosphore total et des particules colloïdales. Ce travail a montré que le couplage a permis l’enlèvement du Pt (97 %) tandis que la DCOt a été éliminée à hauteur de 95 % permettant ainsi le respect de la norme de rejet à l’égout. Par ailleurs, le couplage EC-EO permet de réduire les coûts d’opération à 7,3 CAD$/m³ contre 24 CAD$/m³ lorsque le procédé d’EO est utilisé seul.

 Industrial wastewaters are generally characterized by complex and diverse pollutants. This makes them difficult to treat them by conventional biological processes. Therefore,It becomes a priority to develop innovative and efficient processes for the treatment of a wide range of pollutants. Electrochemical processes such as electrocoagulation (EC) and electro-oxidation (EO) have recently proved their effectiveness for the treatment of industrial refractory matrices. These processes are simple to operate and do not require the addition of chemicals reagents.
The purpose of this project was to combine EC and EO for the treatment of highly contaminated wastewater (Chemical Oxygen Demand COD of 10 360 ± 665 mgO2/L and an initial concentration of phosphorus of 22.9 ± 0.9 mg/L), from industrial cleaning tanks in order to meet sewer discharge standards.
After a characterization step (1) the EO was tested then (2) the EC and finally (3) the coupling EC-EO. Indeed, EC was used as a pretreatment method to remove suspended solids, fine colloidal particles and total phosphorus (Pt) while EO was chosen for its ability to directly and indirectly oxidize refractory organic contaminants. Thus, for the EO, different operating parameters were investigated such as the type of anode (boron-doped diamond (BDD), iridium dioxide (IrO2) and mixed-metal oxide (MMO), the current density (0.05 to 0.23 A/cm²), the amount of electricity (0 to 122 Ah/L) while for the EC the current density varied from 4.5 to 13.6 mA/cm² and the amount of electricity from 0 to 3.06 Ah/L.
With regard to the EO process, the best COD abatement rate was obtained with BDD (91 ± 4.9%) versus 52 ± 7.3% for other anodes. Despite a significant removal of COD, the EO alone did not allow the removal of total phosphorus and colloidal particles. The combination EC-EO allowed 97% of phosphorus removal while 95% of COD was removed to meet the sewer discharge standard. Moreover, the EC-EO coupling reduces operating costs to 7.3 $CAD/m³ against 24 $CAD/m³ when the EO process is used alone.


identifier: Komtchou, Simon  (2018). Développement de procédés d’oxydation photo-électrocatalytiques pour le traitement des eaux contaminées par des produits phytosanitaires.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 394 p.

subject:
produits phytosanitaires
photo-électrocatalyse
procédés photo-électro-Fenton
électrotechnologies
pesticides
atrazine

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue en PDF.Les produits phytosanitaires utilisés en agriculture sont responsables de la dégradation
de l’environnement, notamment à travers la contamination des eaux superficielles et
souterraines. Ces composés sont utilisés pour lutter contre les espèces nuisibles et les
adventices qui causent des dommages aux cultures et produits agricoles. Les diverses
études réalisées par des agences gouvernementales (Canada, Québec, etc.) révèlent
la présence de nombreux produits phytosanitaires dans les eaux de surface. Au nombre
des composés couramment retrouvés, l’on peut citer : l’atrazine, le glyphosate, le
chlorpyrifos, carbaryl, etc. Ces composés ne participent globalement qu’à une très
faible proportion de la matière organique dissoute (inférieur à 1% du carbone organique
dissout), mais leur présence dans les eaux est à prendre en considération en raison de
leur toxicité potentielle pour l’homme, la faune et la flore du milieu aquatique contaminé.
Cependant, les technologies actuelles de décontamination des eaux polluées,
notamment par les stations d’épuration ne sont pas toujours adaptées pour traiter ce
type d’effluents contaminés par des pesticides (composés biorécalcitrants, grandes
diversités de molécules, etc.).
Dans le cadre de cette étude, nous proposons une approche intégrée de traitement de
ces polluants par des procédés photo-électro-catalyse (PEC) et photo-électro-Fenton
(PEF). L’objectif global de ce projet est de développer, tester et comparer l’efficacité de
ces procédés (PEC et PEF) pour le traitement d’une eau de surface contaminée par
l’atrazine. Le procédé PEC est une technologie basée sur l'irradiation d’une photoanode (semiconducteur)
avec source lumineuse ayant une énergie (hv) supérieure à la bande
interdite (Eg) du semi-conducteur (hv ≥ Eg). Cela entraine le passage des électrons de
la bande de valence (BV) vers la bande de conduction (BC) de la photoanode, créant
ainsi des paires électrons-trous (sièges des réactions d’oxydations) au niveau de la BV.
L’application du potentiel externe réduit la recombinaison des électrons-trous et amplifie
au niveau de la BV les réactions d’oxydation et la production des radicaux hydroxyles.
Cette synergie des réactions photocatalytiques et électrochimiques justifie notre choix
pour ce procédé. Les photoanodes (TiO2, TiO2-x et TiO2:WN) préparées par la technique de déposition
par pulvérisation laser magnétron à haute fréquence ont été caractérisées par
différentes techniques pour déterminer les propriétes de volume, de surface et optique.
L’analyse par diffraction des rayons X (DRX) des films calcinés à 470°C montre que le
film TiO2-x cristalise sous la forme rutile (polymorphe du TiO2 à faible photoconductivité);
tandis que les films TiO2 et TiO2:NW cristalisent sous la forme anatase (polymorphe du
TiO2 le plus efficacité en photocatalyse). L’analyse par spectrophotométrie UV-visible
DRIFT montre que le TiO2 (Eg ≈ 3.2 eV) absorbe dans le domaine de l’ultraviolet (UV),
le film TiO2-x (Eg ≈ 3.0 eV) absorbe légèrement dans le visible, alors que la présence de
l’azote et du tungstène dans TiO2:NW permet une bonne absorption dans le visible et
une réduction significative de la bande interdite (Eg = 2.3 eV). Par la suite, l’utilisation des photoanodes (TiO2, TiO2-x et TiO2:WN) a permis d’évaluer
l’efficacité du procédé PEC sous irradiation UV et visible pour le traitement d’une eau
synthétique contaminée par l’atrazine (100 μg L-1). Cette concentration (100 μg L-1) représente la valeur aiguë finale à l’effluent recommandée dans la province de Québec.
Sous lumière UV, les résultats montrent une dégradation totale de l’atrazine après 30
min de traitement avec la photoanode TiO2-x, alors que la dégradation est de 90.3%
avec TiO2. Sous lumière visible, la bonne photosensibilité de TiO2:WN permet d’avoir
une meilleure dégradation de l’atrazine (94.3%) par rapport à TiO2-x (68.6%) après 180
min de traitement. D’autre part, le devenir des sous-produits de l’atrazine montrent que
sous irradiation UV, les sous-produits sont principalement générés par un mécanisme
de photodégradation qui passe par une déhalogénation de l’atrazine avec substitution
du chlore par le groupement OH (déchlorination), mais aussi par désalkylation avec
rupture de la seconde fonction amine (liaison N-C). Cependant, sous lumière visible, la
déchlorination est presque inexistante, et les sous-produits de l’atrazine proviennent
essentiellement des réactions d’oxydation ayant lieu à la surface des photoanodes.
La suite des travaux a consisté à tester l’efficacité du procédé PEC sous lumière visible
pour le traitement d’une eau réelle de surface en zone agricole. Les campagnes
d’échantillonnages réalisées en automne 2016 et en été 2017 ont permis de déceler la
présence de l’atrazine (0.7 ± 0.04 μg L-1 en été 2017) et de ses sous-produits comme le
2-hydroxyatrazine (0.2 ± 0.01 μg L-1 en été 2017) dans l’eau de la rivière Nicolet.
L’application du procédé PEC pour le traitement de l’eau de la rivière Nicolet
artificiellement contaminée par l’atrazine (100 μg L-1) a été réalisée dans une unité
pilote de volume 5 Litres. Les résultats obtenus montrent que la turbidité de cette eau
de rivière associée à la présence de la matière en suspension, des colloïdes et des ions
inorganiques ne permettent pas de traiter efficacement cette eau de surface avec le
procédé PEC. De ce fait, un prétraitement préalable de type physico-chimique est requis avant l’application du procédé PEC. L’étape de coagulation-floculation a permis
une réduction de la turbidité (abattement de 75.7%) et du carbone organique dissous
(abattement de 52.9%) en utilisant FeCl3 (10 mg L-1 à pH = 5.5) suivi d’un floculant
cationique Zetag (20 mg L-1). L’application subséquente du procédé PEC a permis
d’obtenir une dégradation de l’atrazine (39.7%) après 300 min de traitement.
Au regard des résultats obtenus avec le procédé PEC pour le traitement de l’eau de
rivière, le procédé photo-électro-Fenton (PEF) combinant les réactions électrochimiques
et photochimiques a été utilisé. L’étude voltampérométrie linéaire (VL) a permis de
choisir l’électrode anodique de bore dopé au diamant (BDD) comme l’électrode ayant la
plus forte surtension en oxygène. Les travaux réalisés dans l’unité pilote de volume 5
litres ont permis de comparer l’efficacité du procédé PEF à d’autres procédés
d’oxydation avancée (POAs) comme l’oxydation anodique (AO-H2O2), l’électro-Fenton
(EF) et surtout le procédé PEC (utilisant la photoanode TiO2-x). Après 300 min de
traitement, les résultats de dégradation de l’atrazine (100 μg L-1) ont permis de classer
ces POAs dans l’ordre d’efficacité suivant : AO-H2O2 < EF < PEC < PEF.
Par la suite, le procédé PEF a été appliqué pour le traitement de l’eau de la rivière
Nicolet contaminée artificiellement par l’atrazine (10 μg L-1). Les résultats obtenus (sans
prétraitement) montrent une dégradation totale de l’atrazine. Afin d’optimiser la
détection de l’acide cyanurique (CA) qui est un des sous-produits principaux de la
dégradation de l’atrazine, l’eau de la rivière a été contaminée par 10 mg L-1 d’atrazine.
Après 420 min de traitement, la concentration de CA est de 23 μg L-1 et le taux de
minéralisation (dégradation ultime de l’atrazine en constituants tels que CO2 et l’eau)
est de 81,3%.

The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract. Phytosanitary products used in agriculture are responsible for the degradation of the
environment, particularly through the contamination of surface and groundwater. These
compounds are used to control harmful species and weeds that cause damage to crops
and agricultural products. The various studies carried out by governmental agencies in
Canada reveal the presence of numerous pesticides in surface water. The compounds
commonly found include atrazine, glyphosate, chlorpyrifos, carbaryl, etc. These
compounds globally participate in a very small proportion of dissolved organic matter
(less than 1% of dissolved organic carbon), but their presence in water should be taken
into consideration because of their potential toxicity for humans, the fauna and the flora
of the contaminated aquatic environment. However, current technologies used
especially wastewater treatment plants are not always adapted to treat this type of
effluents (biorecalcitrant compounds, large diversities of molecules, etc.).
This study proposes an integrated approach for the treatment of these pollutants using
photo-electro-catalysis (PEC) and photo-electro-Fenton (PEF) processes. The overall
objective of this project is to develop, test and compare the efficiency of these
processes (PEC and PEF) for the treatment of contaminated surface water.
The PEC process is a technology based on the irradiation of a photoanode (semiconductor)
with a light source having an energy (hv) greater than the band gap (Eg) of
the semiconductor (hv ≥ Eg). This promotes the passage of electrons from the valence
band (VB) to the conduction (CB) of the photoanode, thus creating electron-hole pairs
(seats of the oxidation reactions) at the VB. The application of external potential reduces electron/hole recombination and boosts the oxidation reactions and the
production of hydroxyl radicals at the VB. This synergy of photocatalytic and
electrochemical reactions justifies our choice for this process.
The photoanodes (TiO2, TiO2-x and TiO2:WN) were prepared by means of a radio
frequency magnetron sputtering (RF-MS) deposition process. Thereafter, various
techniques were used to determine the properties of volume, surface and optical. The
X-ray diffraction analysis (XRD) of films calcined at 470°C shows that TiO 2-x crystallizes
in rutile (polymorph of TiO2 with low photoconductivity); while the TiO2 and TiO2:NW
films crystallize in anatase (polymorph of TiO2 with high efficiency at photocatalysis).
Furthermore, the UV-visible spectrophotometry analysis DRIFT shows that TiO2 (Eg ≈
3.2 eV) absorbs in the ultraviolet range, the film TiO2-x (Eg ≈ 3.0 eV) absorbs slightly in
the visible, while the presence of nitrogen and tungsten in TiO2:NW allows good
absorption in the visible and a significant reduction in the bandgap (Eg = 2.3 eV).
Subsequently, the use of photoanodes (TiO2, TiO2-x and TiO2:WN) made it possible to
evaluate the effectiveness of the PEC process under UV and visible irradiation for the
treatment of a synthetic water contaminated with atrazine (100 μg L-1). This
concentration (100 μg L-1) represents the final acute value for the effluent recommended
in the province of Quebec. Under UV light, the results show a total degradation of
atrazine after 30 min of treatment with the TiO2-x photoanode while the degradation is
90.3% with TiO2. Under visible light, the good photosensitivity of TiO2:WN in the visible
light, permits to have a better degradation of atrazine (94.3%) compared to TiO2-x
(68.6%) after 180 min of treatment. On the other hand, the fate of the by-products of
atrazine show that under UV irradiation, the by-products are mainly generated by a photodegradation mechanism that passes through a dehalogenation of atrazine with
substitution of chlorine by the OH group (dechlorination), but also by dealkylation with
rupture of the second amine function (N-C bond). However, under visible light,
dechlorination is almost non-existent and the by-products of atrazine come mainly from
the oxidation reactions taking place on the surface of photoanodes.
Additional experiments consisted in testing the effectiveness of the PEC process under
visible light for the treatment of real surface water in agricultural areas. The sampling
campaigns carried out in autumn 2016 and in summer 2017 made it possible to detect
the presence of atrazine (0.7 ± 0.04 μg L-1 in summer 2017) and its by-products such as
2-hydroxyatrazine (0.2 ± 0.01 μg L-1 in summer 2017) in Nicolet River. The application
of the PEC process for the treatment of water from Nicolet River artificially contaminated
with atrazine (100 μg L-1) was carried out in a pilot unit with a volume of 5 liters. The
results obtained show that the turbidity of this river water associated with the presence
of suspended matter, colloids and inorganic ions do not make it possible to effectively
treat this surface water with the PEC process. As a result, prior pretreatment of the
physico-chemical type is required before the application of the PEC method. The
coagulation-flocculation step allowed a reduction in turbidity (75.7% abatement) and
dissolved organic carbon (52.9% abatement) using FeCl3 (10 mg L-1 at pH = 5.5)
followed by a Zetag cationic flocculant (20 mg L-1). Subsequent application of the PEC
method resulted in degradation of atrazine (39.7%) after 300 min of treatment.
In view of the results obtained with the PEC process for the treatment agricultural
surface water (ASW), the second process that combines the electrochemical,
photochemical and Fenton’s reactions was tested: photo-electro-Fenton (PEF). The linear voltammetric (VL) study made it possible to choose the anode electrode
diamond doped boron (DDB) as the electrode with the highest O2 overpotential value.
Moreover, the choice of DDB can be justified by their high quality and properties such
as stability to corrosion and inert surface with low adsorption properties.
The works carried out in the pilot unit having 5 liters of working volume made it possible
to compare the efficiency of the PEF process with other advanced oxidation processes
(POAs) such as anodic oxidation (AO-H2O2), the electro-Fenton (EF) and especially the
PEC process (using the TiO2-x photoanode). After 300 min of treatment, the degradation
results of atrazine (100 μg L-1) made it possible to classify these POAs in the following
order of effectiveness : AO-H2O2 < EF < PEC < PEF.
Subsequently, the PEF process was applied for the treatment of water from the Nicolet
River artificially contaminated with atrazine (10 μg L-1). The results obtained (without
pretreatment) show a total degradation of atrazine. In order to optimize the detection of
cyanuric acid (CA), which is the ultimate by-product of atrazine degradation, the river
water was contaminated with atrazine (10 mg L-1). After 420 min of treatment, the CA
concentration was 23 μg L-1 and the mineralization rate (complete degradation of
atrazine into CO2 and H2O) was 81.3%.


identifier: Taheran, Mehrdad  (2018). Développement d'un module membranaire imprégné par des enzymes ligninolytiques et de biochar pour la dégradation de composés pharmaceutiques.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 336 p.

subject:
Chlorotétracycline
antibiotiques
eaux usées
dégradation

abstract:
Chlorotétracycline (CTC) est un antibiotique de la famille des tétracyclines qui est couramment utilisé comme médicament pour la prévention, le contrôle et le traitement des infections chez les animaux. Au cours des 60 dernières années, la libération constante de CTC dans l'environnement a entraîné l'exposition des bactéries à la concentration élevée d'antibiotiques par conséquent, les bactéries ont développé la résistance aux antibiotiques principalement à la CTC. La CTC se retrouve dans les stations d'épuration des eaux usées (Wastewater treatment plant: WWTP) à travers le système de collecte des eaux usées, ce qui rend le processus de traitement conventionnel des stations d'épuration inefficace pour la dégradation de la CTC. L’exposition à la lumière de CTC résiduel dans l'environnement transforme la CTC en sous-produits comme indiqué dans les différentes études consultées, les produits photo-dégradés de la CTC sont plus toxiques que la CTC. La plupart des procédés d'oxydation développés pour la dégradation des antibiotiques sont coûteux, nécessitent beaucoup d'énergie ou l’utilisation de produits chimiques dangereux. De plus, la plupart des études de dégradation de la CTC ont été réalisées dans des solutions aqueuses enrichies où la concentration de CTC n'était pas pertinente aux concentrations réelles dans l'environnement, ce qui rend l'extrapolation des résultats aux conditions réelles difficiles.
Le développement de nouvelles techniques de dégradation des antibiotiques, a l’instar de la CTC, est intéressant. Dans la présente étude, après avoir examiné les méthodes d'élimination actuelles, un nouveau système basé sur l'intégration de la dégradation enzymatique et de l'adsorption dans des membranes d'ultrafiltration a été développé. D'une part, les enzymes, en particulier les laccases, sont bien connus pour transformer les composés organiques en sous-produits moins nocifs par rapport aux processus d’oxydation conventionnels, cependant ces enzymes sont lents et sensibles aux changements de processus. D'autre part, le biocharbon issu de la pyrolyse de la biomasse des déchets est capable d'adsorber et de retenir efficacement les micropolluants, mais il ne dégrade pas les composés. L'incorporation de biocharbon et l'immobilisation de laccase sur la membrane d'ultrafiltration peuvent simultanément augmenter la stabilité de l'enzyme et fournir suffisamment de temps pour la dégradation enzymatique en intégrant les avantages de l’association entre la membrane, enzymes et biocharbon.
Premièrement, la capacité d’adsorption de biocharbon et la capacité de dégradation de CTC par laccase ont été étudiées par l’incorporation du biocharbon dans la membrane par électrofilage et l’immobilisation de la laccase sur la membrane. Enfin, la performance de la laccase immobilisé sur l’ensemble membrane-biocharbon pour la dégradation dans l'eau de la CTC ainsi que d'autres produits pharmaceutiques étudiée en mode continu.
L'étude du comportement de l'adsorption de la CTC sur le biocharbon à différents pH (1, 5 et 9) a révélé que l'adsorption est dominée par les forces électrostatiques puisque la CTC montre une charge électrostatique variée (+1, 0 et -1, pour les pH 1, 5 et 9, respectivement). De plus, les résultats indiquent que CTC a suivi l'isotherme de Langmuir et que l'adsorption maximale s'est produite à pH 1. De plus, l'activation du biocharbon par traitement alcalin a augmenté la surface spécifique du biocharbon de 14,86 m²/g à 852,95 m²/g. La capacité d'adsorption maximale (qm) du biocharbon synthétisé et activé (434 mg/g) était considérablement plus élevée en comparaison avec les différentes recherches (57-303 mg/g).
Pour étudier la biodégradation de CTC en utilisant la laccase libre, la méthodologie réponse de surface (RSM) avec un modèle composite central a été utilisée pour étudier l’effet de différents paramètres tels que le pH, la température, la concentration du médiateur et la concentration de laccase. Un modèle quadratique a été adopté pour exprimer l’effet de chaque paramètre, y compris les termes d'interaction quadratiques et linéaires. Les valeurs pour R² et R² ajusté étaient de 0,85 et 0,70 respectivement indiquant que le modèle est raisonnablement bon pour des applications pratiques. Parmi les paramètres examinés, les termes linéaires de température et de pH ont eu un effet important. Il a été observé que l'efficacité de dégradation maximale d'environ 95% peut être atteinte au pH, à la température, à la concentration d’enzyme et de médiateur de 5,2, 35,5 ° C, 62,3 U/l et 10,9 μM respectivement.
L'incorporation de microparticules de biocharbon dans la membrane par électrofilage afin d'obtenir des membranes adsorbantes a été réalisée à différentes charges de biocharbon (0-2 % p), les résultats ont montré qu'à 1,5 % p de charge de biocharbon, la surface maximale a été atteinte en raison de l'agrégation des particules à des concentrations plus élevées ainsi que de la formation d’agrégats, deux facteurs qui réduisent le rapport surface/volume. Le test d'adsorption en mode continu a montré que la membrane fabriquée peut éliminer efficacement la CTC des milieux aqueux à un flux d'ultrafiltration normal (30 L/m².h). Les observations préliminaires sur l'immobilisation de l'enzyme sur la membrane adsorbante ont montré une efficacité d'immobilisation (> 70%) et une stabilité au stockage élevée (90% après un mois) et une haute réutilisabilité (95% après 5 cycles). La dégradation de CTC en mode continu en utilisant l'enzyme immobilisé sur la membrane adsorbante présentait 58,3%, 40,7% et 22,6% d'efficacité d'élimination de la chlorotétracycline à des vitesses de flux de 1, 2 et 3 mL/h.cm² respectivement. L'utilisation de laccase immobilisée pour la dégradation de trois composés pharmaceutiques dans des expériences discontinues présentait 72,7%, 63,3% et 48,6% d'efficacité de dégradation pour Diclofénac (DCF), CTC et Carbamazépine (CBZ) respectivement après 8 heures de réaction. L'eau traitée n'a montré aucune toxicité selon l'essai de criblage d'oestrogène de levure (YES). L'incorporation de chitosane dans la membrane a entraîné une réduction de 99,9% du nombre de bactéries viables et de 72,7%, 63,3% et 48,6% d'efficacité de dégradation pour le DCF, la CTC et le CBZ respectivement dans l'effluent de l'usine de traitement des eaux usées (WWTP).

Chlortetracycline (CTC) is a broad-spectrum antibiotic from the family of tetracyclines that is commonly used as veterinary medicine for preventing, controlling, and treating animal infections. In recent 60 years, constant release of CTC into the environment has resulted in the exposure of bacteria to the high concentration of antibiotics and consequently the development of antibiotic resistance. CTC finds its way through sewage collection system into wastewater treatment plants (WWTPs) and unfortunately the treatment process as of the date in conventional WWTPs is not effective for degradation of CTC. The residual CTC in environment nevertheless may be exposed to light and as reported in studies, photodegraded products of CTC are more toxic than CTC itself. Most of the oxidation processes developed for degradation of antibiotics are costly, energy intensive or involve the use of hazardous chemicals. Furthermore, most of the CTC degradation studies were performed in spiked aqueous solutions where the concentration of CTC was not relevant to real environmental concentrations and therefore it was not possible to extrapolate the results to real conditions. Thus, developing new techniques for degradation of antibiotics, such as CTC is of interest. In the present study, after reviewing the current removal methods, a new system based on the integration of enzymatic degradation and adsorption into ultrafiltration membranes is proposed. On one hand, enzymes, specifically laccases, are well known to transform organic compounds to less harmful by-products compared to oxidation processes, however, they are slow and sensitive to process changes. On the other hand, biochar, a product of waste biomass pyrolysis, is able to adsorb and retain micropollutants efficiently however it does not degrade the compounds. Incorporation of biochar and immobilization of laccase into an ultrafiltration membrane can simultaneously increase the stability of enzyme and provide enough time for enzymatic degradation, thus integrating the ternary advantages Firstly, the capacity of biochar for adsorption and capability of the enzyme for degradation of CTC was studied. Later, the possibility of incorporation of biochar into the membrane through electrospinning and immobilization of laccase onto membrane was studied. Finally, the performance of laccase immobilized on membrane-biochar for degradation of CTC in water and also CTC along with other pharmaceuticals will be investigated in continuous mode.
Study of the adsorption behavior of CTC onto biochar at three different pHs (1, 5 and 9) revealed that adsorption is dominated by electrostatic forces since CTC shows varied electrostatic charge (+1, 0 and -1, at pH 1, 5 and 9, respectively). Also, the results indicated that CTC followed Langmuir isotherm and the maximum adsorption occurred at pH 1. Moreover, activation of biochar through alkali treatment increased the specific surface area of biochar from 14.86 m²/g to 852.95 m²/g. The maximum adsorption capacity (qm) of the synthesized activated biochar (434 mg/g) was considerably higher than previously reported investigations (57-303 mg/g). For studying the biodegradation of CTC using free laccase, response surface methodology (RSM) with a central composite design was utilized to investigate the effects of different parameters including pH, temperature, mediator concentration and laccase concentration on biodegradation of CTC in the aqueous phase. A quadratic model was fitted to express the effects of each parameter including quadratic, linear and interaction terms. The values for R² and adjusted R² were 0.85 and 0.70, respectively indicating a reasonably good model for practical applications. Among the examined parameters, linear terms of temperature and pH had the largest effects. It was observed that the maximum degradation efficiency of around 95% can be achieved at pH, temperature, enzyme concentration and mediator concentrations of 5.2, 35.5 °C, 62.3 U/l and 10.9 μM. Incorporation of biochar microparticles into membrane through electrospinning in order to obtain adsorptive membranes was performed at different biochar loading (0-2wt%) and the results showed that at 1.5% biochar loading, maximum surface area occurred which is due to aggregation of particles at higher concentrations and also formation of large beads which reduce surface to volume ratio. Adsorption test in the continuous mode indicated that the fabricated membrane can efficiently remove CTC from aqueous media at normal ultrafiltration flux (30 L/m².h). The preliminary observations on immobilization of enzyme onto the adsorptive membrane showed high immobilization efficiency (>70 %), high storage stability (90 % after one month) and high reusability (95 % after 5 cycles). The degradation of CTC in continuous mode using the immobilized enzyme onto adsorptive membrane exhibited 58.3%, 40.7% and 22.6% chlortetracycline removal efficiency at flux rates of 1, 2 and 3 mL/h.cm². Using immobilized laccase for degradation of three pharmaceutical compounds in batch experiments exhibited 72.7%, 63.3%, and 48.6% degradation efficiency for DCF, CTC, and CBZ, respectively, after 8 hours of reaction. The treated water showed no toxicity according to Yeast estrogen screen (YES) assay. The incorporation of chitosan into membrane caused up to 99.9% reduction in the number of viable bacteria and 72.7%, 63.3%, and 48.6% degradation efficiency for DCF, CTC, and CBZ, respectively in the effluent of wastewater treatment plant.