identifier: Laadila, Mohamed Amine  (2016). Développement des bio-composites à partir des fibres cellulosiques et de l’acide poly-lactique (PLA) recyclé.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 102 p.

subject:
recyclage
acide poly lactique (PLA)
valorisation
fibres cellulosiques
emballage

abstract:
Ces dernières années, plusieurs industries, en particulier l’industrie agroalimentaire se dirigent de plus en plus vers l’utilisation de l’acide poly lactique (PLA) dans leurs emballages. Ceci a commencé à générer des volumes considérables de plastiques dans les centres de tri au Québec, auxquels aucune voie de recyclage n’a été mise en place. Pour ce faire, les techniques de recyclage des déchets de l’acide poly lactique recyclé (PLAr) se développent et se diversifient.
Le présent projet propose une nouvelle voie de recyclage qui consiste à associer l’acide poly lactique recyclé (PLAr) à des fibres cellulosiques, extraites à partir des bio-solides papetières afin de développer de nouveaux bio-composites qui peuvent être commercialisés de nouveau sur le marché.
Afin de développer ce nouveau bio-composite, les fibres cellulosiques ont été extraites et traitées selon deux méthodes, la première méthode consiste à utiliser la technique de micro-onde avec une faible concentration d’acide sulfurique et la deuxième méthode consiste à utiliser les enzymes (cellulases + laccases).
Les résultats de cette étude ont démontré, en premier lieu, que le traitement par micro-onde est efficace pour l’extraction des fibres cellulosiques provenant des bio-solides papetières primaires et mixtes. cette technique a permis également de réduire considérablement la taille des fibres cellulosiques de 1746,71 μm à 341,98 μm pour les boues mixtes et de 894,61μm à 293,97 μm pour les boues primaires. En deuxième lieu, il a été prouvé que le traitement enzymatique a abouti à une meilleure adhésion interfaciale entre la matrice de l’acide poly lactique recyclé (PLAr) et les fibres cellulosiques traitées, à travers l’activation des groupements hydroxyles. En troisième lieu, les tests mécaniques pour le nouveau bio- composite, issue de l’association : acide poly lactique recyclé (PLAr) + 2% de fibres cellulosiques primaires traitées, ont montré des meilleurs résultats, par rapport à l’acide poly lactique recyclé (PLAr).
Ce projet a mis en évidence que le recyclage-valorisation de l’acide poly lactique recyclé (PLAr) et des déchets bio-solides papetiers est faisable. Dans le but de développer un nouveau bio-composite avec des propriétés mécaniques spécifiques avancée.

During the last years, recycling techniques of recycled poly lactic acid (PLAr), and valorization ofpaper mill biosolids remain limited.In this report, many studies have been developed specifically on mechanical and physical properties of the recycled poly lactic acid (PLAr), this research project investigated a new approach by combining recycled poly lactic acid (PLAr) with cellulosic fibers extracted from the paper mill biosolids, for this purpose, two types of treatments have been used. In first step the extraction of cellulosic fibers by microwave using a low concentration of sulfuric acid was done. In second, the control size of cellulosic fibers by cellulase and improvement of interfacial adhesion between matrix and treated cellulosic fibers by activating their hydroxyl groups were investigated.
The results of this study showed that the microwave treatment was effective for the extraction of cellulose fibers from mixed and primary biosolids, this technique reduced significantly the size of the cellulosic fibers from 894 μm to 293 μm and from 1746 μm to 341 μm for primary cellulosic fibers and mixed cellulosic fibers, respectively. Also, it was observed that the enzymatic treatment performed by laccase and cellulase showed better interfacial adhesion between the matrix recycled Poly lactic acid (PLAr) and cellulosic fibers treated enzymatically by activation of hydroxyl groups. The mechanical tests for the new biocomposites for the association recycled poly lactic acid (PLAr) + 2% of primary treated cellulosic fibers (enzyme treatment) showed better tensile strain at break point and tensile stress at yield as compare to recycled poly lactic acid (PLAr).
Finally, the results of X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy confirmed that mechanical properties of novel biocomposites were improved by association of treated cellulosic fibers and recycling poly lactic acid.
This project has opened a new recycling and valorization method for recycled poly lactic acid (PLAr) and paper mill biosolids by development of a new bio-composite with highest specific mechanical properties compare to the poly lactic recycle.


identifier: Pachapur, Vinayak Laxman  (2017). Fermentation du glycérol brut en co-culture pour la production d’hydrogène.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 374 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject:
glycérol brut
production d'hydrogène
énergie
biotechnologies

abstract:
L’hydrogène est un combustible à haute teneur en énergie et peut garantir un transport
propre pour l'environnement dans les prochaines années. Compte tenu de ces
perspectives, de nombreux groupes de recherche travaillent au développement de bioprocédes
rentables de production d’hydrogène (H₂) comme source d'énergie.
Les substrats, tels que le glucose pur et le saccharose, ne sont pas économiquement
viables pour la fermentation. Les déchets riches en carbone ont donc été explorés en
tant que substrats d’intérêts. Le marché mondial du biodiesel, une énergie
renouvelable, durable et plus respectueuse de l’environnement connaît une croissance
annuelle à la hausse. La production atteindrait 30,28 milliards de litres en 2020. Avec
chaque tonne de biodiesel produit, 100 kg de glycérol brut (GB) est généré en tant que
sous-produit (déchets). Ce GB est une bonne source de carbone. La valorisation de ce
sous-produit dans la production de bio H₂ est donc une stratégie très prometteuse.
Pour commencer, le calcul du bilan énergétique a été réalisé en comparant l'utilisation
du GB dans le procéde de fermentation sombre et la purification industrielle du GB en
glycérol pur. L'apport total d'énergie pour la purification du glycérol (872,4 MJ) était de
2,5 fois plus élevée par rapport à l'énergie totale maximale nécessaire pour un procédé
de production de H₂ à partir de GB (344,3 MJ). La purification industrielle du glycérol à
partir du GB coûtera quelque part autour de 0,66 $/L avec la diminution de la valeur du
marché. Alternativement, la fermentation sombre du glycérol brut avec une production
de 1 kg de H₂ peut remplacer 2,47 L de diesel conventionnel, ce qui représente une
valeur de 3,40 $ sur le marché. Pour une utilisation efficace du GB, la bioconversion et
la production H₂ par fermentation peuvent être considérées comme une option de
génération de carburant durable complémentaire pour l’industrie du biodiesel.
De nombreuses espèces de microorganismes coexistent dans la nature en interaction
les uns avec les autres et sont plus efficaces lorsqu'ils sont associés entre eux. En
utilisant des microorganismes en culture pure, le procéde de fermentation fournit un
faible rendement en H₂. En comparaison avec les mono-cultures, les co-cultures offrent
des effets synergiques avec un rendement de production de H₂ supérieur. Cette
approche génère également de meilleures performances que l’utilisation des cultures
mixtes et permet de surmonter les limitations et les contraintes de l’utilisation des
cultures pures, nécessitant moins de temps de fermentation et de meilleurs rendements
de production de H₂.
La production d'hydrogène par fermentation sombre (non-photonique) du GB se révèle
être plus appropriée que les autres produits à valeur ajoutée, tels que le 1,3-
propanediol (1,3-PD) et l'éthanol entre autres. L’objectif principal est d’augmenter la
production d’hydrogène lors de la fermentation du glycérol brut en utilisant différentes
stratégies de co-culture. E. aerogenes et C. butyricum dans un système de co-culture
sans pré-traitement du substrat et sans addition d'agent réducteur coûteux laissent
entrevoir un procéde rentable pour la production de H₂. L’originalité de la thèse est la
production améliorée d'hydrogène et de produits à valeur ajoutée à partir de glycérol
brut en utilisant le système de co-culture. La fermentation du GB génère des
rendements de 15,64 et 17,44 mmol-H₂/L de milieu pour un système en mono-culture
en comparaison avec des rendements aussi élevés que 19,46 mmol-H₂/L de milieu
avec le système proposé de co-culture. Le rendement de H₂ est d'environ 0,95 mol-
H₂/mol de GB, ce qui est comparable à d'autres études de co-culture utilisant la même
combinaison de cultures pures, mais avec des substrats différents, tels que l'amidon et
l’hydrolysat de pulpe de manioc.
L'utilisation de co-substrat de différents déchets avec des caractéristiques
complémentaires peuvent aider à maintenir des niveaux de pH recommandés, et agit
comme supplément pour éviter l’ajout de sources d'azote coûteuses. Également, en
utilisant des co-substrats, une gestion efficace du procédé peut être réalisée pour
améliorer le rendement de production de H₂. L'optimisation des concentrations des
substrats et co-substrats, ainsi que de la taille de l'inoculum est de première importance
pour l'industrie des bioprocédés. Le modèle a permis de déterminer une réponse de
rendement supérieur avec 15 g/L de GB, 5 g/L d'APH (d’hydrolysat de marc de pomme)
et 15% (v/v) d'inoculum. Les rendements ont été de 26,07 mmol de H₂/L avec une faible
production de 1-3-propanediol. Le concept d'addition de co-substrat permet de limiter
également l'inhibition du substrat, ce qui entraîne une augmentation de la production de
H₂ à une concentration plus élevée de GB. Également, l’utilisation de la co-culture permet d’améliorer le procédé en éliminant
l'étape de barbotage à l’azote pour la production de H₂. En utilisant 1% du glycérol brut
sans barbotage à l’azote un rendement de production de H₂ de 1,5 mmol-H₂/mol de
glycérol a été obtenu par rapport à 1,2 pour les systèmes utilisant le barbotage à
l’azote. Le rendement de 1,3-PD au cours du barbottage au N₂ était d'environ 0,43 et un
changement soudain vers les procédé aérobies a entraîné une diminution de
rendement de 0,04. L’élimination de l’étape fastidieuse du barbotage à l’azote peut offrir
une nouvelle stratégie améliorée pour la production de H₂ à moindre coût, de limiter les
risques de contamination, de réduire la production de métabolites et de faire baisser le
coût de récupération du produit pour simplifier le procédé de fermentation. La stratégie
a démontré la capacité de changer de voie métabolique de la voie réductrice à la voie
oxydative poussant le flux de carbone vers une augmentation de la production de H₂ ce
qui rend la production de H₂ à partir du GB plus efficace et économiquement plus
intéressante.
L'étape initiale de pré-traitement a consisté à diminuer la viscosité du GB par mélange
avec de l'eau distillée, suivi par l'ajustement du pH et l'étape de centrifugation pour
éliminer les précipités de lipides ou de gras libres qui ont un effet néfaste sur la
production de H₂. Dans cette étude, en même temps que le mélange de GB et de l'eau
distillée pour diminuer la viscosité, l'addition d’un agent tensio-actif afin d'améliorer
l'utilisation du glycérol a été étudiée. Une modélisation statistique a été réalisée afin de
cibler les meilleures conditions optimales. Les conditions optimales sont: une
concentration de GB de 17,5 g/L et de Tween 80 à 15 mg/L. Cette combinaison a
entraîné une augmentation de la production de H₂ atteignant un maximum de 32,1 ±
0,03 mmol/L avec 87,7% de l'utilisation du glycérol. L'utilisation de Tween 80 à une
concentration minimale et à faible coût offre une meilleure stratégie pour stimuler
l'industrie du biodiesel grâce à une production accrue de H₂ à partir du GB.
Il est bien connu que les procédés de fermentation sombre (non-photonique) génèrent
des rendements de H₂ modérés, ce qui nécessite l’ajout de composantes
supplémentaires, telles que les acides et les bases pour maintenir le pH, l'utilisation
d’un co-substrat et les techniques d'immobilisation pour accroître la production de H₂.
Le coût supplémentaire des composantes du milieu de culture, des agents tampons
externes et le coût des matériaux pour l'immobilisation peuvent être éliminés en utilisant
une approche rentable et environnementale en utilisant des résidus de coquilles
d’oeufs. La production maximale de H₂ a été obtenue avec des coquilles de taille x₅ (33
μm <x₅< 75 μm) avec 36,53 ± 0,53 mmol de H₂/L pendant une première fermentation,
suivie par 41,16 ± 0,95 mmol/L pendant une seconde fermentation discontinue répétée.
Dans l'étude de mise à l'échelle en bioréacteur (7,5 L), des rendements de près de 1,5
fois plus élevés (en comparaison de mono-culture) ont été obtenus à savoir 312,12
mmol ou 7,69 L H₂/L de milieu avec 86,65% d’utilisation du glycérol. La valorisation des
résidus de coquilles d’oeufs comme agent neutralisant et d’immobilisation permet de
réduire de manière significative les coûts de production du H₂.
Les médias usés post-fermentation contenant des composés organiques et des
composantes inutilisées sont d'un grand intérêt comme additif ou supplément pour
refaire une deuxième fermentation. Il s’agit d’une approche intéressante de réutilisation
d’une partie des déchets de fermentation. Le système de culture mixte a été étudié pour
la première fois pour la production de H₂ avec des boues de l’industrie du biodiesel. Un
inoculum à partir de boues à une proportion de 20% v/v, du GB à 20 g/L, ainsi que les
milieux usés ont permis d’obtenir une production accrue de H₂ d'environ 38,12 ± 0,84
mmol/L. Dans une autre approche, le milieu usé de fermentation du GB a remplacé le
milieu frais pour la croissance des algues. Cette approche a permis de faire croître des
algues pour la production de lipides. Le volume du mélange de milieu usé (30 mL) et du
milieu frais (20 mL) a donné lieu à un rendement de 0,098 ± 0,007 g/L de production de
lipides. L'approche global d’un système efficace pour utiliser le GB et les milieux usés
confirme la valorisation prometteuse du GB et élève également le potentiel l'industrie du
biodiesel afin de la rendre plus compétitive sur le marché.

Hydrogen with high energy content can guarantee environmentally clean transport in
coming years. Given these perspectives, scientists are developing cost-effective
processes by pursuing biological hydrogen production to aid the ongoing research on
H₂ as energy source.
Pure glucose and sucrose as substrate of dark fermentation are not economically
feasible and hence, currently carbon rich wastes have been explored as suitable
substrates. Global biodiesel market is renewable, healthier, environment friendly and
sustainable alternative for fossil fuels and with increasing annual growth, production
would reach 30.28 billion liters by 2020. With each ton of biodiesel produced, 100 kg of
crude glycerol (CG) is generated as a by-product. Alternatively, CG is a good source of
carbon; therefore valorization of this by-product into fermentative H₂ production seems
to be a very promising strategy.
To begin with, energy balance calculation was carried out between CG utilization by
dark fermentation process and industrial enrichment to pure glycerol. The total energy
input for glycerol purification (872.39 MJ) was 2.5-fold higher in comparison to
maximum total energy input of vegetable feedstock derived CG (344.25 MJ). Industrial
enrichment with the purified glycerol will cost somewhere around $0.66/L with
decreasing market value. Alternatively, the dark fermentation of crude glycerol with 1 Kg
of H₂ production can replace 2.47 L of conventional diesel at $3.40/L market value. For
efficient utilization of CG, bioconversion to H₂ production by dark fermentation can be
considered as energy-efficient and sustainable fuel generation option for biodiesel
industries.
Many species of microorganisms coexist in nature by interacting with each other and
are most effective when associated with other group of microorganisms. By using single
microorganism, the fermentation process delivers low H₂ content and low yield resulting
in limited efficiency for H₂ production. In comparison to mono-culture, co-culture offers
synergistic effects with higher H₂ yield, better performance than mixed-cultures, overcomes the limitations of pure cultures, requiring less fermentation time and
producing more H₂.
Hydrogen production by dark fermentation using CG is found to be more suitable than
any other valuable products, such as 1,3-propanediol (1,3-PD), ethanol, among others.
Main objective of the thesis is increasing the hydrogen production during the
fermentation of CG using different strategies of co-culture. The studies dealing with E.
aerogenes and C. butyricum in a co-culture system without pre-treatment of substrate
and no addition of expensive reducing agent represented a novel process using CG for
H₂ production. Thesis originality is improved production of hydrogen and value-added
products from crude glycerol using the co-culture system.With CG fermentation,
compared to 15.64 and 17.44 mmol-H₂/L of medium for a mono-culture system; as high
as 19.46 mmol-H₂/L of medium has been obtained by proposed co-culture system. The
H₂ yield was around 0.95 mol-H₂/mol of crude glycerol, which was comparable to other
co-culture studies using the same combination of pure cultures over starch and cassava
pulp hydrolysate.
Co-substrate utilization of different wastes with complementary characteristics can help
in maintaining recommended pH levels, act as supplementary to avoid expensive
nitrogen source and with co-substrate effective management of the process can be
achieved to improve the H₂ yield. The optimization of substrate and co-substrate
concentration along with inoculum size is of primary importance for bioprocess industry.
The model helped in determining the higher response at 15 g/L CG, with 5 g/L of APH
(apple pomace hydrolysate) and 15% (v/v) inoculum resulting in H₂ production around
26.07 mmol/L with trace amount of 1,3-PD production. The concept of co-substrate
addition also deals with substrate inhibition, resulting in increased H₂ production at
higher concentration of CG.
Improvement in the process by eliminating nitrogen sparging step was investigated for
H₂ production using the co-culture system. Using 1% of crude glycerol without nitrogen
sparging resulted in H₂ yield of 1.5 mmol-H₂/mol of glycerol in comparison to 1.2 for
nitrogen sparged media. The yield of 1,3-PD during N₂ sparging was around 0.43 and
sudden shift towards aerobic process resulted in decreased yield of 0.04. Decision on tedious nitrogen sparging step can offer a new improved strategy for H₂ production at
lower cost, avoid risk of contamination, reduce metabolite production and bring down
the product recovery cost to streamline the fermentation process. The strategy
demonstrated the ability to shift metabolic pathway from reductive to oxidative pushing
the carbon flux towards increase in H₂ production and making H₂ production from CG
more efficient and economical.
Initial pretreatment step of decreasing viscosity of CG by mixing with distilled water,
followed by pH adjustment and centrifugation step to remove precipitated free fatty
resulted in decreased H₂ production. In this study, along with mixing of CG and distilled
water to decrease the viscosity, addition of the surfactant to further improve the glycerol
utilization was investigated along with H₂ production using statistical modeling. The
optimized conditions of CG: 17.5 g/L and Tween 80: 15 mg/L resulted in increased H₂
production reaching a maximum of 32.1 ± 0.03 mmol/L with 87.7% of glycerol utilization.
The utilization of Tween 80 at minimum concentration offered low-cost improved
strategy to boost biodiesel industry through increased H₂ production from CG.
Dark fermentation often end ups in moderate H₂ yield, requiring additional media
components, addition of exogenous acids/bases to maintain pH, co-substrate utilization
and immobilization techniques for increased H₂ production. The added cost of media
components, external buffering agents and material cost for immobilization can be
eliminated by using a cost-effective and environmental approach of recycling eggshell.
The maximum H₂ production resulted with eggshell size of x₅ (33 μm <x₅< 75 μm) with
36.53 ±0.53 mmol/L during batch followed by 41.16 ± 0.95 mmol/L during repeatedbatch
fermentation. In the scale-up study with bioreactor (7.5 L), almost 1.5-fold
increase (in comparison to mono-culture) i.e. 312.12 mmol or 7.69 L H₂/ L of medium
with 86.65% glycerol utilization was obtained. Valorization of eggshells biowaste as a
neutralizing, and immobilizing agents can significantly reduce production cost of H₂
production.
The spent media containing organic compounds and unutilized substrate with media
components is of high interest as promising choice for waste utilization. The mixedculture
system was studied for the first time during H₂ production with biodiesel sludge at 20% inoculum, CG at 20 g/L along with spent media resulted in increased H₂
production of around 38.12 ± 0.84 mmol/L. In another approach, the fresh media was
replaced with spent media and used for algal growth for lipid production. The mixture
volume of spent media (30 mL) and fresh media (20 mL) resulted in 0.098 ± 0.007 g/L
of lipid production. The efficient closed system approach of utilizing CG and spent
media confirms valorization of CG and also uplifts the biodiesel industry to be
competitive in the market.


identifier: Ladevèze, Pierre  (2017). Aquifères superficiels et gaz de shale: le rôle des failles et des réseaux de fractures naturelles sur la circulation des fluides.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 245 p.

subject:
Aquifères superficiels
gaz de shale
réseaux de fractures naturelles
migration de fluides
shale d’Utica
approvisionnement en eau

abstract:
Le développement des ressources non conventionnelles soulève d’importantes préoccupations
environnementales, notamment la contamination des ressources en eau potable. Cette thèse porte
sur le rôle des failles et fractures sur le potentiel de migration ascendante de fluides d’un
réservoir de gaz jusqu’à l’aquifère rocheux fracturé utilisé pour l’approvisionnement en eau. Il y
a généralement un manque de données dans la zone intermédiaire (ZI), située sous les aquifères
et au-dessus des réservoirs d’hydrocarbures. Ceci rend difficile l’évaluation de la circulation des
fluides au travers de la ZI. L’approche qui a été développée repose sur des données de terrain
acquises au niveau d’un aquifère rocheux fracturé et d’un réservoir profond de gaz. La zone
d’étude est localisée dans la Plate-forme du Saint-Laurent (Québec), où le Shale d’Utica a été
ciblé pour des travaux d’exploration de 2006 à 2010, jusqu’à ce qu’un moratoire de facto soit
mis en place. Dans cette région, la succession sédimentaire est notamment composée de shale.
Il a été montré que l’historique géologique, ainsi que les similarités entre les données de fractures
situées près de la surface et dans le réservoir profond, permettent d’appliquer les résultats de
caractérisation du réseau de fractures développé à partir des jeux de données des deux intervalles
à la ZI. Un modèle conceptuel du réseau de fractures a été proposé. Deux intervalles
hydrogéologiques ont également été définis pour cette séquence sédimentaire. Le premier est
situé dans l’aquifère rocheux superficiel, entre 0 et 60 m dans le roc, là où les fractures ouvertes
sont concentrées et bien interconnectées. L’autre intervalle est situé dessous (> 60 m dans le roc),
où beaucoup moins de fractures sont ouvertes et principalement orientées dans la direction de la
contrainte in situ maximale horizontale. Les fractures y sont faiblement interconnectées.
L’utilisation de la fonction de réponse barométrique (FRB), initialement employée pour évaluer
les conditions de confinement de l’aquifère, a permis d’améliorer le modèle conceptuel du réseau
de fractures en facilitant l’identification d’horizons non fracturés intercalés entre des couches
aquifères, qui les confinent.
Pour le secteur étudié et en se basant sur les données disponibles, il a été conclu qu’il est peu
probable que le réseau de fractures naturelles et que les zones de failles constituent des chemins
de migration préférentielle entre le Shale d’Utica et l’aquifère fracturé superficiel. Les zones de
failles ont un comportement hydraulique conceptuellement décrit comme une combinaison de
barrières et drains pour les écoulements. Le coeur des zones de failles semble être scellé par de la
gouge, mais une circulation limitée pourrait éventuellement être possible dans la zone de
dommages de ces failles. De façon plus générale, il a été mis en évidence qu’en l’absence de
données dans la ZI, cette dernière peut, dans certaines conditions, être caractérisée en utilisant
des données de terrain acquises en surface et en profondeur dans le réservoir. La méthodologie
développée dans cette étude pourrait ainsi être appliquée à d’autres bassins sédimentaires pour
étudier des problématiques similaires ou en lien avec d’autres activités industrielles profondes
telles que la séquestration géologique du CO₂ ou la géothermie.

The development of unconventional resources has raised strong environmental concerns,
including the contamination of fresh water resources. This thesis investigated the role of faults
and fractures on the potential of upward fluid migration from a gas reservoir to a fractured rock
aquifer used for water supply. The common lack of data in the intermediate zone (IZ), located
below aquifers and above the hydrocarbon reservoir, makes the assessment of fluid circulation
through this IZ challenging. The approach that was developed relied on field data acquired both
in the shallow rock aquifer and the deep gas reservoir. The study area is located in the St.
Lawrence Platform (Quebec), where shale gas exploration targeting the Utica Shale was
conducted between 2006 and 2010, until a de facto moratorium on hydraulic fracturing came into
force. In this region, the entire sedimentary succession is mostly composed of shale.
Results showed that the regional geologic history and similarities between the shallow and deep
fracture datasets allow the application of the fracture network characterization developed based
on these datasets to the IZ. A conceptual model of the natural fracture network was proposed.
Two hydrogeological intervals were also defined for this sedimentary succession. The first is
located in the shallow aquifer, between 0 and 60 m within bedrock, where open fractures are
concentrated and well-interconnected. The other is located below (> 60 m into bedrock), where
fewer fractures are open and these are predominantly oriented in the direction of the
contemporary maximum horizontal stress, which result in a poorly connected network. The use
of the Barometric Response Function (BRF), primarily intended for the assessment of the
confining conditions in several observation wells, helped to further improve the conceptual
model of the fracture network by identifying common confining unfractured horizons within the
rock aquifer.
For this specific study area and based on available data, it was concluded that the natural fracture
network and fault zones are unlikely to constitute preferential flow pathways between the Utica
Shale and the shallow fractured aquifer. Fault zones were conceptually described as conduitbarriers
for fluid circulation. Their core appears to be sealed with gouge, but some limited
circulation could eventually take place in the fault damage zone. Although the results and
conclusions proposed in this thesis are strictly valid only for a portion of the St. Lawrence
Platform, they stressed the fact that in the absence of data in the IZ, the latter may be, in certain
conditions, indirectly characterized using field datasets collected in the shallow rock aquifer and
at depth in the reservoir. The methodology developed for this study could be applied to other
sedimentary basins to address similar issues or used in other contexts related to deep industrial
activities, such as geological sequestration of CO₂ and geothermal energy.


identifier: Veltri, Simona  (2017). Nano materials and innovative laser-based accelerators for cultural heritage.  Thèse.  Québec - Rende, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique - University of Calabria, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 178 p.

subject:
Nano materials
laser
stone artefacts
ceramic artefacts
cultural heritage
diagnostic
conservation
thin nanostructured films


identifier: Zouaoui, Nidhal  (2017). Fonctionnalisation de la surface de plomb pour l’électroréduction du CO₂.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 110 p.

subject:
sel de diazonium
alkyle amines
plomb
catalyse hétérogène
réduction électrochimique du CO₂
4-(2-aminoethyl) aniline
4-aminobenzylamine
3-aminobenzylamine
diazonium salts
alkylamines
lead
heterogeneous catalysis
CO₂ electroreduction
4-aminobenzylamine

abstract:
Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre et l’augmentation de sa concentration atmosphérique est considérée en partie responsable du réchauffement climatique. La réduction des émissions de dioxyde de carbone est aujourd'hui considérée comme une nécessité et l’une des méthodes les plus prometteuses qui permettent de valoriser le CO₂ capté est l’électroréduction. Cette technique possède l’avantage de pouvoir utiliser les énergies renouvelables pour transformer le CO₂ en un large éventail de produits à haute valeur ajoutée tels que l’acide formique, le méthane, le méthanol ou l’éthanol. Cependant, les performances des catalyseurs actuels en termes de sélectivité, activité et stabilité ralentissent le déploiement de cette technologie. L’objectif de ces travaux de recherche est de préparer de nouveaux électrocatalyseurs actifs, sélectifs et stables pour l’électroréduction du CO₂. Les résultats obtenus révèlent que ce type de catalyseurs pourrait être préparé par une simple modification de la surface de plomb par des alkyles amines.
Dans un premier temps, des électrodes de plomb modifiées par des alkyles amines par greffage électrochimique de sels de diazonium ont été préparées et caractérisées. Trois molécules d’amines aromatiques ont été utilisées soit la 4-(2-aminoethyl) aniline (AEA); la 4-aminobenzylamine (4-ABA) et la 3-aminobenzylamine (3-ABA). L'effet du temps de réaction, du potentiel de réduction et de la concentration des sels de diazonium sur le taux de recouvrement ont été étudiés. La présence d’une couche organique à la surface du plomb a été confirmée par des mesures d’angle de contact, et des caractérisations par spectroscopie de photoélectrons X (SPX) et par microscopie électronique à balayage.
Les propriétés électrocatalytiques des alkyles amines pour la réduction du CO₂ ont ensuite été évaluées. Les électrodes de plomb modifiées par les groupements amines, ont démontré une amélioration de l’efficacité faradique pour la production de formate. À -1,09 V vs ERH, l’efficacité faradique pour la production de formate sur une électrode de plomb modifiée par AEA, 4-ABA et 3-ABA atteint respectivement 95%, 93% et 69,4%. Des tests de longues durées (3h) ont montré que cette activité est stable sur cette période de temps. La constance du courant cathodique observée après greffage électrochimique des amines sur la surface de plomb reflète une stabilisation des propriétés électrocatalytiques de l’électrode pour la réaction de réduction du CO₂. Cette amélioration est causée en partie par la réduction de l’activité du plomb pour le dégagement d’hydrogène, et pourrait être reliée à l’augmentation de la densité de molécules du CO₂ près de l’électrode ou encore à l’interaction existante entre le groupement NH₂ et la molécule du CO₂ qui a pour conséquence la stabilisation de l’intermédiaire réactionnel CO₂•- et la diminution de la surtension. Comparativement au plomb, qui donne un rendement de 23% et un courant instable au cours du temps dans les mêmes conditions opératoires, la modification de la surface par les alkyles amines semble être une voie prometteuse pour augmenter l’activité et la sélectivité pour la formation des formates et surmonter le problème de stabilité de l’électrode.

Carbon dioxide is a greenhouse gas and its increasing atmospheric concentration is partially responsible for global warming. The reduction of carbon dioxide in the atmosphere is now considered a necessity, and electroreduction is one of the most promising methods for reutilizing the captured CO₂. This technique has the advantage of being able to use renewable energies to transform CO₂ into various chemicals such as, formic acid, methane, methanol or ethanol. However, the low performance of current catalysts in terms of selectivity, activity and stability is slowing down the development of this technology. The objective of this research work is to prepare new active, selective and stable catalysts for the electroreduction of CO₂ to formate. The results obtained in this work reveal that a new type of catalyst may be prepared by a simple modification of the lead surface by alkylamines.
In a first step, lead electrodes modified with alkylamines by electrochemical grafting of diazonium salts were prepared and characterized. Three molecules of aromatic amines have been used: 4- (2-aminoethyl) aniline (AEA); 4-aminobenzylamine (4-ABA) and 3-aminobenzylamine (3-ABA). The effect of reaction time, reduction potential and concentration of diazonium salts on the extent of grafting were investigated. The formation of the aryl-metal bond was confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and the formation of an organic film confirmed by scanning electron microscopy and water contact angle measurements.
The electrocatalytic properties of the alkylamines for CO₂ reduction were then evaluated. The lead electrodes modified by the amine groups, have demonstrated high faradic efficiency for formate production. At -1,09 V vs ERH, the faradic efficiency of formate on a lead electrode modified by AEA, 4-ABA and 3-ABA reaches respectively 95%, 93% and 69,4%. Long-term tests (3h) have shown that the activity of the electrodes is stable over this period of time. The stabilization of the current observed after electrochemical grafting of the amines on the lead surface reflects a stabilization of the electrocatalytic properties of the electrode for the CO₂ reduction reaction. Such improvement was partially related to the reduction of the rate of the hydrogen evolution reaction, a competing reaction. However, it could also be due to an interaction between the NH₂ group and the CO₂ molecule which results in the stabilization of the CO₂ reaction intermediate and a decrease in the overpotential. Compared to lead, which gives a 23% yield and an unstable current over time under the same operating conditions, the modification of the Pb surface by the alkylamines seems to be a promising way to increase its activity and the selectivity for formate and overcome the loss of activity over time.


identifier: Sacré, Nicolas  (2017). Étude des dépôts préférentiellement orientés (100) à base d’alliage de platine pour l'électro-oxydation de l'ammoniaque.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 243 p.

subject:
ablation Laser Pulsée
platine
alliages
épitaxie
orientation de surface
ammoniaque
film mince
électrochimie
diffraction des Rayons X
microscopie

abstract:
L’ammoniac est un composant relativement simple, composée d’un atome d’azote entouré de trois atomes d’hydrogène. Élément présent naturellement dans l’environnement, son utilisation massive par l’homme en fait un polluant important. Ces rejets sont principalement imputables à l’agriculture (engrais) et l’élevage intensif (sous-produit des animaux). Dans ce contexte, la conception d’un catalyseur efficace et stable pour l’électro-oxydation de l’ammoniaque en diazote permettrait de mettre au point des installations afin de décontaminer les eaux. Cette réaction serait également utile pour le développement de détecteur d’ammoniac pour mesurer les concentrations dans l’air ou dans l’eau. Outre ces applications, l’ammoniac pourrait également être utilisé comme carburant pour alimenter une pile à combustible. Ceci permettrait de produire de l’électricité sans rejeter de gaz à effet de serre.
À l’heure actuelle, les catalyseurs permettant de convertir l’ammoniaque en N2 sont peu efficaces (faible densité de courant) et s’empoissonnent rapidement. Ce qui empêche le développement d’application industrielle par manque de rentabilité. À ce jour, le platine est identifié comme étant le meilleur catalyseur pour cette réaction. La réaction d’oxydation de l’ammoniaque à la surface du Pt a récemment été identifiée comme étant très sensible à l’orientation cristallographique de la surface du métal. En milieu alcalin, elle se produit presque uniquement sur de longues terrasses de type (100). Afin d’optimiser la densité de réaction possible à la surface, il est donc important de privilégier ce type d’orientation.
Une des solutions proposée afin de diminuer l’effet d’empoisonnement de la surface du platine est de combiner le platine avec un autre élément pour former un alliage. Ces éléments sont identifiés pour avoir un potentiel d’oxydation de l’ammoniaque plus faible que celui du platine. De cette façon, il serait possible d’optimiser la réaction catalytique. En combinant une orientation préférentielle (100) de la surface avec la formation d’alliage, la densité de réaction devrait être optimisée et l’empoisonnement diminué. La façon idéale d’étudier de telles surfaces serait de synthétiser une série de monocristaux de différentes compositions avec l’orientation de surface souhaitée. Cependant, la préparation de monocristaux est difficile, lente et se limite à une surface de quelques mm2, ce qui limite une hypothétique production industrielle. La déposition par ablation laser est utilisée depuis quelques années comme technique de déposition hors équilibre permettant d’obtenir des surfaces orientées de qualité proches des monocristaux. Cette technique sera utilisée dans ce travail pour former des films minces (entre 5 et 30 nm) de platine et d’alliages de platine préférentiellement orienté (100).
Les principaux résultats obtenus lors de ce travail sont résumés dans trois articles situés dans la partie 5. Dans un premier temps, des dépôts de platine ont été réalisés par ablation laser pulsée pour différentes températures de déposition et différentes épaisseurs. Les caractérisations par diffraction des rayons X (DRX) ont confirmé l’orientation préférentielle des films et la croissance cube sur cube de type Pt(001)[010]//[010](001)MgO. Les mesures électrochimiques ont confirmé cette orientation de surface et l’ammoniaque a été utilisée comme sonde pour mesurer la largeur moyenne des terrasses. Dans les conditions utilisées, la largeur des terrasses variait entre 5 et 9 atomes. Le maximum étant mesuré pour entre 300 et 400ᵒC.
Après avoir démontré l’intérêt de la PLD pour synthétiser des films pour l’oxydation de l’ammoniaque, des dépôts d’alliage de platine – iridium ont été synthétisés en utilisant la même technique. L’iridium a été choisi, car il combine l’avantage d’oxyder l’ammoniaque à plus faible potentiel que le platine tout en conservant un courant d’oxydation relativement important. Les analyses de DRX montrent la formation d’un alliage préférentiellement orienté (100) quelle que soit la composition du dépôt. Conclusion qui est également confirmée pour la surface par les analyses XPS (« X-ray photoelectron spectrometry » ou spectrométrie photoélectronique X) et l’analyse électrochimique. En présence d’ammoniaque, une augmentation de la densité de courant est mesurée avec un maximum pour la composition 74% en platine et 26% en iridium. Cette amélioration est aussi visible pour la tolérance à l’empoisonnement. Le bénéfice est probablement dû à un effet bi fonctionnel dans lequel les atomes d’iridium limitent la formation de poison sans pénaliser la réaction des espèces de types NHx. Mais l’influence de la déformation de la maille cristalline pourrait également expliquer cette amélioration. Son effet n’est cependant pas entièrement compris.
Comme la synthèse d’alliage de platine – iridium a montré son effet bénéfique tant sur la densité du courant de réaction que sur la résistance à l’empoisonnement, d’autres alliages ont été testés avec des éléments potentiellement intéressants. Ce choix s’est porté sur le ruthénium et le palladium pour leurs habiletés à déshydrogéner la molécule d’ammoniaque de façon similaire à l’iridium. Le rhodium fait également partie des candidats pour sa capacité à adsorber les OH- présents en solution, ce qui laisserait les atomes de platine libre afin de réagir avec l’ammoniaque. De façon similaire à l’alliage de Pt-Ir, les mesures de DRX confirment la formation d’un alliage préférentiellement orienté (100) pour l’ensemble des compositions pour les systèmes de Pt-Rh et Pt-Pd. Dans le cas du système de Pt-Ru, l’alliage orienté est présent pour les compositions de 40% et plus en teneur de platine. Cette différence provient de la différence de structure cristalline entre le platine (cubique faces centrées) et le ruthénium (hexagonale compacte). Les mesures électrochimiques en présence d’ammoniaque sur ces trois alliages ne montrent pas d’augmentation de la densité de courant comme il a été mesuré avec le système Pt-Ir. On observe cependant une augmentation de la densité de courant mesurée après l’empoisonnement de la surface pour les systèmes de Pt-Pd et Pt-Ru. Ces mesures montrent que la formation d’alliage est efficace pour désorber les poisons de la surface et ainsi libérer les sites réactionnels. Par exemple, le taux de recouvrement du signal après empoisonnement est de 80% pour le platine pur. Ce taux monte à 96% avec seulement 8% de palladium.
Ces travaux montrent l’intérêt d’utiliser la PLD pour former des alliages préférentiellement orientés avec des propriétés catalytiques intéressantes en électrochimie. Les films ainsi synthétisés ont confirmé l’importance de l’orientation (100) pour optimiser le courant de réaction de l’oxydation de l’ammoniaque.


identifier: Plathier, Julien  (2017). Étude de l’émission optique des pointes en or en spectroscopie Raman amplifiée par effet de pointe.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 128 p.

subject:
spectroscopie Raman
amplifiée par effet de pointe
résonance de plasmon de surface
microscopie a force de cisaillement
luminescence amplifiée
cartographie optique
mesure de la permittivité
tip-enhanced Raman spectroscopy
surface plasmon resonance
Raman spectroscopy
shear force microscopy
enhanced luminescence
optical mapping
permittivity measurement

abstract:
La pointe est l’élément central de la microscopie Raman amplifiée par effet de pointe, car c’est sa résonance de plasmon de surface qui amplifie les signaux Raman et est à l’origine de la résolution spatial optique de la méthode. Lors de l’utilisation de pointes en or, une émission ayant une large bande spectrale est souvent présente dans les spectres Raman amplifiés. Après la description de l’optimisation du procédé de fabrication des pointes en or, et la mise en place d’une méthodologie adaptée à l’analyse des cartographies Raman amplifiées, le présent travail démontre expérimentalement que cette émission est la luminescence de l’or amplifiée par la résonance de plasmon de surface, générée par le laser focalisé à l’apex de la pointe. Un modèle théorique est ensuite proposé pour expliciter la relation entre l’émission de l’or et la résonance de plasmon de surface. Enfin, la possibilité d’effectuer des cartographies quantitatives de la permittivité de l’échantillon à l’échelle du nanomètre est démontrée expérimentalementé.

The tip is the core element of Tip-Enhanced Raman Spectroscopy, since its surface plasmon
resonance enhances the Raman signals and provides the optical spatial resolution to the method. When using gold tips, a broad band emission is often seen in the enhanced Raman spectra. After the optimization of the tip manufacturing process and the development of a specific methodology for the analysis of the enhanced Raman maps, this work experimentally demonstrates that this emission is the gold luminescence enhanced by the surface plasmon resonance generated by the laser focused at the apex of the tip. A theoretical model is proposed to reveal the link between the gold emission and the surface plasmon resonance. Finally, the possibility to quantitatively map the permittivity of the sample at the nanoscale is demonstrated experimentally.


identifier: Arbour, Guillaume  (2017). Estimation de l’équivalent en eau de la neige à partir de mesures de température.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 70 p.

subject:
équivalent en eau de la neige
température de la neige
problème inverse de
transfert de chaleur
densité de la neige
conductivité thermique de la neige
inversion en régime transitoire
snow water equivalent
snow temperature
heat transfer inverse problem
snow density
snow thermal conductivity
transient inversion

abstract:
L’équivalent en eau de le neige ayant des répercussions impactant autant les sphères environnementale,
économique et sociale, son estimation suscite toujours l’intérêt de la communauté scientifique.
Cette étude a pour but de présenter une nouvelle méthode d’estimation de l’équivalent en
eau de la neige afin de pallier aux désavantages des méthodes actuelles. L’équivalent en eau y est
estimé par la résolution d’un problème inverse de transfert de chaleur dans la neige où le profil
de densité est déterminé à partir de mesures de température. Les méthodes actuelles d’inversion
appliquées au couvert de neige ne permettant pas l’obtention d’un profil de densité finement discrétisé,
une nouvelle méthode de résolution du problème inverse de transfert de chaleur dans la
neige est proposée. Les flux de chaleur dans la neige sont successivement estimés tout en comparant
les profils de température calculés et observés au sein du couvert jusqu’à ce qu’un bon accord soit
atteint entre ces derniers dans le but d’estimer les profils de conductivité thermique et de densité.
Cette approche rend possible l’obtention d’un profil de densité finement discrétisé, permettant une
estimation précise de l’équivalent en eau de la neige. Un cas synthétique a été construit afin de
démontrer l’efficacité et la robustesse de la méthode. Il est démontré que les profils de conductivité
thermique et de densité de la neige peuvent être récupérés à partir de mesures de température
par l’approche proposée. La précision des paramètres estimés dépend par contre fortement de la
précision des mesures de température. De plus, la connaissance du profil de température et des
caractéristiques physiques de la neige précédemment estimées permet la détermination du flux de
chaleur total aux frontières du couvert de neige, fournissant ainsi de l’information particulièrement
utile pour l’étude des échanges énergétiques entre le sol, la neige et l’atmosphère.

Impacting environmental, economic and social spheres, the estimation of the snow water equivalent
still preoccupies the scientific community. The objective here is to propose a new method to
estimate the snow water equivalent as an alternative to the current methods. The method estimates
the snow water equivalent by solving an inverse heat transfer problem in the snow cover where
the density profile is retrieved from temperature measurements. Current inversion methods applied
to the snow cover don’t allow the recovery of a fine discretized density profile. Therefore, a new
method to solve the heat transfer inverse problem in the snow cover is proposed. The approach
successively estimates the heat flux in the snowpack while iteratively comparing computed and observed
temperatures within the snow cover until a good agreement is reached in order to estimate
the thermal conductivity and density profiles. A finely discretized density profile can be retrieved,
thus allowing a precise estimation of the snow water equivalent. A synthetic case is built to demonstrate
the method’s efficiency and robustness. It is shown that the snow thermal conductivity
and density profiles can be retrieved from temperature measurements using the proposed approach.
The accuracy of the retrieved parameters will depend strongly on the temperature measurements’
accuracy. Furthermore, the temperature measurements paired with the retrieved parameters allow
the estimation of the total heat flux at the snow cover’s boundaries, providing useful information
for energy balance investigation between soil, snow and atmosphere.


identifier: Vargas Gutierrez, Miguel Felipe  (2017). Délimitation de zones d’aménagement à l’aide de capteurs proximaux du sol dans deux champs de culture intensive de la pomme de terre.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 101 p.

subject: Solanum tuberosum L.

subject: conductivité électrique apparente des sols

subject: VERIS

subject: DUALEM

subject: induction électromagnétique

subject: apparent soil electrical conductivity

subject: ground penetrating radar

subject: pH

subject: Mehlich

subject: ρmax electromagnetic induction

abstract:
L’utilisation des zones d’aménagement (ZA) dans la culture de la pomme de terre permet contrôler la variabilité spatiale du sol et est une des approches dans la gestion localisée des propriétés du sol. L’objectif de cette étude était d’évaluer la capacité de trois capteurs proximaux du sol (CPS) pour délimiter des ZA pour deux champs (Champ SVP et champ SVS ; 12 hectares) en culture commerciale de pomme de terre (Solanum tuberosum L.) dans la province de Nouveau-Brunswick, Canada. La conductivité électrique apparente du sol (CEa) ont été mesurés avec deux CPS i.e. le VERIS (modèle MSP3) et le DUALEM (modèle 21S). En plus, des mesures de haute fréquence électromagnétique ont été prises avec un géoradar (GPR;GSSI modèle SIR-3000; antenne 400 MHz) pour déterminer l’épaisseur des horizons de sol et la profondeur de la roche-mère. Les propriétés physicochimiques (texture, matière organique, pH, Mehlich-3) de 154 échantillons de sol pour les champs SVP et 141 échantillons pour le champ SVS ont été analysés. Le rendement total en tubercule a été mesuré pour les années 2013, 2014 et 2016 pour le champ SVP et 2014 et 2016 pour le champ SVS à l’aide d’un capteur de rendement. L’algorithme fuzzy k-means a été utilisé pour délimiter les ZA. Une corrélation significative entre le rendement et les CPS a été obtenue (r= -0.52, 0.19 pour les champs SVP et SVS). L’argile a été la propriété la plus corrélée avec le rendement (r= -0.85 rx= -0.41, pour les champs SVP et SVS). Deux ZA ont été considérés comme optimales pour les deux champs. Celles-ci ont montré un équilibre entre la variation spatiale des propriétés du sol, le rendement et une représentation spatiale gérable.

The use of management zones MZ in potato production is an alternative in the localized management of the soil properties. The objective of this study was to evaluate the ability of three proximal soil sensors (PSS) to delineate MZ for two commercial potato fields (referred as field SVP and field SVS, 12 hectares) (Solanum tuberosum L.) in New Brunswick, Canada. Soil electrical conductivity (EC) was measured with tho PSS, i.e, VERIS (model MSP3) and DUALEM (model 21 S). Additionally, high frequency EM was measured using a ground penetrating radar (GPR system; GSSI model SIR-3000; 400 MHz antenna) to determine the thickness of the soil horizons and the depth to bedrock. The physicochemical properties (texture, organic matter, pH, Mehlich-3) of 154 soil samples for the field SVP and 141 soil samples for the field SVS were analyzed. The total yield of tuber was measured for the years 2013, 2014 and 2016 for the field SVP and 2014 and 2016 for the field SVS using a yield monitor. The fuzzy k-means algorithm was used to delineate MZ. A significant correlation between the yield and the PSS was obtained (r = - 0.52, 0.19 for the field SVP and SVS, respectively). Clay was the property most correlated with the yield (r =-0.85, please and r = - 0.41, for the fields SVP and SVS, respectively). Two MZ were considered as optimal for both sites. These showed a balance between the spatial variation of soil properties, yield and a manageable spatial representation.


identifier: Gillis, Carole-Anne  (2018). Étude des facteurs contrôlant la présence de l’algue Didymosphenia geminata et des impacts de sa présence sur le saumon atlantique juvénile.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 199 p.

subject:
Didymosphenia geminata
diatomée
rivères à saumon
saumon atlantique
algues

abstract:
L’algue Didymosphenia geminata est une diatomée à potentiel envahissant. Cette algue
microscopique, attachée au substrat, peut sécréter des quantités phénoménales de mucilage et
créer de vaste amas fibreux tapissant le lit d’une rivière. Autrefois considérée très rare et
représentative d’une qualité d’eau impeccable, elle est maintenant répertoriée omniprésente
dans les rivières oligotrophes à travers le monde. Au cours des deux dernières décennies, son
émergence a créé un intérêt marqué de la part des écologistes et gestionnaires de rivières
puisque sa biologie et les facteurs régissant son occurrence et sa sévérité sont méconnus. Au
Québec, c’est à l’été 2006 que les premières proliférations massives de l’algue didymo ont été
observées dans la rivière Matapédia. Le manque de connaissances à son égard, plus précisément
sur sa distribution, les causes de l’apparition des proliférations et de l’impact négatif possible de
cet envahissement sur le réseau trophique mais surtout sur le cycle de vie du saumon atlantique
en rivière a créé un état de panique chez les gestionnaires et les utilisateurs des rivières à saumon.
Il existait dès lors un urgent besoin de combler ces lacunes.
Afin de mieux comprendre les facteurs régissant tant la croissance cellulaire que la croissance des
amas mucilagineux, un modèle conceptuel a été élaboré grâce à la collaboration de plusieurs
chercheurs travaillant au Colorado, à l’île de Vancouver, en Nouvelle-Zélande et au Québec afin
de colliger les observations et les données de terrain. Ce travail de synthèse a permis d’identifier
les facteurs favorisant sa colonisation, sa croissance et sa persistance en rivière. La dynamique
spatio-temporelle de l’algue didymo est dépendante de divers facteurs (ou conditions
environnementales) dont les seuils critiques déterminent son comportement de prolifération. En
rivière, la croissance d’algues benthiques est principalement déterminée par les variations
saisonnières du débit, la température, la lumière et la chimie de l’eau. Ainsi, la connaissance des
paramètres d’habitats favorables permet de déterminer si un bassin versant est favorable à la
présence cellulaire de l’algue didymo et à la probabilité que celle-ci puisse y proliférer. Le modèle
conceptuel permet d’établir la variabilité et la sévérité saisonnière du comportement envahissant
de l’algue didymo en rivière.
Afin d’appliquer le modèle conceptuel développé à l’échelle du bassin versant, nous avons mis
sur pied un réseau de suivi volontaire des proliférations d’algue didymo dans le bassin versant de
la rivière Restigouche. Vingt-deux organisations différentes totalisant 70 bénévoles ont été
formés à identifier et quantifier les proliférations d’algue didymo. Entre 2010 et 2015, 1 228
observations ont été réalisées. L’analyse de cette base de données, nous a permis de déterminer
que 71% de la variabilité de la sévérité des proliférations durant l’été est inversement
proportionnelle à l’intensité de la crue printanière. À l’échelle du tronçon, l’analyse des
proliférations pour différents types de faciès-substrat a permis de d’identifier une préférence
accrue pour les seuils.
Par la suite, afin d’appliquer le modèle conceptuel à l’échelle régionale, nous avons comparé la
distribution de l’algue didymo dans trois régions de l’est du Québec (i.e. Gaspésie, Bas-St-Laurent
et Côte-Nord) avec divers paramètres physico-chimiques de vingt-neuf rivières à saumon. Le principal facteur régissant la présence-absence de cellules est le pH. Les diatomées ont des
optimums de pH très spécifiques et la géologie contrastante de la Côte-Nord (Bouclier canadien)
par rapport aux basses terres du Saint-Laurent et les Appalaches en Gaspésie, a permis d’identifier
que les eaux acides riches en tanins et lignines ne sont pas favorables à la survie et la croissance
de l’algue didymo.
Grâce à une meilleure connaissance des facteurs de contrôle de l’algue didymo à diverses échelles
spatiales, nous pouvons déterminer les rivières à risque de proliférations massives. Au sein des
rivières exhibant des proliférations, nous avons déterminé que les préférences d’habitat de
l’algue didymo sont identiques à celles du saumon atlantique juvénile (i.e. eaux rapides, peu
profondes, claires, froides, faible en nutriments avec un substrat grossier). Afin de déterminer
l’ampleur de l’impact de la présence des proliférations sur le réseau trophique, nous avons vérifié
son impact sur la communauté algale. La structure dense et fibreuse crée un environnement
physique dans lequel plusieurs diatomées peuvent s’y loger. Nos résultats confirment que l’algue
crée un habitat de choix pour les plus petites diatomées favorisant ainsi une plus grande diversité
taxonomique. Malgré une augmentation de la complexité du biofilm suivant son épaississement,
il n’y a pas d’impact supplémentaire sur la structure et la diversité taxonomique des échantillons.
Puisque la structure de l’habitat est modifiée par les tapis et que ces derniers sont susceptibles
d’altérer la structure et le fonctionnement de l’écosystème, nous avons évalué l’effet des
proliférations sur le comportement alimentaire des saumons juvéniles. Grâce à l’observation en
apnée du comportement, nous pouvons conclure que les saumons juvéniles effectuent une plus
grande proportion de quêtes benthiques en fonction du pourcentage de recouvrement algal. Ce
changement de comportement n’est pas attribuable à une diminution des proies disponibles au
sein de la dérive. Notre étude confirme la grande plasticité comportementale des saumons
juvéniles face aux modifications de l’habitat.
Afin de vérifier l’impact des proliférations sur les ressources alimentaires et la diète des saumons
juvéniles, nous avons utilisé l’approche par analyse d’isotopes stables. Cette approche permet
d’établir un portrait intégré de l’utilisation des ressources par les poissons. Les signatures
isotopiques divergentes entre les différents tissus des saumons confirment une modification de
la diète saisonnière. Les saumons juvéniles en présence de l’algue didymo ont une diète moins
diversifiée et appauvrie en carbone principalement composée de petits chironomides et de
trichoptères. Malgré que l’indice de condition physique des saumons juvéniles soit similaire entre
les deux sites, leur taille est plus petite dans le site avec proliférations. Les travaux futurs devront
tenter de valider l’impact de la diminution de la qualité de la diète par les proliférations d’algue
didymo sur le contenu en lipides des juvéniles.
Suite aux diverses collaborations internationales et discussions avec les gestionnaires, nous nous
sommes rendus à l’évidence qu’il devait y avoir une recommandation sur les mesures de gestion
vis-à-vis cette espèce. En fonction des connaissances scientifiques développées au fil des ans et
plusieurs cas de gestion dans divers pays, nous avons recommandé aux gestionnaires d’éduquer
les utilisateurs à vérifier, nettoyer, sécher et congeler leurs équipements. Que l’algue didymo soit
une espèce exotique ou indigène, elle peut être propagée. De plus, la mise en valeur des saines
pratiques permettent de limiter la propagation d’autres organismes pouvant potentiellement
être plus dévastateurs que l’algue didymo. Les résultats de cette thèse contribuent à l’avancement des connaissances sur les facteurs de
contrôle de l’algue didymo tant à l’échelle microscopique que macroscopique. En plus d’avoir
contribué à élaborer le modèle conceptuel, nous l’avons amélioré en l’appliquant à diverses
échelles spatiales : à l’échelle du tronçon et du bassin versant ainsi qu’à l’échelle régionale. C’est
d’ailleurs la première étude à élaborer un réseau de suivi des proliférations par l’implication des
acteurs du milieu ainsi qu’une des seules études à avoir examiné la variabilité interannuelle sur
une période de six ans. C’est également la première étude à avoir évalué l’impact de l’algue
didymo sur les communautés périphytiques dans l’est du Canada. De surcroît, c’est la première
étude exhaustive qui a évalué l’effet des proliférations sur l’écologie du saumon atlantique
juvénile. Les recherches menées sur le comportement alimentaire est également novateur et
contribue considérablement à la compréhension des mécanismes et les interactions entre les
divers niveaux trophiques et l’impact sur les salmonidés.

Didymosphenia geminata is mat-forming nuisance diatom. This epilithic microscopic alga can secrete
copious amounts of mucilage creating thick and extensive mats covering the entire riverbed. Once
considered very rare and representative of pristine water quality, it is now ubiquitous in rivers around the
world. Over the past two decades, this alga has emerged as a nuisance diatom and generated much
interest among freshwater ecologists and river managers alike. Nonetheless, controlling factors governing
the occurrence and severity of D. geminata are still not well understood. In Quebec, the first massive
proliferations of D. geminata were reported in 2006 in the Matapedia River. There was an urgency to fill
this knowledge gap as managers and government agencies panicked at the lack of knowledge regarding
its distribution, the causes of its onset and mostly, fear of that this alga would act as an additional stressor
to Atlantic salmon populations.
To better understand controlling factors of both cell division and mat formation, a conceptual model was
developed with the collaboration of several researchers working in Colorado, Vancouver Island, New
Zealand and Quebec to collate observations and field data. This synthesis work helped identify the factors
favoring its colonization, growth and persistence in rivers. The spatiotemporal dynamics of D. geminata
are dependent on various dynamic thresholds of flow, temperature, light and water chemistry within the
habitat window. We can therefore test various arrays of these parameters to determine whether rivers
are likely to present occasional to persistent D. geminata mats.
To test and improve upon the conceptual model at various spatial scales, we developed a monitoring
network for D. geminata mat presence. Twenty-two different organizations totaling 70 volunteers were
trained to identify and quantify the proliferations of D. geminata. Between 2010 and 2015, 1 228
observations were made. The analysis of this database helped determine that 71% of the variability of D.
geminata severity is inversely proportional to the intensity of the spring flood. At the reach scale, habitat
type was determinant for presence-absence of mats with a strong significant preference for riffles.
At the provincial scale, we compared the distribution of D. geminata in three regions of eastern Quebec
(i.e. Gaspesie, Bas-St-Laurent and Cote-Nord) against numerous water chemistry parameters for twentynine
rivers. At the broad regional scale, pH was the most important factor governing the presence-absence
of cells. Diatoms have very specific pH optima and the contrasting geologies between regions confirmed
that low pH and high tannins and lignin are not favorable to the survival and growth of D. geminata.
Habitat preferences for D. geminata mats are identical to those of juvenile Atlantic salmon (i.e. shallow,
fast, clear, cool, low nutrient and coarse substrate). To determine the extent of the impact of the presence
of mats on the food web, we verified its impact on the algal community. The dense interwoven matrix
creates a suitable physical environment for small diatoms, thus promoting greater taxonomic
diversity. Despite an increase in the complexity of the biofilm with mat accrual, there is no additional
impact on the structure and taxonomic diversity of the samples.
D. geminata effects to higher trophic levels have been suspected since the structure of the habitat is
modified and could alter the structure and functioning of the ecosystem. We studied the foraging
behaviour of juvenile Atlantic salmon in contrasting D. geminata severities. With increasing percent cover
of the alga, juvenile Atlantic salmon switch from a drift-foray to benthic-foray strategy. This change in
behavior is not due to limited drifting prey availability. Our results reinforce the notion that juvenile
Atlantic salmon have high behavioral plasticity in response to habitat changes. To test the impact of mats on juvenile salmon diet, we used a stable isotope analysis approach. This
approach provides an integrated view of resource use by fish. Contrasting isotopic signatures between the
liver and muscle tissues confirm a change in the seasonal diet. Juvenile salmon sampled in the D. geminata
impacted site have a less diversified and carbon-depleted diet composed mainly of small chironomids and
Trichoptera. Juvenile salmon condition factors and C:N ratios were not different between sites, though
their size is smaller in the impacted site. Future work should focus on the effects of reduced prey quality
on lipid content of fish.
Over various international collaborations and discussions with managers, it became clear that there was a
need for a clear and standardized recommendation on management measures for this nuisance
species. Based on recent scientific knowledge and several management cases in various countries, we
recommended that managers educate users to check, clean, dry and freeze their equipment. Regardless
of whether D. geminata is an exotic or native species, it can be spread. In addition, the development of
best practices limits the spread of aquatic organisms as others may be far more devastating than D.
geminata.
The results of this thesis contribute to the advancement of knowledge on the controlling factors of D.
geminata for both cells and mats. In addition to contributing to the development of the conceptual model,
we have tested and improved it by applying it to a variety of spatial scales: at the reach, watershed and
regional scales. This is the first study to develop a monitoring network for mat severity with the
involvement of local stakeholders. It is also the first study to evaluate the impact of D. geminata on
periphytic communities in eastern Canada. Moreover, it is the first comprehensive study that has
evaluated the effect D. geminata mats on juvenile Atlantic salmon ecology. Research on foraging behavior
is also innovative and contributes significantly to the understanding of the mechanisms and interactions
by which D. geminata impacts various trophic levels and salmonids.


identifier: Abidin, Belma Melda  (2017). Récepteur Wnt Non-Canonique Frizzled-6 Régule Hématopoïèse Induite Par Les Stress  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, doctorat en immunologie et virologie, 243 p.

subject:
cellules souches hématopoïétiques
signalisation Wnt/Frizzled
auto-renouvellement
myélopoïèse
inflammation
infection chronique
Hematopoietic stem cell
Wnt/Frizzled signaling
self-renewal
myelopoiesis
inflammation
chronic infection

abstract:
L’homéostasie du sang est maintenue par l’équilibre entre l’auto-renouvellement et la différenciation des cellules souches/progénitrices hématopoïétiques (HSPC). Bien que les cellules souches hématopoïétiques (HSC) soient principalement maintenues dans un état de dormance, elles peuvent entrer rapidement dans le cycle cellulaire et se différencier en précurseurs lymphoïdes et myéloïdes pour reconstituer les cellules immunitaires suite à une myelosuppression ou à des infections systémiques. La signalisation de Wnt a été suggérée pour maintenir l’équilibre dynamique du pool de HSPC en régulant leur division et les signaux provenant du microenvironnement de la cellule souche. Récemment, notre groupe a montré que la protéine Wnt4 augmente l’expansion des HSPC par une voie de la polarité planaire cellulaire (PCP). Cependant, l’impact physiologique de la voie PCP sur l’hématopoïèse reste à être identifié. Pour aborder cette question, nous avons examiné le rôle d’un récepteur central de la PCP,
Frizzled-6 (Fzd6), dans la spécification de la lignée et la fonction des HSPC pendant l’homéostasie et la réponse au stress. À l’état de base, nous n’avons observé aucune différence dans le nombre de HSC phénotypiquement enrichis dans la moelle osseuse (MO) Fzd6-/-. Cependant, nos expériences de transplantations compétitives ont démontré que les HSPC des souris Fzd6-/- n’ont pas réussi à reconstituer une hématopoïèse à court et long terme chez les souris receveuses en raison d’une forte activation de la caspase-3. Pour tester si les HSC Fzd6-/- répondent à une hématopoïèse d’urgence induite par une inflammation, nous avons injecté les souris Fzd6-/- avec une dose sous-létale de lipopolysaccharides bactériens (LPS) et de parasites Leishmania donovani qui établissent une infection chronique dans la MO et la rate. Les HSPC Fzd6-/- se sont peu multipliées et ont produit moins de progéniteurs myéloïdes dans les deux modèles. Cette diminution est accompagnée d’une production réduite de monocytes inflammatoires Ly6Chi dans la MO et d’une diminution de l’accumulation de cellules myéloïdes dans la rate. Par conséquent, les souris Fzd6-/- sont plus sensibles à l’inflammation aiguë induite par l’endotoxine, mais présentent un faible taux de parasites dû à un nombre moins élevé de cellules monocytes/macrophages. Nos résultats établissent un lien mécanique entre la signalisation de Fzd6 et la régulation de la réponse des HSC pendant le stress. Nous pensons que la signalisation de Fzd6 est une cible thérapeutique prometteuse pour moduler l’activation des HSC pour de nouveaux concepts de traitement afin de surmonter les limites de la transplantation de MO. En outre, nos observations reliant Fzd6 à la myélopoïèse peuvent également avoir des implications pour les infections aiguës et chroniques.

Blood homeostasis is maintained by the fine balance between self-renewal and differentiation of hematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs). Although hematopoietic stem cells (HSCs) are maintained in a predominantly quiescent state, they can rapidly enter the cell cycle and differentiate into committed lymphoid and myeloid precursors to replenish immune cells in response to hematopoietic injury or systemic infections. Wnt signaling has been suggested to maintain the dynamic balance of HSPC pool by regulating HSPC divisions and the signals derived from the stem cell microenvironment. Recently our group has shown that non-canonical Wnt4 signaling increases HSPC expansion through a planar cell polarity (PCP)-like pathway. However, the wider physiological impact of PCP signaling on hematopoiesis is yet to be identified. To address this question, we examined the role of a core PCP receptor, Frizzled-6 (Fzd6) in the lineage specification and the function of HSPCs during homeostatic maintenance and the stress response. At steady-state, we did not observe any differences in the numbers of phenotypically enriched HSCs in Fzd6-/- bone marrow (BM). However, our competitive transplantation experiments demonstrated that HSPCs from Fzd6-/- mice failed to reconstitute short and long term hematopoiesis in recipient mice due to a strong activation of caspase-3 and defective engraftment. To test whether Fzd6-/- HSCs respond to inflammation-induced emergency hematopoiesis, we challenged Fzd6-/- mice with a sub-lethal dose of bacterial endotoxin lipopolysaccharide (LPS) and Leishmania donovani parasites that establish a chronic infection in the BM and spleen. Fzd6-/- HSPCs expanded poorly and produced significantly fewer myeloid progenitors in both models. This decrease was accompanied by a reduced production of Ly6Chi inflammatory monocytes in BM and decreased accumulation of myeloid cells in spleen. L. donovani specifically induced the production of BM-derived factors that promote myeloid differentiation in both Fzd6-/- and wild-type BM. However, more pronounced elevations in inflammatory cytokines in Fzd6-/- BM resulted in decreased HSPC expansion and myeloid differentiation both in culture and in vivo. As a result, Fzd6-/- mice were more susceptible to endotoxin-induced acute inflammation but presented with lower parasite burden due to a corresponding decrease in monocyte/macrophage lineage cells. Our results establish a mechanistic link between Fzd6 signaling and demand adapted regulation of HSC response during stress. We anticipate that Fzd6 signaling is a promising therapeutic target to modulate HSC activation for new treatment concepts to overcome the limitations of BM transplantation. Furthermore, our observations linking Fzd6 to myelopoiesis may also have implications for acute and chronic infections.


identifier: Chew Fajardo, Ying Lian  (2017). Protein Engineering of the Calb Lipase to Synthesize Fragrance Compounds  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, maîtrise en microbiologie appliquée, 73 p.

subject:
CalB
semi-rational protein design
molecular docking
methyl salicylate
directed evolution
protein engineering
lipase activity
enzyme catalysis.

abstract:
Abstract

 A computationally-guided semi-rational protein design approach was used to improve
the enzymatic selectivity and catalytic efficiency of Pseudozyma antarctica lipase B
(CalB) to synthesize methyl salicylate and methyl cinnamate. These fatty acid esters
have significant relevance as flavoring and fragrance compounds in the biotechnological
industry. Moreover, CalB is a highly active lipase that is widely used for the enzymatic
hydrolysis and synthesis of esters, offering potential for the biological production of
flavoring agents. However, the relatively confined organization of its active site
precludes the recognition of bulky and aromatic substrates. To overcome this limitation,
in silico docking analyses of CalB were undertaken to identify amino acid residues
involved in precursor binding and recognition. These “hot spots” were subjected to
combinatorial mutagenesis to yield three generations of CalB libraries per substrate. A
surrogate substrate was used to screen for synthetic activity and evaluation of the new
CalB variants revealed mutations giving rise to significant increase in synthetic activity
relative to wild-type CalB. Ultimately, the best CalB variant could serve as a template to
develop an E. coli whole-cell biocatalyst suitable for industrial enzymatic synthesis of
methyl salicylate.


identifier: Desrouillères, Kerlynn  (2017). Propriétés antinéoplasiques des composantes membranaires des bactéries probiotiques et des métabolites secondaires des petits fruits  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, maîtrise en microbiologie appliquée, 198 p.

abstract:
Le cancer colorectal (CCR) représente l’une des principales causes de mortalité liées au cancer dans le monde. De nombreux efforts ont été déployés afin de déterminer les facteurs de risques liés à l’étiologie de ce cancer. Bien qu’une composante génétique ait été établie dans la pathogénèse de la maladie, de nombreuses études épidémiologiques suggèrent que 90% des cas de CCR sont sporadiques c’est-à-dire qu’ils se développent chez des individus ne possédant aucune prédisposition génétique. Elles indiquent que les facteurs environnementaux comme le mode de vie et l’alimentation influencent beaucoup plus l’incidence de la maladie. Mis à part les éléments environnementaux, d’autres études ont également démontré l’implication du microbiote intestinal dans le développement de ce cancer. Plusieurs études montrent que les polyphénols présents dans les petits fruits, les plantes médicinales, les végétaux et les métabolites produits par les bactéries probiotiques et leurs composantes cellulaires peuvent agir comme agents chimio préventifs. Toutefois très peu d’études ont jusqu’ici évalués les possibles effets synergiques entre les composantes présentes dans les végétaux et les métabolites produits par les bactéries probiotiques au cours de la fermentation ou même leurs constituants cellulaires. Les objectifs de cette étude sont donc : a) Évaluer in vitro les propriétés antinéoplasiques de différentes classes de polyphénols obtenues par séparation chromatographique (CLHP) d’un jus de canneberges concentré et ceux de calices d’Hibiscus sabdariffa L. obtenues suite à une extraction par solvants seuls et combiné avec des composés membranaires extraites d’une biomasse contenant trois bactéries probiotiques : Lactobacillus acidophilus CL1285, L. casei LBC80R et L. rhamnosus CLR2. Déterminer l’effet de différentes doses d’un lait fermenté probiotique spécifique (1.2x108 - 1x109 UFC) contenant L. acidophilus CL1285, L. casei LBC80R et L. rhamnosus CLR2 et ces différentes fractions (composantes membranaires, surnageant: métabolites bactériens, culot : bactéries seules) sur les propriétés antinéoplasiques mesurées dans un modèle animal. Les résultats obtenus dans cette étude suggèrent que certains composés phénoliques du jus de canneberges (acides phénoliques et flavonols) et de l’Hibiscus sabdariffa (anthocyanines et acides phénoliques) sont capables d’inhiber in vitro la croissance des cellules cancéreuses et d’induire l’activité de la quinone réductase. De plus, lorsque ces derniers sont combinés aux composantes membranaires l’inhibition au niveau de la prolifération cellulaire est augmentée. Cette étude montre également que la plus forte dose de lait fermenté (1x109 UFC) et certaines fractions du lait comme par exemple le culot, sont capables de diminuer la formation de cryptes aberrantes, d’induire l’activité d’enzymes détoxifiantes du foie et d’inhiber l’activité d’enzymes fécales. Les résultats de cette étude ont permis de démontrer que les bactéries probiotiques et leurs composantes ainsi que les composés phénoliques pourraient contribuer à diminuer le risque de développer le CCR.

Colorectal cancer (CRC) represent one of the principal cause of cancer related-death worldwide. Many efforts have been made to determine risk factors linked to this cancer etiology. Although a genetic predisposition have been linked to the pathogenesis of CRC, numerous epidemiological studies have identified that 90% of the CRC cases are sporadic meaning that they develop in individuals with no genetical predisposition. Those studies indicated that environmental factors such as lifestyle (excessive alcohol consumption, smoking, physical inactivity) and diet influence greatly CRC incidence. Besides the environmental factors, other studies demonstrated the involvement of the intestinal microbiota in CRC carcinogenesis. Many studies showed that natural compounds like phenolic compounds found in berries, in medicinal herbs, in vegetables, the probiotics bacteria and their membrane constituents and their metabolites have chemopreventive effects against colon cancer development. However, only few studies have evaluated the possible synergy between the polyphenols present in berries and plant and the probiotic bacteria constituents and metabolites produced during fermentation. The objectives of this study are:a) Investigate in vitro the anticancer properties of different classes of phenolic compounds obtained by HPLC fractionation of a cranberry concentrate juice and solvents extraction from Hibiscus sabdariffa L. dry calyces combined with cells walls obtained from a biomass containing Lactobacillus acidophilus CL1285, L. casei LBC80R et L. rhamnosus CLR2. b) Determine in vivo the effect of different doses (1.2x108-1x109 CFU) of a specific probiotic fermented milk produced by L. acidophilus CL1285, L. casei LBC80R and L. rhamnosus CLR2 and its different fractions (cell wall constituents, supernatant: derived-metabolites, pellet: bacteria). The results obtained in this study suggest that some classes of phenolic compounds from either cranberry concentrate juice (phenolic acids, flavonols) or Hibiscus sabdariffa L. calices (anthocyanins, phenolic acids) are able to inhibit cancerous cell growth and induce an increase of the quinone reductase (QR) activity. Moreover, when combined with the cell wall constituents there is an increase of the inhibitory effect against the colon cancer cell proliferation. This study also shows that the highest dose of a fermented milk (1x109 CFU) and fractions such as pellet are able to significantly reduce the formation and the multiplicity of precancerous lesions, increase the activity of a detoxifying enzyme and decrease the activity of fecal enzymes. Those results suggest that the fermented milk and its different components, the cranberry concentrate juice and the Hibiscus sabdariffa could probably act as chemopreventive substance against CRC development.


identifier: Dubois, Guillaume  (2018). Coronavirus humain OC43, neurovirulence et neuropropagation : Importance de sa protéine d’enveloppe  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, maîtrise en science et virologie, 160 p.

subject:
HCoV-OC43
Coronavirus
E protein
Transmembrane domain
PDZ binding motif
Virus production
Pathogenesis
HCoV-OC43
Coronavirus
Protein d’enveloppe
Domaine transmembranaire
PBM
Production virale
Pathogénèse

abstract:
Les coronavirus humain sont des virus respiratoires opportunistes infectant les voies respiratoires supérieures, et la souche OC43 (HCoV-OC43) est capable d’atteindre le système nerveux central (SNC), infectant préférentiellement les neurones, et provoquant des maladies neurologiques chez la souris. La protéine d’enveloppe (E) des coronavirus est reconnue comme un important facteur de virulence, assurant de multiples rôles durant l’infection, comme la morphogénèse, l’assemblage, la production de particules infectieuses ainsi que la pathogénèse. Ces rôles ont été associés à la présence d’un domaine transmembranaire formant des canaux ioniques, ainsi qu’à un motif d’interaction protéique. Cependant ces domaines n’ont jamais été étudiés en contexte d’infection du SNC, ce qui est l’objectif de cette étude. A l’aide de virus recombinants, nous avons démontré qu’une protéine E est un facteur essentiel pour une production et une propagation virale efficace en cellules épithéliales, neuronales, ainsi que dans le SNC de souris, et qu’elle est essentielle pour la neuropathologie. En modifiant des acides aminés aux positions importantes du domaine transmembranaire et du motif d’interaction protéique nous avons démontré que ces domaines modulent la production virale lors de l’infection, ainsi que le développement de la neuropathologie, représentant donc une cible thérapeutique d’intérêt pour la prévention de maladies neurologiques.

 Human coronaviruses are opportunistic respiratory viruses infecting the upper respiratory tract, and the OC43 strain (HCoV-OC43) is capable of invading the central nervous system (CNS), preferentially infecting neurons, and causing neurological diseases in mice. Coronavirus envelope protein (E) is recognized as an important virulence factor, ensuring multiple roles during infection, such as morphogenesis, assembly, infectious particle production and pathogenesis. These roles have been associated to the presence of a transmembrane domain that can form ion channels, as well as a protein-protein interaction motif. However, these domains have never been studied in the context of CNS infection, which is this study objective. Using recombinant viruses, we have demonstrated that the E protein is an essential factor for efficient viral production and propagation in epithelial cells, neurons, as well as in the mouse CNS, and that it is essential for development of neurological disease. By modifying amino acids at key positions of the transmembrane domain and the protein interaction motif, we have demonstrated that these domains modulate virus production during infection, as well as the development of neuropathology, thus representing a therapeutic target of interest for the prevention of neurological diseases.


identifier: Geoffrey, Valérie  (2017). Caractérisation de la souche methylophaga SP. GP59, une nouvelle bactérie dénitrifiante  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, maîtrise en microbiologie appliquée, 165 p.

abstract:
La dénitrification est un processus respiratoire microbien où le nitrate est réduit séquentiellement en nitrite, oxyde nitrique, oxyde nitreux et azote gazeux. La souche Methylophaga nitratireducenticrescens JAM1 est l’une des deux bactéries les plus abondantes isolées d’un biofilm issu d’un bioréacteur dénitrifiant, alimenté au méthanol. Elle peut réduire le nitrate en nitrite, l’oxyde nitrique en oxyde nitreux, et ce dernier en azote gazeux. Elle ne peut pas réduire le nitrite en oxyde nitrique, ce qui corrèle avec l’absence de gènes codant pour une nitrite réductase de type NirK ou NirS dans son génome. Lors d’expériences visant à adapter le biofilm à différentes conditions physicochimiques, une nouvelle souche (GP59), associée à Methylophaga nitratireducenticrescens, capable d’effectuer la dénitrification complète a été isolée. L’objectif de mon projet était de caractériser la souche GP59. Le séquençage de la souche GP59 a démontré que celle-ci possède environ 85% de gènes communs avec la souche JAM1. Un gène codant pour une nitrite réductase a été retrouvé parmi des gènes associés à un prophage Mu, suggérant l’acquisition du gène lors d’une infection lysogénique. Les quelques différences entre ces souches sont que la souche JAM1 peut croître à une plus grande gamme de température et de pH que la souche GP59 et qu’elle réduit le nitrate en nitrite en conditions aérobies, ce que ne peut pas faire la souche GP59. Également, la souche GP59 à un temps de latence de croissance et de réduction du nitrate en conditions anaérobies, contrairement à la souche JAM1.

Denitrification is a respiration system used by microbes where nitrate is subsequently reduced to nitrite, nitric oxide, nitrous oxide and dinitrogen. Methylophaga nitratireducenticrescens JAM1 is one of the two most abundant bacteria isolated from a biofilm within a methanol-fed denitrification reactor. Strain JAM1 can reduce nitrate to nitrite, nitric oxide to nitrous oxide and the latter to nitrogen gas. It cannot reduce nitrite to nitric oxide which correlates with the absence of genes encoding for a nitrite reductase NirK or NirS in its genome. Biofilm acclimation to different conditions led us to isolate a new strain (GP59) affiliated with Methylophaga nitratireducenticrescens that can perform all denitrification steps. My objective was to characterize the new strain GP59. Strain GP59 genome sequencing showed that the two strains share approximately 85% of their genes. A nitrite reductase gene was found flank by Mu prophage affiliated genes, indicating that the gene acquisition may be from a lysogenic infection. The few differences between the strains are that strain JAM1 can grow at greater temperature and pH range than strain GP59 and that it can reduce nitrate to nitrite under aerobic conditions, which strain GP59 cannot do. Also, strain GP59 showed a time lag in growth and nitrate reduction under anaerobic conditions contrarily to strain JAM1.


identifier: Hammami, Akil  (2017). Rôle du hypoxia inducible factor 1α (HIF-1α) durant la leishmaniose viscérale  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, doctorat en immunologie et virologie, 260 p.

abstract: Bien que l`inflammation soit essentielle pour le remodelage des réponses immunitaires et le contrôle des infections, elle est souvent associée à la pathogenèse lors des maladies chroniques. Leishmania donovani, l’agent causatif de la leishmaniose viscérale, induit rapidement une forte inflammation au début de l’infection. Les tissus inflammés sont caractérisés par une diminution drastique de la quantité d’oxygène disponible pour les cellules, favorisant ainsi un micro-environnement hypoxique et permettant une surexpression et une stabilisation du facteur de transcription ``Hyoxia Inducible Factor`` (HIF-1α). Ce facteur est un régulateur clé des réponses face à un manque en oxygène et joue un rôle primordial dans les changements métaboliques qui confèrent aux cellules une meilleure adaptation. De plus, HIF-1α dirige une panoplie de fonctions des cellules immunitaires incluant la phagocytose et la différenciation cytotoxique de cellules T. L’expression et la stabilisation de HIF-1α dans les leucocytes sont assurées non seulement par l`hypoxie mais aussi par d’autres facteurs souvent associés au stress pathologique comme l’inflammation et l’infection. Récemment, il a été montré que les promastigotes de Leishmania stabilisent aussi le HIF-1α dans les macrophages infectés in vitro.Dans ce travail, nous cherchons en premier lieu, durant la phase aigüe de l’infection, à comprendre le rôle du HIF-1α dans les cellules dendritiques (DC) ainsi que ses effets sur la régulation des réponses des cellules T CD8 dans les souris infectées. Nos résultats indiquent que lors de l’infection par L. donovani, les souris avec une déplétion spécifique HIF-1α dans les cellules qui expriment le marqueur CD11c, ont une expansion améliorée des cellules T CD8 accompagnée d’une augmentation de la fréquence des cellules effectrices de courte durée de vie (SLEC). De plus les DCs présentent une expression d’IL-12 bien soutenue durant cette phase. Ainsi, l’absence du HIF-1α dans les cellules CD11c+ permet une diminution significative de la charge parasitaire de la rate. Remarquablement, nos résultats montrent clairement que l’expression de HIF-1α dans les DCs est induite d’une manière dépendante du facteur de transcription IRF-5, ce qui permet de déduire que les fortes réponses inflammatoires ont pour effet de limiter l’expansion des cellules T CD8 spécifiques pour l’antigène. Leishmania donovani, induit une intense myélopoèise durant la phase chronique de l’infection. Ce phénomène est accompagné par une splénomégalie, une inflammation chronique, une destruction tissulaire ainsi qu’une immunosuppression. Dans un tel environnement hypoxique, nos résultats montrent que HIF-1α altère la production de l’IL-12 par les DCs conduisant à une limitation de développement des réponses Th1. Par ailleurs, la déplétion de HIF-1α dans les cellules CD11c+ entraîne une expression permanente plus élevée de l’IL-12, simultanément avec une inhibition de la production de l’IL-10. En effet, les souris qui sont dépourvues spécifiquement de HIF-1α montrent une amélioration significative de la fréquence des cellules T CD4 productrices d’IFN-γ aussi bien dans la rate que dans la moelle osseuse. Le parasite favorise aussi une sortie massive des monocytes à partir de la moelle osseuse. Ces monocytes sont dotés d’un phénotype régulateur. En outre, quand les cellules myéloïdes atteignent la rate elles acquièrent, d’une manière dépendante de HIF-1α, des fonctions semblables à celles des cellules suppressives dérivées des lignées myéloïdes (MDSC). De plus, HIF-1α est impliqué dans la polarisation des macrophages vers un phénotype similaire à celui des M2. Enfin, nos résultats confirment encore le contrôle efficace de la charge parasitaire en absence de HIF-1α dans la rate ainsi que dans la moelle osseuse. L’ensemble des données suggère que la voie de HIF-1α pourrait être un mécanisme d’invasion adopté par le parasite afin de maintenir une infection persistante.


identifier: Hétu-Arbour, Roxann  (2018). Rôle de WNT4 dans l'amorçage de la différenciation lymphocytaire  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, maîtrise en virologie et immunologie, 91 p.

abstract: Le thymus, le seul organe qui génère des lymphocytes T, reçoit des cellules progénitrices de la moëlle osseuse. Ces progéniteurs ne se sont pas encore engagés dans la lignée lymphocytaire pour la plupart. Des signaux intrinsèques et extrinsèques contribuent à réguler le développement des lymphocytes T, dont font partie les signaux intrathymiques de Wnt, protéine sécrétée par les cellules épithéliales du thymus (TEC). Wnt4 est fortement exprimé par les TEC et les progéniteurs de TEC : il régule directement le nombre de TEC. De plus, les cellules progénitrices de la moëlle osseuse générées dans un environnement où Wnt4 est présent ne sont pas capables de se développer normalement dans un thymus où Wnt4 n’est pas exprimé. Cependant, l’importance de Wnt4 dans la moëlle osseuse pour la différenciation des lymphocytes T n’a pas été rigoureusement étudiée. L’hypothèse de ce projet est que la délétion de Wnt4 dans la moëlle osseuse entraine une diminution de la différenciation des lymphocytes T, qui est due à un nombre restreint de progéniteurs et par le fait même à une diminution des précurseurs dans le thymus.  À l’aide de souris Vav1iCre+Wnt4lox/lox (Wnt4 KO), qui présentent une délétion de la protéine Wnt4 dans les cellules hématopoïétiques, nous avons pu observer une diminution dans le nombre de cellules à différents stades du développement lymphocytaire chez les souris Wnt4 KO. Cette différence est ciblée chez les lymphocytes T, puisque la population de lymphocytes B reste inchangée chez les souris KO. De plus, l’analyse de la moëlle osseuse nous a permis de constater qu’il n’y a pas de différence dans le nombre de cellules progénitrices, contrairement à ce que l’on croyait. Des résultats similaires ont été observés avec des chimères (greffes). Afin de déterminer pourquoi les cellules progénitrices ne sont pas capables de produire autant de lymphocytes T chez les souris Wnt4 KO que chez les souris WT, différents aspects mécanistiques ont été étudiés. Tout d’abord, nous avons vérifié l’expression de CCR9 et CD62L, deux marqueurs importants dans la migration des cellules progénitrices vers le thymus. Nous n’avons pas observé de différences significatives, donc cela ne semble pas être un problème de migration vers le thymus. Nous avons également vérifié si les résultats obtenus étaient dû à un problème d’engagement (ou commitment) vers la lignée T lymphocytaire. Premièrement, il y a une diminution de l’expression de IRF4 dans le noyau des souris KO. Il a été démontré que IRF4 permettait l’engagement des cellules vers la lignée lymphocytaire. Deuxièmement, il y a une diminution de l’expression de Notch1, un récepteur important pour les premières étapes de la différenciation lymphocytaire, chez les précurseurs du thymus des souris KO. De plus, avec une coculture de cellules progénitrices sur une lignée stromale exprimant le ligand de Notch, Delta-like 1, nous avons également pu déterminer que l’effet de Wnt4 est intrinsèque aux progéniteurs, puisque la différenciation des cellules KO est affectée, comme pour les résultats in vivo.  Finalement, les résultats démontrent que la présence de Wnt4 dans la moëlle osseuse est importante pour la différenciation lymphocytaire et que cela pourrait être lié à son impact sur la régulation de Notch.


identifier: Le Luel, Krysten  (2017). Régulation de l’hémolysine α de la souche uropathogène d’Escherichia coli CFT073 par Fur et RyhB  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, maîtrise en microbiologie appliquée, 132 p.

subject:
Hémolysine
Escherichia coli
Infection du tractus urinaire
Homéostasie du fer
Fur
RyhB
Hemolysin
Escherichia coli
Urinary tract infection
Iron homeostasis
Fur
RyhB

abstract:
Les infections du tractus urinaire sont une des infections bactériennes la plus répandue dans
les pays industrialisés, occasionnant de fortes dépenses dans le domaine médical et un fort
impact socioéconomique. L’agent causatif le plus commun est Escherichia coli uropathogène,
ou UPEC. Il existe de nombreux traitements antimicrobiens efficaces, mais les épisodes
d’infections récurrentes ne sont pas rares, et des problèmes de résistance à ces traitements
commencent à apparaître. Facteur de virulence très étudié, l’hémolysine α est une cytolysine très commune chez les
UPEC. Elle est impliquée dans la formation de pores dans les cellules de l’hôte et induit leur
lyse pour faciliter l’acquisition de fer et d’autres nutriments pour la bactérie. C’est pourquoi le
but de cette étude était de mettre en évidence un mécanisme de régulation impliquant
l’homéostasie du fer à travers Fur et RyhB, ceux-ci étant connus comme étant les régulateurs
principaux dans de nombreuses bactéries.Pour démontrer le lien entre Fur, RyhB et l’hémolysine, des fusions aux gènes rapporteurs
lacZ et luxCDABE ont été utilisés dans la souche CFT073, servant de modèle pour les
infections du tractus urinaire dans le laboratoire. L’absence d’augmentation de la production
d’hémolysine en conditions pauvres en fer chez les mutatns ΔryhB::cat indique une
stabilisation du transcrit de l’hémolysine par RyhB, un mécanisme peu commun et décrit pour
un seul autre gène.

Urinary tract infections, UTIs, are among the most common bacterial infectious disease
encountered in the industrialized countries and have profound medical and socioeconomic
impact. Uropathogenic Escherichia coli, UPEC, is the most common causative agent, which
accounts for up to 85% UTIs. In addition, common problem in UTI is a recurrence despite
antimicrobial treatment as well as the emergence of drug resistance. Hemolysin is the most studied toxin and one of the most important cytolysin of UPEC. It is
implicated in pore formation in the host cells and promotes their lysis to facilitate iron and
nutrient acquisition for the bacteria. Hence, the purpose of this study was to correlate a
regulation mechanism involving iron homeostasis through Fur and RyhB, which are the major
regulators in numerous bacteria.To demonstrate the connection between Fur, RyhB and hemolysin, lacZ and luxCDABE
reporter genes have been used in a widely studied UPEC strain, CFT073. The lack of increase
in hemolysin’s production in iron-poor conditions suggested the stabilization of hemolysin
transcript by RyhB by a mechanism only describe once for another gene.