identifier: Bakari, Issam  (2015). Localisation des épicentres des munitions non explosées dans les exercices de tirs.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 103 p.

subject:
munitions
inversion
monitoring
sismique passive
détection des UXO
localisation des
Épicentres
temps d’arrivée
phase sismique

abstract:
Les munitions non explosées (UXO) dans les champs de tir entraînent une multitude de
risques pour l’environnement, le corps militaire et l'activité humaine surtout après
l'abandon du secteur. Pour un retrait sécuritaire et rapide des UXO, une approche a été
proposée par Anderson et al. (2006) et détaillé par VanDeMark et al. (2013) qui consiste
à détecter, classifier et localiser les munitions non explosées en se basant sur le
monitoring par microsismique passive. Dans ce mémoire, on s’intéresse en particulier au
problème de localisation, mais on traite également des autres aspects de façon plus
sommaire.
La méthode de localisation proposée repose sur l'inversion des temps d'arrivée des
ondes sismiques enregistrées par des capteurs enterrés autour du secteur. La
détermination des temps d’arrivée se fait suite à une classification des évènements
(détonation complète, détonation partielle ou absence de détonation (bruit)) reposant sur
la signature acoustique et sismique de l’impact des munitions. Le pointé automatique
des évènements est basé sur des algorithmes de détection microsismique. Au coeur de
ce travail, l'algorithme de localisation repose sur l'approche d’inversion conjointe
hypocentre-vitesse de Block (1991) appliquée aux ondes de surface dans un maillage
triangulaire. Avec des données synthétiques, les résultats obtenus montrent que
l'approche est applicable; il est possible de localiser les épicentres des UXO avec une
précision qui peut atteindre 1 à 2 m sous une condition de bruit faible (3%). Sous un fort
bruit (15%) l’incertitude de la localisation augmente de manière significative et l’erreur de
localisation atteint des centaines de mètre. Toutefois, l’erreur sur la position des sources
dépend toujours de la couverture rai-station et de la précision du modèle de vitesse
initial estimé par les tirs de calibration.
Le présent travail de maitrise fait partie d’un projet mené avec recherche et
développement pour la défense Canada. Dans le cadre de ce projet, un levé de
calibration du modèle de vitesse a été effectué dans la zone d’impact Liri sur la base
militaire de Valcartier en Mai 2015 par l’explosion des charges de C4 dans des positions
connues. Le programme de localisation a été testé sur les données sismiques de cet
essai de tirs de calibration. Les résultats montrent une incertitude moyenne de 32 m sur
les épicentres avec une erreur moyenne de 4 ms sur le temps d’origine des explosions,
cette incertitude peut s’améliorer en raffinant le modèle de vitesse au fur et à mesure
des tirs réel. Ainsi, les données acoustiques pourraient être utilisées conjointement aux
données sismiques pour localiser les épicentres des munitions partiellement explosées.
Cependant la méthode proposée reste non validée jusqu’à la réalisation d’un essai de tir
comportant des munitions inertes pour estimer la détectabilité des UXO.

 Unexploded ordnances (UXO) in training ranges present significant risks to the
environment and to human activity after the abandonment of training fields. It was
recently proposed by Anderson et al. (2006) and detailed by VanDeMark et al. (2013) to
detect and locate the occurrence of OXU’s during firing exercise through passive
microseismic monitoring, to allow their rapid removal. In this thesis, the location problem
is addressed and the detection problem is briefly treated.
The proposed method is based on the inversion of seismic wave arrival times recorded
by seismic sensors buried around the range. Arrival times are detected following a
classification of events (high-order, low-order, noisy event) based on the seismic and
acoustic signatures of impact munition. Events are picked automatically based on
microseismic detection algorithms. The location algorithm is based on the approach of
joint hypocenter-velocity inversion of Block (1991) applied to surface waves in a
triangular mesh. Results obtained with synthetic data show that the approach is
applicable; it is possible to locate the epicenters of UXOs with an accuracy of up to 1 to
2 m in low noise conditions (3%). However, under strong noise (15%) the uncertainty of
the location increases significantly and location error reaches hundreds of meters. This
notwithstanding, error of location depends on the ray-station coverage within the grid
and accuracy of the initial velocity model depend upon the number of calibration shot.
This thesis is part of an ongoing project with Defence Research and Development
Canada. Within this project, a survey was conducted on the Valcartier military base to
calibrate the velocity model on the Liri range by explosion of C4 charges at known
locations. Inversion of real seismic data recorded by a passive monitoring system during
calibration shots yields a mean location uncertainty of 32 meters and 4 ms mean error
on origin time of explosion. This uncertainty can be improved by updating the velocity
model each real shooting test. The results show that the acoustic data could be used
jointly with the seismic data to improve location accuracy of partially detonated UXO.
However the applicability of the method remains to be proved at the UXO detectability
has yet to be demonstrated by the completion of a survey with dummy munitions.


identifier: Snoussi, Rim  (2015). Enlèvement des métaux présents dans la fraction fine de sols contaminés par des cendres d’incinération (Ba, Cu, Pb, Sn, Zn) de déchets municipaux.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 229 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject:
sol contaminé
lixiviation acide
précipitation
étain
séparation magnétique

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce résumé peut être lue en PDF. La contamination par les métaux lourds est devenue un problème majeur reliée principalement au développement industriel et présentant un risque pour les humains, les ressources biologiques et les écosystèmes. Selon le Ministère du Développement Durable, de l’Environnement, de la Faune et des Parcs, près de 26% des sites contaminés au Québec sont pollués par des métaux et des métalloïdes. La gestion inadéquate des cendres d’incinération des déchets municipaux constituent l’une des sources de ces contaminants inorganiques (As, Ba, Cu, Pb, Sn et Zn) dans les sols contaminés. En effet, les cendres d’incinération ont été utilisées durant 40 ans (entre 1934 et 1970) à Québec dans la construction des rues et dans le remblayage des terres basses, ce qui a entraîné cette importante contamination. La solution traditionnelle consiste en l’excavation et en l’enfouissement des sols pollués dans des sites appropriés. Cependant, dans le cadre du développement durable, le gouvernement encourage le développement de nouvelles technologies pour la décontamination des sols aux prises avec une contamination métallique. L'objectif de cette étude est d’évaluer la performance d’un procédé de décontamination par lixiviation chimique (acide ou basique) de la fraction fine (< 125 µm) de sols pollués par des cendres d’incinérateurs (sol à remblais hétérogène contenant près de 50% de résidus d’incinération), contaminés principalement par du Ba, du Cu, du Pb, du Zn et du Sn.
De bons rendements d’enlèvement de l’ordre de 98,6% pour le Ba, de 69,2% pour le Cu, de 71,5% pour le Pb et de 74,2% pour le Zn ont été obtenus par lixiviation acide après 4 h en présence d’acide sulfurique (H2SO4 à 0,45 M) et de chlorure de sodium (NaCl à 3 M) à 25°C (densité de pulpe (DP) = 10%). Cependant, ce procédé s’est avéré peu efficace pour Sn, élément problématique, qui a amené à tester des traitements supplémentaires (combinaison entre lixiviation acide et basique, traitement chimique en présence d’acide chlorhydrique (HCl), séparation magnétique, combinaison entre lixiviation acide et séparation magnétique). La solubilisation de Sn s’est avérée efficace seulement en présence d’une solution de HCl (pH < 0,5) à 75°C, permettant d’obtenir des rendements d’enlèvement entre 75 et 81%. Ce traitement s’avère toutefois très coûteux contredisant les objectifs de cette étude d’identifier une méthode de décontamination efficace et à moindres coûts.
Le traitement par séparation magnétique et la combinaison entre la lixiviation acide et séparation magnétique ont été appliquées suite aux recherches sur les sources potentielles de Sn dans les cendres incinération et des observations de la fraction fine du sol CMR28 effectuées au MEB (microscope électronique à balayage). Ces méthodes de traitement n’ont toutefois pas apporté d’améliorations significatives sur l’enlèvement de Sn dont les taux d’extraction n’ont pas dépassés 37%. De plus, des essais de couplage entre la lixiviation acide ([H2SO4] = 0,45 M et [NaCl] = 3 M, DP = 10%, t = 4 h et T = 25°C) et basique ([NaOH] = 0,45 M, DP = 10%, t= 4 h et T = 25°C) ont été testés à une échelle plus importante (200 g de sol dans 2 L de solution de lixiviation) mais ils n’ont pas permis d’améliorer la solubilisation des métaux et surtout de Sn par rapport au traitement en une seule étape par lixiviation acide.
Des traitements des effluents obtenus suite à la lixiviation chimique ont été réalisés pour assurer la précipitation des métaux extraits et réduire leurs teneurs jusqu’aux concentrations acceptables aux rejets dans les égouts municipaux de la Ville de Québec. Ces essais de précipitation des métaux sous forme d’hydroxydes à pH = 7 se sont avérés très efficaces, permettant la recirculation des effluents dans le procédé ou le rejet à l’égout pour les villes de Québec et Montréal.
Ces travaux de recherche mis en évidence que le traitement par lixiviation acide en une seule étape et en présence de H2SO4 (0,45 M) et de NaCl (3 M) est la meilleure méthode de solubilisation des métaux présents dans la fraction < 125 µm du sol CMR28. Elle a permis de réduire les teneurs de quatre métaux problématiques (Ba, Cu, Pb et Zn) au-dessous de la plage C-D (critères MDDEFP) et de diminuer la teneur en Sn mais pas suffisamment pour atteindre le critère C.

The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract. Soil contamination by heavy metals is becoming a major problem mainly related to the industrial development and represents a risk for humans and ecosystems. According to the Ministry of Sustainable Development, Environment, Wildlife and Parks, nearly 26% of contaminated sites in the Province of Quebec are polluted by metals and metalloids. Inadequate management of municipal solid waste (MSW) incineration residues is one source of these inorganic compounds (As, Ba, Cu, Pb, Sn and Zn) in contaminated soils. Indeed, MSW incineration residues have been used for 40 years in the construction of streets and in the filling of lowlands which resulted in a significant contamination of soils. The most common solution consists on the excavation and the landfilling of contaminated soils into appropriate sites. However, in the context of sustainable development, the government of Quebec encourages the development of new technologies for the remediation of soils contaminated by metals. The objective of this study is to evaluate the performances of a decontamination process based on chemical leaching (acidic or alkaline) for the fine fraction (< 125 µm) of soil contaminated by MSW incinerator residues.
Good metal removal yields were obtained after the application of a sulfuric acid leaching process ([H2SO4] = 0.45 M, [NaCl] = 3 M, T = 25°C, t = 4 h, pulp density (PD) = 10%) with removal yields up to 98.6% for Ba, 69.2% for Cu, 71.5% for Pb and 74.2% for Zn. However, this method seemed to be inefficient for the removal of tin (Sn). The solubilization of this element is problematic, so additional treatments including a combination of acid and alkaline leaching steps, a chemical treatment in the presence of hydrochloric acid (HCl), a magnetic separation and a combination of acidic leaching steps and magnetic separation were tested. The solubilization of tin was only efficient in the presence of a solution of hydrochloric acid (pH < 0.5) at 75°C; removing 75 and 81% of Sn initially present in the fraction < 125 µm. However, this leaching process is very expensive due to the high costs related to the consumption of hydrochloric acid which is not in accordance with the main objective of this study that is to develop an efficient and economically viable decontamination process. Based on the potential sources of the presence of tin in the MSW incineration residues and the observations made by SEM (scanning electron microscope) on the fine fraction of the soilCMR28, a treatment by magnetic separation or a combination of an acid leaching step and a magnetic separation was performed. However, these treatments did not significantly improve the removal of tin (< 37% removal yield). Moreover, the combination of an acid leaching step ([H2SO4] = 0.45 M, [NaCl] = 3 M, PD = 10%, t = 4 h and T = 25°C) and an alkaline leaching step ([NaOH] = 0.45 M, PD = 10%, t = 4 h and T = 25°C) was tested at a bigger scale (200 g of soil in 2 L of leaching solution). Compared to the acid leaching step, the combination of acid and alkaline leaching steps did not significantly improve the solubilization of metals, especially for tin.
The effluents produced during the leaching process contain high amounts of metals and a treatment by precipitation-coagulation is required to allow their discharge into municipal sewers for Quebec City. According to our results, the precipitation of metals as hydroxides at pH = 7 seemed to be very efficient; allowing the recirculation of effluent into the decontamination process or their discharge into the sewer of Quebec City and Montreal.
This research highlighted that a single acidic leaching step in the presence of sulfuric acid (0.45 M) and NaCl (3 M) is the best option for the solubilization of metals present in the fraction < 125 µm of the soil CMR28. This decontamination process allowed the reduction of some problematic metals (Ba, Cu, Pb and Zn) below the generic criteria C defined by the Ministry of Sustainable Development, Environment, Wildlife and Parks and a satisfactory reduction of the concentration of tin which is very problematic in the fraction < 125 µm of the soil CMR28.


identifier: Gonfa, Belete Atomsa  (2015). Fabrication and investigation of heterojunction solar cells based on near infrared quantum dots and one dimensional nanostructures.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 116 p.

subject:
points quantiques
nanostructures
nanotiges
cellules photovoltaïques

abstract:
The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract.
Solar cell technology, which harvests the solar energy and converts it to direct current electricity,
is a viable alternative to provide clean and renewable energy from an abundant source to meet the
energy demand of the growing world population in the future. For a solar cell technology to be
applicable practically it has to compete with other sources of energy in terms of cost. Furthermore
the power conversion efficiency (PCE) of a solar cell is important. Since the discovery of the
photovoltaic effect in 1839 by the French scientist Alexandre- Edmond Becquerel [1], various
materials and device structures have been investigated resulting in development of devices of high
PCE and even commercialized for practical applications. Among figures of merit, for example,
single junction devices have achieved a record PCE of 28.3 % [2] and multijunction devices (4
junctions) have achieved a PCE of 46 % [3]. The most widely commercialized single crystalline
silicon solar cells have achieved a record PCE of 25.6 %. However, these solar cells are produced
at very high processing cost and it is quite necessary to develop solar cells, which can be produced
at lower cost and with reasonable PCE so that they can compete with other sources of energy.
The solar cells investigated by a plethora of researchers so far are classified as different generations
based on their cost, PCE, device characteristics, and the nature of the materials involved. While
the first generation solar cells, such as single crystalline silicon solar cells, achieved high PCE,
their price is high. The second generation solar cells have low cost, but their efficiency is low. The
concept of the third generation solar cells is later on proposed towards making low cost and high
PCE solar cells. Quantum dots (QDs) based solar cells are considered as promising third generation
solar cells candidates. Among QDs synthesized by different techniques, colloidal QDs, which are
synthesized in solution, are attractive for applications in solar cells because of their easy, low cost
synthesis and their low temperature solution processability into solar cell devices. Moreover, they
possess several attributes, which endow them high potential to achieve high PCE. QDs are strong
absorbers of light due to their high extinction coefficient and thus thin layer of QDs can be used
in designing solar cells. The absorption of photons by QDs can be tuned by varying their size
thanks to the quantum confinement effect. Especially near infrared (NIR) QDs are very attractive
as they can absorb NIR part of the solar spectrum, which is wasted by other solar cell materials,
but yet comprise about 50 % of the solar spectrum, in addition to higher energy photons. QDs also
offer a possibility of utilizing multiple exciton generation (MEG) and extraction of hot carriers in
designing very high PCE solar cell devices and intermediate band solar cells, all of which have
potential to surpass Shockley-Queisser limit for single junction solar cells. Further considering
device stability, recently core-shell QDs attracted attention in solar cells due to the presence of a
robust, inorganic shell on the surface.
While designing solar cell devices from QDs, several factors need to be taken into consideration.
In devices involving continuous film of QDs, the QDs should be closely packed for efficient
mobility of charge carriers through the film and the charge carrier recombination sites should be
minimized. To alleviate this problem, combining the QDs with one dimensional (1D)
nanostructure to form continuous charge transport pathways is one solution in improving the
performance of QD based solar cell devices. Another means of overcoming limited charge carrier
diffusion in thick QD film is integrating plasmonic nanoparticles with thinner QD film to increase
absorption of light, while maintaining efficient charge carrier extraction.
In the first part of this work, solar cells fabricated by combining colloidal PbS and PbS/CdS coreshell
QDs with rutile TiO2 nanorod arrays (2 and 4 μm long) have been investigated. The general
structure of the solar cell devices investigated is fluorine doped tin oxide
(FTO)/TiO2/QDs/interfacial layer/Au. Two types of QDs (PbS and PbS/CdS core-shell) and two
types of interfacial layer (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate)
(PEDOT:PSS) and MoO3) between the QD film and the back electrode have been investigated. It
has been found out that both the processing atmosphere and the interfacial layer influence the
performance of the solar cell devices. A maximum PCE of 2.14 % has been achieved under air
mass (AM) 1.5 illumination with devices involving PbS/CdS core-shell QDs, 2 μm long TiO2
nanorod arrays and MoO3 interfacial layer. Moreover these devices were processed in ambient
atmosphere and have shown better performance (by about 40 %) than devices involving PbS QDs
processed under inert atmosphere in glove box.
It has been encouraging to demonstrate the use of PbS/CdS core-shell QDs in solar cells with easy
processability and better performance compared to the PbS QDs. However, there still remained
room for improvement of the performance by further optimization. Accordingly, in the second
part, the solar cell devices involving PbS/CdS core-shell QDs have been further optimized and a
PCE as high as 4.43 % has been achieved. This PCE has been achieved by utilizing uniform
sputter-deposited TiO2 seed layer on FTO glass prior to the growth of TiO2 nanorod arrays,
optimizing the length of the TiO2 nanorod arrays and post deposition mild thermal annealing of
the PbS/CdS core-shell QD film under inert atmosphere. The performance of the solar cell devices
has been found to depend on the length of TiO2 nanorod arrays and reach maximum at optimum
TiO2 nanorod array length of about 450 nm.
In the third part, plasmon-enhanced bulk heterojunction (BH) solar cells involving Au nanostars
incorporated into NIR PbS/CdS core-shell QD film, which was spin coated onto TiO2 nanorod
arrays film on FTO glass substrate are studied. The effects of the density of the Au nanostars and
their location in between the TiO2 nanorod arrays and the back electrode on the performance of
the device were investigated. After optimizing the density and the location of the Au nanostars a
PCE of 4.16 % has been achieved. This is about 16 % increase compared to the device without Au
nanostars with a PCE of 3.59 %. The improvement in the PCE as a result of Au nanostars
incorporation is mainly due to increase in the short circuit current (Jsc) (about 26 % in this case).
This indicates that the presence of Au nanostars enhances the charge carriers generation by
improving the absorption of photons. This was further confirmed by the enhancement of
photoresponse, as evidenced by external quantum efficiency (EQE) spectra of the devices.


identifier: Rochette, Pierre-Alexandre  (2015). Caractérisation du rôle d’UL24 dans la neuropathogenèse du virus de l’herpès simplex 1 par bioimagerie  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en virologie et immunologie, 197 p.

subject: VHS-1

abstract:
Le virus de l’herpès simplex 1 (VHS-1) infecte d’abord les cellules des muqueuses pour ensuite se propager vers les ganglions sensitifs où une infection persistante latente sera établie. Celui-ci peut se réactiver suite à différents stresses, causant ainsi des infections récurrentes au niveau des muqueuses. Dans un modèle murin d’infection oculaire, la protéine virale UL24 a été démontrée comme étant un déterminant de la pathogenèse virale. Lors d’une infection in vivo par un virus n’exprimant pas UL24 (UL24X), on observe une diminution légère des titres viraux au niveau de la cornée, mais une diminution drastique des titres viraux dans les ganglions trigéminaux (TG) à 3 jours post-infection (jpi). Son absence est aussi associée à une diminution des taux de réactivation virale ex vivo dans un modèle d’explant de TG. Nous travaillons avec l’hypothèse de recherche qu’UL24 est un facteur de neuropathogenèse important en temps précoces lors de l’infection in vivo, ce qu’une étude in vivo et in situ plus approfondie nous a permis de tester.
En premier lieu, nous avons tenté d’élucider la cause de la chute des titres viraux dans les TG en absence d’UL24. Des infections en contexte de cellules neuronales primaires ont démontré que cette protéine virale n’est pas un facteur essentiel à la réplication virale neuronale. Des analyses in situ par immunohistofluorescence contre des antigènes viraux ont démontré une réduction drastique du nombre de neurones infectés de façon productive à 3 jpi, révélant la cause de la chute des titres viraux en absence d’UL24. De plus, une réduction du nombre de neurone abritant du génome viral en absence d’UL24, détecté par hybridation in situ à 2 jpi, a démontré que cette protéine jouerait un rôle dans la dissémination de l’infection de la cornée vers les tissus neuronaux.
En second lieu, nous avons poussé nos capacités à étudier une infection virale en contexte de tissus non-sectionnés via une stratégie qui combine une plateforme de microscopie multiphotonique multimodale et des virus exprimant des protéines fluorescentes en collaboration avec l’INRS-EMT. Nous avons construit des virus recombinants ayant un phénotype de type sauvage, et exprimant avec stabilité la protéine

fluorescente rouge (RFP) mCherry. Des TG non-sectionnés, infectés par vUs7-8mCherry, nous ont permis de mettre au point la plateforme de microscopie multimodale. Nous avons réussi à optimiser la microscopie à fluorescence à 2-photons pour détecter en trois dimensions les cellules infectées exprimant mCherry. De plus, nous avons aussi réussi à optimiser la microscopie CARS, nous permettant de visualiser un signal intrinsèque à la myéline sur les axones. Finalement, nous avons été les premiers à conjuguer la microscopie CARS et la microscopie à fluorescence pour visualiser dans un tissu non-sectionné des neurones infectés par un virus, tout en conservant le contexte spatial tissulaire.
En conclusions, nous avons identifié UL24 comme étant un nouveau facteur de dissémination virale de la périphérie vers les tissus neuronaux. La stratégie d’analyse d’infection in situ que nous avons développée via les virus exprimant une RFP est une preuve de concept importante permettant des études in vivo plus approfondies de virus neurotrope. Nos virus recombinants au phénotype de type sauvage pourront servir de plateforme pour y insérer des mutations et élucider le rôle de protéines virales, telle qu’UL24, dans la pathogenèse virale. Il serait intéressant d’utiliser des virus recombinant exprimant une RFP plus brillante que mCherry, telle la RFP tdTomato, afin de réduire le seuil de détection de cellules infectées lors d’analyse histologiques. De plus, il serait aussi intéressant d’étudier la réactivation virale in vivo du VHS-1 chez la souris, induite via l’injection d’un inhibiteur d’histone déacétylase (NaB). Enfin, l’induction de l’expression d’une RFP exprimée par le VHS-1 lors de la réactivation virale in vivo permettrait l’analyse des premières étapes de la réactivation virale in vivo et faciliterait l’étude de déterminants viraux de la réactivation virale in vivo.


identifier: Jin, Lei  (2014). Dynamics of semiconducting nanocrystals uptake into mesoporous TiO2 thick films through electrophoretic deposition. and its application in solar energy.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 86 p.

subject:
electrophoretic deposition
quantum dots
solar cells
sensitized solar cell

abstract:
The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract.Quantum dots (QDs), have been recognized as one type of the most promising
photosensitizer for photoanode fabrication due to their unique and scalable optical
properties where photoluminescence and absorption of the QDs are size-tunable.
However, there are several major concerns with QD sensitized photoanodes: First, QDs
should be deposited into mesoporous films effectively and without aggregation; Second,
QDs have to be bound strongly onto mesoporous films; Last but not least, the charge
transfer kinetics between QDs and wide-band-gap semiconductor has to be fast in order
to achieve a highly efficient photoelectrode. The search for methods to achieve these
requirements is attractive and challenging. Electrophoretic deposition (EPD), which is a
straightforward technique for the uptake of nanoparticles into mesoporous films, has
demonstrated highly effective in the preparation of high-efficiency QD-sensitized
photoanodes. EPD consists in the application of an external potential between two
electrodes immersed into a solution of the particles to be uploaded. Charged particles
(both positive and negative) undergo a driving force that induces their penetration and
grafting into the mesoporous photoanode. Unlike prior chemical linker-based methods,
EPD does not require pretreatment of the TiO2, and deposition time as short as 1 h is
sufficient for effective coating. After EPD, the photoanode typically exhibits a high optical
density, leading to complete absorption of solar radiation in the absorption range of the
QDs. Despite the remarkable results obtained in terms of photoconversion efficiency
(PCE), no systematic investigation is reported in literature on EPD of nanoparticles in
mesoporous films so far. In the present thesis, we addressed this open issue and gave
an exhaustive description of the phenomenon from the experimental point of view as
well as from the point of view of the modeling of the physical chemical processes
occurring during EPD. We investigated the uptake of colloidal QDs into TiO2 films using
EPD. We examined PbS@CdS core@shell QDs, which are optically active in the NIR
region of the solar spectrum and exhibit much increased long-term stability toward
oxidation compared to their pure PbS counterpart, as demonstrated by X-ray
photoelectron spectroscopy (XPS) and photoluminescence (PL). We applied Rutherford
backscattering spectrometry (RBS) to obtain Pb depth profile into the TiO2 matrix. The
applied electric field induces the fast anchoring of QDs to oxide surface. Consequently,
QD concentration in the solution contained in the mesoporous film drastically decreases,
inducing a Fick-like diffusion of QDs. We modelled the entire process as a QD diffusion
related to the formation of QD concentration gradient, and a depth-independent QD
anchoring. EPD duration and applied voltages in the range 5 to 120 mins and 50 to 200
V were considered. Furthermore, we were able to determine the electric field-induced
diffusion coefficient D for QDs and the characteristic time for QD grafting, in very good
agreement with experiment. D increases from (1.5±0.4)×10-5 μm2 s-1 at 50 V to (1.1±0.3)
×10-3 μm2 s-1 at 200 V. These results quantitatively describe the process of QD uptake
during EPD, and can be used to tune the optical and optoelectronic properties of
composite systems, which determine, for instance, the PCE of the photoanodes. The
dynamics of EPD could also be applied to other different colloidal nanoparticles and
quantum rod materials for sensitization of mesoporous films. In addition, we also
demonstrated the increased stability of the core@shell structure compared to PbS QDs
after EPD in terms of structure and optical properties. Based on our previous studies
that confirmed a fast charge transfer from PbS@CdS to TiO2, PbS@CdS sensitized
photoanodes can be strong candidates for the development of highly efficient and stable
photoanodes in PV devices and photoelectrochemical (PEC) H2 generation.


identifier: Gagné, Donald  (2015). Conservation et modulation de secteurs dynamiques fonctionnels entre ribonucléases homologues  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 150 p.

subject: enzyme RNase

abstract:
La flexibilité conformationnelle entre différents ensembles structuraux est une
composante essentielle à la fonction des enzymes. Bien qu’il soit connu qu’un vaste éventail de
mouvements dynamiques favorise des événements fonctionnels chez les protéines sur
plusieurs échelles de temps, il n’est pas encore démontré que des enzymes structurellement et
fonctionnellement homologues emploient les mêmes mouvements concertés de résidus pour
remplir leur fonction catalytique. Dans la présente étude, nous émettons l’hypothèse que des
réseaux de résidus contigus et flexibles dont les mouvements se produisent à l'échelle de
temps de la milliseconde (échelle de temps de la catalyse enzymatique) ont évolué dans le but
de promouvoir et/ou de préserver une activité catalytique optimale chez des enzymes
homologues. Pour ce faire, nous utilisons une combinaison d’expériences de dispersion de
relaxation RMN (15N-CPMG), d'analyse Model-Free, de titrage RMN, et d'expériences
fonctionnelles pour capturer et comparer le rôle de la flexibilité conformationnelle entre des
homologues structuraux de la famille des ribonucléases pancréatiques humaines (RNases). En
plus de conserver les mêmes résidus catalytiques et la même structure tridimensionnelle, la
plupart des membres étudiés montrent une conservation de résidus dynamiques à l'échelle de
temps de la μs-ms, suggérant que la flexibilité conformationnelle peut être conservée parmi des
protéines structurellement analogues qui affichent néanmoins une faible identité de séquence.
Plutôt que d'afficher un portrait global, nos résultats révèlent que ces résidus dynamiques sont
localisés dans des régions contiguës spécifiques à chaque protéine. En utilisant la mutagenèse
dirigée, nous montrons qu'il est possible de moduler les régions de résidus dynamiques d'une
enzyme et d'en affecter la fonction, soutenant l'hypothèse que la flexibilité conformationnelle est
en partie nécessaire pour la fonction catalytique chez des enzymes homologues. En résumé,
nous démontrons que la RMN, couplée à la mutagenèse dirigée ainsi qu'à des essais
fonctionnels, s'avère un outil de première importance en ingénierie des protéines.


identifier: Ati, Adel  (2015). Prototypage rapide à base de FPGA et validation en temps réel et sur les ondes d’un estimateur à maximum de vraisemblance de l’étalement Doppler.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 73 p.

subject: Systèmes embarqués

subject: communications sans fil

subject: radio logicielle

subject: prototypage rapide

subject: Simulink

subject: Xilinx system generator

subject: Nutaq’s modelbased design kit

subject: émulateur de canal

subject: MATLAB

abstract:
Les nouvelles technologies sans fil sont maintenant en plein essor et jouent un rôle de plus en plus
important dans notre mode de vie. L’intégration des systèmes embarqués dans le domaine des communications
sans fil modernes a permis de répondre rapidement aux demandes toujours croissantes. L’invention de
matrices pré-diffusées programmables par l’utilisateur (FPGAs) a rendu possible le concept du matériel reconfigurable
pour la radio logicielle (SDR). En effet, les méthodes traditionnelles de conception des radios
architecturées autour de FPGA ne permettent pas une productivité élevée. Cette dernière peut être améliorée
en utilisant la technique de conception basée sur un modèle (MBD). Des outils basés sur cette technique
sont ciblés pour le développement des systèmes embarqués, le développement des algorithmes de traitement
du signal, l’intégration rapide et l’analyse du comportement des systèmes numériques complexes pour
une grande variété de cas d’utilisation. En conséquence, de nombreuses plates-formes matérielles et d’outils
logiciels ont été développés pour tirer profit de cette technique afin de réaliser un prototypage rapide.
Nous avons adopté cette approche de conception basée sur un modèle dans ce mémoire pour implémenter
et valider un estimateur de l’étalement Doppler au maximum de vraisemblance développé au sein du Wirelesslab
Group fondé au niveau de l’INRS et dirigé par M.Sofiène Affes. Le prototypage rapide de l’ensemble
du design est fait en tant qu’un modèle Simulink haut niveau en utilisant des blocs de propriété intellectuelle
propres à Xilinx offerts par l’outil Xilinx system generator (XSG). L’étage frontal aux radio-fréquences (RF)
a été implémenté en utilisant le « Nutaq’s model-based design kit (MBDK) ».
Durant la phase d’évaluation, nous avons développé un modèle de test sous Simulink afin de pouvoir
préciser les paramètres globaux de notre design. Ce dernier a été testé pour une fréquence d’échantillonnage
de 80 Msps avec un canal RF réaliste généré par l’émulateur de canal “EB Propsim FS8” et les résultats
mesurés ont été comparés à ceux obtenus avec MATLAB.

New wireless technologies are now booming and are playing an increasingly important role in our lifestyle.
The integration of embedded systems in modern wireless communication systems has made it possible
to respond quickly to its ever increasing demands. The invention of field programmable gate arrays (FPGAs)
has made possible the concept of re-configurable hardware for software defined radio (SDR). Indeed,
traditional methods of designing FPGA based radios do not allow high productivity. The latter can be improved
using Model based design (MBD) technique. Tools based on this technique are targeted for embedded
systems development, signal processing algorithm development, rapid integration and behavior analysis of
complex digital systems for a wide variety of use cases. As a result, Many hardware platforms and Software
tools have been developed to take benefit from this technique in order to achieve rapid prototyping.
We adopted this model-based design approach in this master’s thesis to implement and validate a maximum
likelihood (ML) Doppler spread estimator developed by the Wirelesslab Group based in the INRS and
directed by Mr.Sofiène Affes. Rapid prototyping of the entire design is done as a high-level Simulink model
using Xilinx System Generator IP blocks. The RF front-end of the design has been implemented using the
Nutaq’s model-based design kit (MBDK).
In the evaluation phase, we have developed a test model in Simulink to be able to specify the global
parameters of our design. The latter has been tested at a sampling rate of 80 Msps with a realistic RF channel
generated by the “EB Propsim FS8” channel emulator and the measured results have been compared to those
obtained with MATLAB.


identifier: Mercier, Natasha  (2015). Évaluation du potentiel thérapeutique d’une combinaison de génistéine et de décitabine dans le cancer du sein  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en sciences expérimentales de la santé, 91 p.

subject: estrogene progesterone recepteur hydrocarbure aromatique

abstract:
L’ensemble des études de types épidémiologiques et toxicologiques semble démontrer que la consommation de l’isoflavone génistéine est liée avec la diminution du risque de développement d’un cancer du sein par la diminution de la viabilité des cellules cancéreuses mammaires. Parmi ces nombreuses propriétés anticancéreuses, la génistéine est bien connue pour sa capacité d’altération d’évènements épigénétiques, menant à un changement d’expression des oncogènes et des gènes suppresseurs de tumeurs. Plusieurs études démontrent que les effets bénéfiques de la génistéine sont plus puissants lorsque combinée à la décitabine, soit une molécule ayant la propriété d’éliminer les groupes méthyls de l’ADN. À ce jour, les mécanismes impliqués dans la diminution de la viabilité demeurent encore mal compris. L’efficacité du traitement en fonction des différents sous-types de cancer du sein est également inconnue.
La classification du type de cancer du sein est basée en partie sur l’expression de certains récepteurs, dont l’expression du récepteur à l’estrogène (ER), à la progestérone (PR) et le récepteur 2 du facteur de croissance épidermique humain (HER2). Une surexpression d’une ou plusieurs de ces protéines peut augmenter la probabilité de développer un cancer du sein via, en partie, la hausse de prolifération et la perturbation du contrôle de la progression du cycle cellulaire. Selon le profil moléculaire de la tumeur, elle sera classée comme étant de type luminale A ou B (ER+, PR+/- et HER2+/-), HER2+ (ER-. PR-, HER2+) ou triple négatif (ER-, PR- et HER2-). Présentement, aucune thérapie ciblée n’est disponible pour les cancers du type triple-négatif.
Il y a une attention grandissante sur le lien entre l’expression du récepteur aux hydrocarbones aromatiques (AhR) et le cancer du sein. D’un côté, la surexpression de ce récepteur a été associée avec le développement de cancer du sein. D’un autre côté, son activation mènerait plutôt à la diminution de la prolifération, par l’arrêt de la progression du cycle cellulaire en phase G1. Parmi les ligands exogènes d’AhR, on compte des polluants environnementaux et différents types d’isoflavones.
Notre objectif était donc de déterminer les effets d’une co-exposition à la génistéine et à la décitabine au niveau de la viabilité et l’expression de certains marqueurs du cancer du sein dans des lignées de cellules humaines cancéreuses mammaires représentant différents sous-types de cancer du sein. Pour répondre à cet objectif, différentes doses de génistéine (10, 25, 50 et 100 μM) ont été combinées avec une dose de 20nM de décitabine. Des cellules cancéreuses de type luminal B (T47-D) et triple négatif (MDA-MB-231) et non-tumorales (MCF-12A et MCF10A), ainsi que des cellules primaires saines (HMEC, «humain mammary epithelial cells») ont été utilisées.
L’ensemble de nos résultats a démontré qu’un traitement de 48 heures de 50 μM de génistéine combinée avec 20 nM de décitabine diminue significativement la viabilité des cellules mammaires cancéreuses humaines T47-D et MDA-MB-231, des cellules mammaires transformées humaines MCF-10A et MCF-12A, sans affecter les cellules primaires provenant de glandes mammaires saine de l’humain. Au niveau des cellules cancéreuses, le traitement a peu d’effets sur l’expression des récepteurs ER ou HER2. Toutefois, il y a eu une diminution
xv
significative de l’expression des PRs cytoplasmiques des T47-D, ainsi qu’une translocation nucléaire et une activation d’AhR dans les cellules T47-D et MDA-MB-231. Une inhibition des niveaux protéiques d’AhR restaure partiellement la prolifération, ce qui suggère que l’activation d’AhR est en partie liée aux effets anti-prolifératifs du traitement. L’implication de PR demeure à être déterminée.
Cette étude démontre qu’un co-traitement de génistéine/décitabine a un potentiel thérapeutique contre le cancer du sein, tant au niveau des tumeurs de type luminal B et triple négatif. De plus, l’étude met en lumière qu’AhR pourrait devenir une nouvelle cible thérapeutique pour le cancer du sein, et plus particulièrement pour les tumeurs triples négatives, un sous-type de cancer du sein très agressif, pour lequel aucune thérapie ciblée n’est présentement disponible.


identifier: Sassioui, Redouane  (2015). Analyse et amélioration de la combinaison AMC-HARQ.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 77 p.

subject:
Adaptative Modulation and Coding
Hybrid Automatic Repeat reQuest
AMC
HARQ
débit

abstract:
Pour améliorer le débit dans les réseaux mobiles, les techniques de l’adaptation
du codage et de la modulation (AMC) ainsi que de HARQ (“Hybrid
Automatic Repeat reQuest”) sont souvent utilisées. AMC permet de tirer
profit de la variabilité des canaux mobiles en ajustant le codage et la modulation
afin d’optimiser le débit reçu par l’utilisateur. D’autre part, HARQ
est un mécanisme qui permet la retransmission des données perdues ou mal
reçues par l’utilisateur. Il combine les principes de la retransmission ARQ et
celui du codage canal permettant d’assurer la fiabilité des transmissions.
AMC et HARQ sont adoptes par les standards de la communication sans
fil modernes (ex. LTE) et l’étude de la combinaison de ces deux mécanismes
reçoit une attention croissante dans la littérature. La majorité des travaux
qui traitent ce sujet considèrent une contrainte sur la probabilité de coupure
au niveau de la couche physique. Dans ces cas, l’utilisation du protocole
HARQ permet d’augmenter les taux de transmission tout en gardant une
faible probabilité de coupure, ce qui mène a l’augmentation du débit utile du
système.
Dans ce mémoire, nous sommes intéressés également a la combinaison
de AMC et HARQ dans le contexte ou aucune contrainte sur la probabilité
de coupure n’est imposée. En effet, nous supposons que le protocole ARQ
persistant est présent a la couche liaison de données (LLC) de sorte que les
pertes dues a l’imperfection de la couche physique sont nulles. Cette supposition
nous libère de toutes les considérations reliées au niveau de la fiabilité
de la couche physique, permettant ainsi de nous concentrer sur la relation
entre AMC et HARQ.
Premièrement, nous montrons que l’utilisation du protocole HARQ avec
AMC peut affecter le système de façon négative en termes du débit utile
et de la capacité effective. Ensuite, nous proposons plusieurs stratégies pour
faire face a ce problème. D’abord, nous adaptons les paramètres de AMC en
tenant compte de l’existence du protocole HARQ. Ensuite, nous proposons
d’adapter le protocole HARQ a l’existence de AMC. Une nouvelle stratégie
est ensuite présentée, qui consiste a adapter le protocole HARQ a l’état du
décodage envoyé par le récepteur. Enfin nous proposons une transmission
dite multi-paquets qui nous permet d’augmenter davantage le débit utile.
Nous présentons également l’analyse de la combinaison AMC-HARQ dans le
contexte des systèmes a plusieurs usagers. Dans ce cas, HARQ peut bénéficier
de la diversité pour améliorer le débit utile du système. Tous les résultats
théoriques sont illustres par plusieurs exemples numériques.


identifier: Trigui, Imène  (2015). Capacity and performance analysis of advanced relay-assisted communication systems.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 162 p.

subject:
systèmes de communication
relayage à sauts multiples
Nakagami-m
Lauricella
systèmes MIMO

abstract:
Afin de faire face à l’explosion du volume de trafic des données prévue dans les années à
venir, les futurs systèmes de communication 5G devront être capables de délivrer des débits
extrêmement élevés et sans précédent. Puisque les technologies actuelles ne sont pas en mesure
de supporter de tel débits, des changements radicaux dans le paradigme des communications
sans fil doivent être envisagés. Plusieurs nouvelles technologies capables d’assurer de tels performances
ont heureusement émergé, au cours de la dernière décennie, et sont présentement
considérées comme candidates pour les futurs standards. Parmi ces technologies, on trouve les
communications coopératives, telles que le relayage, la formation de voie collaborative, etc., les
systèmes MIMO, incluant ceux appelés massifs (i.e., à très grands nombres d’antennes) et ceux
à multi-utilisateurs et la radio cognitive (RC).
Il est cependant claire qu’afin d’assurer une interaction harmonieuse et une coexistante durable
entre ces nouvelles technologies dans les réseaux sans fil du futur, on doit bien comprendre
leurs propriétés et assimiler leurs comportements. Ceci passe forcément par une analyse rigoureuse
et une étude approfondie des performances de ces systèmes dans des environnements réels.
Dans cette thèse, les performances d’une multitude de systèmes de communication combinant
ces nouvelles technologies sont étudiées dans des conditions réelles.
D’abord, on étudie les performances d’un système avec relayage à sauts multiples, où les
données transmises par une source passent par plusieurs relais avant d’atteindre leurs destination,
en présence d’un évanouissement Nakagami-m. Une méthode unifiée pour le calcul du taux
d’erreur a permis d’établir une connexion, jusqu’ici inconnue, entre la probabilité d’erreur relative
à différentes modulations et la fonction Lauricella. Les effets des interférences co-canal et du
bruit sur ces systèmes sont ensuite examinés en considérant un nombre arbitraire de sauts et
d’interférents. Grâce à de nouvelles transformations d’intégrale, le principe de découplage obtenu
a permis l’évaluation des performances du plusieurs scénarios et environnements de propagation
en termes de capacité ergodique.
Enfin, des systèmes MIMO avec relayage à double sauts sont considérés. Une nouvelle transformation
novatrice d’intégrale, appelée la transformation de la fonction génératrice de moment
complémentaire (FGMC), est proposée comme un outil universel de calcul de la capacité
érgodique de ces systèmes en présence non seulement des interférences co-canal mais aussi du
bruit. En plus, un scénario mettant en évidence l’interaction de la technologie RC avec ce genre
de système est étudié en détails. La capacité érgodique et le taux d’erreur dans ce contexte RC
sont analysés grâce à différentes expressions analytiques de leurs valeurs exactes et asymptotiques.
Par ailleurs, la transformation FGMC proposée s’est avérée être aussi efficace pour des
systèmes beaucoup plus complexes. En effet, elle a permis le calcul et l’analyse de la capacité
érgodique des systèmes MIMO multi-utilisateurs avec relayage employant un ordonnancement
opportuniste et opérant en présence d’évanouissement de Rayleigh et des interférences co-canal.
L’analyse de ce système à large échelle concrétise des observations populaires, jusqu’ici intuitives
ou obtenues empiriquement, à l’aide de formules analytiques élégantes et très perspicaces.


identifier: Lachapelle, Amélie  (2015). Accélération d’électrons par champ direct.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 154 p.

subject: mode TM01

subject: polarisation radiale

subject: accélération d’électrons

subject: faisceaux d’électrons

subject: champ électrique longitudinal

subject: régime d’accélération ultra-relativiste

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue en PDF.Les paquets d’électrons d’énergie élevée sont utilisés dans des techniques de type pompe-sonde
pour sonder des évènements ultrarapides tels que la transition de phase dans un solide par diffraction d’électrons. Pour sonder des évènements ultrarapides, les paquets d’électrons doivent être de courte durée. Jusqu’à maintenant, les plus courts faisceaux d’électrons, produits et mesurés, ont une durée de l’ordre de la femtoseconde. On suggère d’utiliser l’accélération d’électrons par champ direct du laser. Théoriquement, dans un régime d’accélération ultra-relativiste, il a été prédit que des faisceaux d’électrons accélérés par champ direct pourraient atteindre une durée de quelques dizaines d’attosecondes, ils seraient quasi monoénergétiques et l’énergie des électrons pourrait atteindre l’ordre du GeV. Pour obtenir ces caractéristiques, un faisceau laser de mode TM01 avec une intensité supérieure à 1019 W/cm2 doit être fortement focalisé. Ainsi, il y a un champ électrique longitudinal qui est généré et avec lequel les électrons sont accélérés. Dans ce mémoire, pour atteindre le régime ultra-relativiste, on a exploré à haute intensité laser le mécanisme d’accélération par champ direct. Pour ce faire, nous avons adapté le montage expérimental avec lequel le principe de l’accélération par champ direct a été démontré à l’INRS à faible intensité laser. Une analyse critique de la méthodologie et des outils est réalisée afin de s’assurer que les conditions expérimentales sont adéquates. Notamment, la distorsion du front d’onde induite par les effets non linéaires lors de la propagation du laser est évaluée par l’intégrale B.
On a démontré l’augmentation de l’efficacité de l’accélération par champ longitudinal qui est responsable de l’accélération par champ direct. On a aussi démontré que ce champ est essentiellement responsable des électrons énergétiques (0.3 à 2.5 MeV). À une intensité de 1019 W/cm2, le signal des électrons accélérés avec un laser de mode TM01 (présence de champ longitudinal) est 3.5 fois plus grand que lorsqu’un laser de mode TE01 (absence de champ longitudinal) est utilisé. Lorsque l’intensité augmente, on a observé une compétition entre les différents mécanismes d’accélération qui sont présents dans le grand volume ionisé et qui contribuent au signal.
Des solutions sont proposées et analysées pour améliorer la qualité des paquets d'électrons générés telles que fixer la phase de l’onde porteuse et optimiser les paramètres de focalisation du laser.

The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract.
High energy electron bunches could be used in pomp-probe experiments to probe ultrafast events such as the phase transition in a solid by electron diffraction. To probe ultrafast events, short electron bunches are needed. Up to now, the shortest electron bunches that have been produced and measured have a duration of few femtoseconds. We suggest the use of direct laser field electron acceleration. Theoretically, it has been predicted that the electron bunches accelerated by direct acceleration in an ultra relativistic acceleration regime will have a duration as short as few tens of attoseconds. Also, the electron beam would be quasi-monoenergetic and the electrons would reach energies up to the GeV. To produce an electron beam with such a short duration, a tightly focused TM01-mode laser with an intensity higher than 1019 W/cm2 is required. Therefore, a strong longitudinal electric field is generated and by which the electrons are accelerated. In this work, to reach ultra relativistic regime, we explore the mechanism of direct acceleration at high laser intensity. To do so, we adapted an experimental setup which has been developed at INRS to prove the concept of direct laser field acceleration at low laser intensity. A critical analysis of the methodology and the tools was done in order to make sure that the experimental conditions were suitable. Especially, the distortion of the wavefront due to the non-linear effect during the laser propagation was evaluated with the B integral.
We have experimentally demonstrated an increase of the efficiency of the acceleration by the longitudinal field, which is responsible for the direct acceleration. Also, we have demonstrated that this field is primarily responsible for the high energy electrons (0.3 to 2.5 MeV). When accelerated by a TM01-mode laser (with longitudinal field) the electrons’ signal is 3.5 times higher than the signal generated by a TE01-mode laser (without longitudinal field) for a laser intensity of 1019 W/cm2. We observed a competition between the different mechanisms that are present in the large ionised volume and which contribute to the measured signal when the intensity is increased.
Solutions are proposed and analysed to improve the quality of the electron bunches such as to fix the carrier phase and to optimize the laser focusing parameters.


identifier: Sarma, Saurabh Jyoti  (2014). Production d'hydrogène par bioconversion du glycérol brut et utilisation durable des rejets liquides générés au cours du processus.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 456 p.

subject:
production d'hydrogène
bioconversion
glycérol brut
fermentation
déchets
économie

abstract:
La transcription des symboles et des caractères spéciaux utilisés dans la version originale de
ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue en PDF.
Le biohydrogène est une source d'énergie renouvelable, qui a l’avantage d’être le
carburant le plus propre pour l'avenir. La combustion de l'hydrogène ne produit pas de
CO2. La seule émission du processus est de l'eau et, par conséquent, ce combustible a
un potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) très élevé. De
même, l’hydrogène a une densité d'énergie massique supérieure à celle des
combustibles conventionnels tels que l'essence ou le diesel. Sur une note similaire, le
biodiesel est l'un des carburants renouvelables principalement étudiés et disponibles au
niveau commercial. Au cours de la production du biodiesel par transestérification des
lipides (par exemple, les huiles végétales, les graisses animales et les lipides des
algues), du glycérol brut (GB) est généré comme sous-produit et représente 10% du
poids du produit. En raison de la présence de nombre d'impuretés ainsi que
l'augmentation continue de la production mondiale, la valeur de marché actuelle du GB
est aussi bas que $ 0.11/kg. De plus, le coût d'élimination efficace et durable du GB
contenant du méthanol, du sel et d'autres impuretés est un défi pour les fabricants de
biodiesel. En variante, le GB peut être utilisé comme matière première (substrat) pour la
production de biohydrogène. De façon conventionnelle, l'hydrogène peut également
être produit par des techniques chimiques tels que le reformage à la vapeur du gaz
naturel, l’oxydation partielle du pétrole et du charbon par la gazéification. Contrairement
à la production biologique d'hydrogène, toutes ces techniques utilisent des
combustibles fossiles comme matière première et ne sont donc pas considérés comme
des processus durables.
Dans le cadre de ce projet de doctorat, la faisabilité technico-économique de la
production d'hydrogène par la bioconversion du GB a été évaluée. Le coût le plus élevé
de production se situe au niveau du procédé de fermentation. Néanmoins, certaines
options alternatives pour la réduction du coût du procédé ont été identifiées. Une
recherche a été effectuée afin de déterminer le potentiel maximum de production de H2
à partir du GB en l'absence de tout nutriment coûteux supplémentaire. Une production
maximale de 2023 mL-H2/L-milieu a été atteint et 10 g/L de GB a été jugée la
concentration initiale optimale. En outre, l'ajout au milieu d’une quantité de biomasse
endogène (50 mg/L) provenant d’une fermentation antérieure et dont les ressources
sont épuisées a permis d’améliorer la production de 32,5%. De même, l'application de
suppléments moins chers, tels que les rejets liquides d’abattoir (LA), les déchets de
brasserie (BDB) et l'urée ont amélioré la production de 19±4, 27±3 et 39±4%,
respectivement. Le citrate ferrique et ses particules séchées par un atomiseur ont
également amélioré la production d'hydrogène de 17,2% à 31,7%. La production
d'hydrogène utilisant des concentrations extrêmement faibles de GB initiale de 100
mg/L a permis de produire 22,7 mol-H2/kg GB soit une valeur de 2,75 fois plus élevées
que la valeur de 8,25 mol-H2/kg GB connu pour les systèmes de fermentation sombre.
L'effet inhibiteur des impuretés contenues dans le GB d’origine industrielle, telles que le
methanol, NaCl et le savon a été étudié. Sur la base de la vérification effectuée en
utilisant la méthodologie de réponse de surface, il a été observé que le savon est le
facteur le plus significatif (valeur p = 0,0104 < 0,05) pour inhiber la production
d'hydrogène. Afin de réduire l'effet inhibiteur du savon, le GB a été traité avec du
MgSO4 pour convertir le savon en une forme inactive (écume). L'approche a permis
d’augmenter la production cumulative de H2 (34,7%) ainsi que l'utilisation du glycérol
(près de 2,5 fois). Du même coup, le traitement permet d’augmenter la teneur en Mg
(un nutriment) dans le milieu passant d’une concentration de 0,57 mg/L à 201,9 mg/L.
Pour éviter l'inhibition du processus métabolique ou décalage possible en raison de
l'accumulation d'acide organique dans le milieu, lors de la fermentation, un ajustement
rigoureux du pH est nécessaire. Comme alternative, pour la première fois, un système
de bioréacteur anaérobie à deux phases a été mis au point pour l'extraction in situ des
différents acides organiques générés lors de la fermentation. Sur la base de
biocompatibilité, l'alcool oléique a été sélectionné en tant que phase organique du
système et une augmentation de la production d'hydrogène de 26,6 mmol/L à 29,6
mmol/L-milieu de culture a été obtenu.
En ce qui concerne les expérimentations finales, un procédé semi-continu a été utilisé
pour éviter l'inhibition du substrat, ainsi que réduire l'accumulation de sous-produits
pendant la production d'hydrogène. Le processus a été optimisé pour produire un
rendement volumique aussi haut que 5.18 L-H2/L-milieu de culture, ce qui est nettement
supérieur à celui de 2,02 à 2,68 L-H2/L-milieu précédemment rapporté pour la
bioconversion du GB.
Quant au volet visant la valorisation des rejets de fermentation l’aspect solubilisation du
phosphate a été abordé. Certains bio-fertilisants commerciaux solubilisant le
phosphate (PSB) utilisent des acides organiques pour chélater les cations de
phosphates insolubles (comme Ca3(PO4)2) présents dans le sol pour solubiliser le
phosphate et le rendre disponible pour les plantes. Il a été observé que le liquide
organique des rejets de fermentation du GB est riche en acide organique et pourrait
servir à la solubilisation du phosphate. Des essais en laboratoire ont donc été réalisés.
Lors de son ajout au sol, une augmentation de l’assimilation du phosphore de 2,18 à
2,74 fois a été mesuré par les plantes de soya. Ces résultats suggèrent que les
déchets liquides de fermentation du GB ont le potentiel de remplacer les PSB
disponibles dans le commerce. De même, lors de la production d'hydrogène par
fermentation, en plus de H2, divers produits chimiques industriels, y compris l'éthanol, le
1,3 propanediol et de l'acide butyrique sont produits. Si ces produits ne sont pas
récupérés, le liquide résiduel peut être utilisé comme matière première pour la
production de polyhydroxyalcanoates, des lipides, CH4, H2 et de l'électricité. Ainsi, dans
le cadre de la présente recherche, un processus de production de biohydrogène a été
évalué comme une bioraffinerie ayant le potentiel de produire du biocarburant, des
produits de la chimie fine et des biomatériaux. La stratégie pourrait être utile pour
réduire le coût global du processus en générant des revenus de sources multiples.

The symbols and special characters used in the original abstract could not be transcribed due
to technical problems. Please use the PDF version to read the abstract.
Biohydrogen is the renewable energy source, which has been postulated to be the
cleanest fuel for future. Hydrogen combustion does not produce CO2; sole emission of
the process is water and hence, it has very high greenhouse gas (GHG) emission
reduction potential. Likewise, H2 has a gravimetric energy density higher than
conventional fuels such as gasoline, diesel. On a similar note, biodiesel is one of the
mostly studied and commercially available renewable fuels. During biodiesel production
by transesterification of lipids (e.g. vegetable oils, animal fats and algal lipids) crude
glycerol (CG) is generated as a byproduct; and by weight, it is around 10 % of the
product. Due to presence of number of impurities as well as continuous increase in its
global production, the present market value of CG is as low as $ 0.05/pound.
Additionally, cost effective and sustainable disposal of CG containing methanol, salt and
other impurities is a challenge for biodiesel manufacturers. Alternatively, CG can be
used as a feedstock for microbial hydrogen production. Hydrogen can also be produced
by chemical techniques such as steam reforming of natural gas; partial oxidation of
heavy oil and coal gasification. Unlike biological hydrogen production, all these
techniques use fossil fuels as the feedstock and thus are not considered as sustainable
processes.
As a part of the present investigation, techno-economic feasibility of hydrogen
production by CG bioconversion has been evaluated and high process cost was found
to be the major bottleneck. Nevertheless, certain achievable alternative options for
reduction of process cost have been identified. An investigation has been carried out to
determine maximum H2 production potential of CG in the absence of any additional
expensive supplement. A maximum production of 2022.5 mL H2/L medium has been
achieved and 10 g/L was found to be the optimum initial CG concentration. Further,
addition of spent biomass (50 mg/L) of the process into a subsequent process was
found to improve the production by 32.50%. Similarly, application of less expensive
supplements, such as slaughterhouse liquid waste (SL), brewery waste biomass (BWB)
and urea was found to improve the production by 18.81 ± 3.56, 27.30 ± 3.54 and 38.57
± 3.66 %, respectively. Ferric citrate and its nano-spray dried particles have also been
found to enhance hydrogen production by 17.18% to 31.71%. Hydrogen production
using extremely low initial CG concentration of 100 mg/L has been found to produce
22.7 mol-H2/kg CG; which is 2.75 folds higher than the value of 8.25 mol-H2/kg CG
known for dark fermentation.
The effect of CG impurities, such as methanol, NaCl and soap on hydrogen production
and substrate (glycerol) utilization has been studied. Based on the investigation carried
out using response surface methodology, it has been observed that soap is the most
significant factor (p value = 0.0104 < 0.05) to inhibit hydrogen production. In order to
reduce the inhibitory effect of soap, CG was treated with MgSO4 to convert the soap to
its inactive form (scum). The approach was found to increase cumulative H2 production
(34.70%) as well as glycerol utilization (nearly 2.5 folds). Additionally, the treatment can
increase the Mg (a nutrient) content of the medium from 0.57 ppm to 201.92 ppm.
To avoid process termination or possible metabolic shift due to organic acid
accumulation in the medium, during fermentative hydrogen production a rigorous pH
adjustment is necessary. Alternatively, for the first time, a two phase anaerobic
bioreactor system has been developed for in situ extraction of different organic acid
byproducts. Based on biocompatibility, oleyl alcohol has been chosen as the organic
phase of the system and an increase in hydrogen production from 26.58 mmol/L to
29.61 mmol/L-medium has been achieved. Further, a semi-continuous process has
been used to avoid substrate inhibition as well as to minimize byproducts accumulation
during hydrogen production. The process was found to produce as high as 5.18 L-H2/L-
medium, which is significantly higher than 2.02 to 2.68 L-H2/L-medium previously
reported for CG bioconversion.
Organic acids produced by commercial phosphate solubilizing bio-fertilizer (PSB) can
chelate the cations of insoluble phosphates (such as Ca3 (PO4)2) present in soil to
solubilize the phosphate and make it available for plants. It has been observed that
organic acid-rich liquid waste of fermentative hydrogen production process also has
excellent phosphate solubilizing ability. Upon its addition to soil, 2.18 to 2.74 folds
increase in phosphorus uptake by soybean plants has been observed. The finding
indicates that the liquid waste has the potential to be an alternative for PSB. Likewise,
during fermentative hydrogen production, in addition to H2, various industrial chemicals
including ethanol, 1,3 propanediol and butyric acid are produced. If these products are
not recovered, the liquid waste can be used as the feedstock for production of
polyhydroxyalkanoates, lipid, CH4, H2 and electricity. Thus, as a part of present
investigation, biohydrogen production process has been evaluated as a potential
biorefinery producing biofuels, fine chemicals and biomaterials. The strategy could be
useful to reduce overall cost of the process by generating revenue from multiple
sources.


identifier: Proulx, Isabelle  (2014). Évaluation du potentiel d’utiliser les larves de Chironomus (Diptera, Chironomidae) comme biomoniteurs de la biodisponibilité des éléments.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 308 p.

subject:
Larves
Chironomus
Diptera
Chironomidae
biomoniteur
éléments traces
sédiment
alimentation

abstract:
Au cours des derniers siècles, l’industrie minière a grandement contribué à contaminer les
sédiments de nombreuses étendues d’eau par le relargage d’importantes quantités d’éléments
traces dans l’environnement. Comme les éléments traces ont le potentiel d’être assimilés par
les animaux benthiques et d’être remobilisés dans l’environnement aquatique, il y a intérêt à ce
que leur biodisponibilité soit évaluée dans les sédiments. La meilleure façon d’estimer la
biodisponibilité de ces contaminants est de mesurer leurs concentrations chez des organismes
qui consomment et qui habitent les sédiments. Les larves de chironomidés du genre
Chironomus ont le potentiel d’être utilisées comme biomoniteurs, car ils souvent présents dans
les sédiments fins d’étendues d’eau propres et contaminées. Cependant, leur utilisation est
limitée par le fait qu’il est difficile, voire impossible, de séparer morphologiquement les larves au
niveau de l’espèce, car beaucoup d’entre elles sont identiques. En fait, jusqu’à récemment, la
séparation des larves de Chironomus en Amérique du Nord au niveau de l’espèce requérait
l’examen de leurs chromosomes polytènes, une technique d’identification qui ne compte que
quelques experts dans le monde.
L’objectif global de la thèse était d’évaluer le potentiel et la faisabilité d’utiliser les larves de
Chironomus comme biomoniteur de l’As, Ba, Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Se et Zn dans les sédiments.
Pour ce faire, nous avons récolté des larves de Chironomus dans les sédiments de lacs situés
principalement dans les régions minières de Rouyn-Noranda et Sudbury. Les larves ont été
séparées selon leur morphologie, leur ADN et leurs chromosomes polytènes. Nos résultats
démontrent qu’il est maintenant possible pour des non-experts en cytologie de séparer et
d’identifier correctement des larves de Chironomus au niveau de l’espèce selon leur
morphologie et leurs séquences d’ADN (cox1 et gb2β). Nos recherches ont permis de publier
des outils morphologiques et moléculaires simples à utiliser qui faciliteront à l’avenir la
séparation et l’identification d’espèces de Chironomus en Amérique du Nord.
La comparaison entre les concentrations d’éléments traces chez les larves et les concentrations
d’éléments traces dans l’eau et les sédiments d’où les larves ont été récoltées suggèrent que
Chironomus est un bon biomoniteur de la biodisponibilité de l’As, Ba, Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Se et
Zn dans les sédiments. Cependant, nos résultats démontrent qu’il n’est pas toujours justifiable
de regrouper les espèces de Chironomus lors d’analyses de contaminants, car, selon le
comportement alimentaire des larves, les concentrations de certains éléments traces diffèrent
entre espèces de Chironomus vivant au même endroit. En fait, nous avons établi que les larves
de C. dilutus, C. entis, C. plumosus et C. staegeri assimilent principalement les éléments traces
des sédiments oxiques tandis que les larves de C. anthracinus, C. bifurcatus, C. cucini, C.
decorus-group sp. 2, C. harpi, C. nr. atroviridis (sp. 2i), C. ochreatus, C. sp. NAI, C. sp. NAII, C.
sp. NAIII et C. « tigris » assimilent principalement les éléments traces des sédiments anoxiques.
D’un lac à l’autre, les espèces qui se nourrissent de sédiments oxiques avaient des
concentrations de Cd et parfois de Zn plus élevées et des concentrations de Se plus basses
que celles qui ingèrent des sédiments anoxiques. Pour ce qui est des autres éléments, il n’y
avait pas de différences. Les concentrations larvaires indiquent que la biodisponibilité du Cd, du
Se et parfois du Zn diffère entre les sédiments oxiques et anoxiques.
Bien qu’il n’est pas toujours justifiable de regrouper les larves de Chironomus au niveau du
genre, elles peuvent tout de même être utilisées de façon pratico-pratique comme biomoniteurs.
Nos résultats démontrent que les larves n’ont pas besoin d’être séparées au niveau de
l’espèce, mais seulement en fonction de leur comportement alimentaire; ce qui peut être
facilement fait en examinant la morphologie des larves alors qu’elles sont toujours vivantes. Nos
résultats démontrent que les larves de Chironomus sont de très bons outils pour comparer, à un
site donné, la biodisponibilité des éléments traces dans les sédiments oxiques et anoxiques.

Over the past centuries, mining activities have greatly increased trace element loadings into
sediments. Since trace elements in sediments have the potential to be assimilated by benthic
animals and thus, remobilized into the aquatic environment, there is a need to assess their
bioavailability. The best way to estimate the bioavailability of trace elements in sediments is to
measure contaminant concentrations in organisms that live and feed in sediments. Potential
candidates for this type of measurement are non-bitting midges of the genus Chironomus
because of there frequent presence in sediments of clean and contaminated bodies of water.
However, a major drawback of using Chironomus larvae in studies is that they cannot be
separated and identified morphologically to species, as many of them are identical. Until
recently, the identification of Chironomus species in North America was restricted to a few
specialists, who identified larvae through the analysis of their polytene chromosomes.
The overall aim of the thesis was to evaluate the potential and feasibility of using Chironomus
larvae as biomonitors of As, Ba, Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Se and Zn in sediments. To do this, we
collected Chironomus larvae from lakes located mostly in the mining areas of Rouyn-Noranda
and Sudbury. Larvae were separated according to their morphology, their DNA and their
polytene chromosomes. Our study demonstrates that it is now possible for non-cytological
experts to correctly separate and identify Chironomus larvae to species through their
morphology and using DNA (cox1 and gb2β) analyses. Our research has led to the publication
of easy to use morphological and molecular tools that will facilitate the separation and
identification of North American Chironomus species in the future.
By comparing the concentrations of trace elements in larvae to those in water and sediments
from which larvae were collected, we conclude that Chironomus larvae can be used as
biomonitors to assess the bioavailability of As, Ba, Cd, Co, Cu, Mn, Ni, Se and Zn in sediments.
However, our results demonstrate that it is not always justifiable to pool Chironomus species in
contaminant analyses, because, according to their feeding behaviour, species living at the same
site differ in their trace element concentrations. In fact, we found that C. dilutus, C. entis, C.
plumosus and C. staegeri mainly assimilate trace elements from oxic sediments; whereas, C.
anthracinus, C. bifurcatus, C. cucini, C. decorus-group sp. 2, C. harpi, C. nr. atroviridis (sp. 2i),
C. ochreatus, C. sp. NAI, C. sp. NAII, C. sp. NAIII and C. ‘tigris’ larvae mainly assimilate traces
elements anoxic sediments. From one lake to another, species that feed in oxic sediment had
higher Cd and sometimes Zn concentrations and lower Se concentration than those that feed in
anoxic sediments. As for the other trace elements, there were no differences between species
living at the same site. Larval concentrations indicate that the bioavailability of Cd, Se and
sometimes Zn differs between oxic and anoxic sediments.
Not being able to pool Chironomus species in contaminant studies could be viewed as a
drawback for using these larvae as biomonitors. However, our data suggest that not all
Chironomus larvae need to be identified to species, since trace element concentrations
generally only differed between species that feed in oxic and anoxic sediments and living larvae
from these two feeding groups can be separated morphologically. Overall, our results
demonstrate that Chironomus larvae are very useful for comparing the bioavailability of trace
elements in oxic and anoxic sediments at a given site.


identifier: Boury, Faye  (2015). Rôle d’UL24 dans la formation de nouveaux génomes viraux lors de la réplication du virus herpès simplex 1  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en virologie et immunologie, 51 p.

subject: vhs-1

abstract:
Le virus herpès simplex 1 (VHS-1) est un agent pathogène qui infecte l‟Homme en ciblant les cellules épithéliales des muqueuses menant à la formation de lésions vésiculaires. Par la suite, il infecte les neurones sensitifs où il établit la latence. Le génome du VHS-1 est constitué d‟une molécule d‟ADN double brin linéaire divisée en deux segments : la région unique longue et la région unique courte. L‟existence de séquences répétées inversées de part et d‟autre de ces segments, permet l‟inversion de ces régions uniques par un mécanisme de recombinaison homologue. Ces évènements d‟inversion conduisent à la formation de quatre isomères présents en quantités équimolaires lors de la réplication du VHS-1. Au cours de cette étape, des intermédiaires de réplication vont se former et auront la particularité de présenter des structures très ramifiées. La résolution de ces ramifications est alors facilitée par l‟action de protéines à fonction nucléase. En effet, cette réplication virale se déroule selon un mode de cercles roulant qui vont produire de longs concatémères correspondant à plusieurs unités génomiques liées les unes aux autres. Un clivage spécifique de ces concatémères va permettre de libérer une unité génomique virale qui pourra ensuite être encapsidée pour former un nouveau virion.
Le gène ul24 est très bien conservé à travers la famille des Herpesviridae et code pour une protéine à cinétique tardive. D‟autre part, il a été identifié un motif putatif d'endonucléase de type PD-(D/E)XK spécifique des membres de la superfamille des phosphodiestérases dans la partie N-terminale d‟UL24. Par ailleurs, la littérature rapporte que cette superfamille renferme des recombinases (Kosinski et al., 2005). Ainsi, il est proposé qu'UL24 favoriserait la production de nouveaux génomes viraux par un processus de recombinaison homologue lors de la réplication du VHS-1.
Afin de tester l‟hypothèse qu‟UL24 intervient dans la formation de monomères génomiques, des cellules Vero ont été infectées par les souches virales KOS (souche sauvage VHS-1), UL24X (déficiente en UL24) et UL24XRescue (virus reconstitué). Des résultats préliminaires de notre laboratoire ont montré qu'UL24 favorise la production de monomères d'ADN génomiques du VHS-1. Nous voulions déterminer si le motif d'endonucléase était important pour la production de monomères du génome viral en
vi
profitant du mutant vUL24-E99A/K101A. Etant donné que ce mutant possède une mutation de substitution au niveau du site catalytique d‟un motif prédit d‟endonucléase, la disposition d‟un « Rescue » de ce mutant semble requise afin d‟étudier si ce dernier pourrait permettre de rétablir ce phénotype et ainsi déterminer si ce motif spécifique joue un rôle déterminant dans cette production génomique virale. Une stratégie basée sur la réaction de polymérisation en chaîne a été développée pour le criblage du virus « Rescue ». Ainsi, des approches de recombinaison homologue ont été menées afin de produire un virus « Rescue » à partir du mutant E99A/K101A. Un clone vUL24X-E99A/K101ARescue a été purifié puis caractérisé. Ce virus a ensuite été utilisé pour infecter des cellules Vero, ce qui a permis de démontrer un rétablissement dans la quantité de monomères génomiques à des niveaux comparables à ceux de KOS.
Par la suite, un test de recombinaison a été effectué à partir de cellules infectées par KOS, UL24X et UL24XRescue. Ce test fait appel à l‟usage d‟une enzyme SpeI spécifique pour cliver une seule fois chaque unité d‟ADN génomique de concatémères viraux. Il en résulte la formation de fragments de 118, 152 et 186 kilobases présents à des ratios de 1:2:1 respectivement. Des résultats préliminaires ont permis d‟observer une réduction dans la quantité d‟un des isomères génomiques pour les cellules infectées par UL24X en comparaison à celles infectées par KOS ou UL24XRescue.
En conclusion, ces résultats mettent en évidence un rôle du motif prédit d‟endonucléase d‟UL24 dans les mécanismes de synthèse de nouveaux génomes viraux, et suggèrent également un rôle de recombinase d‟UL24 lors de la réplication du VHS-1.

Herpes simplex virus 1 (HSV-1) is a pathogenic agent that infects humans by targeting epithelial cells of the mucous membranes leading to the formation of vesicular lesions. Thereafter, it infects sensory neurons where it establishes latency. The genome of HSV-1 consists of a linear double stranded DNA molecule divided into two segments: a unique long region and a unique short region. The existence of inverted repeated sequences on both sides of these segments, allows the inversion of these unique regions by a mechanism of homologous recombination. These inversion events lead to the formation of four isomers present in equimolar amounts during the replication of the virus. During this stage, replication intermediates are formed which are characterized by highly branched structures. The resolution of these branches is then facilitated by the action of proteins possessing a nuclease activity. HSV-1 DNA replication is thought to occur via a rolling circle model which produces long concatemers corresponding to several genomic units linked as head-to-tail repeats. A specific cleavage of these concatemers releases a single viral genomic unit which can then be encapsidated to form a new virion.
The ul24 gene is very well conserved throughout the Herpesviridae family and codes for a late protein. In addition, it has been shown to contain a PD (D/E) XK endonuclease motif, which is specific to the members of a phosphodiesterase superfamily. This motif is located in the N-terminal part of UL24. Interestingly, the literature reports that this superfamily contains recombinases (Kosinski and Al, 2005). Thus, we proposed that UL24 promotes the production of new viral genomes by a process of homologous recombination during HSV-1 replication.
In order to test the hypothesis that UL24 is involved in the formation of genomic monomers, Vero cells were infected with the viral strains KOS (wild type strain of HSV-1), UL24X (defective in UL24) and vUL24XRescue (reconstituted virus). Preliminary results from our laboratory suggested that UL24 supports the production of genomic monomers of HSV-1 DNA. We set out to determine whether the endonuclease motif of UL24 was important for the production of viral genomic monomers by using the vUL24-E99A/K101A viral mutant. Since this mutant contains substitutions the putative catalytic
viii
site of the predicted endonuclease motif, the availability of a “Rescue” of this mutant was necessary to test if this specific motif plays a role in the production of viral genomes. A strategy based on a polymerization chain reaction was developed to screen for the “Rescue” virus. A homologous recombination approach was used to produce a “Rescue” virus from the vE99A/K101A mutant. A purified vUL24X-E99A/K101ARescue clone was purified and characterized. It was then used to infect Vero cells, which showed that vUL24X-E99A/K101ARescue can restore the quantity of genomic monomers to levels comparable with those of KOS.
Thereafter, a recombination test was performed using cells infected with KOS, UL24X and vUL24XRescue. This test uses the SpeI restriction enzyme, which specifically cleaves each genomic DNA unit once. Cleavage of the viral DNA concatemers results in the formation of 118, 152 and 186 kilobase fragments present at ratios of 1:2:1 respectively. Preliminary results showed a reduction in the quantity of one of the genomic isomers for the cells infected by UL24X in comparison with those infected by KOS or vUL24XRescue.
In conclusion, these results highlight a role for the UL24 endonuclease motif in the mechanisms of synthesis of new viral genomes, and also suggest a possible recombinase role for UL24 during the replication of the HSV-1.


identifier: Wan, Juan  (2015). Turnip mosaic virus membrane-associated replication complexes- ultrastructure and role in virus movement  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en virologie et immunologie, 225 p.

subject: mosaique navet tumv

abstract:
Les virus à ARN positifs [ARN(+)] remanient les membranes cellulaires pour
faciliter la réplication de leur ARN viral (ARNv). Les complexes ribonucléoprotéiques
viraux (RNPv) formés d'ARNv et de protéines du virus et de l’hôte sont associés aux
membranes et se déplacent au travers des plasmodesmes (PD) pour atteindre les
cellules avoisinantes. Une fois arrivé dans la nouvelle cellule, un nouveau cycle de
synthèse d'ARNv est initié. Ces complexes RNPv peuvent à leur tour atteindre les
tissus vasculaires et entreprendre leur déplacement sur une longue distance. Un
nouveau concept émerge dans la communauté scientifique. Il consiste à considérer que
la réplication de l'ARNv et le mouvement viral sont deux processus étroitement liés.
Cependant, la nature du complexe RNPv demande encore à être définie.
La présente thèse se concentre sur l'étude des complexes associés aux
membranes induits par le virus de la mosaïque du navet (Turnip mosaic virus, TuMV).
Le TuMV est un virus à ARN (+) appartenant au genre viral Potyvirus. Ce dernier
représente le plus grand genre des virus de plante. Ils sont responsables de plus de la
moitié des pertes agricoles imputées aux virus.
La protéine virale 6K2 est membranaire et est responsable de la réorganisation
du système endomembranaire pour former des vésicules mobiles. Ces dernières
contiennent les complexes de réplication virale. Les complexes du TuMV associés aux
membranes ont été largement étudiés par microscopie confocale essentiellement dans
les cellules épidermiques.
Les deux objectifs de cette thèse ont été d'une part d'analyser la présence de
complexes de réplication du TuMV associés aux membranes dans les tissus
vasculaires et d'autre part de découvrir en détails l’ultrastructure de ces complexes
dans plusieurs types cellulaires.
Le premier objectif a consisté à observer la présence de complexes de
réplication associés aux membranes dans tous les types cellulaires présents dans les
feuilles et les tiges de la plante. En faisant des coupes cryohistologiques, suivies

d'immuno-histolocalisations par microscopie confocale, il a pu être montré que les
complexes de réplication associés aux membranes et induits par la protéine 6K2 étaient
présents dans tous les types cellulaires y compris les tissus vasculaires tels que les
tubes criblés du phloème et dans les vaisseaux du xylème. Des observations par
microscopie électronique à transmission (MET) ont permis de montrer la présence de
vésicules contenant l'ARNv en association avec des particules virales dans les
vaisseaux du xylème. En menant des expériences de "girdling" sur tiges, où toutes les
cellules meurent tout en maintenant l'intégrité des vaisseaux du xylème, il a été
confirmé que le TuMV utilise les vaisseaux du xylème pour son infection systémique.
Finalement, il a été démontré que des complexes RNPv du Potato virus X (PVX)
associés à des membranes étaient aussi présents dans le phloème et le xylème de
plantes infectées par ce virus.
Ces études indiquent que les usines de réplication virale peuvent se retrouver
dans le phloème et le xylème, suggérant ainsi que la réplication virale et le mouvement
à longue distance sont deux évènements étroitement liés.
Le second objectif a été dedéfinir par MET l'ultrastructure des réorganisations
cellulaires induites par le TuMV. Une cinétique a été effectuée pour analyser le
remodelage membranaire induit par le TuMV. À des étapes précoces de l'infection, il a
été observé des amas de membranes ["convoluted membranes", (CM)] dérivant du
réticulum endoplasmique rugueux (RER). À des étapes intermédiaires de l'infection, des
vésicules à simple membrane (SMV) étaient observables. À des étapes plus tardives de
l'infection, en plus d'agrégats de SMVs, des vésicules à double membrane (DMV) au
coeur dense aux électrons étaient observables à proximité de corps denses aux
électrons. Ensuite il a été montré par immuno-MET que les vésicules induites par le
TuMV contenaient la protéine virale 6K2 et que seules les SMV constituaient les sites
de réplication de l'ARNv. À des étapes tardives de l'infection, il a été aussi observé des
corps dense aux électrons à proximité d’agglomérats de particules virales du TuMV qui
pourraient être le site de leur assemblage. Par ailleurs, il a été aussi effectué de la
tomographie électronique (TE) pour révéler en 3 dimensions (3D) l'accumulation de
particules virales en association avec le tonoplaste dans la vacuole centrale.

Ces résultats contribuent d'une part à une meilleure compréhension de la nature
des complexes RNPv impliqués dans le mouvement viral sur une longue distance et
d'autre part, à avoir une vision plus fine de ce que sont les sites de réplication de
l'ARNv du TuMV, ainsi que des sites d'assemblage et d'accumulation des particules
virales.

Positive-strand RNA [(+) RNA] viruses remodel cellular membranes to facilitate
viral RNA (vRNA) replication. Membrane-bound progeny viral ribonucleoprotein (vRNP)
complexes then move through plasmodesmata (PDs) to adjacent cells to initiate new
rounds of vRNA synthesis. These complexes ultimately reach the vascular tissues and
are loaded into the vascular conducting tubes for long-distance trafficking. An emerging
concept is that vRNA replication and movement are tightly linked processes. The
moving vRNP complex, however, has yet to be defined.
This thesis focuses on Turnip mosaic virus (TuMV) -induced membraneassociated
complexes. TuMV is a (+) RNA virus belonging to the genus Potyvirus,
which is the largest genus of plant viruses, and is responsible for more than half of the
viral crop damage in the world. The viral membrane protein 6K2 is responsible for
membrane reorganization that leads to the formation of motile vesicles. These vesicles
contain virus replication complexes. TuMV membrane-associated replication complexes
dynamics have been widely studied by confocal microscopy in epidermal cells.
The two aims of this thesis were to investigate the presence of TuMV membraneassociated
replication complexes in vascular tissues, and then to uncover the
ultrastructure of the TuMV-induced membrane reorganization.
The first research objective consisted of looking at the presence of TuMV
membrane-associated replication complexes in all types of plant leaf and stem cells. By
using cryohistological preparation, immunohistolocalization and confocal microscopy, it
was shown that 6K2-tagged membrane-associated replication complexes were present
in all cell types, including the vascular conducting tubes, which were phloem sieve
elements and xylem vessels. Transmission electron microcopy (TEM) observation
results showed the presence of vRNA-containing vesicles that were associated with
viral particles in xylem vessels. Then the stem girdling experiments confirmed that
TuMV could establish a systemic infection of the plant by going through xylem vessels.
Finally, the presence of membrane-associated vRNP complexes was also
demonstrated in the phloem and xylem of Potato virus X (PVX) infected plants.
v
Collectively, these studies indicate that viral replication factories could end up in the
phloem and the xylem, suggesting that virus replication and long-distance trafficking are
linked events.
The second objective was to define the ultrastructure of TuMV-induced cellular
reorganization by TEM. A time course analysis of TuMV-induced membrane remodeling
was initially performed.
Early during infection, rough endoplasmic reticulum (ER)-connected convoluted
membrane (CM) structures were observed. Single-membrane vesicles (SMVs) were
found at the mid stage of infection, while mixed aggregates containing SMVs, doublemembrane
vesicles (DMVs) with an electron-dense core, and electron-dense bodies
were detected at a late stage of infection. Then the immuno-EM experiments showed
that the vesicles are tagged with 6K2, and that only SMVs are the vRNA replication
sites. I also observed electron-dense bodies associated TuMV particle bundles, which
probably are the particle assembly site. Finally, with electron tomography (ET), it was
shown that viral particles accumulating in the central vacuole as membrane-associated
complexes.
Taken together, this work contributed to a better understanding of the nature of
vRNP complexes for virus long-distance trafficking, of the ultrastructure of TuMV RNA
replication sites, as well as particles assembly and accumulation sites.