identifier: Magnan, Romain  (2020). Oxyde transparent conducteur de ZnO:V à partir d'une cible de nanoparticules : De l’ablation par laser pulsé à un procédé de décharge à barrière diélectrique double fréquence à pression atmosphérique.  Thèse.  Québec / Perpignan, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique / Université de Perpignan via Domitia, 134 p.

subject: énergie matériaux

abstract:
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ce résumé n’a pas été possible en raison de limitations techniques. La version correcte de ce
résumé peut être lue en PDF.Les plasmas froids sont couramment utilisés pour des procédés de traitement de surface tel que la gravure ou le dépôt de couche mince. Leur utilisation se fait majoritairement à basse pression, ce qui limite la dimension des surfaces traitées et empêche le traitement en ligne et de ce fait augmente le coût de production. Les plasmas froids à pression atmosphérique se présentent comme une alternative moins onéreuse mais ne sont, pour le moment, utilisés industriellement que pour l’activation de surface polymère. A cette pression, une décharge électrique peut conduire au régime d'arc, qui localise la décharge, entraîne une forte augmentation de la température et endommage le substrat à traiter. Pour éviter ces problèmes, une solution consiste à placer un diélectrique entre les électrodes métalliques. Ces décharges sont appelées : Décharges contrôlées par Barrière Diélectrique (DBD). Les DBD sont généralement filamentaires ce qui est un inconvénient pour l’obtention de couches minces homogènes. Des solutions ont été développées pour obtenir des décharges homogènes. Néanmoins, le temps de traitement avec des décharges homogènes est long pour des visées industrielles, ce qui est due aux faibles puissances mise en jeux. De récents travaux ont mis en avant que l’augmentation de la fréquence utilisée accroît considérablement la puissance de la décharge et de ce fait augmente la vitesse de traitement. Ces études ont conduit à de nouveaux modes de décharges et en particulier aux décharges doubles fréquences dont la physique reste à étudier afin de pouvoir les optimiser pour une application. La majorité des décharges étudiées en double fréquence porte sur des couples radio fréquence (RF) supérieure au MHz, les couples radio fréquence basse fréquence (BF) sont encore peu explorés. L’objectif de cette thèse en cotutelle entre la France et le Canada est d’étudier et de développer une méthode d’élaboration de couches minces nano-composites de ZnO:V, basée sur la mise en vol et le dépôt de nanoparticules (NPs) de ZnO :V par des DBD double fréquence. Cette méthode de dépôt vise à réduire le coût de production par l’utilisation de nanoparticules synthétisées par méthode sol-gel et de DBD dans une configuration compatible avec le dépôt de couches minces en continu à pression atmosphérique. Ce procédé s’inspire de la pulvérisation à basse pression et porte sur une DBD double fréquence avec un couple RF-BF (MHz-kHz) et la pulvérisation d’une cible de NPs. Les propriétés de la couche mince recherchées sont celles d’un Oxyde transparent conducteur (OTC). Cette thèse exploratoire relève plusieurs défis. Le premier et le plus risqué est de trouver une source plasma à la pression atmosphérique capable de générer un flux d’ion assez intense et énergétique pour mettre en vol des NPs d’une cible. En effet, la pulvérisation pas plasma est basée sur le bombardement de la cible par des ions accélérés dans la gaine qui se forme au voisinage de la cathode. A pression atmosphérique, cette gaine est collisionnelle, ce qui limite l’énergie des ions qui ne sont accélérés que sur un libre parcours moyen de l’ordre du micron alors que la largeur de la gaine est supérieure à 100 µm. Le deuxième défi est de trouver une configuration de réacteur compatible avec un traitement en continu qui permettre de mettre en vol et redéposer les NPs. Pour bien définir la gamme d’OTC réalisable à partir de NPs de ZnO :V les travaux se sont déroulés en trois phases : • La détermination de la gamme d’OTC pouvant être obtenue à partir d’une cible de NPs de ZnO:V(1 %at.) basé sur une étude des dépôts obtenus par ablation laser à partir d’une cible de NPs de ZnO:V(1 %at.) et de cibles métalliques de ZnV. Dans tous les cas, l’ensemble des couches minces présentent une orientation préférentielle selon le plan (002) et une fin de structure selon le plan (103). La résistivité la plus faible (4 x 10-4 Ω.cm) est observée pour les dépôt faits à 250 °C à partir d’une cible de Zn :V(3 %at.) alors que les meilleures propriétés optiques sont celles d’une couche mince quasi-amorphe obtenue à 20 °C à partir de la cible de NPs de ZnO:V. Cette couche mince présente une transmission de 40% dans l’UV à 250 nm, 90% dans le visible et 80% dans le PIR à 2500 nm avec une résistivité de 6 x 10-2 Ω.cm. • La recherche et l’optimisation d’une source plasma DBD pour mettre en vol des NPs de ZnO:V dans une configuration compatible avec le dépôt de couches minces contrôlées. La démarche a consisté à chercher à accroître le flux et l’énergie des ions à la cathode en appliquant, sur une des électrodes, une tension radiofréquence (5 MHz) qui génère une forte densité d’ions (~2 x 1011/cm3 ) et sur l’autre électrode une tension basse fréquence (50 kHz) afin de transporter les ions vers la cathode. La première étape a été de bien comprendre la physique de la DBD RF-BF en couplant la caractérisation optique de la décharge résolue spatio-temporellement et la modélisation fluide-1D avec un modèle développé par Gerjan Hagelaar du CNRS-LAPLACE à Toulouse, France. Il ressort que lorsque la tension BF augmente, la décharge initialement RF en régime α bascule en régime γ durant environ 1/5 du cycle BF. Nous avons donc appelé ce régime de DBD RF α-γ. Ce régime de forte puissance (~ 3 W/cm3 ) est stable et homogène. Le modèle montre qu’en régime γ la décharge est auto-entretenue dans la gaine. Ce mode γ est observé lorsque la tension gaz atteint une valeur suffisamment élevée (~750 V) qui est indépendante de l’amplitude de la tension RF. Le passage en mode γ induit une charge des diélectriques suffisante pour diminuer la tension gaz jusqu’au point ou la décharge redevient une décharge en mode α. Il se caractérise par l’augmentation de l’intensité lumineuse et sa localisation au plus près de la cathode pendant le temps ou la tension gaz est la plus élevée. Les émissions de l’argon et de NH s’amplifient tout comme les densités moyennes d’électrons et d’ions. Ce régime n’est observé expérimentalement qu’en présence de ppm de NH3, c’est à dire dans un mélange Penning. La tension BF nécessaire à la transition diminue quand la quantité de NH3 augmente car le niveau d’ionisation du gaz augmente au travers de la réaction de Penning. Avec un coefficient d’émission secondaire d’électron nul, aucune transition n’est visible. Tout comme l’augmentation de la quantité de NH3, l’augmentation de ce coefficient diminue la tension BF nécessaire pour atteindre la transition. La transition du mode α au mode α-γ multiple le flux d’ions à la cathode par un facteur 7 alors que leur énergie s’accroit d’un facteur 4. L’étude expérimentale montre que lorsqu’une cible de NPs interagit avec une DBD RF-BF en mode α-γ, des NPs sont mises en vol. • La conception et le test d’une configuration de réacteur DBD comprenant deux zones plasmas successives : la première pour mettre en vol les NPs d’une cible, la deuxième pour déposer les NPs sur un substrat. Cette dernière est basée sur une DBD double fréquence BF-BF obtenue par application d’une tension 50 kHz qui génère des électrons pour charger les NPs et une tension 1 kHz dont on sait qu’elle peut assurer le transport des NPs chargées du volume vers les surfaces. La faisabilité a été montrée par l’observation de NPs sur le substrat. La méthode en l’état ne permet pas d’éviter l’agrégation des NPs. Une auto-organisation des NPs sur le substrat est observée et reste à expliquer. Cette thèse montre tout l’intérêt des DBD double fréquence pour le traitement de surface. Elle démontre la possibilité de polariser une DBD et la possibilité de transporter les espèces lentes comme les ions et les NPs. Une décharge DBD double fréquence permet d’utiliser les ions pour traiter une surface à la pression atmosphérique et de contrôler de façon sélective le transport des espèces moins mobiles comme les NPs.


identifier: Puyuelo Valdes, Pilar  (2020). Laser-driven ion acceleration with high-density gas-jet targets and application to elemental analysis. / Faisceaux d’ions accélérés par interaction d’un laser intense avec un jet de gaz dense et application à l’analyse élémentaire.  Thèse.  Québec - Bordeaux, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique - Université de Bordeaux, 207 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject: énergie matériaux

abstract:
Cette thèse en cotutelle entre la France et le Canada étudie l’accélération d’ions dans l’interaction laser-plasma. La première partie, réalisée au CENBG et sur l’installation PICO2000 du laboratoire LULI à l'École Polytechnique de Palaiseau, présente des études expérimentales, complétées par des simulations numériques de type Particle-In-Cell, portant sur l’accélération d’ions dans l'interaction d'un laser infrarouge de haute puissance avec une cible gazeuse de haute densité. La seconde, réalisée avec le laser ALLS de l’institut EMT INRS, concerne le développement d'une application des faisceaux génerés par laser pour l’analyse élémentaire d’échantillons. Dans le manuscrit, les caractéristiques des deux lasers, des différents diagnostics de particules et d’X utilisés (paraboles de Thomson, films radiochromiques, CCD...) ainsi que les configurations expérimentales sont décrites. Les jets de gaz denses supersoniques utilisés comme cibles d'interaction laser au LULI, sont présentés en détail; depuis leur conception grâce à des simulations de dynamique des fluides, jusqu’à la caractérisation de leurs profils de densité par interférométrie Mach Zehnder. D'autres méthodes optiques comme la strioscopie ont été mises en œuvre pour contrôler la dynamique du jet de gaz et définir l’instant optimal pour effectuer le tir laser. Les spectres obtenus dans différentes conditions d’interaction sont présentés. Ils montrent, dans la direction du laser, des énergies maximales allant jusqu’à 6 MeV pour les protons et 16 MeV pour les ions hélium. Des simulations numériques effectuées avec le code PICLS sont utilisées pour discuter les différentes structures observées dans les spectres et les mécanismes d’interaction sous jacents. Des faisceaux de protons et d’X générés par le laser ALLS dans l’interaction avec des cibles solides d’aluminium, de cuivre et d’or ont été utilisés pour effectuer des analyses de matériaux par les méthodes Particle-induced X-ray emission (PIXE) et X-ray fluorescence (XRF). L’importance relative des deux techniques, XRF et PIXE, est étudiée en fonction de la nature de la cible d’interaction. Les deux diagnostics peuvent être implémentés simultanément ou individuellement, en changeant simplement la cible d'interaction. La double contribution des deux processus améliore l’identification des constituants des matériaux et permet une analyse volumétrique jusqu'à des dizaines de microns et sur de grandes surfaces (~cm2) jusqu'à un seuil de détection de quelques ppms.

In this joint thesis, performed between the French Institute CENBG (Bordeaux) and the Canadian Institute INRS (Varennes), laser-driven ion acceleration and an application of the beams are studied. The first part, carried out at CENBG and on the PICO2000 laser facility of the LULI laboratory, studies both experimentally and using numerical particle-in-cell (PIC) simulations, the interaction of a high-power infrared laser with a high-density gas target. The second part, performed at ALLS laser facility of the EMT-INRS institute, investigates the utilization of laser-generated beams for elementary analysis of various materials and artifacts. In this work, firstly the characteristics of the two lasers, the experimental configurations, and the different employed particle diagnostics (Thomson parabolas, radiochromic films, etc.) are introduced. In the first part, a detailed study of the supersonic high-density gas jets which have been used as targets at LULI is presented, from their conceptual design using fluid dynamics simulations, up to the characterization of their density profiles using Mach-Zehnder interferometry. Other optical methods such as strioscopy have been implemented to control the dynamics of the gas jet and thus define the optimal instant to perform the laser shot. The spectra obtained in different interaction conditions are presented, showing maximum energies of up to 6 MeV for protons and 16 MeV for helium ions in the laser direction. Numerical simulations carried out with the PIC code PICLS are presented and used to discuss the different structures seen in the spectra and the underlying acceleration mechanisms. The second part presents an experiment using laser-based sources generated by the ALLS laser to perform a material analysis by the Particle-induced X-ray emission (PIXE) and X-ray fluorescence (XRF) techniques. Proton and X-ray beams produced by the interaction of the laser with aluminum, copper and gold targets were used to make these analyzes. The relative importance of XRF or PIXE is studied depending on the nature of the particle-production target. Several spectra obtained for different materials are presented and discussed. The dual contribution of both processes is analyzed and indicates that a combination improves the retrieval of constituents in materials and allows for volumetric analysis up to tens of microns on cm2 large areas, up to a detection threshold of ppms.

En esta tesis doble, realizada entre el laboratorio francés CENBG y el Instituto canadiense INRS, se ha estudiado la aceleración de iones impulsados por un láser infrarrojo de alta potencia y una aplicación de los haces generados. En la primera parte, llevada a cabo en el CENBG y en la instalación láser PICO2000 del laboratorio LULI, se ha estudiado experimentalmente la interacción de este laser con un gas de alta densidad. En la segunda parte, realizada con el láser ALLS del instituto EMT-INRS, se ha investigado la utilización de haces generados por láser para el análisis elemental de diversos materiales y artefactos. En primer lugar, se presentan las características de los dos láseres, las configuraciones experimentales y los diferentes detectores empleados (parábolas de Thomson, RCF, etc.). En la primera parte, se presenta un estudio detallado de los gas supersónicos de alta densidad que se han utilizado como blancos en el LULI, desde su diseño utilizando simulaciones de dinámica de fluidos, hasta la caracterización de sus perfiles de densidad utilizando interferometría Mach-Zehnder. Se han implementado otros métodos ópticos, como la estrioscopia, para controlar la dinámica del gas y, por lo tanto, definir el instante óptimo para realizar el disparo con láser. Se pueden encontrar los espectros obtenidos en diferentes condiciones de interacción. Muestran energías de hasta 6 MeV para protones y 16 MeV para iones de helio en la dirección del laser. Las simulaciones numéricas realizadas con el código PICLS son presentadas y utilizadas para discutir las diferentes estructuras vistas en los espectros y los mecanismos de aceleración subyacentes. En la segunda parte se presenta un experimento utilizando los haces generados por el láser ALLS para realizar el análisis de distintos materiales mediante las técnicas de emisión de rayos X inducida por partículas (PIXE) y fluorescencia de rayos X (XRF). Los haces de protones y rayos X producidos por la interacción del láser con blancos de aluminio, cobre y oro se utilizaron para realizar estos análisis. La importancia relativa de XRF o PIXE ha sido estudiada según la naturaleza del blanco. En esta parte se presenta y discute varios espectros obtenidos para diferentes muestras. También se ha analizado la doble contribución de ambos procesos. La combinación de ambos mejora la recuperación de elementos en los materiales y permite el análisis volumétrico de hasta decenas de micras en grandes áreas, hasta un umbral de detección del orden de ppms.


identifier: Skripka, Artiom  (2020). Rare earth nanoparticles: building theranostic agents from the ground up.  Thèse.  Québec, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 231 p.

subject:
théranostic
proche infrarouge
upconversion
nanothermométrie
terres rares
theranostics
near-infrared
upconversion
nanothermometry
rare earth nanoparticles

abstract:
L'arrivée de la nanotechnologie a révolutionné les sciences fondamentales et applicatives. En biomédecine, les concepts diagnostiques et thérapeutiques qui étaient auparavant de la science-fiction prennent graduellement vie sous forme de nanoparticules sophistiquées - mettant en œuvre la détection et le traitement des maladies. Les nanoparticules photoluminescentes, qui répondent au stimulus optique en émettant de la lumière utilisée pour l'imagerie, la détection et la thérapie, sont des agents théranostiques prometteurs, intégrant ensemble le diagnostic et la thérapie. Les nanoparticules préférées sont celles qui fonctionnent sous de longueurs d'onde proche infrarouge (NIR), qui transpercent plus profondément les tissus et ne se limitent pas à une application superficielle seule. Parmi celles-ci, les nanoparticules dopées aux terres rares, ou RENP, sous excitation NIR peuvent émettre à travers les gammes spectrales UV, visible et NIR. Grâce à la conversion ascendante des photons, les RENP ajoutent de multiples photons dans le proche infrarouge et émettent une lumière d'une énergie suffisamment élevée pour stimuler les processus thérapeutiques. De plus, l'excitation NIR est émise sous forme de lumière de longueurs d'onde encore plus grandes, ce qui est parfait pour l'imagerie et la détection des indices environnementaux, comme la température. En fait, les RENP sont d'excellents nanothermomètres, explorés pour la détection précoce des maladies et l'exécution contrôlée des thérapies basées sur la chaleur. Cette thèse explore les RENP en tant que futures nanomédicaments théranostiques, en se concentrant sur les RENP qui émettent à travers une large gamme spectrale, UV-NIR. Des propriétés photophysiques fondamentales de différents RENP sont signalées, nécessaires pour brosser un tableau réaliste du potentiel et des pièges de ces nanostructures. En outre, les premiers RENP du genre en tant que nanothermomètres fonctionnant au-delà de 1500 nm de longueurs d'onde sont introduits, pour l'imagerie des tissus profonds et la cartographie thermique avec le contraste optique le plus élevé. Enfin, une nouvelle idée de théranostic découplé avec RENP est développée. Les théranostiques découplés impliquent l'initiation à la demande d'une thérapie ou d'un diagnostic, mais pas des deux en même temps si cela n'est pas nécessaire. Par conséquent, le trajet de ces RENP vers la zone d'intérêt pourrait être suivi sans crainte de dommages indésirables aux tissus sains, et la thérapie est lancée lorsque seule la cible est acquise. De par leur conceptualisation, ces RENP sont méticuleusement optimisés, entraînant l'évolution d'agents théranostiques découplés nouveaux et améliorés.

The arrival of nanotechnology has revolutionized the way we approach fundamental and applicative sciences. In the medical framework, the diagnostic and therapeutic concepts that previously existed only in the creative minds of science fiction writers, are gradually coming to life in the form of sophisticated nanoparticles – enacting disease detection and treatment. Photoluminescent nanoparticles, that respond to optical stimulus by emitting light used for imaging, sensing, and therapy are promising theranostic agents – integrating diagnostics and therapy under one roof. Preference is also given to nanoparticles that operate under electromagnetic radiation of near-infrared (NIR) wavelengths, which pierce deeper inside tissues and are not limited to superficial application alone. Among such, rare earth doped nanoparticles, or RENPs, under NIR excitation can non-strenuously emit across UV, visible and NIR spectral ranges. By means of photon upconversion, RENPs add multiple impinging NIR photons and emit light of high-enough energy to drive photochemical reactions for therapy. At the same time, downshifting process converts NIR excitation to emission of even longer wavelengths, perfect for imaging and contactless sensing of environmental cues, like temperature. In fact, RENPs are excellent nanoscale temperature sensors – nanothermometers – explored for early stage disease detection and controlled execution of heat-based therapies. This thesis explores the RENPs as future theranostic nanomedicines starting from the very basics and moving towards new concepts in RENP synthesis, nanothermometry, and theranostics. Particularly, RENPs that simultaneously emit across a broad, UV-to-NIR, spectral range are scrutinized. Fundamental photophysical properties of different RENPs are reported, necessary to paint a realistic outlook on the potential and pitfalls of these nanostructures. Furthermore, first of their kind RENPs as nanothermometers operating beyond 1500 nm wavelengths are introduced, for deep-tissue imaging and thermal mapping with highest optical contrast. Finally, a novel idea of decoupled theranostics with RENPs is developed. Decoupled theranostics entail on-demand initiation of either therapy or diagnostics, but not both at the same time if it is not required. Consequently, the journey of such RENPs to the area of interest could be tracked without fear of undesired damage to healthy tissues, and therapy is initiated only when the target is acquired. From their conceptualization, these RENPs are meticulously optimized, resulting in the evolution of new and improved decoupled theranostic agents.


identifier: Siteli, Yazid  (2020). Récupération et réutilisation des rejets issus de la production de bioplastique pour la croissance des microorganismes (C. nector) producteurs de PHA.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 62 p.

subject:
bouillon fermenté
PHA
flacon par agitation
séparation solide-liquide
fermented broth
shake flask
solid-liquid separation

abstract:
L’utilisation des bioplastiques peut être entravée par des coûts de production relativement élevés par rapport aux coûts de production de plastiques conventionnels. Le coût des matières premières (carbone et nutriments) peut représenter jusqu’à 40% du coût total de production des bioplastiques (PHA : polyhydroxyalkanoate). Diverses recherches ont été effectuées en utilisant des sources de carbone résiduel pour réduire les coûts de production. C’est dans cette perspective que ces travaux de recherche ont été initiés en vue d’étudier la possibilité de réutiliser les nutriments et carbone issus du bouillon fermenté. La fermentation a été effectuée en utilisant un excès de source de carbone et en limitant les nutriments. Suite à la fermentation, le bouillon fermenté a été recueilli et centrifugé pour une séparation solide/liquide. La biomasse (fraction solide) a été par la suite séchée et le PHA a été extrait. Le surnageant (faction liquide) riche en nutriments et en carbone a été utilisé comme milieu de culture. Différentes stratégies de fermentation ont été effectuées en utilisant des nutriments résiduels présents dans le bouillon fermenté. Des tests ont été successivement effectués en fioles Erlenmeyer agités de 300 mL et dans des fermenteurs de 5L à 7L de capacité dans l’optique d’étudier l'impact de certains paramètres d’opération (ex. concentrations en carbone/nutriments et mode d’alimentation discontinue) sur la production de PHA en utilisant Curpriavidus necator. Le surnageant de bouillons fermentés issus de différentes sources de carbone (telles que les boues secondaires de pâte et papiers et d’huiles de cuisson usagées) a été utilisé comme milieu culture au cours de la fermentation afin de déterminer l'impact sur la biomasse et la teneur en PHA. Les tests en Erlenmeyer (flacons agités) ont permis d’identifier les meilleures conditions d’opération qui ont été par la suite appliquées en bioréacteur. Différentes analyses ont été réalisées tels que la détermination des matières en suspension (MES), le dénombrement bactérien, l’estimation des huiles et l’accumulation du PHA. Lors des tests en fioles Erlenmeyer, les teneurs maximales en PHA de 23,4 et 25% (p/p) ont été enregistrées dans une dilution à 50% du surnageant issu du bouillon fermenté sans ajout de minéraux et dans une dilution de 25% sans ajout de minéraux. Une dernière étape a consisté à tester simultanément trois bioréacteurs respectivement alimentés avec les milieux de cultures suivants : i) 50%(v/v) du surnageant issu du bouillon fermenté + huiles de cuisson usagées et ce, sans ajout des minéraux à 0h (Fermenteur-A) ; ii) 50%(v/v) du surnageant issu du bouillon fermenté + huiles de cuisson usagées et ce, avec ajout de minéraux à 0h (Fermenteur-B) ; iii) 25%(v/v) du surnageant issu du bouillon fermenté + huiles de cuisson usagées avec un ajout de minéraux à 0h (Fermenteur-C). Le pH (6.8) et la température (30°C) et la concentration en oxygène dissous (30 – 50 %(v/v)) ont été contrôlés et maintenus constants lors de cette série d’expériences. Un rendement maximal de PHA a été obtenu au sein du Fermenteur-B. Les rendements du PHA enregistrés dans les Fermenteurs-A (3 L de volume utile), Fermenteur-B (3 L de volume utile) et Fermenteur-C (4 L de volume utile) sont respectivement de 59%, 76% et 41%.

 The widespread use of bioplastics can be affected by high production costs compared to conventional plastics. The cost of raw materials (carbon and nutrients) can account for up to 40% of the total production cost of bioplastics (PHA: Polyhydroxyalkanoate). Various studies have been carried out using residual carbon sources to reduce this production expense. In this perspective, this research was initiated to investigate the possibility of reusing nutrients and carbon from fermented broth. Fermentation was carried out using an excess carbon source and limiting nutrients. Subsequent to fermentation, the fermented broth was collected and centrifuged for solid/liquid separation. The biomass (solid fraction) was then dried and the PHA was extracted. The supernatant (liquid fraction) rich in nutrients and carbon was used as culture medium. Different fermentation strategies were carried out using residual nutrients present in the fermented broth. Tests were successively carried out in 300 mL Erlenmeyer flasks and in 5L to 7L capacity fermenters in order to study how certain operating parameters (e.g. carbon/nutrient concentrations and batch feeding mode) may affect PHA production using as strain Curpriavidus necator. The fermented broth’s supernatant obtained from different carbon sources (such as secondary pulp and paper sludge and waste cooking oil) was used as a culture medium during fermentation to determine the impact on biomass and PHA content. Erlenmeyer tests (shake flasks) enabled the selection of the best operating conditions, which were then implemented in bioreactor. Different analysis was performed such as determination of suspended solids (SS), cell count, oil estimation and PHA accumulation. In Erlenmeyers, maximum PHA levels of 23 and 25% (w/w) were respectively estimated in 50% supernatant dilution and 25% dilution, both without minerals. Finally, three bioreactors were simultaneously fed with the following culture media: i) 50% (v/v) supernatant + waste cooking oils with no minerals at 0h (Fermenter-A); ii) 50% (v/v) supernatant + waste cooking oils with minerals at 0h (Fermenter-B); iii) 25% (v/v) supernatant + waste cooking oils with minerals at 0h (Fermenter-C). The pH (6.8), temperature (30C) and dissolved oxygen concentration (30-50 %) were controlled and kept constant during this set of experiments. The highest PHA yield was obtained in Fermenter-B. The PHA yields obtained in Fermenter-A (3 L working volume), Fermentor-B (3 L working volume) and Fermentor-C (4 L working volume) were respectively as follow 59%, 76% and 41%.


identifier: Marimoutou, Maëva Marie-Josée  (2020). Étude d’un bassin de rétention en milieu agricole pour capter les polluants des eaux de surface.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 87 p.

subject:
bassin de rétention
contaminants agricoles
nutriments
pesticides
eaux de surface
lessivage
toxicité
retention ponds
agricultural contaminants
nutrients
surface water
leaching

abstract:
Dans une ère où l’agriculture ne cesse de s’intensifier pour répondre à la demande d’une population en perpétuelle croissance, l’utilisation de fertilisants et de pesticides suit également cette tendance. Ces fertilisants, principalement composés d’azote et de phosphore, peuvent provoquer des bouleversements dans les écosystèmes aquatiques et détériorer la qualité de l’eau. Les pesticides, une fois retrouvés en milieu aquatique, peuvent pour leur part présenter des effets toxiques sur les organismes non ciblés. Ce projet de recherche visait à évaluer l’efficacité d'un bassin de rétention en milieu agricole à réduire l’apport de nutriments, de pesticides et de MES dans la rivière Nicolet, tributaire du lac St-Pierre qui se jette dans le fleuve St-Laurent. Les objectifs spécifiques étaient 1) d’évaluer la dynamique des contaminants dans l’eau et les sédiments du bassin en réponse aux précipitations, 2) d’évaluer la toxicité de l’eau du bassin sur le microcrustacé Daphnia magna et la microalgue Raphidocelis subcapitata, ainsi que la toxicité des sédiments sur l’amphipode Hyalella azteca, et 3) d’évaluer l’efficacité du bassin à réduire le phosphore total, l’azote total, la contamination fécale, la toxicité chez la microalgue R. supcapitata, les MES et les pesticides. Dans l’eau du bassin, les concentrations maximales des différents contaminants ont été observées un à deux mois après l'application de pesticides et d'engrais ainsi que pendant les mois de fortes pluies. Des effets toxiques n’ont été observés que dans l’eau du bassin chez la microalgue R. subcapitata, les MES semblant être le facteur influençant la toxicité. Par ailleurs, le bassin n'a pas été efficace pour réduire cette toxicité mais également la contamination fécale et les pesticides. Cependant, les MES, le phosphore total (PT) et l’azote totale (NT) ont été réduits respectivement par 67, 38 et 10% en 2018, et par 79, 53 et 37% en 2019. Enfin, les pourcentages d'élimination des nutriments étaient fortement sousestimés lorsque le calcul de l’abattement était basé uniquement sur les concentrations. Lorsque calculés en fonction des charges, la réduction a atteint 100% pour les MES et 97% pour le PT et l’NT en 2019. Ainsi, les bassins de rétention semblent être une approche efficace pour réduire les fertilisants des rivières drainant des zones agricoles. Toutefois, les résultats indiquent que les bassins de rétention semblent inefficaces pour éliminer les pesticides contrairement aux milieux humides, mais que cette efficacité pourrait être sous-estimée étant donné que le calcul n’a pas pu se baser sur les charges.

 The use of fertilizers and pesticides is increasing as agriculture is intensifying, to meet the demand of a constantly growing population. Excessive transfer of nitrogen and phosphorus to aquatic ecosystems can cause a disruption in the ecological services they provide through a deterioration of water quality. Moreover, pesticides making their way to aquatic systems can have toxic effects on non-target organisms. The purpose of this research project is to evaluate the efficiency of an agricultural retention basin in reducing the supply of nutrients, pesticides and suspended solids (SS) to the Nicolet River, which is a tributary of Lake St. Pierre in the St. Lawrence. The specific objectives were 1- to study the behavior of pollutants in pond water and sediments and their response to precipitation, 2- to evaluate the toxicity of the pond water on the microcrustacean Daphnia magna and microalgae Raphidocelis subcapitata, as well as the toxicity of the pond sediment on the amphipod Hyalella azteca, and 3- to evaluate the removal of phosphorus, nitrogen, fecal contamination, toxicity for the algae, SS and pesticides by the pond. Peak concentrations of the various contaminants occurred 1 to 2 months after the application of pesticides and fertilizers, and during the months of highest rainfall. Toxic effects were only observed for the water on the microalgae R. subcapitata, with SS apparently influencing the toxicity. Moreover, the pond was not effective in removing this toxicity also for fecal contamination (X%) and pesticides. However, SS, total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) were respectively reduced by 67, 38 and 10% in 2018, and by 79, 53 and 37% in 2019. Finally, nutrient removal was underestimated when only concentrations were taken into account in the abatement calculation. When calculated using loads, removal reached 100% for the SS, and 97% for TP and TN. The use of retention ponds thus seems an efficient approach to reduce fertilizers in rivers draining agriculture areas. However, the results indicate that retention ponds appear to be ineffective in removing pesticides in contrast to wetlands, but that this effectiveness may be underestimated since the calculation could not be based on loads.


identifier: Metahni, Sabrine  (2020). Détermination de volumes de sols contaminés par des métaux, du pentachlorophénol et des dioxines et furanes et prédiction des performances d’une filière de traitement.  Thèse.  Québec, Doctorat en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 195 p.

subject:
sol contaminé
métaux
PCDD/F
simulations
procédé hydrométallurgique
évaluation technico-économique
prédictions
contaminated soil
metals
PCDD/F
simulations
hydrometallurgical process
techno-economic evaluation
predictions

abstract:
Au cours des dernières décennies, le nombre de sites contaminés par des composés inorganiques et/ou organiques a considérablement augmenté. Par conséquent, les défis liés à réhabilitation des sites contaminés sont devenus omniprésents dans le monde entier en raison des risques sanitaires graves qu’ils représentent, ainsi que des coûts de remédiation impliqués. Les sites de stockage de bois traité sont un exemple de site à contamination mixte. La coexistence de métaux lourds avec des composés organiques dans les sites de stockage de bois traité est le résultat de l’utilisation d’agents de préservation du bois contre les insectes, les champignons et les conditions météorologiques. Au cours des dernières années, les agents de préservation les plus couramment utilisés étaient le pentachlorophénol (PCP), un agent de préservation principalement composé de PCP et de traces de dioxines et furannes (PCDD/F), ainsi que l’arséniate de cuivre chromaté (ACC) composé principalement d’As, de Cr et de Cu. L’objectif de ce doctorat était de mieux comprendre la distribution spatiale des contaminants organiques (PCP et PCDD/F) et inorganiques (As, Cr et Cu) présents dans les sites de stockage de bois traité à l’aide d’une approche géostatistique. De plus, cette recherche avait pour but d’étudier les performances d’une filière de décontamination hydrométallurgique, à l’échelle pilote et, en fonction des résultats, de réaliser une étude technico-économique approfondie du procédé développé, afin de démontrer sa rentabilité par rapport aux autres méthodes de décontamination présentes sur le marché. Finalement, ce projet visait à élaborer un modèle de prédiction des performances du procédé hydrométallurgique qui aiderait à la prise de décision et au choix de la meilleure stratégie de réhabilitation pour ce site. Dans le cadre de ce projet, diverses méthodes d'interpolation (méthode des polygones de Thiessen (PT), méthode de l’inverse des distances (IDW), krigeage ordinaire (KO), ainsi que des simulations séquentielles gaussiennes (SSG)) ont été utilisées pour mieux comprendre la distribution spatiale de l’As, du Cr, du Cu, du PCP et des PCDD/F présents sur un site de stockage de bois traité. Les résultats ont montré que le (KO) était un meilleur estimateur de la moyenne et était plus avancé par rapport aux deux autres méthodes d'interpolation (TP et IDW). Cependant, il est apparu que les SSG avaient le même pouvoir que le KO, mais ont permis également de déterminer les probabilités de dépassement des seuils réglementaires de contamination. Par la suite, l’efficacité d'un procédé de décontamination hydrométallurgique mis au point pour éliminer simultanément la contamination mixte des sols industriels a été évaluée à l'échelle pilote, de même que les coûts d'exploitation associés à ce procédé pour définir la meilleure approche d'assainissement. Les résultats ont montré que le traitement des fractions grossières (> 0,250 mm) de 40 kg de sol par attrition en mode contre-courant a permis d'éliminer 17 à 42 % d'As, 3 à 31 % de Cr, 20 à 38 % de Cu, et 64 à 75 % des PCDD/F. Des éliminations de 60 % pour l’As, 2,2 % pour le Cr, 23 % pour le Cu et 74 % pour les PCDD/F ont été obtenues lors du traitement des boues d'attrition (<60 0,250 mm) par lixiviation basique. Cependant, les résultats de l'évaluation technico-économique, réalisée sur une usine fixe d'une capacité de traitement annuelle de 7 560 tonnes de sols traités (tst), ont montré que les coûts globaux estimés pour le processus d'attrition seul (scénario 1) (451 $CAN/tst) étaient inférieurs aux coûts du procédé, qui comprend en outre une étape de lixiviation basique pour traiter les boues d'attrition scénario 2) (579 $CAN/tst). Cette évaluation technico-économique a également montré que le procédé devient compétitif avec les options actuelles de traitement (désorption thermique et mise en décharge - 600 $CAN/tst) à partir d'une certaine capacité de traitement, qui est d'environ 3 465 tst/an pour le scénario 1 et 6 930 tst/an pour le scénario 2. Finalement, une nouvelle approche pour prédire les performances du procédé hydrométallurgique a été développée. Ce procédé de remédiation consiste en une étape d'attrition appliquée aux fractions grossières (> 0,250 mm) du sol et une étape de lixiviation basique appliquée à la fraction fine (<60 0,250 mm) du sol. Tout d'abord, un modèle de « distribution granulométrique des contaminants – CGD » a été établi à partir des analyses granulochimiques effectuées sur cinq points d'échantillonnage sélectionnés et collectés sur le site contaminé pour estimer les niveaux de contamination métallique et organique (PCP, PCDD/F) dans les fractions grossières (> 0,250 mm) et les fractions fines (<60 0,250 mm) d’un ensemble de 24 échantillons, afin de réduire les coûts d'analyse. Ensuite, la précision du modèle CGD a été évaluée en utilisant la validation croisée pour chaque contaminant dans les deux fractions. Par la suite, le modèle CGD, les simulations séquentielles gaussiennes (SGS) et les régressions linéaires ont été combinés pour prédire la performance du procédé d'attrition appliqué aux fractions grossières (> 0,250 mm) du sol et pour prédire la performance du procédé de lixiviation appliqué à la fraction fine ((<60  0,250 mm) du sol pour enlever simultanément l’As, le PCP et les PCDD/F du sol contaminé. Les résultats ont montré que le procédé d'attrition était assez efficace pour réduire les teneurs en contaminants en dessous des normes réglementaires afin de permettre une utilisation industrielle du site réhabilité, sachant que la fraction grossière de ces sols représente en moyenne 84 ± 2 % du sol entier. Cependant, le procédé de lixiviation s'est révélé inefficace pour décontaminer la fraction fine ((<60  0,250 mm) du sol, qui représente en moyenne 14 ± 1 % du sol entier. Ces résultats permettent d'établir la stratégie de réhabilitation la plus adaptée à ce site et fournissent une référence méthodologique pour des études similaires en évaluation de risques.

During the last decades, the number of sites contaminated with inorganic and/or organic compounds dramatically increased. Therefore, challenges related to the rehabilitation of contaminated sites are becoming ubiquitous around the globe because of the serious health risks they represent as well as the significant costs involved. Treated wood storage sites are an example of sites of mixed contamination. The coexistence of heavy metals and organic compounds in treated wood storage sites are the result of the use of preservative agents to protect wood against insects, fungi and weathering conditions. Over the last years, the most commonly used preservative agents were Pentachlorophenol (PCP) preservative agent mainly composed of PCP and some trace of dioxins and furans (PCDD/F) as well as Chromated Copper Arsenate (CCA) preservative agent mainly composed of As, Cr and Cu. The objective of this work was to better understand the spatial distribution of organic (PCP and PCDD/F) and inorganic (As, Cr and Cu) contaminants present in teated wood storage sites using a geostatistical approach. To study the performance of a hydrometallurgical decontamination process at pilot scale, and depending on the results, to carry out a techno-economic evaluation of the process developed in order to demonstrate its profitability compared to the other present decontamination methods on the market and finally to develop a model for predicting the performance of the hydrometallurgical process which would help decision-making and choice of the best rehabilitation strategy for this site. In the framework of this project, various interpolation methods [Thiessen Polygon (TP) method, inverse of distance (IDW) method, ordinary kriging (OK), as well as sequential Gaussian simulations (SGS)] were used to better understand the spatial distribution of As, Cr, Cu, pentachlorophenol (PCP) and dioxins and furans (PCDD/F) found onto a specific industrial site. The results showed that ordinary kriging (OK) was a better estimator of the mean and was more advanced compared to the two other methods of interpolation (TP and IDW). However, it appeared that SGS has the same power than OK but it also permitted to calculate a reliable value of the probabilities of exceeding regulatory cut-offs of contamination. Subsequently, the effectiveness of a hydrometallurgical decontamination process developed to simultaneously remove mixed contamination of industrial soils was evaluated at the pilot-scale, as well as operating costs associated to that process to define the best remediation approach. The results showed that the treatment of the coarse fractions (> 0.250 mm) of 40 kg of soil by attrition in countercurrent mode allowed the removal of 17–42 % of As, 3–31 % of Cr, 20–38 % of Cu, and 64–75 % of PCDD/F. Removals of 60 % for As, 2.2 % for Cr, 23 % for Cu, and 74 % for PCDD/F were obtained during the treatment of attrition sludge (<60 0.250 mm) by alkaline leaching process. However, the results of the techno-economic evaluation, carried out on a fixed plant with an annual treatment capacity of 7 560 tons of soil treated (tst) showed that the estimated overall costs for the attrition process alone [scenario 1] (CAD$ 451/tst) were lower than the costs of the process, which additionally includes an alkaline leaching step to treat attrition sludge [scenario 2] (CAD$ 579/tst). This techno-economic evaluation also showed that the process becomes competitive with current disposal options (thermal desorption and landfilling – CAD$ 600/tst) from a certain treatment capacity, which is around of 3 465 tst/yr for the scenario 1 and 6 930 tst/yr for the scenario 2. On the other hand, the techno-economic evaluations are crucial to selecting feasible decontamination process for a soil remediation project, with considerations of the type of contamination, site characteristics and cost effectiveness. Finally, a new approach to predict the performance of the hydrometallurgical process was developed. This remediation process consists on an attrition step applied to the coarse fractions (> 0.250 mm) and an alkaline leaching step applied to the fine fraction (<60 0.250 mm). First, a “contaminant granulometric distribution - CGD” model has been established from granulochemical analyzes performed on five selected sampling points collected from the contaminated site to estimate levels of metallic and organic (PCP, PCDD/F) contamination in the coarse (> 0.250 mm) and fine fractions (<60 0.250 mm) of the entire samples (24), in order to reduce analytical costs. Then, the accuracy of the CGD model was evaluated using cross-validation for each contaminant in both fractions. Thereafter, CGD model, sequential Gaussian simulation (SGS) and linear regressions have been combined to predict the performance of attrition process applied to the coarse soil fractions (> 0.250 mm) and to predict the performance of leaching process applied to fine soil fractions (<60 0.250 mm) to simultaneously remove As, PCP and PCDD/F from contaminated soil. The results showed that the attrition process was quite effective to remove the contaminants below the regulation standards to allow an industrial use of the rehabilitated site, knowing that the coarse fraction of these soils represents an average of 84 ± 2 % of the entire soil. However, the leaching process has proved ineffective in decontaminating fine fraction (<60 0.250 mm), which represents on average 14 ± 1 % of the entire soil. These results make it possible to establish the most suitable strategy for this site and provide a methodology reference for similar studies in risk assessment.


identifier: Charron, Simon  (2020). Évolution des discours institutionnels concernant les parcs et les espaces verts de la région montréalaise de 1953 à 2002.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en études urbaines, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 135 p.

subject:
représentations sociales
parcs
espaces verts
Montréal
équité environnementale
social representations
parks
green spaces
Montreal
environmental equity

abstract:
Cette recherche s’intéresse aux représentations sociales des parcs et des espaces verts montréalais véhiculées dans les discours des acteurs institutionnels dans une perspective historique. L’objectif est de documenter les représentations sociales des parcs et des espaces verts montréalais de la création du Service des parcs de Montréal en 1953 à la fusion municipale des villes de l’île de Montréal en 2002. La méthodologie repose sur une recherche documentaire et sur une analyse thématique des discours recueillis. L’analyse permet de distinguer trois grandes périodes. La première (1953-1966) est dominée par le thème du loisir récréatif avec l’objectif de favoriser le développement des enfants. Durant la deuxième période (1967-1991) s’impose le thème de la qualité de vie dans l’optique de limiter l’étalement urbain et de lutter contre ses effets indésirables sur la ville-centre. La troisième période (1992-2002) est marquée par le thème du développement durable avec l’optique d’améliorer la qualité des milieux de vie et d’augmenter l’attrait touristique de certains parcs. L’analyse révèle aussi les différentes fonctions que les acteurs attribuent aux parcs et aux espaces verts montréalais au fil du temps: ces derniers sont d’abord considérés comme des lieux de loisir et d’éducation, puis de culture et finalement de protection de l’environnement. Ce mémoire se penche également sur la présence dans les discours institutionnels de préoccupations concernant la répartition équitable des parcs et espaces verts sur le territoire de Montréal. Les résultats démontrent qu’à travers le temps, certains acteurs institutionnels se révèlent plus sensibles aux enjeux de répartition plus équitable des parcs.

 This research focuses on the social representations of Montreal's parks and green spaces conveyed in the discourses of institutional actors from a historical perspective. The objective of this research is to document the social representations of Montreal's parks and urban green spaces from the creation of the Service des parcs de Montréal in 1953 to the merger of the cities of the island of Montreal in 2002. The methodology is based on a documentary research and a qualitative content analysis of the collected discourses. The analysis allows to distinguish three main periods. The first period (1953-1966) is dominated by the theme of recreation and leisure and the purpose of stimulating children's development. During the second period (1967-1991), the theme of quality of life was introduced with the objective of limiting urban sprawl and tackling its undesirable effects on the city centre. The third period (1992-2002) is characterized by the theme of sustainable development with the aim of improving the quality of neighbourhood life and increasing the tourist appeal of certain parks. The analysis also reveals the different functions attributed to Montreal's parks and urban green spaces by institutional actors over time: they are considered as recreational and educational places, than cultural places and, finally, places of environmental protection. In addition, this master thesis examines the extent to which institutional discourse reflect concerns for the equitable distribution of parks and green spaces in Montreal. The results illustrate that, over time, some institutional actors have demonstrated a greater sensitivity to the challenges of a more equitable distribution of parks.


identifier: Cruz Crespo, Raquel  (2020). Un programme de résidence d’artistes et son impact : le cas de la Résidence des Amériques du conseil des arts de Montréal.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en pratiques de recherche et action publique, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 137 p.

subject:
transfert
mobilisation
connaissances
résidences d’artistes
évaluation
transfer
mobilization
knowledge
artist residency
evaluation

abstract:
Le présent essai fait état d’une expérience de stage et de recherche menée dans le cadre du programme de maîtrise en Mobilisation et transfert des connaissances (MOB). Le stage a été accueilli par la Fonderie Darling, organisme à but non lucratif dont le mandat est de soutenir et faire la diffusion de l’art contemporain. Le stage, encadré conjointement par les champs de la recherche et de la pratique, s’inscrit dans le dixième anniversaire de la Résidence des Amériques du Conseil des Arts de Montréal, programme de résidence d’artistes co-administré par la Fonderie Darling et le Conseil des Arts de Montréal. Ses objectifs concernent la réflexion sur les processus, les relations et les pratiques enracinées au cœur de la résidence. Nous nous sommes intéressées notamment aux relations Nord-Sud entourant ce programme et au rapport avec la diaspora latino-américaine. Toutefois, l’attention s’est concentrée principalement sur la question de ce que produit une résidence, ainsi que sur la façon dont elle est évaluée. Ce mandat de stage a conduit à la conception de deux produits de recherche — un rapport de consultation et une fiche synthèse des résultats de recherche — et de deux activités de transfert de connaissances — un webinaire à trois dans le milieu académique et une rencontre numérique avec divers intervenants de la pratique — qui permettent de vérifier la place de la recherche dans le domaine de la pratique, ainsi que la pertinence de la mobilisation des connaissances au cœur du milieu de l’art contemporain. Enfin, ce travail questionne le rôle essentiel de l’agent d’interface lors du passage de la recherche à l’action, ainsi que les particularités de ce processus au sein d’un organisme éloigné des pratiques de recherche.

 This essay reports the results of an internship and research experience completed as part of an MA program Mobilisation et transfert des connaissances (MOB). The internship was hosted by the Darling Foundry, a non-profit organization whose mandate is to support and disseminate contemporary art. The internship, doubly framed by theoretical and field research, is situated in the context of the tenth anniversary of the Résidence des Amériques du Conseil des Arts de Montréal, artist residency program co-administered by the Darling Foundry and the Conseil des Arts de Montréal. Its objectives concern reflection on the processes, relationships, and practices rooted in the core of the art residency. We were particularly interested in the North-South relations surrounding this program, and in the relationship with the Latin American diaspora in Montreal. However, attention has been paid to the results of this artist residency program, as well as to how it was evaluated. The internship mandate is accomplished in the creation of two research products - a consultation report and a summary sheet of research results - and two knowledge transfer activities - a three way webinar between students in the academic world and a digital meeting with various actors involved in the practice milieu - that allow us to verify the place of research in the field of practice, as well as the relevance of knowledge mobilization at the heart of the contemporary art milieu. Finally, this work refers to the essential role of the interface agent during the transition from research to action, and the specifics of this process within an organization aloof from research practices.


identifier: Ben Fadhel, Yosra  (2020). Développement des systèmes d’encapsulation des composés naturels bioactifs pour application alimentaire  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 193 p.

subject:
Microencapsulation
nanotechnologie
nanotechnology
nanoémulsion
nanoemulsion
nanoliposome
biopolymère
pathogènes alimentaires
qualité des aliments
Légumes prêts à manger
produit de boulangerie
contamination
durée de conservation
biopolymer
food pathogens
food quality
Ready-to-eat vegetables
bakery product
contamination
shelf-life

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.

L’industrie de transformation des aliments est très florissante. La recherche de nouveaux produits est en constante évolution, parfois dans le but d'augmenter la diversité de la gamme offerte, de satisfaire un besoin des consommateurs, de réduire la quantité des ingrédients utilisés ou simplement de minimiser le coût des aliments. Dû au changement du rythme de vie dans la société Nord-Américaine et Européenne, plusieurs nouveaux produits tels que les aliments prêts-à-manger et prêts-à-cuire sont de plus en plus présents sur les rayons de l’épicerie. Cependant, ces produits ont une durée de conservation très courte et peuvent facilement être contaminés, principalement à cause des différentes étapes de transformation. De plus, avec la mondialisation de l'industrie alimentaire, les distances parcourues par ces produits sont augmentées, ce qui augmente les risques de contamination et de dégradation. De ce fait, les antimicrobiens d’origine naturelle peuvent être une solution. Ils sont efficaces et ont une bonne réputation chez les consommateurs. En revanche, plusieurs défis gouvernent leur utilisation; d’une part, leur arôme fort et d’autre part, leur sensibilité et instabilité au cours du temps. Dans ce contexte, le premier but de ce projet est de développer des formulations antimicrobiennes à base d’un mélange de différents antimicrobiens naturels. De cette façon, nous pouvons créer une synergie entre les antimicrobiens et nous pouvons également réduire la dose nécessaire de chacun d’entre eux. Le deuxième but de ce projet est de développer des formes d’encapsulation permettant une utilisation adéquate des antimicrobiens naturels afin d'améliorer leur stabilité pour une application alimentaire (carottes précoupées et pain).

Afin d’atteindre ces buts, nous avons d’abord évalué l’activité antibactérienne et antifongique de 17 antimicrobiens naturels, y compris 15 huiles essentielles (HE) et dérivés et 2 extraits de végétaux contre Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium, Bacillus subtilis, Escherichia coli O157:H7, Salmonella Typhimurium, Aspergillus flavus, Penicillium chrysogenum et Candida albicans. À partir des résultats obtenus, nous avons pu concevoir des formulations à base d‘HE d‘origan, de cannelle, de deux espèces de citronnelle (Cymbopogon winterianus Cymbopogon flexuosus nommées lemongrass et citronnelle) et d’un mélange commercial d’extraits de citrus aurantium amara et citrus reticulata (Biosecur F440D) pour les tests d’encapsulation. Nous avons ensuite développé différentes matrices d’encapsulation des formulations antimicrobiennes développées précédemment incluant nanoémulsion, nanoliposome et émulsion gélifiée et nous avons également caractérisé les capsules obtenues.

Les résultats ont montré une amélioration de l’activité antibactérienne in vitro lorsque la formulation antimicrobienne est encapsulée dans une nanoémulsion ou dans une émulsion gélifiée. Lorsqu’appliquée sur la matrice alimentaire, l’émulsion gélifiée et le nanoliposome semblent être les plus efficaces à contrôler la qualité microbienne du pain. Toutefois, l’utilisation de la pectine comme matrice d’encapsulation était particulièrement efficace à améliorer l’activité antimicrobienne de l’émulsion contre L. monocytogenes et P. chrysogenum sur les carottes précoupées et contre A. flavus et B. subtilis sur le pain. La nanoémulsion est également efficace ; cependant, l’activité antimicrobienne est rapidement perdue due principalement à une libération rapide et à une dégradation des composés bioactifs. De plus, nous avons démontré que le mécanisme d’encapsulation varie selon le caractère hydrophile ou hydrophobe des composés encapsulés. D’un côté, l’encapsulation d’une émulsion à base de Biosecur F440D (hydrophile) dans une matrice de pectine a été conduite principalement par des liaisons hydrogène et par une élongation –CH. D’un autre côté, l’encapsulation d’une émulsion à base d’HE (lipophile) dans la matrice de pectine a été conduite par une forte élongation asymétrique –CH3 dans les groupes alkyles. En outre, les nanoliposomes avaient plus d'affinité pour encapsuler les composés hydrophiles que ceux lipophiles. L'incorporation de ces deux composés dans les nanoliposome a été réalisée notamment par une déformation antisymétrique éthylique, une déformation symétrique méthyle, une élongation P-O-C et une élongation symétrique PO2.

L’application de tels systèmes d’encapsulation sur les matrices alimentaires était efficace à augmenter la durée de conservation des aliments testés et à contrôler les microorganismes d’altération sans affecter négativement les propriétés physicochimiques des aliments.

En résumé, cette thèse a été entreprise pour développer des systèmes d’encapsulation comestibles pour une application dans le domaine alimentaire. Compte tenu de l’amélioration de la stabilité des antimicrobiens naturels, de leur activité biologique et de leur impact sur l’augmentation de la durée de conservation et de la salubrité du pain et des carottes précoupées, il devrait être intéressant de considérer ces méthodes d’encapsulation comme techniques permettant la commercialisation de ces antimicrobiens au niveau industriel. Ceci devrait être d'un grand intérêt pour remplacer les antimicrobiens synthétiques hautement controversés.

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.

The food processing industry is booming. The search for new products is constantly evolving, sometimes to increase the diversity of the offered range, to satisfy a consumer need, to reduce the quantity of ingredients used or simply to minimize the cost of food. Due to the change in the lifestyle in North American and European society, several new products such as ready-to-eat and ready-to-cook dishes are put on the shelves of the grocery stores. However, these products have a very short shelf-life and can easily be contaminated mainly due to the different processing steps. On the other hand, with the globalization of the food industry, the distances traveled by these products are increased, which increases the risks of contamination and degradation. Natural antimicrobials may be a solution. They are effective and well perceived by consumers. However, several challenges govern their use; especially their strong aroma and their sensitivity and instability. Therefore, the first goal of this work is to develop antimicrobial formulations based on a mixture of different natural antimicrobials. In this way, we can create a synergy between the antimicrobials and we can also reduce the necessary dose of each. The second goal of this work is to develop encapsulation forms allowing an adequate use of natural antimicrobials to improve their stability for food application (pre-cut carrots and bread).

The antibacterial and antifungal activities of 17 natural antimicrobials including 15 essential oils (EO) and derivatives and 2 plant extracts were evaluated against Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecium, Bacillus subtilis, Escherichia coli O157: H7, Salmonella Typhimurium, Aspergillus flavus, Penicillium chrysogenum and Candida albicans. From the obtained results, formulations based on EO of oregano, cinnamon, two lemongrass species (Cymbopogon winterianus Cymbopogon flexuosus and named citronella and lemongrass respectively) and commercial mixture of citrus aurantium amara and citrus reticulata (Biosecur F440D) were developed for the encapsulation tests. The encapsulation of the antimicrobial formulations previously developed in different matrices including nanoemulsion, nanoliposome and gelled emulsion has been developed and the obtained capsules have also been characterized. The results showed an improvement in antibacterial activity in vitro, when the antimicrobial formulation was encapsulated in a nanoemulsion or in a gelled emulsion. When applied to the food matrix, the gelled emulsion and the nanoliposome seem to be the most effective for controlling microbial quality on bread. The use of pectin as an encapsulation matrix was particularly efficient to improve the antimicrobial activity of the emulsion against L. monocytogenes and P. chrysogenum on pre-cut carrots and against A. flavus and B. subtilis on bread. The nanoemulsion was also effective; however the antimicrobial activity was rapidly lost mainly due to rapid release and degradation of the bioactive compounds. Indeed, we demonstrated that the mechanism of encapsulation varies according to the hydrophilic or hydrophobic nature of the encapsulated compounds. On the one hand, the encapsulation of an emulsion based on Biosecur F440D (hydrophilic) in a pectin matrix was carried out mainly by hydrogen bonds and -CH stretching. On the other hand, when the emulsion is based on essential oils (lipophilic), encapsulation was carried out by a strong asymmetric stretching - CH3 in the alkyl groups. Moreover, nanoliposomes had more affinity to encapsulate hydrophilic compounds than lipophilic ones. The incorporation of both compounds in nanoliposome was carried out in particular by ethyl antisymmetric deformation, methyl symmetrical deformation, P-O-C stretch and PO2 symmetrical stretch.

The application of such encapsulation systems to food matrices was effective in increasing the shelf-life of food and controlling spoilage microorganisms without adversely affecting the physicochemical properties of the commodity.

In summary, this thesis was undertaken to develop edible encapsulation systems for food applications. Given the valuable improvement in the stability of natural antimicrobials, their biological activity and their impact on the application of shelf-life and the safety of bread and pre-cut carrots, it should be interesting to consider these encapsulation methods as techniques allowing the commercialization of these antimicrobials at the industrial level. This should be of great interest to replace the highly controversial synthetic antimicrobials.


identifier: Khabir, Marwa  (2020). Caractérisation de l’autophagie et de la sécrétion des exosomes lors de la réplication du virus d’hépatite delta (VHD)  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en virologie et immunologie, 218 p.

subject: VHD VHB autophagie exosome HDV HBV autophagy

abstract:
Le virus de l’hépatite B (VHB) est le principal agent étiologique responsable du cancer du foie à travers le monde. Actuellement, il est estimé que 257 millions d’individus sont chroniquement infectés par ce virus. Parmi ces individus, 17 millions sont également porteurs du virus de l’hépatite delta (VHD). Le VHD est un virus satellite qui requiert le VHB pour compléter son cycle de réplication. Une co-infection par les VHB et VHD aggrave significativement les risques de complications hépatiques chez les patients. Par conséquent, il est crucial de comprendre les facteurs de l’hôte qui favorisent la réplication de ces virus et l’établissement de leur chronicité. L’infection virale provoque un stress cellulaire qui pourrait induire différents processus biologiques tels que l’autophagie et la sécrétion des exosomes. Dans une première partie, nous avons analysé l’impact de la réplication de VHB et VHD sur l’autophagie. Nous avons étudié l’implication du processus autophagique dans le cycle de réplication du VHD en cas de mono-expression ou de co-expression avec le VHB. Nos résultats montrent que les protéines HBx et S-AgHBs induisent l’autophagie. De plus, les deux isoformes de l’antigène delta (AgHD), S-AgHD et L-AgHD, provoquent l’accumulation des autophagosomes et perturbent le flux autophagique. Nous avons exploité la technologie « CRISPR-Cas9 » pour générer des cellules « knockout » pour différents gènes autophagiques. Nos résultats montrent que la machinerie autophagique, spécifiquement les protéines impliquées dans les étapes d’élongation des autophagosomes, soit ATG7, ATG5 et LC3, est importante pour la sécrétion des virions du VHB. Cependant, la réplication intracellulaire du génome du VHB n’est pas affectée. Il est intéressant de noter que l’inhibition d’expression d’ATG5 provoque une diminution du niveau d’ARN viral intracellulaire du VHD. En revanche, dans les mêmes conditions, nous n’avons pas observé un effet additionnel sur la sécrétion du VHD (cette étude a été publiée dans « Journal of Virology »). Dans une seconde partie, nous avons étudié la possible transmission du VHD, indépendante du VHB, à travers les exosomes. Ainsi, nos résultats montrent que l’expression de protéines du VHD seules ou en association avec l’ARN du VHD (RNP) provoque une augmentation de la concentration des vésicules extracellulaires. De plus, nous avons constaté que les exosomes isolés des cellules qui expriment la ribonucléoprotéine, la S-AgHD et la L-AgHD contiennent l’AgHD sous les deux isoformes. Il était intéressant de montrer que les cellules Huh7 naïves incubées avec des exosomes purifiés de cellules qui expriment la ribonucléoprotéine accumulent l’ARN viral du VHD dans la cellule. En conclusion, d’une part, nous avons mis en évidence que les deux virus VHB et VHD profitent de la machinerie autophagique pour assurer leurs cycles de réplication. D’autre part, nous avons découvert que les composantes virales du VHD se retrouvent dans les exosomes. Par conséquent, le VHD pourrait propager entre les hépatocytes en absence du VHB et il pourrait aussi propager dans les PBMCs pour moduler la réponse immunitaire.

The hepatitis B virus (HBV) is the main etiological agent responsible for liver cancer worldwide. Currently, it is estimated that 257 million people are chronically infected with this virus. Among those people, 17 million are also carriers of the hepatitis Delta virus (HDV). The HDV is a satellite virus that requires HBV to complete its replication cycle. Co-infection with HBV and HDV increases significantly the risk of liver complications in patients. Therefore, it is crucial to understand the host factors that promote the replication of these viruses and the establishment of their persistence. The viral infection causes cellular stress which could induce various cellular processes such as autophagy and the secretion of exosomes. In the first part, we analyzed the impact of HBV and HDV replication on autophagy. We studied the implication of the autophagic process in the replication cycle of HDV in case of mono-expression or co-expression with HBV. Our results show that HBV proteins HBx and S-HBsAg induce autophagy. In addition, the two isoforms of the delta antigen (HDAg), S-HDAg and L-HDAg, cause the accumulation of autophagosomes and disrupt the autophagic flux. We exploited «CRISPR-Cas9» technology to generate «knockout» cells for different autophagic genes. Our results show that the autophagic machinery, specifically the proteins involved in the stage of elongation of the autophagosomes, namely ATG7, ATG5 and LC3, are important for the secretion of HBV virions. However, intracellular replication of the HBV genome is not affected. Interestingly, inhibition of ATG5 expression causes a decrease in the level of intracellular HDV RNA in our cell model. However, under the same conditions, we did not observe an additional effect on the secretion of HDV (This study was published in «Journal of Virology»). In the second part, we studied the putative transmission of HDV, independent of HBV, through exosomes. Our results show that the expression of HDV proteins, only or on association with the HDV RNA (RNP) causes an increase in the concentration of secreted extracellular vesicles. In addition, we found that exosomes isolated from cells that express HDV proteins (S-HDAg and L-HDAg) separately or on association with HDV RNA (RNP) harbor the two isoforms of HDAg. It was interesting to show that naïve Huh7 cells incubated with purified exosomes from cells that express RNP accumulate the viral RNA of HDV within the cell. In conclusion, on the one hand, we have highlighted that the two HBV and HDV viruses take advantage of the autophagic machinery to ensure their replication cycles. On the other hand, we discovered that the viral HDV components are found in the exosomes. Therefore, HDV could propagate to other hepatocytes in the absence of HBV or it could enter PBMCs cells to modulate the immune response.


identifier: Préville, Marilou  (2020). Modelling spinal muscular atrophy (sma) in zebrafish  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences expérimentales de la santé, 65 p.

abstract:
L’amyotrophie spinale (SMA) est une maladie neurodégénérative à transmission autosomale récessive. Elle représente la principal cause de décès infantile d’origine génétique et n’a présentement aucun traitement efficace. Cette maladie rare est caractérisé par une dégénérescence des neurones moteurs inférieurs de la moelle épinière qui mène à une faiblesse et une atrophie musculaire. Ceci est causé par une mutation dans le gène SMN1 sur le chromosome 5q13. Bien que la protéine SMN soit exprimé de façon ubiquitaire, les mécanismes sous-jacent les connections synaptiques défectueuses entre les neurones moteurs et les muscles et ultimement la dégénérescence de ces neurones sont encore très peu détaillés. La réduction d’un gène avec des morpholinos a été utilisés abondamment chez le poisson-zèbre. Toutefois, cette technique demeure controversé due à sa spécificité. Nous souhaitons donc générer un modèle de poisson-zèbre plus fiable et stable pour étudier SMA. À l’aide de CRISPR/Cas9, nous avons cibler le gène smn1 dans le poisson-zèbre pour créer un modèle knockout (KO). Nous avons identifié avec succès des mutants smn KO possédant une mutation causant un codon stop prématuré de 7 pb. Les niveaux de protéines Smn sont significativement réduite chez les mutants smn. De plus, les poissons mutants démontrent une activité locomotrice réduite comparé aux contrôles ainsi que des défauts au niveau des jonctions neuromusculaires et des défauts morphologiques grossiers. Avec ce nouveau modèle de poisson-zèbre SMA, nous souhaitons effectuer des analyses transcriptomiques ainsi que le criblage de médicaments. Cela pourrait permettre de trouver de nouvelles cibles thérapeutiques alternatives et aider à la compréhension de la pathogenèse de SMA ainsi que d’autres maladies neurodégénératives.

Spinal Muscular Atrophy (SMA) is an autosomal recessive neurodegenerative disease. It is the leading genetic cause of infant mortality for which there is currently no effective cure. This rare disease is characterized by a degeneration of lower alpha motoneurons of the spinal cord leading to muscle weakness and atrophy. It is caused by the deletion of SMN1 gene on chromosome 5q13. Although SMN is ubiquitously expressed, the mechanism underlying the defective synaptic connections between motoneurons and muscles and the ultimate degeneration of the motoneurons are still poorly understood. Morpholino oligonucleotides based knockdown are commonly used in zebrafish to study SMA. However, the specificity of this technique is still controversial. Thus, we aim to generate a more reliable and stable model to study SMA. Using the CRISPR/Cas9 system, we targeted the zebrafish smn1 gene to create a knockout (KO) model. We successful identified a zebrafish smn KO mutant with a 7bp frameshift mutation. Smn protein levels were significantly reduced in our smn zebrafish mutants. These fish also displayed a significantly reduced locomotion compared to controls as well as NMJ defects and gross morphological abnormalities. With an established new SMA zebrafish model, we wish to pursue transcriptomic analysis and drug screenings. This could help finding new pathways for alternative therapeutic strategies and for the understanding of SMA pathogenesis as well as neurodegenerative disease in general.


identifier: Tardif, Sarah  (2020). Criblage de la toxicité et du potentiel perturbateur endocrinien de plastifiants et d’ignifugeants émergents en culture organotypique de testicules foetaux de rat  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences expérimentales de la santé, 113 p.

subject:
Testicule foetal
plastifiants
retardateurs de flamme
culture organotypique
testostérone
cellules de Leydig
cellules de Sertoli
cellules germinales

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. Désignés comme perturbateurs endocriniens (PE) dans les dernières années, le bis (2-éthylhexyl) phtalate (DEHP), un plastifiant, et le 2,2'4,4'-tétrabromodiphényléther (BDE-47), un ignifugeant, sont actuellement réglementés et remplacés par des substituts dont la toxicité est inconnue. Trois substituts du DEHP, le phtalate de diisononyle (DiNP), l’adipate de diisodécyle (DIDA) et le diisobutyrate de 2,2,4-triméthyl-1,3-pentanediol (TXIB), et deux substituts du BDE-47, le phosphate de tributoxyéthyle (TBEP) et le phosphate de triphényle isopropylé (IPPP), ont été évalués et comparés aux produits qu’ils remplacent en utilisant un modèle de culture organotypique de testicules foetaux de rat. Les sécrétions journalières de testostérone basales et stimulées par la LH ont été mesurées par dosage immuno-enzymatique (ELISA). Après trois jours de culture, la densité et le taux de prolifération des principaux types de cellules testiculaires ont été analysés par immunofluorescence. À 10<sup>-5</sup>M, seul le MEHP a induit une diminution significative des sécrétions de testostérone, de la densité des cellules germinales et de la prolifération des cellules de Sertoli. Les résultats n’indiquent aucune preuve d’un potentiel PE et d’une toxicité marquée des substituts, mais devront être appuyés par davantage de réplicats afin de déterminer si d’autres études toxicologiques sont nécessaires.


identifier: Séguin, Olivier  (2020). Rôles différentiels des petites protéines de fusion membranaire snares lors de la biogenèse des vacuoles parasitophores induites par Leishmania  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en virologie et immunologie, 258 p.

subject:
Leishmania
macrophage
fusion membranaire
SNAREs
VAMP3
V-ATPase
présentation antigénique croisée
antigen cross-presentation
membrane fusion

abstract:
Leishmania est le parasite causant la leishmaniose, une maladie endémique dans près de 100 pays à travers le monde. Elle est présente sous forme viscérale, cutanée et mucocutanée selon l'espèce de Leishmania impliquée. Le parasite est phagocyté par les cellules immunitaires de son hôte mammifère suite à son injection par son vecteur, la mouche des sables. Pour survivre, le parasite modifie le phagosome en vacuole parasitophore (PV) qui peut être individuelle, petite et serrée autour du parasite (L. major), ou communale, large et volumineuse (L.amazonensis). Nous avons émis l'hypothèse que des petites protéines de fusion membranaire appelées SNAREs jouent un rôle différentiel lors de la biogenèse des deux types de PV. Nous avons d'abord établi que la vacuole communale de L. amazonensis recrute la membrane plasmique (SNAP23), les endosomes de recyclage (VAMP3), le réticulum endoplasmique (STX18) et le trans-Golgi (Vti1a) tout en fusionnant avec les lysosomes (LAMP1). D’autre part, seuls les endosomes tardifs (VAMP8) sont recrutés aux PV individuelles de L. major sans fusion avec les lysosomes, indiquant deux mécanismes de survie distincts. En infectant des macrophages dérivés de la moëlle osseuse (BMM) de souris Vamp3-/-, nous avons démontré une augmentation significative de la survie et du volume de la PV de L. amazonensis. Nous avons également observé une augmentation significative du recrutement de la sous-unité TCIRG1 du domaine V0 de la V-ATP-ase aux PV de L. amazonensis en absence de VAMP3. Le domaine V0 pourrait favoriser la fusion membranaire à la PV de L. amazonensis et jouer un rôle anti-inflammatoire. De plus, il est impliqué dans l'élargissement des PV de L. amazonensis en modulant l'homéostasie du cholestérol. Pour évaluer la capacité inflammatoire des BMMs Vamp3-/-, nous avons quantifié leur production d'oxyde nitrique (NO) suite à un traitement à l'interféron et au LPS. Cette production, et leur capacité à éliminer L. amazonensis se révéla réduite de moitié en absence de VAMP3. De plus, l'homéostasie du cholestérol est importante à la présentation antigénique au CMH-I. Nous avons trouvé, en absence de VAMP3, une présentation antigénique croisée augmentée. En conclusion, nos travaux mettent en évidence la participation de VAMP3 comme régulateur négatif de l'infection par L. amazonensis, ainsi que de la présentation antigénique croisée.

Leishmania is the parasite responsible for Leishmaniasis, a disease endemic in roughly 100 countries around the world. This disease can be visceral, cutaneous or mucocutaneous depending on the Leishmania species involved. Following the bloodmeal of its vector, the female sandfly, the parasite is quickly phagocytosed by its mammalian host immune cells. To survive, the parasite then transforms the phagosome into a parasitophorous vacuole (PV) that can be individual, small and tight around the parasite (L. major) or communal, large and spaceous (L. amazonensis). We proposed that SNAREs, little fusion proteins, are differentially inviolved during both PV types biogenesis. Using mice bone marrow derived macrophages (BMM) and fluorescent microscopy, we first established that L. amazonensis communal PV recruits SNAREs and membrane from the plasma membrane (SNAP23), the recycling endosome (VAMP3), the endoplasmic reticulum (STX18) and the trans-Golgi (Vti1a) with fusion with the lysosomes (LAMP1). On the other hand, only the late endosomes (VAMP8) accumulate on L. major individual PV without fusion with the lysosomes, indicating two different survival mechanisms. Using Vamp3-/- BMMs, we found that, in the absence of VAMP3, the viability of L. amazonensis and the volume of its PV doubled. We also observed a highly significative recruitment of the TCIRG1 subunit of the V0 of the V-ATPase. The V0 was previously proposed to act as a membrane fusion promoter and as an inhibitor of the inflammatory response. It was also shown to control L. amazonensis PV biogenesis via cholesterol homeostasis. We verified the inflammatory capacity of IFN-ɣ and LPS stimulated Vamp3-/- BMMs through nitric oxide (NO) quantification. We found that their NO production and their ability to eliminate L. amazonensis was reduced by roughly 50%. Cholesterol homeostasis also plays a role during antigen presentation to MHC-1. We found that antigen cross-presentation was augmented in the absence of VAMP3 during Leishmania infection. In conclusion, our work demonstrates the participation of VAMP3 as a negative regulator in L. amazonensis infection as well as a negative regulator of antigen cross-presentation.


identifier: Rwigemera, Arlette  (2020). Caractérisation des acteurs de la reprogrammation épigénétique dans les cellules germinales foetales du rat mâle et de l’influence d'un xénoestrogène pur, l'éthinylestradiol  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 276 p.

subject: reprogrammation épigénétique

subject: méthylation de l’ADN

subject: gonocytes

subject: xénoestrogènes

subject: éthinylestradiol

subject: culture organotypique

subject: epigenetic reprogramming

subject: DNA methylation

subject: xenoestrogens

subject: ethinylestradiol

subject: organ culture

abstract:
La reprogrammation épigénétique est une étape essentielle du développement des cellules germinales caractérisée par une perte suivie d’un regain de la méthylation de l’ADN (5mC) permettant d’établir l’empreinte génomique et d’assurer la différenciation cellulaire. Il a été suggéré que cette reprogrammation serait la cible de perturbateurs endocriniens à caractère oestrogénique mais leurs effets immédiats sur cette reprogrammation sont peu connus. Nous avons utilisé le rat qui est l’espèce de choix pour des études toxicologiques et caractérisé les événements de la reprogrammation épigénétique très peu décrit dans cette espèce. Notre analyse de la cinétique de 5mC indique que la méthylation de novo du génome, incluant le gène à empreinte H19, débute à 20.5 jours post-coïtum (jpc) in vivo. L’étude des dynamiques d’expression de 165 enzymes modulant la 5mC et les modifications post-traductionnelles des histones (méthylation, acétylation et ubiquitination) pendant le développement périnatal des gonocytes montre un remodelage de la chromatine médiée par des variations de modifications post-traductionnelles d’histones lors de la reméthylation de l’ADN. L’analyse comparative des dynamiques de 6 modifications d’histones dans les gonocytes et ovogonies à différents stades de développement couvrant la phase de méthylation de novo chez le mâle identifie trois modifications d’histones (H3K4me3, H3K27me3 et H2AK119Ub) variant spécifiquement dans les gonocytes mâles suggérant qu’elles jouent un rôle dans la méthylation de novo. Nous montrons que la culture organotypique des testicules foetaux de rat reproduit la cinétique in vivo de trois marques épigénétiques (5mC, H3K4me2 et H3K4me3) sans besoin de facteurs exogènes validant ainsi son utilisation pour investiguer l’action d’un xénoestrogène sur la reprogrammation épigénétique. Le traitement de trois jours avec un agoniste pur des récepteurs aux oestrogènes, l’éthinylestradiol (EE2), sur des testicules explantés avant la reméthylation de l’ADN (18.5 jpc + 3 jours) n’affecte pas le niveau global de 5mC, H3K4me2 et H3K4me3 mais altère la méthylation de 433 régions dans les gonocytes traités comparativement aux témoins. Ces données suggèrent que l’éthinylestradiol n’a pas des effets globaux sur les trois marques épigénétiques étudiées mais induit des altérations spécifiques du méthylome des gonocytes. L’étude transcriptomique des gonocytes et des cellules somatiques révèle que 72 et 177 gènes sont différentiellement exprimés après traitement. Ceci suggère que les gonocytes ne seraient pas la première cible de l’éthinylestradiol. Toutefois, l’EE2 altère l’expression des ARNs non-codants et des récepteurs olfactifs qui sont transcriptionnellement régulés par des mécanismes épigénétiques suggèrant que l’éthinylestradiol peut affecter des mécanismes épigénétiques autres que la méthylation de l’ADN.

Epigenetic reprogramming is an essential step of germ cells development, characterized by a loss followed by regain of DNA methylation (5mC), which allows the establishment of genomic imprint and ensure cell differentiation. It has been suggested that this reprogramming may be the target of estrogenic endocrine disruptors, but little is known about their direct effects on this reprogramming. We used the rat which is the species of choice for toxicological studies and characterized the events of epigenetic reprogramming that are not well studied in rat gonocytes. Our analysis of the kinetics of 5mC indicates that de novo methylation of the genome, including the imprinted gene H19, begins at gestational day 20.5 (GD) in vivo. Study of the expression dynamics of 165 enzymes modulating DNA methylation and post-translational histone modifications (methylation, acetylation and ubiquitination) during gonocytes perinatal development shows a remodeling of the chromatin mediated by variations in post-translational histone modifications at the time of DNA remethylation. Comparative analysis of the dynamics of 6 histone modifications in gonocytes and oogonia at different developmental stages covering de novo methylation has allowed the identification of three histone modifications (H3K4me3, H3K27me3 and H2AK119Ub) varying specifically in male gonocytes suggesting that they play a role in de novo methylation. We showed that rat fetal testes organ culture reproduces in vivo kinetics of three epigenetic marks (5mC, H3K4me2 and H3K4me3) without the need for exogenous factors thereby validating its use to investigate the actions of a xenoestrogens on epigenetic reprogramming. The three-day treatment with a pure estrogen receptor agonist, ethinylestradiol, on testes explanted before DNA remethylation (GD18.5 + 3 days) does not affect the overall level of 5mC, H3K4me2 and H3K4me3 but alters the methylation of 433 regions in the treated gonocytes compared to the controls. These data suggest that ethinylestradiol does not disrupt the onset of DNA remethylation. The transcriptomic analysis revealed that 72 and 177 genes were differentially expressed in gonocytes and somatic cells, respectively, suggesting that gonocytes would not be the primary target of ethinylestradiol. Nonetheless, EE2-induced alterations in transcription of non-coding RNAs and olfactory receptors which are transcriptionally regulated by epigenetic mechanisms which suggests that ethinylestradiol may affect epigenetic mechanisms other than DNA methylation.


identifier: Colléau, Élise  (2020). Géochimie et âge de l’eau souterraine en Estrie en relation avec les problématiques en arsenic et manganèse et la vulnérabilité des puits d’approvisionnement.  Mémoire.  Québec, Maîtrise en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 298 p.

subject:
eau souterraine
Appalaches
géochimie
temps de résidence
hydrogéologie régionale
arsenic
manganèse
vulnérabilité
puits d’approvisionnement
groundwater
Appalachians
geochemistry
residence time
regional hydrogeology
manganese
vulnerability
supply wells

abstract:
La caractérisation de la géochimie et des temps de résidence des eaux souterraines en Estrie (10 695 km² ) a permis d’améliorer la compréhension de ce système aquifère régional appalachien. L’écoulement de l’eau souterraine se fait régionalement dans le roc fracturé et localement dans les sédiments accumulés dans des vallées enfouies. Le portrait géochimique des eaux souterraines a été établi à partir d’une analyse multivariée de 19 paramètres physicochimiques pour 219 puits. Huit groupes d’eau sont ressortis de l’analyse ascendante hiérarchique et leur composition géochimique est expliquée par l’analyse en composante principale. Ces groupes d’eau forment deux classes distinctes : les eaux de recharge et les eaux évoluées géochimiquement. Certains groupes d’eau de recharge sont impactés par les activités anthropiques (urbaines et agricoles). Les eaux plus évoluées et l’eau de recharge la plus impactée par les activités anthropiques présentent des teneurs élevées en arsenic et manganèse liées à des conditions alcalines et réductrices. Pour l’eau potable, la concentration maximale acceptable de 0,01 mg/L pour l’arsenic est dépassée dans 8,2% des cas et la recommandation de 0,12 mg/L pour le manganèse est excédée pour 26% des puits. La spéciation de l’arsenic indique une prédominance de l’arséniate (As⁵⁺) mais l’arsénite (As³⁺) est majoritaire dans les conditions les plus alcalines et réductrices induites par des pollutions anthropiques. La géochimie et des indicateurs d’âge ( ¹⁴C, ³ H et CFCs/SF₆) ont permis d’évaluer la vulnérabilité et le risque de contamination pour 27 puits dont 15 puits d’approvisionnement municipaux. Les résultats mettent en évidence les puits municipaux qui nécessitent des actions de gestion de leurs aires de protection.

The characterization of groundwater geochemistry and residence time in the 10 695 km² Estrie Appalachian region was carried out to better understand the regional aquifer system. Groundwater flows regionally in fractured rock and locally in sediments accumulated in buried valleys. The groundwater geochemical profile was established with a multivariate analysis based on 19 physico-chemical parameters for 219 wells. Eight water groups emerged from clustering and their geochemical composition is explained by a principal component analysis. These water groups form two distinct classes: recharge water and geochemically evolved water. Some recharge water groups are impacted by anthropogenic activities (urban and agricultural). The more evolved water groups and the most impacted recharge water group have high levels of arsenic and manganese due to alkaline and reducing conditions. For drinking water, the maximum concentration limit of 0.01 mg/L for arsenic is exceeded for 8.2% of samples, while the 0.12 mg/L recommendation for manganese is exceeded for 26% of samples. Arsenic speciation indicates a predominance of arsenate (As⁵⁺) in groundwater but arsenite (As³⁺) is prevalent under the most alkaline and reducing conditions induced by anthropogenic pollution. Geochemistry and age indicators (¹⁴C, ³ H and CFCs/SF₆) were used to assess the vulnerability and risk of contamination for 27 wells, including 15 municipal supply wells. Results indicate which municipal wells require the active management of their well head protection areas.