identifier: Fernández Ruiz, María del Rosario  (2016). Time- and spectral-domain holography for high-speed processing of optical signals.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 212 p.

subject:
Time-domain holography
spectral-domain holography
optical signal

abstract:
The ever-increasing traffic data requirements in telecommunication services lead to a continuous
need for higher transmission capabilities. In this scenario, fiber-optic communications have proven to
be a very promising way of achieving such high bitrates. Nowadays, wavelength division multiplexing
(WDM) systems support transmission capabilities of about 10 Tbps, through multiplexing of several
hundred wavelengths with a single channel bit rate of ∼ 40 Gbps. For pre- and post- processing of
information, WDM requires opto-electronic signal conversion circuits individually set and operated
for each different wavelength channel; therefore this evolution leads to an impractical increase of
circuitry complexity and power consumption. Moreover, with the transmission-capacity increase
in WDM systems, coherent technologies have attracted a large interest over the recent years. The
motivation lies in finding methods for achieving the growing bandwidth demand with multilevel
complex modulation formats. To implement high-order complex (amplitude and phase) modulation
formats, the optical in-phase and quadrature (IQ) components of the information signal need to be
synthesized, processed and detected independently, additionally requiring proper synchronization
of these two IQ optical paths.
Therefore, in spite of the fact that the combination of WDM and coherent technologies enables a
more efficient use of the available spectrum, it also hinders the required circuitry in the transmitter,
receiver and intermediate network nodes. In this Thesis, we present and experimentally demonstrate
new concepts and signal processing techniques that remarkably simplify the required electro-optical
circuitry (and consequently the power consumption) in coherent optical systems. Furthermore, we
also develop new ultrafast all-optical signal processors, able to process the information directly in
the optical domain at ultrafast speeds (ideally, with speeds into the THz regime). These optical
processing systems are becoming increasingly important for a myriad of scientific and engineering
applications, including not only high-speed optical telecommunications but also optical computing
systems, ultrafast biomedical imaging, or ultrafast measurement and characterization systems.
Their fundamental goal is to avoid current electronic-based processing, which severely limits the
operation speeds below a few tens of GHz and entails a bottleneck for the effective use of the high
bandwidth intrinsic to optics.
The problem of simultaneously controlling the amplitude and phase of a complex electromagnetic
signal has long been solved in the spatial domain. Holography was developed as a lensless
interferometric imaging system that was able to record and subsequently reconstruct the original
complex-valued information signal, in spite of the recording medium being sensitive to intensity-only
variations. Holographic systems have been widely applied in a vast number of fields, such as 3D
imaging, spatial-domain signal processing, microscopy or security. The basics of classical (spatial
domain holography) are reviewed in Chapter 3, paying special attention to those concepts that will
serve as foundations for the original ideas presented through this work.
In this Thesis, we propose and formulate for the first time, to the best of our knowledge, the
exact time-domain counterpart of spatial domain holography, by means of the space-time duality.
This method, which is described in Chapter 4, enables simultaneous control of the amplitude and
phase of a temporal optical waveform with complex envelope using a simple setup composed of
devices sensitive to intensity-only or phase-only variations. To prove its effectiveness, several applications
of time-domain holography are experimentally demonstrated and the results are presented
in this dissertation. First, as a proof of concept, we demonstrate generation of complex-modulated
optical waveforms using a simple setup mainly composed of an electro-optical intensity modulator
and a band-pass filter. Then, these complex-envelope waveforms are detected (in amplitude
and phase) using a heterodyne scheme based on an intensity-only photodetector. Additionally, we
propose and implement a simplified scheme to perform electro-optical temporal phase conjugation.
This holographic method greatly simplifies previous electro-optical approaches, avoiding the need
for detection and subsequent processing of the phase of the optical signal prior to the electronicbased
conjugation process. Instead, the proposed approach uses intensity-only photodetection and
modulation components, combined with a band-pass filter, thus reducing the complexity and potential
cost of the setup, minimizing errors and simplifying the procedure. Finally, we demonstrate
wavelength conversion of complex-envelope optical signals based on time-domain holography. In
this case, an all-optical approach based on nonlinear cross-phase modulation is used. This technique
exhibits important advantages with respect to all previous approaches that typically use
four-wave mixing, as it avoids the stringent phase-matching condition and requires at least one
order of magnitude less power in the employed pump signals.
Using the Fourier-transform property of duality between the time domain and the frequency
domain, we also propose and formulate, for the first time, the concept of spectral-domain holography,
which is described in Chapter 5. This novel concept enables the simultaneous control of the
amplitude and phase of an optical spectral response by just manipulating the amplitude spectrum.
Spectral-domain holography is applied to the design of two kinds of signal processors. First, we
implement complex-valued and non-symmetrical optical pulse shaping using a scheme based on
time-domain spectral shaping, which achieves temporal resolutions in the sub-picosecond regime
but has been typically restricted to symmetric and intensity-only pulse shaping operations. In this
scheme, the modulating signal that performs the spectral shaping is a spectral hologram, enabling
the synthesis of complex-envelope output waveforms using a setup identical to that of previous
spectral shaping methods. The proposed methodology can be considered as the time-domain counterpart
of (spatial domain) Vander-Lugt filters. Then, we apply spectral-domain holography to the
implementation of non-minimum-phase optical pulse processors using fiber Bragg gratings (FBGs)
operating in transmission, which can be considered as optical linear filters with a minimum-phase
spectral response. In this case, the complex-valued spectral response of the target filter is encoded
in an amplitude-only spectral response (the spectral hologram). The use of FBGs operating in
transmission has well-known advantages with respect to the reflective configuration. In this Thesis,
we present and experimentally demonstrate an additional extraordinary advantage: an FBG
operating in transmission is able to implement signal processing functionalities with bandwidths
well in the THz regime (one order of magnitude higher than conventionally achieved bandwidths)
thanks to the degree of freedom available in choosing the spectral phase in reflection. In particular,
we propose the use of a quadratic spectral phase in reflection, which translates into a linear chirp,
allowing the increase of the grating’s operation bandwidth without increasing the grating spatial
resolution.
The novel concepts of time- and spectral-domain holography can be foreseen as powerful tools
for the development of new techniques for the generation, measurement and processing of ultrafast complex-envelope optical temporal waveforms. In this Thesis, we have demonstrated interesting
methods aimed at (i) simplifying the current required setup in coherent systems, and (ii) allowing
the implementation of simpler, arbitrary ultrafast optical signal processing devices, which are key
components for future, low power-consumption high-capacity telecommunication networks. Moreover,
the vast number of applications of spatial-domain holography allows us to predict a similar
broad range of applications for the time/spectral-domain holography.


identifier: Gautier, Loïck-Alexandre  (2016). Synthèse de nanotubes de carbone alignés verticalement par PECVD et étude de leurs propriétés d’émission à effet de champ en configuration de structures hiérarchiques.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 152 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

subject:
nanotubes de carbone
PECVD
propriétés d’émission
effet de champ
structures hiérarchiques

abstract:
Dans cette thèse, des nanotubes de carbone multi paroi (NTCMPs) alignés verticalement
ont été synthétisés par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) et utilisés
dans des dispositifs d’émission par effet de champ (EEC).
La première étape de cette thèse a consisté à mettre en opération un système de synthèse
de NTCMPs par PECVD et à déterminer les paramètres permettant d’obtenir des croissances de
NTCMPs alignés verticalement sur des substrats de silicium. L’impact de la quantité de
catalyseur, de la température de synthèse, de la pression de dépôt et de la puissance plasma ont
été étudié. En faisant varier la température de dépôt, il a été possible de faire croître des NTCMPs
de différentes longueurs. Les différentes croissances obtenues ont été caractérisées par
microscopie électronique à balayage, par microscopie électronique à transmission et par
spectroscopie Raman.
Les échantillons de NTCMPs ont été intégrés en dispositifs d’EEC et leurs propriétés
caractérisés dans un système de mesure d’EEC spécialement monté dans notre laboratoire. Il a
donc été possible de déterminer l’impact de la longueur des NTCMPs sur les propriétés d’EEC
des dispositifs fabriqués et ainsi d’obtenir un point de référence. Par la suite, deux approches
d’optimisation ont été testées pour améliorer les propriétés d’EEC de nos dispositifs à base de
NTCMPs. La première a consisté à changer la morphologie du substrat par une approche par
traitement chimique permettant d’obtenir des pyramides à la surface des substrats de silicium. La
croissance de NTCMPs sur ces surfaces texturées a permis d’obtenir des dispositifs structurés
hiérarchiquement. La seconde approche utilise une décoration des NTCMPs par des
nanoparticules (NPs) métalliques d’Au. Pour réaliser les dispositifs et déposer les nanoparticules
d’Au, une approche physique utilisant un système d’ablation laser pulsé a été utilisée. Grâce à
cette approche innovante, des nanoparticules métalliques avec des tailles entre 2 et 4.5 nm ont
été déposées sur les NTCMPs. La caractérisation des échantillons a permis de mettre en
évidence l’impact de cette décoration sur les propriétés d’émission électronique de nos dispositifs
sous l’effet d’un champ électrique.
Grâce à ces deux approches d’optimisation, les propriétés d’EEC de nos dispositifs ont
été améliorées. En effet le champ seuil nécessaire à l’extraction a pu être diminué et la densité
de courant extraite grandement augmentée.In this thesis, vertically aligned multi walled carbon nanotubes (MWCNTs) were
synthesized by using an optimized plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD)
process. The synthesized MWCNTs were integrated into Field Electron Emission (FEE) and their
FEE properties systematically investigated as a function of the MWCNTs morphological
properties.
The first part of this work focused on setting up a PECVD reactor for the synthesis of
MWCNTs with the aim to identify the optimal growth parameters needed to align them vertically
onto silicon substrate. To this end, we have studied the effect of various PECVD growth
parameters, including the amount of the catalyst to be used, the substrate temperature, the gas
pressure in the PECVD reactor and the RF plasma power density. In particular, the variation of
the synthesis temperature was found to be effective in controlling the length of the MWCNTs. The
obtained MWCNTs were systematically characterized using scanning electron microscopy,
transmission electron microscopy and Raman spectroscopy techniques.
The PECVD grown MWCNTs were systematically integrated into field electron emission
(FEE) devices and their FEE properties studied as a function of the MWCNTs morphological
and/or hierarchical characteristics. These FEE measurements were carried out on a system
especially built for this purpose in our laboratory. It was then possible to assess the effect of the
MWCNTs length on the FEE properties of our MWCNTs based devices and establish a reference
measurement. Thereafter, two original approaches were developed in order to enhance the FEE
properties of the MWCNTs. The first one consisted in changing the morphology of the underlying
substrate by using chemical treatment to form micropyramids with controlled dimensions onto the
Si surface. The growth of MWCNTs on those micro-pyramidized substrates allowed us to obtain
a hierarchical structure which was shown to impact significantly the FEE properties of the
MWCNTs. The second approach consisted of Au nanoparticles decoration of the MWCNTs by
means of a pulsed laser deposition process. By varying the number of laser pulses, nanoparticles
with different sizes ranging from 2 to 4.5 nm were deposited on the MWCNTs, leading to another
sort of hierarchical nanostructures. The effect of the Au-NPs size on the FEE properties of the
MWCNTs was studied.
Both hierarchical approaches developed in the course of this work were shown to enhance
greatly the FEE properties of our PECVD-grown MWCNTs emitters. Indeed, the field needed to
extract electron from our sample was reduced to values as low as 1.4 V/μm, while significantly
increasing the current density to values as high as 3.5 mA/cm² at an applied electrical field of only
3 V/μm.


identifier: Hmidet, Bouthaina  (2016). Conception de techniques de formation de voie collaborative pour les futurs réseaux de communications sans-fil 5G.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 71 p.

subject:
voie collaborative
réseaux de communications sans-fil
5G

abstract:
Dans ce mémoire, on s’intéresse à l’implémentation d’une technique de formation de voie collaborative ou Collaborative Beamforming (CB) pour les systèmes de communication sans-fil. On montre que l’utilisation de cette technique dans un tel réseau permet d’une part de réaliser une communication fiable entre une paire source-récepteur donnée, et de prolonger d’autre part la durée
de vie des batteries des terminaux. Puisque plusieurs applications des réseaux sans-fil peuvent bénéficier d’une optimisation du rapport signal sur bruit (SNR) ou même du rapport signal sur bruit plus interférences (SINR) reçu, on s’est particulièrement intéressé, dans ce travail, a l’implémentation
du CB a SNR/SINR-optimal dans les réseaux sans-fil. On considère alors un système où une source S transmet son signal vers un réseau sans-fil et avec laquelle intreferent I − 1 émetteurs. Ce réseau est forme par K terminaux uniformément distribues sur un disque de rayon normalise ˜R.
Chaque terminal multiplie par la suite son signal reçu par un poids judicieusement choisi et transmet le tout vers le récepteur. Ces poids ont été calculés de manière à maximiser le SNR/SINR reçu.
Malheureusement, il s’est avéré qu’ils sont dépendants des informations localement indisponibles au niveau de chaque terminal, ce qui rend impossible l’implémentation de cette technique dans les réseaux sans-fil a faibles couts en termes de débits de signalisation, consommation de puissance et
complexité. Dans ce mémoire, deux nouvelles techniques, dites CBD implémentables dans les réseaux sans-fil et dont les performances s’approchent de celles du CB a SNR/SINR-optimal, sont alors proposées.
Leur diagramme de rayonnement sont analysés et leurs performances sont exposées. On démontre aussi que les nouvelles techniques proposées sont non seulement très efficaces en termes de suppression des interférences, mais permettent aussi de réaliser un SNR/SINR K fois supérieur à celui
obtenu lorsque le signal de la source est achemine directement vers le récepteur sans aucun autre traitement.

In this MSc thesis, we propose a distributed collaborative beamforming technique (DCB) that
takes into account the presence of scattering effect in the channel for wireless communication systems.
We show that this technique allows to perform a reliable communication between a source and
a receiver, and to extend the terminals’ battery life. Since many applications of wireless networks
can benefit from optimizing the received signal to noise ratio (SNR) or signal to interference plus
noise ratio (SINR), we were particularly interested in the implementation of SNR/SINR-optimal
CB in wireless networks. The system of interest includes a source S which transmits its signal to a
wireless network with which add up I −1 interferers. The network contains K uniformly distributed
terminals on a disc with a normalized radius ˜R . Each terminal multiplies, thereafter, the received
signal by a suitably selected weight, and forwards it to the receiver. These weights are calculated
to maximize the received SNR/SINR. We show that they depend on non-local CSI (NLCSI), thereby
hampering its implementation in a distributed fashion, i.e., at low cost in overhead, power
consumption and complexity.
This work will contribute to the design of robust CB techniques under polychromatic channels
whose weights depend solely on local CSI (LCSI). This will make the implementation possible in a
distributed fashion. Their performance in terms of average SNR/SINR are analyzed and compared to
SNR/SINR-optimal ones as well as two basic techniques in the existing literature: monochromatic-
DCB (M-DCB), and bichromatic-DCB (B-DCB). Simulations and numerical results show that the
proposed techniques perform closely to their NLCSI-based counterparts. We also prove that the
new techniques are not only efficient in terms of interference suppression, but also able to achieve
SNR/SINR values K times higher than those obtained when the source signal is forwarded directly
to the receiver without any other additional processing.


identifier: Mahmood, Suhair Mansoor  (2016). Antennes reconfigurables en diagramme de rayonnement à base de surfaces sélectives de fréquence / Reconfigurable Radiation Pattern Antennas Based on Frequency Selective Surfaces.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 147 p.

subject:
Antennes reconfigurables
diagramme de rayonnement
surfaces sélectives de fréquence

abstract:
Reconfigurable antennas have recently formed a popular research topic. They are attracting the interest of many industry professionals. This is basically due to the growing demands for more functionality while occupying the same or even smaller physical volume. Using various antennas for wireless applications is no longer effective because having several antennas take too much space. Reconfigurable antennas are the best solution to provide a better performance in terms of flexibility, efficiency and combination of several electromagnetic spectrum applications. Frequency selective surfaces are exploited in many communication applications, especially in designing reconfigurable antennas due to their ability to control the electromagnetic field. A frequency selective surface is an important figure concept in reconfigurable antenna structures and has developed rapidly due to their unique properties in suppressing the surface wave propagation.
The main topic of this research is to design new reconfigurable radiation pattern antennas with enhanced performance by using switchable frequency selective surfaces. The antenna consists of a central radiating source surrounded by switchable frequency selective surface unit cells to give the antenna beam, shaping capability to scan 360 degree in the azimuth plane. Novel switchable frequency selective surface unit cells with various structures are designed and their characteristics are compared in both the reflective and transparent states. The reconfigurable response is the basic concept in the antenna design. This is achieved by adding PIN diodes to the lines that will connect or disconnect the unit cells and transform the frequency selective surface to be either a reflective or a transparent surface. As a consequence, switching the frequency selective surface PIN diodes leads to control the antenna beam direction.
In this thesis, two novel reconfigurable antennas with frequency selective surface unit cells are presented, each antenna works at a different frequency band. The switchable frequency selective surface utilized in the proposed antennas operates at different frequency bands. The research topic in this thesis includes investigations and techniques to increase the bandwidth and improve the radiation characteristics of the reconfigurable antennas by using new switchable frequency selective surface unit cells. Experimental results show the preference of the proposed antennas over those presented in the literature. Thus, two new reconfigurable antennas are implemented and their enhanced performances in terms of bandwidth are proven.


identifier: Beaudry, Alexandre  (2016). Modulation immunologique chez les bivalves par l'environnement et la contamination dans l'optique des changements climatiques  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en sciences expérimentales de la santé, 76 p.

subject:
salinité
température
immersion
résistance
immunité
Mya arenaria
Mytilus edulis
moule
contaminant chimique
pollution
estuaire
St-Laurent

abstract: Les bivalves sont des organismes filtreurs largement utilisés en écotoxicologie afin de mieux comprendre les impacts de l’activité humaine sur l’environnement et les risques que cela représente. En plus de la pollution anthropique, ces organismes sont confrontés à d’importantes variations de leur habitat, qui sont susceptibles d'être amplifiées avec les changements climatiques. Ainsi, il est important d'étudier l’influence de la durée d’immersion, de la salinité et d’une hausse de température sur les compétences immunitaires des bivalves. Pour ce faire, des expériences se sont déroulées à la fois sur le terrain et en laboratoire. Les résultats obtenus démontrent que ces différents facteurs environnementaux peuvent influencer l’aptitude des bivalves à se défendre contre divers pathogènes, principalement par phagocytose, mais également lorsqu’ils sont soumis à la pollution.


identifier: Simão, Teresa  (2016). Bimetallic nanoparticles synthetized by pulsed laser ablation in liquids as a contrast agent for dual imaging by CT and MRI.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 126 p.

subject:
Bimetallic nanoparticles
pulsed laser
ablation
dual imaging
CT
MRI
nanoparticules bimétalliques
imagerie bimodale
agents de contraste

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 tumeurs de la prostate et du sein ont l’incidence la plus élevée parmi les cancers au Canada. Dans les deux cas, les examens par TDM et IRM sont essentiels pour établir le diagnostic, pour planifier le traitement et pour le suivi de la réponse de ces cancers à la thérapie. Cependant, plusieurs d’injections d’agents de contraste (AC) intraveineux, constitués d’éléments distincts, sont nécessaires au cours de ces examens. Par conséquent, un AC pour l’imagerie bimodale serait avantageux pour diminuer la fréquence d’injection des différents ACs. Les nanoparticules (NPs) sont des matériaux prometteurs pour la conception de ces AC multimodaux. Toutefois, la synthèse de NPs pour l'imagerie multimodale peut être un processus complexe et implique l'utilisation de nombreux produits chimiques difficiles à éliminer. Par conséquent, l’emploi de procédés plus simples et à base de solutions aqueuses a un potentiel pour augmenter la pureté des NPs. L’ablation laser en milieu liquide offre ces avantages, car elle permet la production de NPs bimétalliques en une seule étape en utilisant des solutions aqueuses. Par conséquent, cette thèse est dévouée à explorer le potentiel de l’ablation laser en milieu liquide pour produire des NPs d’Au-Gd et d’Au-Mn ainsi qu’à étudier le potentiel de ces matériaux pour des applications comme AC pour la TDM et l’IRM.
L’ablation laser d'une cible d’Au-Gd dans des solutions aqueuses contenant des concentrations variées d’hydroxyde de sodium, avec différentes fluences, ou en présence de polyéthylène glycol, a produit un réseau de Gd2O3 contenant des petites NPs d’or. Toutefois, la forme de cette structure n’est pas adaptée pour un AC pour l’imagerie in vivo. Par contre, l’ablation d’une cible d’Au-Mn dans une solution contenant de d’hydroxyde de sodium (pH=11), a permis la synthèse de NPs d’Au-MnOx, dans lesquelles de petites NPs d’or (4,8 nm) ont été partiellement entourées par une couche mince d'oxyde de Mn (0,3 à 1,3 nm), tel que démontré par HAADF HR-STEM et XPS. Ce revêtement a démontré une similitude chimique avec les oxydes de référence Mn2O3 et MnO2, tel que déterminé par XAFS. Bien que les NPs d’Au-MnOx ont une structure intéressante et ont été stables en solution sans l'ajout de ligands de stabilisation, l'état d’oxydation de la couche de manganèse est trop élevé pour permettre l'application de ce matériau comme AC pour l'IRM. Par conséquent, une autre stratégie basée sur la fonctionnalisation des NPs d’or produites par ablation laser dans l’eau avec des chélates de manganèse a été poursuivie. Dans cette étude, les NPs d’or ont été produites par ablation laser dans une solution alcaline, et stériquement stabilisées en utilisant un petit excès de PEG. Enfin, les complexes DMSA-DTPA ont été ajoutés aux NPs d’or recouvertes avec du PEG, et ensuite les ions de manganèse ont été ajoutés à ces NPs pour produire un AC bimodal. La procédure de fonctionnalisation a été suivie par spectroscopie d’absorption par UV-visible et DLS pour confirmer la stabilité colloïdale des NPs tout au long de toute la procédure. Les Au@PEG-Mn2+ NPs ont un diamètre hydrodynamique final de 36,5 nm et une dispersion de taille de 0,2. Une caractérisation plus poussée des Au@PEG-Mn2+ NPs et des NPs d’or par TEM, XPS, FTIR et 1H RMN a mis en évidence la pureté des surfaces des NPs d’or et l'addition progressive des différentes molécules. Enfin, les Au NPs@PEG-Mn2+ ont été utilisées pour améliorer le contraste de l'image à la fois par TDM et par IRM, in vitro et in vivo, en utilisant un modèle de tumeur créé dans des embryons de poulet. En outre, l'injection intraveineuse des Au NPs@PEG-Mn2+ dans des souris a montré la rétention des NPs dans la circulation sanguine pendant 90 minutes, en accord avec la formation d'un revêtement polymérique autour des NPs d’or. Pour conclure, au cours de ce travail, nous avons démontré le potentiel de l’ablation laser en milieu liquide pour produire des NPs d’or sans surfactants, qui peuvent être avantageusement utilisées comme ACs pour la TDM. Concernant la production d’un AC bimodale, nous avons conclu que la stratégie la plus pratique pour contrôler l’oxydation du manganèse est de fonctionnaliser la surface des NPs d’or avec des chélates de manganèse.

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.Prostate and breast tumours have been the cancers with the highest incidence in Canada during the last decades. CT and MRI examinations are both crucial to establish the diagnosis, to plan the treatment and to follow up the response of these cancers to the therapy. However, multiple injections of intravenous contrast agents (CAs), made of different chemical compounds, are required during this period. Thus, a dual-modality CA with extended blood half-life would be beneficial to avoid multiple administrations of CA. Nanoparticles (NPs) are an advantageous template for the design of multimodal CAs. However, the synthesis of NPs for multimodal imaging can be a complex process, and requires often the utilization of several chemicals. Therefore, the utilization of simpler and aqueous-based procedures would be beneficial to produce purer NPs. Pulsed laser ablation in liquid (PLAL) offers these advantages, as composite nanostructures can be synthetized in a single-step using aqueous solutions. Hence, the objective of this thesis is to explore the potential of PLAL to produce Au-Gd and Au-Mn NPs, and to study their application as a dual imaging CA for CT and MRI.
Pulsed laser ablation of a Au-Gd target in aqueous solutions containing various concentrations of NaOH, or using different fluences, and in the presence of polyethylene glycol, resulted in the production of a Gd2O3 net connecting small Au NPs. Thus, the shape of this structure was not suitable for application as a CA. On the other hand, pulsed laser ablation of a Au-Mn target in a solution at pH 11 (adjusted with NaOH) resulted in the synthesis of Au-MnOx NPs, in which a small gold core (4.8 nm) was partially surrounded by a thin MnOx layer (0.3 to 1.3 nm), as demonstrated by HAADF HR-STEM and XPS. This coating showed a local structure similar to that of Mn2O3 and MnO2 references, as determined by XAFS analysis. Although the Au-MnOX NPs had an interesting structure and were stable in solution without the addition of any stabilizing ligands, the high oxidation state of the Mn layer precluded the application of this material as a CA for MRI. Therefore, another strategy, based on the functionalization of Au NPs produced by PLAL with Mn2+-chelates, was pursued. In this study, pure Au NPs were first produced by PLAL in an alkaline solution, and sterically stabilized afterwards, using minimal excess of PEG. At last, DMSA-DTPA complexes were added to the Au NPs@PEG, and Mn2+ ions were chelated by DTPA to produce a dual-modality CA. The functionalization procedure was monitored by DLS and UV-visible spectroscopy to confirm colloidal stability of the compound throughout the procedure. The Au NPs@PEG-Mn2+ had a final hydrodynamic diameter of 36.5 nm and a polydispersity of 0.2. Further characterization of the NPs at diverse stages of functionalization by TEM, XPS, FTIR and 1H NMR evidenced the pristine Au surfaces and the progressive addition of different molecules. Finally, the Au NPs@PEG-Mn2+ were used to enhance the image contrast by both CT and MRI in vitro and in vivo, using a chicken embryo tumour model. In addition, intravenous administration of Au NPs@PEG-Mn2+ in mouse models showed blood retention of the CA for at least 90 minutes, which was in agreement with the formation of a stealth coating around the PLAL-synthetized Au NPs.
Hence, during this work, the potential of using PLAL to produce pure Au NPs in water, which can be beneficially used as CAs for CT, was evidenced. Regarding the production of a CT/MRI CA, we demonstrated that the easiest strategy to control the oxidation state of Mn, which is a determinant parameter to enhance MR image contrast, is to functionalize the Au NPs’ surface with Mn2+-chelates, instead of incorporating this element in the target to use for PLAL.


identifier: Ben Fadhel, Yosra  (2016). Mise au point de technologies combinées pour la préservation de la viande et du brocoli  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en microbiologie appliquée, 117 p.

subject:
huile essentielle
acide organique
antifongique
matrice polymérique
antimicrobien naturel

abstract:
Dans les pays industrialisés, les aliments prêts à manger sont en plein essor. Ceci est dû principalement au changement des habitudes des consommateurs demandant encore plus d’aliments faciles à utiliser. Cependant, ces aliments posent un problème sanitaire vu leur instabilité microbienne et physico-chimique durant l’entreposage. Le procédé industriel faisant intervenir le lavage et la coupe favorise l’accélération de la sénescence des végétaux et la contamination croisée. Les bactéries souvent rencontrées sont Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella Typhimurium et Clostridium sporogenes. Le contrôle de cette contamination passe généralement par l’ajout d’additifs, le chauffage et l’emballage sous atmosphère contrôlée. Cependant, avec la demande croissante d’aliments sans additifs, il devient difficile de contrôler la qualité microbiologique des aliments prêts à manger. L’utilisation d’antimicrobiens naturels est très étudiée, mais très peu sont présentement sur le marché car ils sont instables et leur concentration minimale inhibitrice contre les pathogènes affecte souvent les propriétés sensorielles. Ce projet vise à développer des combinaisons de traitements (d’antimicrobiens naturels, enrobage, prétraitement au calcium, emballage conditionné et irradiation) afin d’assurer la qualité, l’innocuité et la protection des valeurs nutritives, sensorielles et physico-chimiques des légumes et de la viande prêts à manger. Dans ce projet de maitrise, nous avons développé une formulation antimicrobienne à base d’huile essentielle, d’acide organique et d’un antifongique par la détermination de la concentration minimale inhibitrice et l’étude des interactions possibles. Cette formulation a été par la suite immobilisée dans une matrice polymérique permettant d’avoir une meilleure stabilité et disponibilité des antimicrobiens naturels. L’efficacité antimicrobienne de l’enrobage antimicrobien lorsqu’il est appliqué seul ou combiné à l’irradiation a été évaluée sur le brocoli. Nous avons également évalué l'effet de la combinaison du prétraitement au calcium et l’enrobage à base d'alginate sur la qualité physico-chimique et microbienne du brocoli prêt à manger. D’autre part, une marinade à base d’épices et d’extraits de végétaux a été utilisée pour évaluer son efficacité antimicrobienne in situ sur la viande seule ou combinée à l’irradiation gamma. Nous avons pu sélectionner, in vitro, 6 agents antimicrobiens parmi 27. Ces antimicrobiens ont démontré une efficacité à éliminer les pathogènes alimentaires. L’étude de l’interaction entre ces 6 antimicrobiens a permis de mettre au point une formulation antimicrobienne (huile essentielle lemongrass + diacétate de sodium + natamycine) ayant démontrée un effet additif contre Escherichia coli, Salmonella Typhimurium et Aspergillus niger et un effet synergétique contre Listeria monocytogenes. D’autre part, l’analyse in situ a permis de mettre en évidence un effet synergique entre l’irradiation gamma à faible dose et l’enrobage antimicrobien pour réduire Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella Typhimurium et Aspergillus niger dans le brocoli. Un effet synergique a été observé aussi entre l’irradiation gamma et l’ajout de la marinade pour réduire Escherichia coli, Salmonella Typhimurium et Clostridium sporogenes dans la viande emballée sous vide. Combiner l’ajout de la marinade, l’irradiation gamma et l’emballage sous atmosphère contrôlée semblent être une alternative intéressante pour protéger contre l’oxydation des lipides, la perte des vitamines et la décoloration de la viande durant une conservation à 4 °C. Nous avons pu démontrer aussi que l'application de l’enrobage d'alginate seul ou en combinaison avec un prétraitement de calcium a permis de maintenir la fermeté et la couleur verte du brocoli au cours du stockage. Les traitements utilisés en combinaison ont permis également la réduction du taux de respiration et la perte de masse et l'augmentation de la durée de conservation du brocoli prêt à manger. Les résultats obtenus lors de cette étude sont d’un grand intérêt pour l’industrie alimentaire permettant ainsi, le développement de nouveaux produits répondant à une demande croissante des consommateurs. Ce travail présente une nouvelle alternative surtout pour les patients immunodéprimés, qui sont condamnés à manger des aliments avec de faibles valeurs nutritionnelles causées par les procédés de décontamination durs en les protégeant des maladies d'origine alimentaire et en augmentant la qualité nutritionnelle des aliments.

In developed countries, the ready-to-cook product category is in continuous growth due the consumer’s increasing demand for convenient foods. However, these commodities pose a health problem due to their microbiological and physico-chemical instability during storage. The industrial process involving washing and cutting promotes vegetable senescence and cross-contamination. The often encountered bacteria are Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Salmonella Typhimurium and Clostridium sporogenes. The control of this contamination typically requires the addition of additives, heating and packaging under controlled atmosphere. However, with the growing demand for preservative-free food, it becomes difficult to control the microbiological quality. The use of natural antimicrobial agents for the preservation of food is widely studied in the literature; however, very few are currently used in food industry because of their instability and their ability to affects the sensory properties of food at their determined minimum inhibitory concentration against pathogens. This project aims to develop treatment combinations (natural antimicrobials, edible coating, controlled atmosphere, calcium pretreatment and irradiation) to ensure the quality, safety and the protection of the nutritional value, sensory and physicochemical of ready-to-cook meat and vegetables. In this project, we have developed an antimicrobial formulation based on essential oil, organic acid and an antifungal by determining their minimum inhibitory concentration and the evaluation of prior synergistic effect between selected antimicrobials by the checker board method. This formulation was subsequently immobilized in a polymer matrix to have better stability and availability of natural antimicrobial. Its antimicrobial efficacy alone or combined with irradiation was evaluated on broccoli floret. Also, we evaluated the effect of combining calcium pretreatment and alginate coating on the physicochemical and microbial quality of broccoli florets. On the other hand, a commercial marinade was used to evaluate its antimicrobial efficacy in situ when it was applied alone or in combination with gamma irradiation on the meat. The effect of combining the addition of marinade to irradiation on sensory, nutritional and physicochemical quality of meat was also evaluated. In this study, we selected in vitro 6 antimicrobials among 27. These antimicrobials have demonstrated a high effectiveness in eliminating food pathogens. The study of the interaction between these six antimicrobial agents allowed the development of an antimicrobial formulation (Lemongrass essential oil + sodium diacetate + natamycin) which have demonstrated an additive effect against E. coli, Salmonella Typhimurium and Aspergillus niger and a synergistic effect against Listeria monocytogenes. On the other hand, the analysis in situ has demonstrated a synergistic effect between a low dose gamma irradiation and antimicrobial coating to reduce E. coli, L. monocytogenes, S. Typhimurium and A. niger on broccoli. A synergistic effect was also observed between gamma irradiation and the addition of the marinade to reduce E. coli, Salmonella Typhimurium and Clostridium sporogenes on meat packed under vacuum. Based on the experimental findings, the combination of the marinade, gamma irradiation and packaging under modified atmosphere treatments was found to be a promising approach to extend the shelf-life of ready-to-cook pork loin as well as to protect against lipid oxidation, the loss of vitamins and meat discoloration. Applying alginate coating alone or in combination with calcium pretreatment allowed maintaining the firmness and the green color of broccoli floret during storage. Treatments allowed also the reduction of the respiration rate and the loss of weight and the increase of the shelf-life of treated broccoli which is very beneficial for food industry. The obtained results in this study are of great interest for the food industry allowing the development of new products to meet growing consumer demand. This work presents a new alternative especially for immunocompromised patients who are condemned to eat foods with low nutritional values caused by the harsh decontamination processes, and this by protecting them from foodborne illness and increasing the nutritional quality of food.


identifier: Tadayon, Navid  (2016). Modeling, Design and Analysis of Multi-Channel Cognitive Radio Networks.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en télécommunications, 281 p.

subject: cognitive radio

abstract:
This dissertation offers a comprehensive treatment of cognitive radio (CR) as an elemental
technology capable of improving the spectral inadequacy problem in future generations of
wireless networks. As the first milestone in this PhD dissertation, mathematical models are
established as the abstract descriptions of CR networks (CRNs). In the realm of wireless
communications, such modeling is the skeleton for any ensuing action plan. These models
help network planners to comprehend and visualize different aspects of CRNs before deployment.
Aside from shedding insight into our understanding, expressions derived from
the analytical models can be incorporated at the core of the algorithms and mechanisms for
CRNs.
The proposed models in this dissertation are stable and based on well-defined methodologies.
The modeling research objectives are sought from three different perspectives.
From the first perspective, the efforts are focused on both single-interface and multi-interface
multi-channel CRNs (MC-CRNs) with emphasis on generic settings as well as WRANs.
From the second perspective, four different issues are worked out, namely, modeling, analysis,
synthesis and optimality. Finally, from the last perspective, theMC-CRNs are explored
through numerical modeling, closed-form analysis, and simulation validation.
Despite its importance, investigations in the area of designing mechanisms for MCCRNs
have been scarce. In filling this void, the second part of this thesis is devoted to
designing smart, efficient, and scalable mechanisms for MC-CRNs. The research work in
this part is extensive as it embodies spectrum sensing, decision, mobility, and sharing problems.
The first three problems are tackled by proposing an efficient spectrum distributed
sensing and fusion mechanism (SFM) for CR based IEEE 802.22 WRANs. The proposed
mechanism avoids most of the shortcomings of the SFMs that are featured by the standard,
complies with the standard directives, and can be easily implemented into WRANs with
minimal changes.The last chapter deals with the problem of spectrum sharing. Built upon the recentlyemerged
theory of optimal multi-unit auctions, a spectrum sharing mechanism is introduced.
The proposal resolves several deep-rooted issues inMC-CRNs. On the user side, the
fairness-optimality trade-off is settled, whereas on the network operator side the total collected
revenue is maximized through the imposition of payments. To diminish uncertainties
in the decision making process and improve the stability of the resource assignments, the
aforementioned payment rule is designed to induce truthfulness among self-centered and
rational users. These properties, along with the computational manageability of the formulated
problem, as well as the existence and stability of its solution, renders the proposed
spectrum sharing mechanism an ideal scheme for exploitation in practice.


identifier: Bergeron, Amélie  (2016). Caractérisation de la communauté bactérienne associée à l’agrile du frêne, Agrilus planipennis Fairmaire (Coleoptera : Buprestidae)  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en microbiologie appliquée, 91 p.

subject:
Agrilus planipennis
bactérie
holobionte
microbiome bactérien
écologie microbienne
processus stochastiques
processus déterministes

abstract:
L’agrile du frêne, Agrilus planipennis Fairmaire, est un insecte ravageur causant d’importants dommages à toutes les essences de frênes présentes en Amérique du Nord. Ce ravageur exotique, originaire d’Asie, serait arrivé sur le continent américain dans les années 90. Ce n’est qu’en 2002 qu’on le détecte pour la première fois à la frontière des municipalités de Windsor (ON, Canada) et Détroit (MI, États-Unis). Les insectes sont connus pour être vecteurs d’une communauté microbiologique qui leur permet de survivre et de s’adapter à leur environnement. Cette association entre un insecte et ses microorganismes symbiotiques forme un holobionte, où la structure de la communauté microbienne est influencée par divers processus stochastiques et déterministes. L’objectif de ce projet de recherche était de caractériser la communauté bactérienne associée à l’agrile du frêne. Afin de prendre en compte les processus écologiques qui peuvent influencer cette communauté, des populations d’agriles du frêne en provenance de cinq différentes régions ont été récoltées et les individus ont été séparés selon leur sexe. L’ADN génomique total des échantillons a été extrait et le gène codant pour l’ARNr 16S a été séquencé par la technologie Illumina Miseq paired-end. Après avoir traité les séquences avec le protocole UPARSE, des analyses de diversité ont été réalisées avec le logiciel R. Bien qu’aucune différence significative n’ait été détectée entre les individus mâles et femelles, la structure du microbiome des agriles du frêne permet d’établir des liens entre les populations de l’insectes. Ainsi, une communauté bactérienne de base à toutes les populations a été identifiée, alors que certains genres bactériens semblaient être spécifiques à certains échantillons. Ces divergences, expliquées par divers processus stochastiques et déterministes, ont permis de séparer les échantillons en deux écotypes. Grâce à une analyse de β-diversité, l’importance de certains processus écologiques a pu être mise de l’avant. En effet, la population d’agriles du frêne élevée en conditions contrôlées présente une structure bactérienne plus homogène que les populations en provenance de milieu naturel. De plus, certaines espèces bactériennes ont été identifiées comme étant indicatrices du niveau d’établissement des populations.

Emerald ash borer, Agrilus planipennis Fairmaire, is an insect pest that caused significant damage to all ash species present in North America. This exotic pest, native from Asia, arrived in North America in the 90s. However, it was only detected for the first time in 2002 at the border of Windsor (ON, Canada) and Détroit (MI, United-States). Insects are known to live in association with microorganisms that allow them to survive and adapt to their environment. This association between an insect and its symbiotic microorganisms forms an holobiont, where the microbial community structure is influenced by various stochastic and deterministic pressures. The objective of this study was to characterize the bacterial community associated with the emerald ash borer.To considerer the ecological processes that can influence this community, emerald ash borer were harvested from five different sample sites and insects were separated by gender. Total DNA extraction was done and sequencing on the rRNA 16S gene was performed with the Illumina MiSeq paired-end technology. After sequences processing with UPARSE pipeline, diversity analysis were performed with R software. No significant difference was detected between males and females populations. However, the EAB microbiome structure seems to allow linkage between insect populations. A core microbiome was identified, while some bacterial genera appeared to be more specific to some samples. These differences, explained by various stochastic and determinist processes, allowed to separate the sample into two ecotypes. Analysis of β-diversity shows the importance of ecological processes on the shape of the bacteria community. Laboratory-reared population had a microbial structure more homogenous than the one from natural population. Moreover, some bacterial species were identified as indicative of the establishment population level.


identifier: Ben Gamra, Zied  (2016). Prototypage rapide et validation sur une plateforme SDR d’un estimateur hybride à maximum de vraisemblance du rapport signal sur bruit.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 75 p.

subject: prototypage rapide

subject: télécommunications sans fil

subject: radio logicielle

subject: FPGA

subject: technique

subject: de conception basée sur un modèle

subject: estimateur du rapport signal sur bruit

subject: MATLAB

subject: Simulink

subject: Xilinx System Generator

subject: PicoSDR2X2 de Nutaq

subject: émulateur de canal EB Propsim d’Anite. Rapid prototyping

subject: wireless telecommunications

subject: software defined radio

subject: model-based design technique

subject: Signal-to-Noise Ratio estimator

abstract:
Les standards de télécommunications sans fil ne cessent de changer et d’évoluer rapidement. Ceci
présente un défi pour les chercheurs et les industriels qui doivent s’y adapter au fur et à mesure. La
nécessité d’avoir une méthode et un matériel qui permettent de faire face à ce changement constant
a popularisé l’utilisation et du concept du prototypage rapide et des plateformes de radio logicielle
(SDR) à base de FPGA. Évidemment, plusieurs approches et outils basés sur ce concept ont vu le
jour en ce qui concerne la programmation des radios logicielles. Toutes ces approches se caractérisent
par le gain en temps de développement qu’elles offrent ainsi que leur facilité d’application. Les outils
proposés ne nécessitent plus une connaissance approfondie ni des langages de programmation du
matériel ni du matériel ciblé.
Le travail présenté dans ce mémoire est une application de la méthode de prototypage sur une
plateforme SDR. Un estimateur du rapport signal sur bruit (SNR), développé au sein de notre
équipe du Wireless Lab dirigé par le professeur Sofiène Affes, a été implémenté, testé et validé sur
une plateforme radio logicielle.
L’approche de conception choisie pour cela est celle basée sur un modèle (Model-Based Design
ou MBD). Cette approche ne nécessite aucune ligne de code vu qu’elle se base sur les outils
Matlab/Simulink et Xilinx System Generator (XSG) qui présentent une interface graphique et une
méthode de «Drag-and-drop». Ces outils logiciels permettent de créer une architecture de l’estimateur
qui est, par la suite, traduite en langage matériel (HDL) et implémentée sur la plateforme SDR
ciblée. La plateforme radio logicielle PicoSDR2X2 de Nutaq et l’émulateur de canaux EB Propsim
d’Anite constituent notre environnement expérimental. Les résultats obtenus ont été comparés à
ceux obtenus avec MATLAB.

Telecommunication standards are changing and evolving rapidly. This is a challenge for researchers
and industrials who must adapt constantly. The need for methods and hardware that allow
to face these changes made the use of rapid prototyping concept and FPGA-based software defined
radios (SDR) popular. Predictably, many approaches and tools based on this concept and dealing
with SDR programming have emerged. All these approaches have in common the fact that they are
development-time-saving and easy-to-use. The proposed tools do not require any deep knowledge
neither of hardware-programming languages nor of the targeted hardware itself.
The work presented in this thesis is an application of rapid prototyping method on an SDR
platform. A signal-to-noise ratio (SNR) estimator, developed by our Wireless Lab research group
led by Professor Sofiène Affes, was implemented, tested and validated on an SDR platform.
The approach selected to achieve this work is model-based. It requires no coding since it is
based on Matlab/Simulink and Xilinx Sytsem Generator (XSG) tools that present a graphical
user interface and a drag-and-drop method. Those software tools allow the creation of a design
architecture for the estimator which will be translated into hardware description language (HDL)
and implemented on the targeted SDR. Nutaq’s PicoSDR2X2 platform and Anite’s EB Propsim
channel emulator define our experimental environment. The obtained results were compared to
those of MATLAB.


identifier: Elguet, Chaima  (2016). Estimation des directions d’arrivée de sources turbo codées avec des modulations QAM.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en télécommunications, 71 p.

subject:
direction d’arrivée
turbo-codes
rapport de vraisemblance logarithmique
maximum de vraisemblance
beamforming
borne de Cramer-Rao
MUSIC
ESPRIT
turbo-codes
direction of arrival estimation
log-likelihood ratio
maximum likelihood
Cramer-Rao lower bound
code-aided
QAM signals
non-data-aided
data-aided.

abstract:
L’essor rapide des systèmes de communications radio-mobiles a donné lieu à une nécessité de plus en
plus croissante pour des services de géolocalisations efficaces. Une estimation précise des directions d’arrivée (DDAs) est donc nécessaire pour améliorer les performances de ces systèmes. Le sujet de ce mémoire de maitrise porte sur le développement d’un estimateur de direction d’arrivée pour des signaux turbo-codes. Nous proposons particulièrement une méthode novatrice permettant d’exploiter l’information extrinsèque provenant des décodeurs dans l’estimation des directions inconnues. En effet, le décodage est principalement basé sur un échange itératif d’une séquence d’information extrinsèque entre les deux décodeurs, sous forme de rapport de vraisemblance logarithmique (LLR). L’estimateur opère donc à chaque itération turbo en exploitant ces informations extrinsèques pour raffiner l’estimée de DDA. Cette dernière est utilisée pour diriger un beamforming dans la direction des signaux utiles tout en éliminant l’interférence. Dans ce travail, nous nous proposons de développer un estimateur de DDA à maximum de vraisemblance (MV) pour des signaux turbo-codes. Afin de caracteriser theoriquement le gain de performances en termes d’estimation des DDAs qui est du a l’assistance du décodeur, nous développons aussi, pour la première fois, l’expression analytique exacte de la borne de Cramer-Rao (BCR). L’analyse de performances montre que notre méthode surpasse la méthode d’estimation aveugle (aucune assistance du décodeur) et aboutit à des performances optimales par rapport à la BCR sur une large plage de rapport signal sur bruit (RSB). On montre également l’efficacité du nouvel estimateur par rapport aux deux techniques sous-espaces classiques MUSIC et ESPRIT.

 In this report, we address the problem of direction of arrival (DOA) estimation from turbo-coded square-
QAM-modulated transmissions. We devise a new code-aware direction finding concept, derived from maximum
likelihood (ML) theory, wherein the soft information provided by the soft-input soft-output (SISO)
decoder, in the form of log-likelihood ratios (LLRs), is used to assist the estimation process. At each turbo
iteration, the decoder output is used to refine the ML DOA estimate. The latter is in turn used to perform a
more focused receive beamforming thereby providing more reliable information-bearing sequences for the next
turbo iteration. In order to benchmark the new estimator, we also derive for the very first time the closed-form
expressions for the exact Cramer-Rao lower bounds (CRLBs) of code-aided (CA) DOA estimates. Simulation
results will show that the new CA direction finding scheme lies between the two traditional schemes
of completely non-data-aided (NDA) and data-aided (DA) estimations. Huge performance improvements are
achieved by embedding the direction finding and receive beamforming tasks within the turbo iteration loop.
Moreover, the new CA DOA estimator reaches the new CA CRLBs over a wide range of practical SNRs thereby
confirming its statistical efficiency in practice. As expected intuitively, its performance further improves
at higher coding rates and/or lower modulation orders.


identifier: Marceau, Hugues  (2016). Caractérisation de cellules lithium/soufre.  Mémoire.  Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'énergie et des matériaux, 121 p.

subject: lithium/soufre MEB UV-Vis pile lithium/sulphur SEM

abstract:
La technologie lithium/soufre a le potentiel de remplacer la technologie lithium-ion dans les
voitures électriques en raison du faible coût et de la faible densité du soufre. Elle présente toutefois
certains problèmes de cyclabilité qu’il importe de comprendre, puis de résoudre. Ce mémoire portera
sur l’analyse de cette technologie prometteuse par la combinaison d’une variété de techniques de
caractérisation.
Le lecteur découvrira au chapitre 1 que la pile lithium-ion est basée sur le principe de l’intercalation,
où des ions lithium sont insérés et extraits de matériaux qui agissent comme des réservoirs
ioniques. À l’opposé, la pile lithium/soufre est basée sur le principe de la réversibilité de la réaction
électrochimique entre le soufre et des métaux alcalins tels le lithium. Les ions lithium, chargés positivement,
se lient avec une molécule de soufre élémentaire insoluble, S8, qui accepte deux électrons
et forme des polysulfures de lithium, solubles. La réaction se poursuit jusqu’à ce que chaque atome
de soufre ait accepté 2 électrons, formant ainsi du Li2S, insoluble. Cette alternance entre produits
de réactions insolubles et solubles complique l’ingénierie de ce type de pile et constitue l’une des
principales problématiques présentées dans ce mémoire. Également, le lecteur trouvera au chapitre 1
quelques exemples de l’utilisation de techniques de caractérisation afin de comprendre les problèmes
de la pile lithium/soufre.
Le chapitre 2 présente comment les recours à la microscopie électronique à balayage (MEB), à
la diffraction des rayons X et à la spectroscopie d’absorption ultraviolet-visible ont permis de comprendre
les évolutions morphologiques et chimiques qui se produisent dans une pile lithium/soufre
à électrolyte polymère tout solide en cours de cyclage. La sublimation du soufre dans le vide du
microscope et l’instabilité des polysulfures (empêchant l’obtention de standards) a induit le développement
de méthodologies de caractérisations originales. Ces méthodologies ont permis la recharge
in operando d’une pile au MEB et l’analyse in operando en transmission d’une pile trouée. Les
expériences réalisées avec ces méthodologies ont permis de montrer la dégradation de l’intégrité de
la pile, la formation d’un catholyte, une consommation de matière active par la formation d’une
couche de passivation à l’anode, ainsi que la présence et l’accumulation de certains espèces chimiques
en fonction de l’état de charge de la pile.
Enfin, au chapitre 3, l’importance de la conservation de l’intégrité de la pile est justifiée. Ensuite,
es forces et faiblesses des méthologies employées sont présentées. Puis une discussion sur l’origine
de la courte durée de vie des piles lithium/soufre ainsi que sur les moyens d’y remédier est suivie
de recommandations en vue d’engendrer des travaux de recherche utiles pour le développement de
cette technologie.

 The lithium / sulfur battery technology could replace the lithium-ion technology found in electric
cars because of sulfur’s low cost and density. Its cyclability issues must be understood and
solved beforehand. This thesis will focus on the analysis of this promising technology, using various
characterisation techniques.
The reader will discover in chapter 1 intercallation, where lithium ions are inserted and extracted
from a matrix, similarly as in a tank. Intercallation is the foundation of lithium-ion batteries. At the
opposite, the lithium/sulfur technology is based on the reversibility of the electrochemical reaction
that occurs between sulfur and an alcalin material such as lithium. Positively charged lithium ions
can bond with insoluble elemental sulfur, S8, which can accept 2 elections, forming a soluble lithium
polysulfide. Similar reactions can continue to occur, until sulfur has accepted 2 electrons per atom,
forming insoluble Li2S. This alternance between soluble and insoluble reaction products makes
difficult the engineering of this type of cell. This is one of the problems highlighted in this thesis.
Also in chapter 1, the reader will find examples of the usage of characterisation techniques in order
to understand the problems of lithium/sulfur cells.
In chapter 2, several examples of the usage of scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction
(XRD) and UV-Visible absorption spectrometry (UV-Vis) applied to the lithium/sulfur
cell characterisation are presented. More specifically, in operando SEM has been made possible by
discharging the cell before insertion in the microscope chamber. Transmission UV-Vis has been
performed thanks to the usage of perforated electrodes. Those two techniques have highlighted: the
morphological changes in the cell, active material consumption, the formation of elemental sulfur
at the end of charge, the passivation of the lithium anode and the formation and accumulation of
several species at various state of charge.
In chapter 3, the importance of the preservation of the cell’s integrity is justified. Also, the
weakness and strengths of the employed methodologies are presented. Then, the short life of lithium/
sulfur cells is discussed and ways of improving it are introduced.


identifier: Pelletier, Mireille  (2016). The Rainy River gold deposit, Wabigoon Subprovince, western Ontario: style, geometry, timing and structural controls on ore distribution and grades.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 404 p.

subject:
Rainy River
or
Archéen
synvolcanique
Wabigoon
gold
Archean
synvolcanic

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 dépôt aurifère Rainy River, situé dans la partie ouest de la Sous-province du Wabigoon (Province du Supérieur), contient des ressources minérales estimées à 6,7 millions d'onces
d‘or. Ce gîte est encaissé dans un complexe volcanique sous-marin calco-alcalin de
compositions dacitique à rhyodacitique entouré de basaltes tholéiitiques. La minéralisation en or
est en grande partie associée à des disséminations et stockwerks de pyrite, sphalérite et
chalcopyrite, regroupés en quatre zones aurifères empilées dans la succession hôte et de façon
perpendiculaire à la foliation principale (S2: 102N/61°SO). Ces zones aurifères ont une
géométrie tabulaire, parallèle à S2 et contiennent des zones à plus forte teneur situées le long
de la linéation d‘étirement associée (L2: 225N/51°SO). De l‘or visible est occasionnellement
présent dans des veines de quartz-carbonate-pyrite±électrum plissées lors de la phase de
déformation D2 et transposées dans S2. Dans le cadre de cette étude, la documentation des
faciès volcaniques, de la déformation ainsi que de la minéralogie et de la géochimie associées
à l‘altération hydrothermale métamorphisée, combinée aux travaux de géochronologie U-Pb,
d‘analyses isotopiques de l‘oxygène ainsi que de cartographie ICP-MS de grains de pyrite ont
permis d‘exposer une zonation spatiale des assemblages d‘altération ainsi que des associations
métalliques générées par un système hydrothermal fertile pré déformation principale (D2). De
plus, les unités volcaniques à porosité primaire élevée (p.ex. : niveaux volcanoclastiques)
contrôlent en grande partie la distribution de l‘or, suggérant également une chronologie relative
de déposition de l‘or pré-déformation principale. La déformation subséquente des roches hôtes
est associée au raccourcissement N-S à NE-SO et est responsable de la géométrie actuelle
des zones aurifères maintenant parallèles à S2, ainsi que la remobilisation locale de l‘or le long
de L2.
L‘information détaillée présentée dans ce mémoire quant aux différents contrôles sur la
présence et la concentration de l‘or à Rainy River permet de comparer ce dépôt avec d‘autres
gisements aurifères synvolcaniques connus de la Province du Supérieur, notamment ceux du
camp Doyon-Bousquet-LaRonde dans la Sous-province de l‘Abitibi. Toutefois, la minéralisation
aurifère de type disséminée ainsi que la grande taille des zones aurifères à Rainy River en font
un dépôt « atypique » qui se démarque des gisements d‘or «plus communs » (p.ex. : or
orogénique et sulfures massifs volcanogènes) des ceintures de roches vertes archéennes.

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 6.7 Moz Rainy River auriferous system, located in the western Wabigoon Subprovince of the Superior Province, is hosted in a subaqueous, calc-alkaline dacitic to rhyodacitic complex
bounded by tholeiitic basalts. The bulk of the gold is associated with pyrite, chalcopyrite and
sphalerite disseminations and stockworks that form isolated, stacked mineralized zones with a
present geometry now parallel to the main foliation (S2: 102°/61°SW). Higher grade mineralized
subzones are collinear with a stretching lineation (L2: 225°/51°SW). Visible gold occasionally
occurs in D2-folded, quartz-carbonate-pyrite±electrum veins that are now transposed into S2.
The study of volcanic facies, deformation, alteration mineralogy and geochemistry as part of this
study, along with U-Pb geochronology, oxygen isotopes and LA-ICP-MS pyrite mapping allow
illustration of the spatial zonation of alteration assemblages and metal associations generated
by a fertile, pre-D2 hydrothermal system. Volcanic products of high primary porosity (e.g.,
volcaniclastic strata) represent favourable traps for gold. Subsequent deformation, mostly
associated with a N-S to NE-SW shortening, is responsible for the present geometry of the
mineralized zones that are now parallel to S2, with local remobilization along L2.
Detailed information on the primary and secondary geological controls on mineralization grade
and distribution presented in this thesis allows comparison between the Rainy River system and
other known Archean synvolcanic gold systems of the Superior Province such as the ones from
the Doyon-Bousquet-LaRonde camp in the Abitibi Subprovince. However, the disseminated
nature of mineralization and the large size of the mineralized bodies make it an ʺunusualʺ style
of system that contrasts with ʺmore commonʺ greenstone-hosted gold deposits such as
orogenic gold or volcanogenic massive sulphide deposits.


identifier: Idossou, Itounou Vital  (2016). Utilisation des boues d’épuration et du glycérol brut comme substrats pour Trichosporon Oleaginosus afin de produire des lipides nécessaires à la production du biodiesel.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 85 p.

subject:
biodiesel
production de lipides
boues d’épuration secondaires
boues lavées
Trichosporon Oleaginosus
glycérol
OUR
OTR
KLa
lipid production
secondary wastewater sludge
washed sludge
glycerol

abstract:
Le biodiesel s’affirme comme une alternative à l’utilisation des carburants fossiles surtout parce qu’il est renouvelable, biodégradable, non toxique et non dommageable à l’environnement. Parallèlement, la gestion des déchets solides à Québec s’avère être une préoccupation majeure.
Notre étude s’est donc focalisée sur la production de lipides pour leur conversion en biodiesel en utilisant un substrat à moindre coût tel que les boues d’épuration secondaires qui ont été collectées à la station d’épuration de la Communauté Urbaine de Québec (CUQ). Pour ce faire, différents types de boues (les boues lavées, non-lavées et centrifugées) ont été utilisées avec des concentrations en solides en suspension variant de 30 à 40 g/l pour la production de lipides par Trichosporon Oleaginosus. De plus dépendamment des cas, du glycérol brut purifié a été ajouté afin d’accroître cette production.
Les résultats obtenus, à l’issu de ce travail ont montré que lorsque les boues sont lavées, elles permettent une meilleure accumulation de lipides. Mieux, l’impact de la variation des matières en suspension fut investigué et a montré qu’à une concentration en matières en suspension de 35 g/l plus 40 g/l de glycérol avec ces mêmes boues lavées, une concentration de 20,4 g/l de lipides est obtenue. De plus, la mesure des paramètres tels que l’OUR, l’OTR et le KLa a confirmé la performance du bioréacteur lorsqu’il est opéré sous ces conditions.

 Biodiesel is emerging as a favourable alternative to the fossil fuel extinctions since it is renewable, biodegradable, non-toxic and eco-friendly environment. Meanwhile, wastes management in Québec is proving to be a major concern.
Then, our study is focused on lipid production for biodiesel conversion by using a lower cost substrate such as secondary wastewater sludge collected from the wastewater treatment plant of the Urban Community Québec (CUQ). Thus, to achieve this, different types of sludge such as washed sludge, unwashed and centrifuged are used with suspended solids ranging from 30 to 40 g/L for lipid production by Trichosporon Oleaginosus. In addition, depending on the case, purified crude glycerol was added in order to increase the production.
The results obtained at the end of this work have showed that when the sludge is washed, it allows a better lipid accumulation. Moreover, the impact of changes in suspended solids was investiged and showed that at a suspended solids concentration of 35g/L plus 40g/L of crude glycerol with those washed sludge, a concentration of 20.4g/L of lipid was obtained. Furthermore, the measurement of parameters such as OUR, OTR, KLa, has confirmed bioreactor performance when operated under these conditions.


identifier: Velasco-Davalos, Ivan Alejandro  (2016). Hydrothermal epitaxy of functional perovskite thin films.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'énergie et des matériaux, 122 p.

subject:
functional oxides
perovskit
BaTiO3
BiFeO3
thin films
epitaxial growth
SrTiO3
single crystal
substrate surface preparation
etching
step-terrace structure
single termination
hydrothermal synthesis
atomic force microscopy
ferroelectric polarization switching
microwave-assisted hydrothermal method
conventional hydrothermal process
topography
bulk photovoltaic effect
photocurrent

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.Functional oxides and their thin film epitaxy have become increasingly requested and further improvement in the existing technologies of information storage and energy harvesting heavily depends on the performance of such heterostructures at the nanoscale. Ferroelectric materials show a spontaneous electric polarization, which can be switched repeatedly by applying an external electric field. Since the discovery of ferroelectric BaTiO3 as the first oxide ferroelectric, the period prior to 1988 was mainly restricted to modelling ferroelectric phase transitions and discovering new ones. However, the focus has been significantly changed in the nineties, when thin films were developed and integrated into semiconductors at the nanoscale. This down scaling and bi-stable polarization of ferroelectrics were attractive in memory devices through ferroelectric random access memory, smart cards etc., and in tunable microwave devices through phase shifters, delay lines, resonators etc., apart from the conventional capacitor applications. Similarly, work on multiferroic can be traced back to pioneering research in the 1950s and 1960s, but there has been a recent resurgence of interest driven by long-term technological aspirations. For more than a decade, BiFeO3, being a magnetic and a strong ferroelectric material at room temperature, has been renowned as a multiferroic materials that addresses a range of possible applications that no other material class exhibits so far. Out of many possible options, photovoltaic applications are being extensively considered due to the relatively low band-gap (~2.5 eV). These two material systems, BaTiO3 and BiFeO3 are widely considered as the model systems for ferroelectric and multiferroic properties and hence epitaxial thin film growth on lattice matched SrTiO3 substrates by an inexpensive hydrothermal method are considered in this thesis.
One of the main requirements of producing high quality epitaxial thin films on SrTiO3 substrates is the single termination of its surface. To this effect, a novel microwave-assisted hydrothermal etching was successfully applied to the surface preparation of pure and Nb-doped SrTiO3 single crystals with (100), (110) and (111) orientations. Without the possibility of fluorine contaminations from the Teflon liner and by avoiding the etching chemistry involved with HF widely used, the surface structure appears perfect within the limitations of the in-plane and out-of-plane miscut angles. These results indicate that the utilization of this method, without any corrosive chemicals during the preparation steps, to achieve atomically flat surface with single chemical termination of SrTiO3 substrates is feasible and compatible with batch processing. This technique is inexpensive, fast, safe, environmentally benign, compatible with batch processes, and showed remarkable reproducibility. Further, this method does not need an ultra-high vacuum environment and long annealing time at high temperatures. The possibility to reduce the etching time significantly avoids the formation of etch pits and holes on the substrate surface.
The hydrothermal technique is shown to be a feasible way to obtain good crystalline quality thin films of BaTiO3 and BiFeO3. This method is an inexpensive alternative technique, which is defined as any chemical reaction in presence of aqueous solvents conducted at autogenous pressure, which corresponds to the vapor pressure above room temperature and below the critical point, generally lower than 370 °C for water, in a closed system. As for the synthesis of the thin films, two hydrothermal technique modes were employed; conventional hydrothermal for BaTiO3 and microwave assisted hydrothermal for BiFeO3. The conventional hydrothermal mode, where the heating process happens by convection at
heating rates of 10 °C/min using a stainless steel reactor in a conventional oven; and, the microwave assisted hydrothermal mode, which consists in utilizing a relatively low budget high strength polymer reactor in a microwave oven for which the heating process happens by absorption through water molecules of the 2.45 GHz radiation which allows a more efficient heating process to synthesize films in less time compared to the conventional process.
In the case of BaTiO3 films, TiO2 nanoparticles dispersed in the Ba(OH)2 alkaline solution are used as precursors. The incorporation of H2O2 into precursor solution served as a strong oxidant and catalyst for the uniform nucleation of BaTiO3 on the substrate surface. Polarization reversal in single phase epitaxial and polycrystalline BaTiO3 thin films were demonstrated on Nb:SrTiO3 and Pt/Al2O3/SiO2/Si substrates, respectively. Raman scattering studies revealed the necessity of cumulative depositions with 10 min of microwave radiation at a power of 120W for the single phase formation of BaTiO3 films. No traces of impurity phases were present according to the x-ray diffraction and Raman scattering results which is primarily due to the absence of mineralizers. Local phase hysteresis of BaTiO3 thin film on Nb:SrTiO3 substrate confirms ferroelectricity and 180o switching. Highly ordered BiFeO3 thin films were successfully produced by hydrothermal synthesis on SrTiO3:Nb (100) substrates. Surfactants were avoided and significantly reduced the concentration of potassium hydroxide (KOH) by a factor of 10 compared to reports in literature to reduce the leakage current. Due to this reduction of mineralizer, leading to less solubility of the precursors and decreasing the reaction rate, deposition time of ~18 h were required to grow a 40 nm thin film. As-grown BiFeO3 films were also annealed at 500 °C under nitrogen flow for better crystallization and to remove hydrogen. For the first time, polarization reversal is demonstrated by successful reduction of electronic leakage. A first demonstration of the bulk photovoltaic effect in hydrothermally grown BiFeO3 shows that this technique can be used to produce multiferroics for photovoltaic applications. Our experimental results confirm realization of single termination of SrTiO3 and epitaxial deposition of BaTiO3 and BiFeO3 by an inexpensive hydrothermal method with or without microwave radiation.


identifier: Boumail, Afia  (2016). Mise au point d'un système polymérique pour assurer la protection et la libération contrôlée de molécules bioactives  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 180 p.

subject:
huile essentielle
film
emballage
enrobage
aliment
antimicrobien
polysaccharide
polymère

abstract: Malgré la surveillance accrue et la mise en place d'une réglementation sur l'hygiène et la salubrité alimentaire, il est encore possible de faire face à des cas de contamination bactérienne en industrie. Ces contaminations alimentaires provoquent des effets sur la santé humaine mais également au niveau de l'économie. De nombreux moyens permettent d'empêcher la croissance microbienne dans les aliments mais les agences de santé imposent des limites au niveau de leur utilisation. Les consommateurs exercent aussi une certaine influence, en demandant de plus en plus la présence de produits d'origine naturelle. Les huiles essentielles vont dans ce sens et leurs propriétés antimicrobiennes sont reconnues depuis de nombreuses années. Leur utilisation reste pourtant difficile puisqu'elles peuvent modifier la saveur des aliments et leur caractère volatile peut réduire leur usage à long terme. Le but de cette étude était donc développer un système polymérique permettant de protéger ces composés bioactifs pendant la conservation, tout en assurant une libération contrôlée, dans le but de maintenir un effet antimicrobien contre plusieurs bactéries pathogènes.Dans un premier temps, un film d'emballage à base de polysaccharides et contenant un mélange de composés antimicrobiens a été développé. Les résultats ont montré la présence d'un effet antimicrobien aussi bien in vitro qu'in situ. Le suivi des composés antimicrobiens a permis de mettre en évidence la libération contrôlée de ces molécules et une nouvelle méthode de quantification des composés antimicrobiens par spectroscopie infrarouge a été développée. L'étude des propriétés physico-chimiques de ces films a également permis de caractériser la résistance et l'élasticité des films. La présence d'antimicrobiens a permis d'améliorer leur effet barrière face à l'humidité et au dioxyde de carbone.Par la suite, la recherche s'est portée sur le développement de films d'enrobage, directement appliqués sur des légumes. Un criblage in vitro suivi de l'analyse des propriétés organoleptiques ont permis de sélectionner l'enrobage possédant les meilleures effets antimicrobiens tout en gardant des caractéristiques organoleptiques similaires aux légumes non traités. L'effet de cet enrobage sur la respiration, la couleur et la texture des légumes a été évalué. Les changements mineurs observés ne sont toutefois pas visibles pour le consommateur tout au long de la conservation. Cet enrobage a également montré un bon effet antimicrobien, permettant une inhibition de la croissance de Listeria après 7 jours.Enfin, la dernière étape de ce projet était d'évaluer l'effet de cet enrobage antimicrobien en combinaison avec deux types de traitements physiques : l'irradiation γ ou l'ozonation de l'air. Chacun des traitements utilisé seul a montré une diminution de la charge microbienne. La combinaison de l'enrobage avec l'irradiation γ a montré que la présence de l'enrobage permet de réduire de 4 fois la dose d'irradiation maximale autorisée. Cette combinaison a induit une synergie entre les traitements et les bactéries Listeria innocua et Escherichia coli n'étaient plus détectées. La combinaison de l'enrobage avec l'ozonation de l'air a montré une réduction totale de L. innocua et E. coli de 3.3 et 3.8 log UFC/g respectivement. De plus, les résultats obtenus laissent supposer un effet antioxydant de l'enrobage.Ce projet de doctorat aura permis de développer deux types de films antimicrobiens pouvant être facilement transposés en industrie et intégrés lors de la transformation alimentaire.


identifier: Fraser, Marc  (2016). Effets des métaux sur le système sérotonine de la moule(Mytilus edulis) et du trophoblaste placentaire humain  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 157 p.

subject:
Cadmium
Manganèse
Plomb
Transporteur
sérotonine
SERT
Monoamineoxydase
Recepteur 2A
5-HT2AR
BeWo
Reproduction

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 système de la sérotonine est présent chez les mollusques et le placenta humain. Elle y joue, entre autres, un rôle important dans la reproduction. Chez les mollusques, la sérotonine régule la ponte et la différenciation sexuelle. Chez l’humain, la sérotonine placentaire et maternelle joue un rôle dans le développement du trophoblaste placentaire et dans le développement neuronal et cardiaque du foetus. La moule bleue et le placenta sont de bons bioindicateurs de la contamination de leur environnement respectif. Ils offrent donc un potentiel pour l’étude des effets de la contamination environnementale sur le système sérotonine. Les contaminants environnementaux, tels que les métaux, peuvent altérer le système de la sérotonine. Cependant, très peu d’études se sont intéressées aux effets des métaux sur le système sérotonine de la moule bleue et du placenta humain. L’hypothèse de recherche de ce projet doctoral est que de faibles concentrations de Mn, Pb et Cd altèrent, de manière sexespécifique, le système sérotonine, chez la moule bleue et le trophoblaste placentaire humain. L’objectif général est d’étudier l’effet des métaux sur le système de la sérotonine dans les moules (in vivo) et le trophoblaste humain (in vitro), deux modèles non invasifs et accessibles. Les objectifs spécifiques sont de : 1) Développer un protocole efficace de sexage des moules ; 2) Déterminer l’effet d’une exposition à long terme du Mn, Pb et Cd sur l’expression du SERT, les concentrations de sérotonine et l’activité de la MAO dans le la moule bleue et si les effets observés varient selon le sexe ; 3) Déterminer l’effet d’une exposition au Mn et Pb sur le système de la sérotonine du trophoblaste placentaire humain. Des Mytilus edulis et la lignée BeWo (modèle du trophoblaste villeux) ont été exposées à de faibles concentrations de Mn, Pb et Cd. Le placenta ainsi que le sang maternel et de cordon ont été recueillis d’une cohorte de femmes enceintes et les concentrations de métaux ont été déterminées. Les résultats montrent une modification du système sérotonine par une exposition à de faibles concentrations de Mn, Pb et Cd. Chez les moules bleues, une diminution de l’expression de la protéine SERT (Mn, Pb et Cd) et de l’activité de la MAO (Cd) est observée. Les moules femelles ont une activité de la MAO plus élevée que les mâles. Chez le placenta humain, les concentrations de 5-HT (Mn et Pb), la protéine SERT (Pb), l’activité de la protéine SERT (Mn et Pb) et l’activité de la MAO (Pb) diminuent. Une diminution de l’expression de l’ARNm codant pour le récepteur 5-HT2A (HTR2A) est observée aux concentrations plus élevées de Mn (> 305 nM) et de Pb (> 100 nM) dans le sang maternel. Cette étude montre que de faibles concentrations de Mn et de Pb et de Cd perturbent le système 5-HT chez Mytilus edulis et le trophoblaste placentaire humain. Puisque la sérotonine est impliquée dans les mécanismes de reproduction chez la moule et dans les fonctions du placenta humain, les modifications observées dans le système de la sérotonine pourraient avoir des répercussions sur les populations de moules, sur la santé de la grossesse et sur le développement du foetus. Des études supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre comment les métaux modulent le système 5-HT et pour déterminer si c’est un biomarqueur d’effets sur la reproduction des moules et la grossesse humaine.


identifier: Imane, Roqaya  (2016). Optimisation de la production d'acide succinique chez Methylbacterium extorquens par le biais de petits arn régulateurs  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en microbiologie appliquée, 71 p.

subject:
Acide ribonucléique
Cycle de Krebs
Métabolisme

abstract:
Les ARN régulateurs (sARN) sont des petits ARN qui ont la capacité de réguler l’expression de gènes chez les bactéries. Du fait de leur grande capacité de régulation, ils pourraient être utilisés comme outil en ingénierie métabolique dans la production de certains métabolites, tel que l’acide succinique. Ce dernier est un diacide carboxylique présent dans tous les êtres vivants. Il est aussi utilisé dans de nombreux domaines tels que l’agro-alimentaire, le textile, la pharmaceutique, les cosmétiques ou encore la production de plastiques. La synthèse de l’acide succinique peut se faire de façon chimique à partir de matières premières fossiles tels que le pétrole et le gaz naturel. Toutefois, ces matières deviennent de plus en plus rares et chères, et elles sont polluantes. Il est donc préférable d’avoir recours à la biotechnologie, si possible en évitant l’utilisation de produits provenant de l’agriculture comme source de carbone pour les microorganismes. Methylobacterium extorquens est une bactérie à Gram négatif et méthylotrophe, donc capable de croître sur le méthanol. L’hypothèse de ce projet est qu’il est possible d’avoir recours aux sARN pour favoriser la production d’acide succinique par cette bactérie. Cependant, la taille du sARN à synthétiser est importante dans la mesure où plus sa séquence est longue, plus il peut avoir des interactions non spécifiques ou une efficacité réduite de liaison de la séquence désirée avec la cible choisie. Il est donc nécessaire de minimiser les séquences inutiles qui peuvent se trouver sur le promoteur. Étant donné que ce système a été testé avec succès chez Escherichia coli, il faut aussi tester la preuve de concept d’inhibition des gènes chez M. extorquens avec des petits ARNs contre le gène gfp aussi, et finalement cibler les gènes dont l’inhibition a le potentiel de permettre une augmentation de la production d’acide succinique. Une version tronquée du promoteur PmxaF a pu induire l’expression des sARN. Il a toutefois été difficile de prouver l’effet sur sARN sur le gène gfp dû à la non concordance des contrôles.

Small regulatory RNAs (sRNAs) are short, noncoding RNAs that control gene expression in bacteria and have the ability to bind the messenger RNA and inhibit translation. They can be used in any application that requires the modification of gene expression, such as metabolic engineering: an approach that aims to produce high yields of chosen metabolites like succinic acid. This consists in identifying potential genetic targets whose inhibition would allow increased production of succinic acid. It is a diacarboxylic acid found in all living organisms and used in several industries such as food, pharmaceutical, cosmetic, textile and plastic production. Succinic acid can be synthesised chemically from fossil fuels such as oil and natural gas. However, these materials are becoming increasingly scarce, expensive, and polluting. It is therefore preferable to use biotechnology, thanks to which it is possible to avoid the use of products from agriculture as a carbon source for microorganism. Methylobacterium extorquens is a methylotrophic Gram-negative bacterium, able to grow on methanol. It is thus a good candidate to avoid using agricultural products as a carbon source for microorganisms used in large-scale biotechnology production. The hypothesis of the project is that it is possible to use small RNA to enhance succinic acid production via this bacterium. Several different types of sRNA(s) can be synthesized to target distinct genes within the metabolic pathways necessary for the production of the succinic acid. The key element of the synthesized sRNA is a sequence complementary to the target. sRNA transcription also requires a promoter which will needs to be carefully cloned to avoid unnecessary sequences in the sRNA. The longer the sRNA sequence, the higher the possibility for non-specific interactions or a reduced binding efficiency with the desired target sequence can occur. While the engineered sRNA-system has been proven useful in E. coli, it has not been used in other bacteria yet. We have built such a system in Methylobacterium extorquens. A shortened-promoter was cloned and shown to function to express the Green Fluorescent Protein (GFP) reporter gene. The next step was to target a gfp reporter with appropriate sRNAs in order to prove the feasibility of targeting any genes but it was difficult to prove the effect of sARN on the gfp gene due to the mismatch controls.


identifier: Labrie, Marilyne  (2016). Expression et fonctions des galectines dans le cancer  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en virologie et immunologie, 213 p.

subject:
CANCER DE LA PROSTATE
CANCER OVARIEN
CRD
DOMAIN DE LIAISON AUX SUCRES
APOPTOSES
BIOMARQUEUR
IMMUNOÉVASION
CANCER MOLÉCULAIRE
TUMEUR

abstract:
Dans une ère où la médecine personnalisée prend de plus en plus d’ampleur, il est devenu primordial de mieux comprendre les différents évènements moléculaires qui régulent la progression tumorale. Depuis plusieurs années, les galectines sont au centre d’un intérêt grandissant pour la découverte de biomarqueurs exploitables. De par leur capacité à lier une grande variété de molécules glycosylées, ces lectines animales régulent différents aspects de la progression tumorale, dont la résistance à la chimiothérapie, l’immunoévasion et le potentiel métastatique. Puisque leur expression est souvent dérégulée dans plusieurs types de cancer, il est clair qu’une meilleure caractérisation de leur expression et de leurs fonctions permettra de développer de nouveaux outils pour le diagnostic, le pronostic et le traitement des patients atteints du cancer.L’objectif de ce projet de thèse était, dans un premier temps, de déterminer l’expression et les fonctions de la galectine-7 dans le cancer de la prostate et de l’ovaire. Dans un deuxième temps, nous avons étudié la possibilité d’utiliser une signature de galectines comme biomarqueur et cible thérapeutique dans le cancer ovarien.Pour ce faire, nous avons utilisé des micromatrices tissulaires construites à partir de tissus provenant de patients atteints de cancer. Nous avons d’abord observé que l’expression de la galectine-7 est réprimée dans le cancer de la prostate. Avec l’aide de modèles cellulaires in vitro utilisant les cellules DU-145, nous avons ensuite mis en évidence une activité anti-tumorale de la galectine-7 dans le cancer de la prostate. Nous avons ensuite étudié les fonctions CRD-dépendantes de la galectine-7 à l’aide d’un vecteur d’expression de la galectine-7 dont la séquence codant pour le CRD a été muté. Nous avons établi que la fonction pro-apoptotique de la galectine-7 est indépendante de sa localisation mitochondriale et nucléaire et qu’il s’agit d’une fonction CRD-indépendante. À l’opposé, la réduction du potentiel invasif est un évènement CRD-dépendant. Enfin, avec l’aide d’un modèle pré-clinique murin, nous avons pu constater que la présence de la galectine-7 réduit la croissance tumorale, alors que la galectine-7 dont le CRD est muté a une fonction inverse et stimule la croissance tumorale. Nos résultats suggèrent donc que les interactions CRD-indépendantes de la galectine-7 régulent un phénotype pro-tumoral.Dans le cas du cancer ovarien, nous avons démontré que la présence de galectine-7 est associée à des tumeurs de haut grade et aux métastases, ainsi qu’à un plus haut taux de mortalité. Avec l’aide de modèles in vitro, nous avons établi que la galectine-7 favorise le potentiel invasif des cellules cancéreuses de l’ovaire en augmentant la motilité cellulaire et la production de la métalloprotéinase de la matrice 9. Nous avons également mis en évidence l’activité immunosuppressive de la galectine-7 via sa capacité à induire l’apoptose des cellules immunitaires, dont les monocytes et les lymphocytes T CD4+ et T CD8+.Dans un dernier temps, en utilisant des micromatrices tissulaires comprenant des échantillons de tumeurs ovariennes de sous-type séreux de haut grade, nous avons identifié une signature prédictive constituée de différentes galectines pour les patientes atteintes de cancer ovarien. Plus précisément, nous avons observé que la galectine-1 stromale est associée à la récidive des patientes, alors que la présence de puncta péri-nucléaires de galectine-9 prédit un plus haut taux de mortalité. La présence de galectine-8 épithéliale, quant à elle, est associée à la résistance à la chimiothérapie. Plus important encore, cette signature de galectines permet d’établir un pronostic pour les patientes qui sont négatives pour CA125, le seul biomarqueur utilisé au niveau clinique pour le cancer de l’ovaire.En conclusion, notre étude a permis de caractériser les fonctions anti- et pro-tumorales de la galectine-7 dans les cancers de la prostate et de l’ovaire, respectivement. Cette étude est la première à démontrer que la perturbation du CRD de la galectine-7 peut provoquer un changement phénotypique d’anti- à pro-tumoral. Cela amène une réflexion sérieuse sur l’utilisation d’inhibiteurs de galectines qui ciblent le CRD de ces protéines. Nos recherches ont aussi permis de définir une signature d’expression des galectines qui permettrait d’établir le pronostic des patientes atteintes du cancer ovarien. Nos résultats valident l’hypothèse que les galectines peuvent servir de biomarqueurs et cibles thérapeutiques pour différents cancers et justifie la poursuite de nos recherches dans ce domaine.

In an era where there is an emerging interest in personalized medicine, it becomes essential to have a better understanding of the different molecular events regulating cancer progression. For these reasons, attempts to discover new actionable biomarkers had put the galectins at the center of attention. Members of this group of lectins have the ability to bind a large variety of glycosylated molecules and to regulate different aspects of tumor progression such as chemoresistance, immune evasion and spread of metastatic cells. Because their expression is often deregulated in cancer cells, it is becoming clear that a better understanding of their functions may lead to the development of new tools for the diagnosis, prognosis and treatment of cancer patients.The objectives of this doctoral project were to determine the expression and functions of galectin-7 in prostate and ovarian cancer and to define a galectin expression signature in ovarian cancer that could be used as an actionable biomarker. For this purpose, we used tissue microarrays constructed from cancer patients’ tissue samples and showed that galectin-7 expression was abrogated in prostate cancer tissues. These results are consistent with galectin-7 anti-tumoral functions obtained using in vitro experiments with DU-145 prostate cancer cells. Using a mutant form of galectin-7 with a non-functional carbohydrate recognition domain (CRD), we further established that the pro-apoptotic function of galectin-7 is independent of its mitochondrial and nuclear localization and independent of its CRD activity. On the other hand, we found that the reduced invasive behavior of galectin-7 expressing cells is a CRD-dependent event. Finally, using a preclinical murine model, we observed that galectin-7 reduces the tumor growth, while the CRD-defective galectin-7 had the opposite effect. Our results suggest that galectin-7 CRD-independent interactions regulate a pro-tumoral phenotype.In ovarian cancer, we demonstrated that galectin-7 expression is associated with higher grade tumors, metastasis and to a shorter survival. With an in vitro model, we established that galectin-7 stimulates the invasive potential of ovarian cancer cells by inducing motility as well as matrix metalloproteinase 9 expression. We also found that galectin-7 has an immunosuppressive activity by inducing apoptosis of immune cells such as monocytes and CD4+ and CD8+ T cells.Finally, using tissue microarrays constructed from ovarian high grade serous carcinoma samples, we identified a galectin signature that could predict the outcome of ovarian cancer patients. More specifically, we found that stromal galectin-1 was associated with a shorter disease-free survival and galectin-9 perinuclear puncta were associated with a shorter overall survival. Also, epithelial galectin-8 is associated with chemoresistance. More importantly, this galectin signature could predict the outcome of CA125 negative patients. CA125 is the only clinically available biomarker for ovarian cancer.In conclusion, we characterized the anti- and pro-tumoral functions of galectin-7 in prostate and ovarian cancer, respectively. This study is the first to demonstrate that the CRD is the phenotypical switch between the pro- and anti-tumoral functions of galectin-7. This finding raises some questions regarding the use of inhibitors that target galectins CRD. Our research also helps to define a novel galectin expression signature that might help ovarian cancer patients’ management. They further validate the hypothesis that galectins can be use as actionable biomarkers for different cancer types.