identifier: Whiteduck Léveillée, Kerri  (2014). Caractérisation de deux nouvelles espèces Arcobacter, A. lanthierij et A. septicus.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Maîtrise en microbiologie appliquée, 88 p.

abstract:
La systématique microbienne permet la classification des bactéries en associant celles-ci à un
genre et une espèce. La caractérisation et l'identification de nouvelles espèces bactériennes sont
d'une grande importance clinique puisqu'elles permettent d'observer le rôle par rapport aux risques à
la santé humaine et animale, mais aussi d'évaluer les traitements possibles si celles-ci causent des
infections ou des maladies. Cette tâche peut devenir difficile lorsque l'espèce provient d'un milieu
extrême ou encore pour des bactéries fastidieuses dans leurs exigences de croissance. Il n'existe pas
une analyse directe afin d'identifier une nouvelle espèce bactérienne et donc une approche
polyphasique est nécessaire (Prakash et al., 2007, Vandamme et al., 1992b). Ce type d'approche
permet d'obtenir des résultats d'une panoplie d'analyses différentes permettant alors une vue
d'ensemble de la taxonomie de la bactérie.
Il existe plusieurs communautés bactériennes capables de survivre dans les eaux de surface
ainsi que dans la matière fécale humaine et animale. Certaines bactéries font normalement partie de
la flore intestinale de certains animaux et de l'humain, comme E. coli. Cependant, lorsqu'une bactérie
pathogène s'introduit, alors celle-ci peut causer des infections et des maladies. La contamination
fécale des eaux de surface se fait par le ruissellement des matières fécales animales lors de fortes
pluies et donc une simple ingestion lors d'une baignade peut causer une infection chez l'humain. La
rivière Nation sud (RNS) située en Ontario (Canada) est un bassin versant avec plus de 60%
d'activités agricoles et elle est donc un lieu idéal pour faire une étude sur l'effet de la contamination
bactérienne provenant de l'agriculture sur les eaux de surface. Le genre bactérien observé dans cette
étude est Arcobacter. Ce genre est retrouvé dans les eaux de surface et aussi chez les animaux de
ferme, sauvages et domestiques. Des échantillonnages d'eaux de surface de la RNS ainsi que de
diverses matières fécales dans les environs de la RNS ont permis d'évaluer la prévalence
d'Arcobacter dans cette région. En ce sens, une collection d'isolats Arcobacter fut établie à partir
d'échantillons provenant de ce bassin et conservés à AAC.
L'hypothèse principale de ce mémoire est que de nouvelles espèces du genre Arcobacter se
retrouvent dans la collection d'isolats fécaux d'AAC. L'objectif a été de caractériser ces espèces à
l'aide de l'approche polyphasique visant la caractérisation morphologique, phénotypique et génétique.
Deux nouvelles espèces Arcobacter ont été découvertes dans cette collection. Le séquençage de
I'ARNr 168 et des gènes cpn60, rpoB et gyrB ainsi que le séquençage du génome ont été faits chez
ces deux espèces. Des tests biochimiques, enzymatiques et de tolérance ont permis d'évaluer les
conditions de croissance des bactéries. Pour compléter, le développement de méthodes moléculaires

a permis l'identification de ces nouvelles espèces. Les noms proposés pour ces deux nouvelles
espèces sont Arcobacter /anthierii et Arcobacter septicus.


identifier: Doggui, Sihem  (2014). L'encapsulation du curcumin dans des nanoparticules pol ymériques et biodégradables de plga : une nouvelle stratégie thérapeutique ciblant la maladie d'alzheimer  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 241 p.

type:
Thèse
Non évalué par les pairs

abstract:
La maladie d'Alzheimer touche plus de 24,3 millions d'individus dans le monde. Considérant le
vieillissement de la population, ce nombre risque d'augmenter drastiquement au cours des
prochaines décennies. À ce jour, il n'existe aucun traitement pouvant prévenir ou guérir cette
pathologie et par conséquent d'importants efforts sont investis afin de mieux comprendre son
étiologie. Un des facteurs reliés à la maladie d'Alzheimer est le stress oxydatif, qui via l'action
des radicaux libres, peut endommager 1 'intégrité neuronale et accroître la mortalité cellulaire. De
plus, des études animales et épidémiologiques indiquent que le stress oxydatif jouerait un rôle
important dans la physiopathologie précoce de la maladie. Ainsi, la réduction du stress oxydatif
par l'administration d'antioxydants semble être une voie thérapeutique prometteuse. Parmi un
grand nombre de produits naturels, le curcumin est une molécule d'intérêt du fait de son activité
pléiotropique : antioxydante, anti-inflammatoire, anti-amyloïde et anti-phosphorylation de la
protéine Tau. À cause de son hydrophobicité, le curcumin est mal absorbé par l'organisme, ce
qui réduit son efficacité thérapeutique. Récemment, un intérêt considérable a été porté sur
l'utilisation de nanoparticules composées d'une matrice polymérique biocompatible et
biodégradable telles que le poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) afin de permettre le transport de
médicaments vers le cerveau. Ainsi, une solution potentielle dans le but d'augmenter la stabilité,
la solubilité, la biodisponibilité et l'internalisation du curcumin dans les neurones, serait
1 'en capsula ti on de celui -ci dans des nanoparticules. Afin de répondre à cette hypothèse, nous
avons premièrement préparé et caractérisé des nanoparticules vides (Nps) et encapsulant du
curcumin (Nps-Cur) composées d'une matrice polymérique de PLGA, par l'utilisation de la
méthode d'émulsion-évaporation de solvant. Les résultats ont montré que les Nps-Cur possèdent
une morphologie sphérique et régulière et ont un diamètre compris entre 80 et 120 nm. Le
pourcentage d' encapsulation du curcumin dans les Nps-Cur est de 31 %. La cinétique de
relargage in vitro suit un profil biphasique avec une phase de relargage exponentielle,
correspondant à la libération des nanoparticules, et une phase de relargage plus lente qui
correspond à la diffusion des nanoparticules à travers la matrice polymérique. Par la suite, nous
avons évalué in vitro, les effets toxiques et/ou protecteurs des Nps-Cur, l'efficacité de
l'encapsulation du curcumin et leur distribution cellulaire. À l'aide de la microscopie à
fluorescence et confocale, nous avons démontré que les nanoparticules de curcumin étaient très

largement intemalisées dans le cytoplasme et dans le noyau. Les études de cytotoxicité
confirment que les nanoparticules synthétisées sont non-toxiques et qu'elles protègent contre la
mort cellulaire induite par le peroxyde d'hydrogène (H202). Nous avons également démontré que
les Nps-Cur sont capables de réduire, le niveau des espèces réactives de l'oxygène, l'utilisation
du glutathion et l'induction du facteur de transcription sensible au potentiel cellulaire Nrf2,
induite par l'H202. Finalement, nous avons modifié la matrice polymérique afin d'améliorer
certains paramètres physicochimiques permettant d'augmenter l'efficacité neuroprotectrice des
nanoparticules de curcumin. Nous avons alors mené une étude comparative entre deux types de
nanoparticules composées d'une matrice polymérique de PLGA ayant un ratio d'acide
lactique/acide glycolique de 65:35 et de 50:50. Comparativement au Nps-Cur 65:35, les Nps-Cur
50:50 ont un pourcentage d'encapsulation significativement supérieur (81 %). De plus, nous
avons montré que 1 'utilisation du polymère 50:50 améliore la cinétique de re largage du
curcumin. Par conséquent, nous avons utilisé les Nps-Cur 50:50, afin d'étudier spécifiquement
les mécanismes cellulaires neuroprotecteurs du curcumin contre le stress oxydatif induit par
l'H202. Les résultats obtenus ont démontré que les Nps-Cur 50:50 sont capables d'empêcher
l'induction de la voie de signalisation antioxydante, Keapl/Nrf2, d'inhiber l'activation de la voie
pro-inflammatoire NF-KB et la phosphorylation de la protéine Tau en présence d'H20 2. En
conclusion, les Nps-Cur s'avèrent être un outil intéressant pour l'administration de composés
bioactifs par voie orale en augmentant leurs absorptions et en réduisant leurs effets secondaires et
les doses administrées. Cependant, malgré toutes les applications prometteuses des
nanoparticules, il est important de prendre en considération leur potentielle toxicité qui est
jusqu'à présent peu étudiée. Ce projet de recherche est particulièrement novateur du fait de
l'utilisation de nanomatériaux dans un objectif thérapeutique visant la maladie d'Alzheimer et il
apporte des avancées significatives dans la compréhension des mécanismes biologiques
impliqués dans la neuroprotection induite par l'encapsulation du curcumin.


identifier: Laanaya, Fatima  (2015). Modélisation de la température de l’eau en rivière à l’aide du modèle additif généralisé et comparaison avec d’autres approches statistiques.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 92 p.

subject:
modèle additif généralisé
modèle MAG
température de l’eau
température de l’air
débit
modèle logistique
modèle de régression des résidus
statistique

abstract: La prévision du processus thermique en rivière implique le développement et l’application des approches appropriées aptes à produire des prédictions précises et stables. Cette prévision peut se faire à base de deux catégories de modèles, déterministes et statistiques. La modélisation statistique est un outil qui nécessite moins d’intrants. Elle permet de quantifier les effets des conditions hydrométéorologiques (ex. température de l’air, débit, …) sur la température d’un cours d’eau et d’évaluer l’impact de cette dernière sur la qualité et la quantité des ressources aquatiques. Le but de cette étude est de tester l’applicabilité du modèle additif généralisé (MAG) à simuler la température de l’eau et de mettre en valeur son intérêt en le comparant à deux approches statistiques paramétriques déjà existantes, soit le modèle logistique et le modèle de régression des résidus1 «Ce modèle de régression de résidus a souvent été appelé stochastique, bien qu’il ne le soit pas statistiquement parlant. Cette nomination inappropriée est une confusion en modélisation thermique entre le modèle autorégressif d’ordre 2 et le modèle de régression linéaire des résidus de la température de l’eau et les effets retardés d’ordre 1 et 2 des résidus de la température de l’air». La revue de littérature a montré que le modèle MAG, un modèle non paramétrique, n’a pas été exploré par des études antérieures de la température de l’eau. Il a l’avantage d’être très flexible pour capter la tendance présentée par les données. C’est un outil de modélisation très populaire dans les études environnementales et épidémiques. Le modèle a été évalué sur des données d’un site de la rivière Ste-Marguerite (Canada), une rivière ayant une population de saumon Atlantique, qui préfère les eaux relativement froides. Les moyennes journalières enregistrées sur ce site de la température de l’eau, de l’air et le débit couvrent la période de 2007 à 2013. La comparaison des trois modèles MAG, logistique et régression des résidus est effectuée selon trois indices d’évaluation, l’erreur de prévision (the root mean square error : RMSE), le biais (B) et le coefficient de Nash-Sutcliff (Nash-Sutcliffe coefficient of effeciency : NSC). En utilisant la technique de validation croisée, ces indices ont été calculés pour chaque année et pour toute la période d’étude. Les résultats de cette procédure ont montré que le modèle MAG performe mieux, suivi par la régression des résidus suivie par le modèle logistique.


identifier: Bhattacharya, Indrani  (2015). Inhibition de la croissance de Candida Krusei et évaluation du profil nutritionnel de la fermentation de Saccharomyces unispora à partir du lactoserum.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau.

subject:
lactosérum
contaminant biologique
C. krusei
S. unisporus
protéines d'organismes unicellulaires
POU
fermentation

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 lactosérum provenant de la fabrication du fromage est considéré comme une importante source de pollution de l’environnement, car il cause une demande chimique en oxygène (DCO) supérieure à 60 000 mg⁄L et une demande biochimique en oxygène (DBO) supérieure à 30 000 mg⁄L. Environ 35 % du lactosérum pourrait servir dans l’alimentation humaine et animale puisque celui-ci contient la moitié des nutriments présents dans le lait. Les autres utilisations du lactosérum sont la production de boissons riches en protéines, par exemple les boissons protéinées, le lait fermenté et les suppléments de protéines. Le lactosérum peut même être utilisé comme engrais en agriculture. Le lactose dans le lactosérum est la source principale de DCO et le retrait des protéines du lactosérum réduit la DCO de 10 000 mg⁄L. Le lactosérum contient également quelques métaux lourds (Al, Cd et Pb) en faibles concentrations. Des techniques de filtration et d’ultrafiltration, par exemple, sont utilisées pour convertir les protéines du lactosérum en une forme plus concentrée permettant de récupérer jusqu’à 50 % des protéines (sous la forme de perméat de lactosérum). Ces concentrés protéiques sont une option économique pour la production de protéines d'organismes unicellulaires (POU). Cela permet de réduire la pollution et résout en grande partie le problème de gestion des déchets. Les POU pourraient permettre de nourrir à bon marché une population mondiale en forte croissance. La production de protéines microbiennes n’est pas contrainte par les conditions environnementales. Cependant, le choix des microorganismes est important pour la production de POU, car les microbes doivent pouvoir obtenir du lactosérum les nutriments nécessaires au maintien des fonctions de leurs cellules. Le choix de la communauté microbienne est aussi basé sur certains critères de sécurité, la communauté microbienne ne doit pas altérer les propriétés fonctionnelles de la nourriture à laquelle on l’ajoute, les microbes ne doivent pas être pathogènes, etc. Ainsi, le but de cette étude était de produire des aliments destinés aux humains et aux animaux avec des microbes autorisés, en l’absence de microbes non désirés, et d’en examiner le profil nutritif dans des monocultures et des cultures mixtes.
La fermentation du lactosérum a été effectuée à pH 3,5 et à 40 °C avec Kluyveromyces marxianus, Candida krusei est alors ressorti comme un contaminant biologique. Les méthodes utilisées pour éliminer C. krusei comprenaient des approches chimiques, biochimiques et à l’aide de bionanoparticules. Les approches chimiques et biochimiques étaient efficaces pour inhiber C. krusei, mais K. marxianus était également affecté. De plus, les approches chimiques et biochimiques n'étaient pas très économiques pour la fermentation à grande échelle. Des approches d'inhibition sélective ont été comparées et il a été observé que 350 μM d’une protéine tueuse conjuguée à de l’argent (Ag-KT4561) d’une taille de 200 nm pourrait complètement éliminer C. krusei en affectant seulement partiellement K. marxianus et Saccharomyces unispora à pH 5,5 et à 30 °C. On a même observé que K. marxianus avait un meilleur profil de croissance à pH 5,5 plutôt que 3,5. La concentration de l'ion métallique d’argent a été calculée à 3,96 mM et la stabilité du complexe protéine-argent a été vérifiée sur plus de 20 semaines. Le complexe protéine-argent n'a pas formé de complexes métalliques avec les minéraux présents dans le lactosérum et, par conséquent, il est considéré comme un composé stable. Puisque l'argent est fortement antimicrobien, l'utilisation d'Ag-KT4561 peut éliminer d'autres contaminants biologiques et contribuer à ce que la fermentation s’effectue en conditions aseptiques. Cependant, les ions d’argent affectaient partiellement K. marxianus, mais dans une faible mesure.
Le profil nutritif de S. unisporus a été étudié en faisant varier la source de carbone (sucrose, glycérol), d’azote (urée, sulfate d'ammonium) et le pH. S. unisporus est considéré comme une levure probiotique parce qu'il produit des intermédiaires nutritifs. S. unisporus pouvait consommer une vaste gamme de sources de carbone excluant le lactose et il pouvait consommer 0,4 % (poids/volume) de sulfate d'ammonium comme source d'azote. S. unisporus s'est avéré strictement urée négatif. La monoculture de S. unisporus était enrichie en lysine (84,0 mg/g), valine (74,4 mg/g), acide aspartique (83,3 mg/g) et glycine (77,0 mg/g). La biomasse de S. unisporus contenait les minéraux essentiels, incluant Ca, S, Na, Mg, P et K. La teneur en acides gras observée pour S. unisporus était de 0,86 % (poids/poids) et en protéines de 4.2 (g/L). Le pH idéal pour la production de POU avec S. unisporus en monoculture était de 5,5.
L'hydrolyse acide du lactosérum et du perméat a été réalisée et S. unisporus a été cultivé en monoculture et en culture mixte avec K. marxianus. Il a été observé que 0,2 % (p/p) de H2SO4 pouvait hydrolyser le perméat de lactosérum et 90 % du lactose était converti en glucose et en galactose en 70 min. Alors que 0,4 % (p/p) de H2SO4 permettait de convertir le lactose en glucose et en galactose en 60 min. S. unisporus et K. marxianus ont été cultivés dans du lactosérum hydrolysé avec 0,4 % (p/v) de sulfate d'ammonium et une meilleure croissance a été observée pour K. marxianus (7,8 x 108 CFU/mL) que pour S. unisporus (5,6 x 107 CFU/mL), parce que ce dernier peut consommer partiellement le galactose tandis que K. marxianus peut consommer autant les monosaccharides que le surplus de lactose.
La fermentation en culture mixte (S. unisporus et K. marxianus) montrait une légère augmentation de la teneur en acides aminés essentiels, en particulier la leucine et l'isoleucine (79,9 mg/g), tandis que pour la biomasse de S. unisporus en monoculture, une concentration de seulement 59 mg/g a été mesurée. Il a même été observé que la production de biomasse en culture mixte générait des intermédiaires (furanméthanol, formate furfurylique, acides organiques faibles) importants en biotechnologies. Cependant, aucune quantification n'a été effectuée.
En vue de la production d’aliments pour les humains et les animaux, le contaminant biologique a été éliminé et la levure autorisée a été ajoutée. C. krusei a été tué grâce à cette approche de synthèse verte rentable en maintenant les conditions de fermentation à pH 5,5 avec une température de 30 °C et à l’aide de l’agent biologique de conservation Ag-KT4561. Après l’élimination de C. krusei, la levure autorisée S. unisporus a été ajoutée dans la fermentation en monoculture et en culture mixte. La qualité des POU en termes de valeur nutritive était augmentée lorsque S. unisporus était cultivé avec K. marxianus dans du lactosérum et du perméat. Par conséquent, sur la base de ces deux études, il est possible de conclure que le contaminant biologique (C. krusei) peut être éliminé de façon aseptique dans des fermentations en culture mixte par une approche rentable de chimie verte. .

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.  Cheese whey is considered as a significant source of environmental pollution as the chemical oxygen demand (COD) is greater than 60, 000 ppm and biological oxygen demand (BOD) is greater than 30, 000 ppm. Approximately 35% of the cheese whey is considered for food and feed because cheese whey consists of half of the nutrients, which are present in milk. The other uses of cheese whey are by the production of beverages, which are rich in proteins for example protein drinks, fermented milk, and sports protein. Cheese whey is also utilized in agriculture as a fertilizer. The major source of high COD is the presence of lactose in cheese whey and it has been observed that the removal of proteins from cheese whey reduces the COD by 10, 000 ppm. Cheese whey contains some heavy metals (Al, Cd, and Pb) in lower quantities. Techniques such as filtration and ultra-filtration are utilized for the conversion of whey protein into more concentrated form leading up to 50% of protein recovery (as whey permeate). These protein concentrates are used in single cell protein production (SCP) as an economic alternative. This helps in controlling the pollution and solves the waste disposal problem to a larger extent. SCP can feed the ever-increasing world population at much cheaper rates. Microbial protein can be an alternative source, which can be grown in a any surface area irrespective of the environmental conditions. However for the production of SCP, right choice of microorganisms is important, as microbe must be able to derive nutrients from cheese whey for maintaining the cell functions. Additionally, the choice of the microbial community is based on certain criteria such as general safety from the microbe, the microbial community must not alter the functional properties of food to which it is added, the microbe must not be pathogenic in nature etc. Based on this, the aim of the study was the production of food and feed by eliminating the unwanted microbe, addition of the acceptable microbe, study of the nutritive profile in a mono and mixed culture.
Cheese whey fermentation was carried out at pH 3.5 and 40 °C with K. marxianus but C. krusei was emerging as a biological contaminant. The methods applied for the removal of C. krusei were chemical, biochemical and bio-nanoparticle approaches. Chemical and biochemical approaches were effective in inhibiting C. krusei but K. marxianus was also getting affected. However chemical and biochemical approaches were not very
economical for large-scale fermentation. Selective inhibition approaches were compared and it was observed that 350 uM of silver-killer protein conjugate (Ag-KT4561) of size 200 nm could eliminate C. krusei completely with partial effect on K. marxianus and S. unisporus at pH 5.5 and 30 °C. It was also observed that K. marxianus has a better growth profile at pH 5.5 rather than in pH 3.5. The concentration of the metallic silver ion is calculated as 3.96 mM and stability of the silver-protein complex were verified for more than 20 weeks. The silver-protein complex did not form any metallo-complex with minerals present in cheese whey and hence it is a stable compound. As silver is highly antimicrobial, usage of Ag-KT4561 can eliminate other biological contaminants and help run the fermentation under aseptic conditions. However silver ions had partial effect on K. marxianus but not to a larger extent.
A study was conducted for the nutritive profile of S. unisporus by varying the carbon (sucrose, glycerol), nitrogen source (urea and ammonium sulphate) and pH. S. unisporus is coined as a probiotic yeast because it generates nutritive intermediates. S. unisporus could consume vast range of carbon sources excluding lactose and 0.4% (w/v) of ammonium sulphate as nitrogen source. S. unisporus was found to be strictly urea-negative. The mono-culture of S. unisporus was found enriched in lysine (84.0 mg/g), valine (74.4 mg/g), asparatic acid (83.3 mg/g) and glycine (77.0 mg/g). The S. unisporus biomass had the essential minerals including Ca, S, Na, Mg, P and K. The fatty acid content observed for S. unisporus were 0.86% (w/w) and protein content of 4.2 (g/L). The ideal pH of S. unisporus for SCP production as a mono-culture was observed at 5.5.
Further acid hydrolysis of cheese whey and permeate were performed and S. unisporus was grown as mono-culture and mixed culture with K. marxianus. It was observed that 0.2% (w/w) of H2SO4 can perform hydrolysis of whey permeate with 90% lactose converted to glucose and galactose in 70 min. However 0.4% (w/w) of H2SO4 converted lactose from cheese whey into glucose and galactose in 60 min. S. unisporus and K. marxianus were grown in hydrolyzed whey along with 0.4% (w/v) of ammonium sulphate and it was observed that K. marxianus (7.8 x 108 CFU/mL) has better growth than S. unisporus (5.6 x 107 CFU/mL) because S. unisporus can partially consume galactose whereas K. marxianus can consume both the monosaccharides and the left over lactose.
Eventually, fermentation with the mixed culture (S. unisporus and K. marxianus) has shown slight increment in the essential amino acid content especially with leucine and isoleucine (79.9 mg/g), whereas in the case of mono-culture S. unisporus biomass of only 59 mg/g was observed. It was also observed that mixed culture biomass production generated intermediates (furanmethanol, furfuryl formate, weak organic acids), which have biotechnological importance. However no quantification has been performed.
Therefore for the production of food and feed, elimination of the biological contaminant was performed followed by addition of the acceptable yeast. C. krusei was killed in an economic and green synthesis approach by maintaining the fermentation conditions at pH 5.5 and temperature 30 °C with the help of bio preservative Ag-KT4561. After the removal of C. krusei, S. unisporus was added as acceptable yeast in mono-culture fermentation and in mixed-culture fermentation. S. unisporus has enhanced SCP quality in terms of nutritive value when grown along with K. marxianus in cheese whey and permeate. Therefore based on these two set of studies it is concluded that biological contaminant (C. krusei) can be removed aseptically in mixed culture fermentations in an economical green chemistry approach.


identifier: Durocher, Martin  (2015). Approches statistiques pour la prédiction de variables hydrologiques extrêmes à des sites non jaugés en l'absence d'hypothèses de linéarité et normalité.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 228 p.

subject:
hydrologie
prédiction
statistique
analyse fréquentielle régionale
AFR
sites non jaugés

abstract:
L'analyse fréquentielle régionale (AFR) regroupe une panoplie de méthodes statistiques visant à prédire le comportement de variables hydrologiques extrêmes à des sites non jaugés. Les techniques de régression, les méthodes géostatistiques et la classification sont parmi les outils statistiques fréquemment rencontrés dans la littérature. Des méthodologies basées sur ces outils conduisent à des modèles régionaux qui offrent une description simple, mais très utile de la relation entre les variables hydrologiques extrêmes et les caractéristiques physiométéorologiques d'un site. Ces modèles régionaux permettent alors de prédire le comportement de variables d'intérêt à des endroits où aucune information hydrologique n'est disponible. Ces méthodes reposent généralement sur des hypothèses théoriques restrictives, dont la linéarité et la normalité. Ces dernières ne reflètent pas la réalité des phénomènes naturels. Les objectifs généraux de cette thèse sont d’identifier les méthodes affectées par ces hypothèses, évaluer leurs impacts et proposer des améliorations visant à obtenir des représentations plus réalistes et plus justes.
La régression à directions révélatrices (projection pursuit regression) est une méthode non paramétrique similaire aux modèles additifs généralisés et aux réseaux de neurones artificiels qui sont considérés en AFR afin de tenir compte de la non-linéarité des processus hydrologiques. Dans une étude comparative, cette thèse montre que la régression à directions révélatrices permet d'obtenir des modèles plus parcimonieux tout en préservant le même pouvoir prédictif que les autres méthodes non paramétriques.
L'analyse des corrélations canoniques (ACC) est employée afin de créer des voisinages à l'intérieur desquels un modèle (e.g. la régression multiple) sert à prédire les variables hydrologiques à des sites non jaugés. Par contre, l'ACC dépend fortement des hypothèses de
normalité et de linéarité. Une nouvelle méthodologie pour délimiter des voisinages est proposée dans cette thèse et utilise la régression à directions révélatrices afin de prédire un point de référence représentant l’information hydrologique et physiométéorologique qui est pertinente à ces regroupements. Les résultats montrent que la nouvelle méthodologie généralise celle de l'ACC, améliore l'homogénéité des voisinages et conduit à de meilleures performances.
En AFR, les techniques de krigeage sur des espaces transformés sont suggérées afin de prédire les variables hydrologiques extrêmes. Cependant, une transformation est requise afin que les variables hydrologiques d'intérêt proviennent approximativement d'une loi normale multidimensionnelle. Cette transformation introduit un biais et conduit à des prédictions sous-optimales. Des solutions ont été proposées, mais n'ont pas été testées en AFR. Cette thèse propose l'approche des copules spatiales et montre que cette approche apporte des solutions satisfaisantes aux problèmes rencontrés avec les techniques de krigeage.
Les processus max-stables sont une formalisation théorique des extrêmes spatiaux et correspondent à une représentation plus fidèle des processus hydrologiques. Par contre, leur caractérisation de la dépendance extrême pose des problèmes techniques qui ralentissent leur adoption. Dans cette thèse, le calcul bayésien approximatif est examiné comme une solution. Les résultats d'une étude de simulations montrent que le calcul bayésien approximatif est supérieur à l'approche standard de la vraisemblance composée. De plus, cette approche s'avère plus appropriée afin de tenir compte des erreurs de spécifications.

Regional Frequency Analysis (RFA) regroups several statistical methods in order to predict the behaviour of extreme hydrological variables at ungauged sites. Regression techniques, geostatistical methods and classification are among the most frequent tools found in the RFA literature. Methodologies based on these tools lead to simple, but very useful regional models that describe of the relation between extreme hydrological variables and physio-meteorological characteristics of sites. These regional models allow then to predict the behaviour of variables of interest to locations without actual hydrological information. Generally, these methods rely on restrictive hypothesis including: linearity and normality. The latter are not justified by natural phenomenon properties. Hence, the global objectives of this thesis are to identify these methods based on these hypotheses, to evaluate their impacts and to propose improvements with more accurate representation of the real phenomena.
Projection Pursuit Regression (PPR) is a nonparametric method similar to the generalized additive models and to artificial neural networks, whose have been already considered in RFA to account for the nonlinearity and the non-normality present in hydrological processes. This thesis includes a comparative study that shows that PPR leads to more parsimonious models in comparison to the other nonparametric approaches, without sacrificing predictive performances.
Canonical correlation analysis (CCA) is a technique that unveils the interrelation between two groups of random variables. In RFA, this technique is used to create neighborhoods inside which models (e.g. multiple regressions) can reasonably predict hydrological variables at ungauged locations. However, CCA strongly depends on the hypotheses of linearity and normality. A new methodology for delineating neighborhoods at
ungauged sites is proposed, where PPR is used to predict new neighborhood centers that represents relevant hydrological and physio-meteorological information necessary for pooling together gauged sites. Results show that the new methodology generalizes the CCA approach, improves homogenous properties and predictive performances.
Kriging techniques have been suggested in RFA to predict extreme hydrological variables in transformed spaces (not geographically continues). However, it requires the transformation of the hydrological variables of interest to meet normality requirements. This introduces a bias and produces suboptimal predictions for the kriging estimator. Solutions exist for dealing adequately with such transformations, but they have not been validated in RFA. This thesis investigates the spatial copula approach to this end and shows that the spatial copula framework provides a proper solution to the specific needs of RFA.
Max-stable processes are the formal generalization of the extreme value theory in the case of spatial extremes. They provides more accurate a characterization of the hydrological processes, but the theoretical formulation of the spatial dependence between extreme events remains challenging, which has slow down the adoption of max-stable processes in practical situations. In this thesis, Approximate Bayesian Computing (ABC) is investigated as a solution to these difficulties. A simulation study suggests that ABC is superior to the standard composite likelihood approach.


identifier: Gonzalez-Sirois, Simon  (2016). Propriétés acoustiques et électriques du grès de Berea sous pression de confinement.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 93 p.

subject:
grès de Berea
propriétés pétrophysiques
mesures acoustiques
mesures électriques à haute pression

abstract:
Des mesures électriques et acoustiques ont été réalisées en laboratoire à l’Université d’Alberta
sur des échantillons de grès afin de caractériser leurs propriétés géophysiques aux conditions de
réservoir. Plus particulièrement, les relations entre ces différentes propriétés géophysiques et leur
variation en fonction de la pression interstitielle ont été étudiés. Le but est de comprendre les
effets de l’augmentation de pression due à l’injection de CO2 dans les réservoir dans un contexte de
séquestration géologique. Une procédure a été développée afin de réaliser simultanément les mesures
électriques et acoustiques et ainsi réduire l’erreur expérimentale. L’appareillage de confinement et
de mesures acoustiques de l’Université d’Alberta a été adapté pour permettre la prise de mesures
électriques.
La résistivité, la vitesse des ondes P et S et leur atténuation respective ont été mesurées sur les
échantillons secs et saturés en saumure pour des pressions de confinement allant de 0 à 40 MPa et
des pressions interstitielles allant de 0 à 30 MPa. Une corrélation a été observée entre les différentes
propriétés mesurées et avec la porosité et le facteur de cimentation qui ont eux été modélisés.
Toutefois, la pression interstitielle semble avoir un effet moindre sur la variation des propriétés de
transport (résistivité, porosité, facteur de cimentation, etc.) que sur les propriétés sismiques ce qui
rendent peu applicables les relations trouvées. Néanmoins, cette compréhension des liens entre les
propriétés du réservoir pourrait aider à déterminer la variabilité spatiale d’une propriété inconnue
dans le réservoir à partir d’une autre propriété mesurée.

 Electrical and acoustic measurement were performed at the rock physics laboratory of University
of Alberta on sandstone samples at reservoir conditions to evaluate their geophysical properties.
More specifically, relationships between the mechanical and electrical properties and their change
with pore pressure were inverstigated. The main objective is to better understand the effects of
pore pressure increase on reservoirs during CO2 injection in geological sequestration projects. A
procedure was developped to simultaneously perform electrical and acoustic measurements in order
to minimize experimental errors. More specifically, the acoustic and pressure appartus of University
of Alberta was adapted to make the electrical measurements.
Resistivity as well as P and S waves velocity and their respective attenuation were measured on dry
and brine saturated samples in the 0 to 40 MPa confining pressure range and in the 0 to 30 MPa pore
pressure range. A correlation is observed between the measured properties as well as with porosity
and cementation factor which were modeled. Pore pressure seems to have a weaker effect on the
transport properties (resitivity, porosity, cementation factor, etc.) than on the seismic properties.
Taken alone, the usefulness of these relations is therefore questionable. However, understanding the
relationship between these properties could help to determine the spatial variability of an unknown
parameter given another known parameter.


identifier: Perozzi, Lorenzo  (2015). Élaboration d’un flux de travail pour la surveillance sismique de l’injection du CO2 dans des grès peu poreux: de la modélisation sismique à l’inversion stochastique.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 140 p.

subject:
grès
modélisation sismique de puits
modélisation stochastique
méthodes géophysiques
données géophysiques
stockage du CO2
aquifère salin
Basses-Terres du St Laurent

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. Plusieurs rapports d’organismes internationaux tels que l’Agence internationale de l’énergie (AIE) et le
Groupe intergouvernemental d’experts sur l’évolution du climat (GIEC) ont confirmé que le réchauffement
climatique est indiscutable et trouve son origine dans l’activité humaine. En même temps, d’ici 2040, l’AIE
prévoit une augmentation de la demande énergétique mondiale de 37 %. Bien que le choix des politiques
et les évolutions du marché devraient entraîner une baisse de la demande pour les combustibles fossiles,
ceci ne suffira pas à enrayer l’augmentation des émissions de dioxyde de carbone, ce qui provoquera une
accélération de la hausse de la température mondiale de 3:6 _C à long terme. Le GIEC estime donc que pour
limiter cette hausse à 2 _C, objectif adopté au niveau international pour prévenir les répercussions les plus
graves du changement climatique, le monde ne devra pas émettre plus de 1000 Gt CO2 à compter de 2014.
Selon les deux organismes, environ 14 % des émissions seront réduites grâce à l’emploi de la technologie
du captage et stockage du CO2. Bien que cette technologie ne soit pas universellement reconnue parmi les
agences de protection de l’environnement et les ONG, elle est la seule méthode à court terme qui permettrait
d’avoir un impact significatif sur le bilan carbone et il y a maintenant une urgence pour le déploiement du
CSC au-delà de la phase démonstrative. Pour que le stockage géologique du CO2 ait un impact positif sur
l’environnement, le CO2 doit être stocké dans le sous-sol aussi longtemps qu’il le faut pour que les émissions
anthropologiques chutent à des niveaux acceptables et dans des roches réservoirs permettant d’accueillir
des volumes importants de CO2. Ces contraintes nécessitent que le CO2 soit stocké sur une échelle de temps
de l’ordre de 101 à 104 ans. Pour atteindre cette exigence, on doit s’assurer que le CO2 reste en place et ne
puisse migrer sur de grandes distances ni verticalement ni horizontalement.
À partir de ces constats, cette thèse propose une méthodologie de travail pour la surveillance sismique
temporelle et l’évaluation de l’incertitude liée à l’injection du CO2 adaptée à un environnement avec des
faibles porosités et perméabilités, comme celui des Basses-Terres du St-Laurent (BTSL) au Québec, Canada.
Cette méthodologie est menée sur deux fronts: utiliser les mesures de laboratoire et la modélisation sismique
de puits comme outils de haute résolution pour évaluer la réponse sismique due à l’injection du CO2 et définir
une séquence logique de modélisation stochastique d’un réservoir potentiel pour la séquestration géologique
du CO2. Premièrement, les mesures de laboratoire sur deux échantillons provenant des unités réservoir
de BTSL ont permis d’évaluer la réponse sismique due à l’injection du CO2 sous différentes conditions de
pression et température. Ces mesures ont permis de calibrer le modèle géologique utilisé ensuite dans la
modélisation sismique de puits. Cette modélisation a montré que les différences rencontrées aux différents
temps sont quantifiables principalement par un délai de 30 ms associé à une diminution des vitesses quand
le CO2 supercritique remplace la saumure dans l’espace poreux.
Ensuite, la modélisation numérique basée sur un modèle hétérogène réaliste de l’aquifère salin des BSTL
indique qu’ à partir des données statiques initiales, l’approche d’inversion stochastique par déformation
graduelle permet d’obtenir des estimations fidèles des propriétés physiques ainsi qu’une prédiction fiable de
la distribution du CO2 dans le réservoir. .

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. Several organizations such as the International Energy Agency (IEA) and the Intergovernmental Panel on
Climate Change (IPCC) confirmed that global warming is undeniable and originates from human activity.
Following the 4DS IEA scenario, global energy demand is set to grow by 37 % by 2040. While policy choices
and market developments bring the share of fossil fuels in primary energy demand down to just under
three-quarters by 2040, they are not enough to stem the rise in energy-related CO2 emissions, which grow
by one-fifth. This puts the world on a path consistent with a long-term global average temperature increase
of 3:6 _C. The IPCC estimates that in order to limit this temperature increase to 2 _C – the internationally
agreed goal to avert the most severe and widespread implications of climate change – the world cannot
emit more than around 1000 gigatonnes of CO2 from 2014 onwards. According to IEA and IPCC, carbon
capture and storage (CCS) technology could reduce CO2 emissions by 20 % of CO2. This decade is critical
for moving CCS through and beyond the demonstration phase. This means that urgent action is required,
beginning now, from industry and governments to develop technology and the required business models,
and to implement incentive frameworks that can help drive CCS deployment in the power sector and
industrial applications. If CCS is to have a positive environmental impact then the injected CO2 must be
stored in geological reservoirs allowing to accommodate huge volumes of CO2 for as long as it takes for
anthropogenic output rates to drop to acceptable levels and for the carbon cycle to have recovered and
stabilized in geological reservoirs. This constraint requires CO2 to be stored for timescales of the order of
104 or even 104 years. To meet this requirement we must ensure that it is not possible for injected CO2 to
migrate on large distances either vertically or horizontally away from the targeted reservoir.
On the basis of these observations, this thesis proposes a workflow for the timelapse seismic monitoring
and the uncertainty assessment of the CO2 injection suited to the environment in which porosities and
permeabilities are very low such as the St. Lawrence Lowlands (Québec, Canada) context. This two-pronged
approach use first laboratory measurements and vertical seismic profiling as high resolution tool in order to
assess the seismic response generated by CO2 injections. Then, a logical sequence of stochastic modeling of
a potential reservoir for CO2 sequestration is defined. Laboratory measurements on two geological samples
from the reservoir units of the St Lawrence Lowlands has allowed to assess the seismic response under
various temperature and pressions conditions. The results obtained have helped to calibrate the geological
model employed in the seismic modeling step. The results of the seismic modeling showed that the seismic
signature of the CO2 is mainly observable by a delay of 30 ms related to a decrease in the wave velocities
when supercritical CO2 replace brine in the pore space.
Numerical experiments based on a realistic heterogeneous saline aquifer model indicates that, given initial
static data, the inversion approach should allow for faithful properties estimation and reliable prediction of
the spatial distribution of CO2.


identifier: Pham, Thi Thanh My  (2014). Novel insights into biphenyl analogs metabolism by the bacterial biphenyl catabolic pathwway.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 247 p.

subject: biphenyle BPC PCB flavonoide rhizoremediation bacterie degradation

abstract:
La voie catabolique du biphényle a été grandement étudiée en raison de sa capacité à
dégmder les biphényles polychlorés (BPC) en cométablisme et de son application potentielle
pour la fabrication de produits chimiques fins. Bien que de nombreux progrès aient déjà été
réalisés, plusieurs problèmes restent à résoudre avant que nous puissions mettre à profit cette
voie efficacement, pour l'une ou l'autre de ces deux applications. En ce qui concerne la
dégradation des BPC, le nombre limité de substrats qui peuvent être métabolisés, le besoin du
biphényle pour induire la voie ainsi que d'une source de carbone pour soutenir la croissance
bactérienne comptent parmi les principaux facteurs qui peuvent limiter le processus. En ce
qui concerne l'utilisation des enzymes pour la fabrication de produits chimiques fms, il sera
nécessaire d'augmenter le nombre de substrats que chaque enzyme peut métaboliser ainsi que
d'améliorer leurs paramètres cinétiques envers les substrats désirés. L'augmentation de
l'éventail d'analogues du biphényle que les enzymes de la voie peuvent métaboliser
impliquera sans aucun doute, des approches d'ingénierie génétique. Cependant, plusieurs
autres problèmes limitant la dégradation bactérienne des BPC, pourraient être surmontés en
faisant appel à la rhizoremédiation qui est un procédé de décontamination basé sur
l'interaction entre les plantes et les rhizobactéries qui leur sont associées.
Les exsudats de racines contiennent des métabolites secondaires des plantes (MSP)
qui sont connus pour stimuler la dégradation bactérienne des BPC. Cependant, les
mécanismes par lesquelles ces produits chimiques interagissent avec la voie catabolique du
biphényle sont mal connus. Par conséquent, afm d'assurer le succès des procédés de
rhizoremédiation, il faudra accroître notre compréhension des mécanismes d'interactions
entre les exsudats des plantes et la voie catabolique du biphényle des bactéries auxquelles
elles sont associées. L'identification des MSP spécifiques capables de stimuler la dégradation
des BPC pourra aider à optimiser le processus. Toutefois, afin d'aider à élaborer les stratégies
qui pourraient assurer un rendement de rhizoremédiation optimale, une meilleure
connaissance des propriétés catalytiques des enzymes de la voie envers ces produits
chimiques sera nécessaire. Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur la biphényle
dioxygénase (BPDO), le premier enzyme de la voie catabolique du biphényle. Cet enzyme
1
détermine l'éventail des analogues du biphényle que la voie peut métaboliser. De plus, il
catalyse l'une des réactions biochimiques les plus difficiles, soit l'introduction de deux atomes
d'oxygène dans un cycle aromatique.
Compte tenu de ces prémisses, nous avons examiné l'interaction entre la voie
catabolique du biphényle de trois souches bactériennes et quelques analogues du biphényle
sélectionnés, dont certains flavonoïdes, le diphénylméthane et la benzophénone. Les
flavonoïdes sont des MSP bien connus alors que le diphénylméthane et la benzophénone sont
des contaminants environnementaux et de plus, ils peuvent servir de squelette carboné pour
certains MSP. De manière plus précise, nous avons déterminé si ces composés pouvaient
induire la voie catabolique du biphényle de Rhodococcus erythropolis U23A, de Pandoraea
pnomenusa 8356 et de Burkholderia xenovorans LB400 et nous avons vérifié la capacité des
enzymes de cette voie catabolique à métaboliser ces composés. Sur la base des homologies
génétiques des enzymes de leur voie catabolique du biphényle, chacune de ces trois bactéries
appartient à un groupe phylogénétique différent.
Nos données montrent que, parmi les flavonoïdes testés, la flavanone et l'isoflavone
étaient respectivement aussi efficaces que le biphényle pour induire la capacité des souches
U23A et 8356 à dégrader les BPC. En outre, de façon notable, le diphénylméthane a pu non
seulement induire la voie catabolique du biphényle de la souche 8356, mais aussi soutenir sa
croissance. Cependant, aucun des composés testés n'était capable d'induire la voie du
biphényle de la souche LB400. Bien que les composés testés n'étaient pas tous capables
d'induire la voie catabolique du biphényle de ces souches ou de soutenir leur croissance, ils
étaient tous cométabolisés à des degrés divers par leurs enzymes de dégradation du
biphényle. Une comparaison des propriétés catalytiques des BPDO de 8356 et de LB400 a
permis de constater que, contrairement à la BPDO de LB400 qui métabolise mal ces
composés, la BPDO de 8356 métabolise ces composés aussi efficacement que le biphényle.
Une analyse structurale comparative des complexes modélisés BPDO-substrats obtenus par
amarrage moléculaire nous a permis d'identifier quelques-unes des caractéristiques de la
BPDO de 8356 qui pouvaient expliquer sa performance supérieure à celle de LB400.
L'ensemble de nos résultats appuie l'hypothèse selon laquelle chacune des trois branches
phylogénétiques auxquelles se rattachent les voies cataboliques du biphényle/chlorobiphényle
aurait évolué de façon divergente chez les bactéries, en vue de servir chacune, une fonction
écophysiologique distincte qui n'est pas liée à la dégradation du biphényle. Ceci implique que

l'efficacité des procédés de rhizoremédiation dépend grandement des souches bactériennes
choisies pour le traitement, celles-ci devant répondre adéquatement aux MPS produits par les
plantes avec lesquelles on voudra les associer.
Un deuxième objectif de notre travail était d'étudier le métabolisme des
hydroxychlorobiphényles par la voie catabolique du biphényle. Nous avons comparé la
capacité des souches B356 et LB400 à transformer quatre hydroxychlorobiphényles
substitués en position para sur les deux noyaux (le 4,4 '-dihydroxybiphényle, le 4-hydroxy-
4'-chlorobiphényle, le 3-hydroxy-4,4'-dichlorobiphényle, et le 3,3'-dihydroxy-4,4'dichlorobiphényle).
Pour chacun de ces quatre substrats, aucun des métabolites
dihydrodihydroxybiphényles attendus n'a été détecté, mais plusieurs métabolites inattendus
ont été détectés et identifiés. Les données suggèrent que les métabolites dihydrodihydroxy
générés par ces contaminants sont instables et se réarrangent pour générer des métabolites
culs-de-sac, dont certains pourraient être préoccupants pour l'environnement. L'étude apporte
un nouvel éclairage sur le devenir de ces dérivés des polychlorobiphényles dans
l'environnement.

The biphenyl catabolic pathway in bacteria has been extensive} y studied because of its
ability to cometabolically degrade polychlorinated biphenyls (PCBs) and its potential
application to manufacture fine chemicals. Although many achievements have been obtained,
severa} problems need to be overcome before we cao use this pathway efficiently for both
applications. With respect to the degradation of PCBs, the limited substrate range, the need
for biphenyl to induce the pathway and for a carbon source to support bacterial growth are
among the major factors that may limit the process. With respect to the use of the enzymes
for manufacturing fine chemicals, the enzymes substrate range needs to be expanded and
reaction rates toward the desired substrates need to be increased. Expanding the range of
biphenyl analogs that the pathway enzymes cao metabolize will require enzyme engineering.
However, severa} of the other problems that limit bacterial PCB remediation, may be
overcome by exploiting a process, called rhizoremediation, which is based on the interaction
between plants and their associated rhizobacteria.
Plant exudates contain plant secondary metabolites (PSMs) that are known to promote
the bacterial degradation of PCBs. However, the bases by which these chemicals interact with
the biphenyl catabolic pathway are largely unknown. Therefore, successful application of the
rhizoremediation process will require a better understanding about the mechanistic
interactions between plants exudates and the biphenyl catabolic pathway of their associated
bacteria. ldentifying the individual PSMs that may promote or induce PCB degradation may
help to optimize the process. However, in order to help determining strategies that may
further improve the rhizoremediation process, better knowledge about catalytic properties of
the pathway enzymes toward these chemicals will be required. In this work, we focused on
the biphenyl dioxygenase (BPDO) the first enzyme of the biphenyl catabolic pathway. This
enzyme determines the range of biphenyl analogs that the pathway cao metabolize and it also
catalyzes one of the most difficult biochemical reactions, the introduction of two oxygen
atoms onto an aromatic ring structure.
Given these premises, in this work, we have examined the interaction between the
biphenyl catabolic pathway of three bacterial strains and selected biphenyl analogs, including
flavonoids, diphenylmethane and benzophenone. Flavonoids are well-known PSMs whereas,
diphenylmethane and benzophenone are both environmental contaminants and in addition,
they may also serve as carbon skeleton for sorne PSMs. Precisely, we have determined
5
whether these compounds can induce the biphenyl catabolic pathway of Rhodococcus
erythropolis U23A, Pandoraea pnomenusa B356, and Burkholderia xenovorans LB400 and
we have verified whether their biphenyl catabolic enzymes can metabolize these compounds.
Each of the three bacteria belongs to a different phylogenetic cluster with respect to their
biphenyl-degrading pathway.
Our data showed that among the tested flavonoids, flavanone and isoflavone were
respectively, as potent as biphenyl to induce the PCB-degrading ability of strains U23A and
B356. In addition, remarkably, diphenylmethane was able to not only induce the biphenyl
pathway of strain B356 but also support its growth. However, none of the tested compounds
were able to induce the biphenyl pathway of strain LB400. Although not ali of the tested
compounds were able to either induce the biphenyl catabolic pathway or support the growth
of the three bac teri al strains, they were ali cometabolized, though to various extents by their
biphenyl degrading enzymes. When comparing the catalytic properties of B356 and LB400
BPDOs, notably, we found that unlike LB400 BPDO that metabolized these compounds
poorly, those of B356 BPDO were in the same range as for biphenyl. Structural analysis of
docked BPDOs allowed us to identify sorne of the B356 BPDO features that were responsible
for its better performance than LB400 BPDO. Together, our results are consistent with the
hypothesis that three phylogenetically distinct biphenyl/chlorobiphenyl-degrading pathways
have evolved divergently in bacteria and each may serve distinct ecophysiological functions
not related to biphenyl degradation. This implies that the efficiency of rhizoremediation
processes will depend on the choice of appropriate bacterial strains responding to the specifie
PSMs produced by the plants with which they are associated.
A second objective of our work was to study the metabolism of
hydroxychlorobiphenyls by the biphenyl catabolic pathway. We compared the ability of
strain B356 and LB400 to transform four doubly para-substituted hydroxy-chlorobiphenyls
( 4,4' -dihydroxybiphenyl, 4-hydroxy-4 '-chlorobiphenyl, 3-hydroxy-4,4 '-dichlorobiphenyl and
3,3 '-dihydroxy-4,4' -dichlorobiphenyl). For ali four substrates, the expected
dihydrodihydroxybiphenyl metabolites were not detected and unexpected metabolites were
produced and identified. Data suggested that the dihydrodihydroxy metabolites generated
from these environmental contaminants are unstable and they rearrange to generate dead-end
metabolites that may be of concem for the environment. The study brings more insights about
the likely fate of these polychlorobiphenyls derivatives in the environment.


identifier: Samson-Dô, Myriam  (2015). Caractérisation et modélisation de l’efficacité de bassins de sédimentation en aval de tourbières exploitées.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 119 p.

subject:
bassins de sédimentation
réseau de drainage de tourbières

abstract:
La tourbe horticole, qui entre dans la composition de terreaux, est une industrie très présente au
Québec et au Nouveau-Brunswick (Canada). Pour extraire la tourbe, il faut d’abord abaisser la
nappe phréatique sur le territoire de récolte afin d’assécher la couche supérieure de tourbe pour
ensuite la récolter à l’aide d’aspirateurs industriels. Cependant, l’eau drainée est chargée de
sédiments en suspension qui peuvent affecter l’habitat et le métabolisme des organismes des
cours d’eau récepteurs. L’eau drainée est donc dirigée vers des bassins de sédimentation pour
réduire sa charge sédimentaire avant de la relâcher dans la nature. Ce mémoire porte sur la
caractérisation et la modélisation de l’efficacité de capture de ces bassins de sédimentation. De
plus, un protocole d’échantillonnage pour le suivi de la concentration des solides en suspension
par l’industrie a été testé.
Huit bassins de conception et de ratio volume/superficie drainée différents (705 à 4170 m³/km²)
ont été instrumentés dans trois régions du Québec. Afin de mesurer l’évolution de l’efficacité de
capture de ces bassins, la concentration de sédiments en suspension et le débit ont été
enregistrés en continu en amont et en aval de chaque bassin pour la période sans glace (mai-novembre).
De plus, des autoéchantillonneurs ont été déployés à la sortie de certains bassins afin
d’y mesurer la qualité de l’eau en termes de sédiments en suspension.
Les résultats montrent que les bassins ayant un grand volume par rapport à la superficie de
tourbière drainée, les bassins multiples ainsi que ceux ayant un dispositif de régulation du débit
sont plus efficaces. De plus, la nature des sédiments (taille, degré de décomposition et
pourcentage de matière organique) influence la quantité de sédiments qui entre dans le bassin,
mais pas son efficacité de capture. Finalement, des modèles conçus pour prédire l’efficacité de
capture de bassins de rétention municipaux ont été testés avec seulement quelques bassins qui
traitent des sédiments tourbeux. Bien qu’une relation similaire à celle des bassins de rétention
municipaux ait été observée, un exercice de modélisation plus poussé devra être complété pour
valider les résultats.

Peat moss, which enters in many potting mix, is an important industry in the provinces of Quebec
and New-Brunswick (Canada). To harvest peat, the water table of the peat bog must be lowered
to allow the surface peat layer to dry. The dry peat is then harvested with industrial vacuums.
However, the drained water can contain suspended sediments that may affect aquatic organisms
of the receptor stream. To counter the problem, this water does not go directly in the stream but
first flows through a sedimentation basin, built to reduce suspended sediment loads. This work
focused on the characterisation and the modelling of the trap efficiency of those sedimentation
basins. A protocol for the water quality monitoring (focusing on suspended sediment
concentrations) made by industries has also been tested.
Eight basins with different volume/drained area ratios (705 to 4170 m³/km²) were studied in
three Quebec regions. To measure the trap efficiency of each basin, the suspended sediment
concentration and the water flow were monitored upstream and downstream of each basin for
the whole ice-free season (May-November). Moreover, auto-samplers were installed
downstream of sedimentation basins to mesure the water quality.
Results show that larger basins compared to their drained area, multiples basins and those with a
flow regulation device were more efficient than smaller single basins. Moreover, the nature of
sediments (size, degradation level and percentage of organic matter) affect the amount of peat that enters a basin, but not its trap efficiency. Finally, models developed to predict trap efficiency
of municipal basins were tested for basins that capture peat sediments. The relation was similar,
but modelisation is necessary to validate those results.


identifier: Montreuil, Jean-François  (2016). Mobilité des éléments et formation de gîtes polymétalliques au sein des systèmes à oxydes de fer et altération en éléments alcalins, zone magmatique du Grand lac de l’Ours, Territoires du Nord-Ouest, Canada.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de la terre, 580 p.

subject:
Zone magmatique
Grand lac de l'Ours
Territoirs du Nord-Ouest
altérations hydrothermales
oxydes de fer–cuivre–or
IOCG
oxydes de fer
altération en éléments alcalins
IOAA
oxydes
de fer–apatite
IOA
uranium encaissé dans des albitites
géochimie
NICO
Sue-Dianne
Kiruna

abstract:
Les gisements polymétalliques à Oxyde de Fer–Cuivre–Or (IOCG) ainsi que les gisements
affiliés au sein de systèmes hydrothermaux régionaux à oxydes de fer et altération en éléments
alcalins représentent des cibles d’exploration prometteuses dans plusieurs provinces
géologiques canadiennes ainsi qu’à travers le monde. Toutefois, les territoires ciblés ont été
jusqu’à présent faiblement explorés et dans plusieurs cas, les connaissances géologiques y
sont fragmentaires et/ou acquises avant l’identification des gisements IOCG. Les districts IOCG
se caractérisent aussi par de nombreux indices minéralisés d’associations métallifères diverses
qui généralement ne sont pas intégrés au sein d’un modèle métallogénique unifié. Cette
situation réduit les probabilités de reconnaître le potentiel IOCG de certaines provinces
géologiques. Cette thèse de doctorat propose de nouvelles approches d’exploration pour les
gîtes IOCG qui découlent de recherches dans une région d’étude canadienne. Les méthodes
proposées aident à cibler, à l’échelle d’une région ou d’un gisement, les zones d’un système
hydrothermal à oxydes de fer et altération en éléments alcalins (IOAA) ayant le plus haut
potentiel de découverte de gîtes IOCG ou affiliés. Cette approche aide aussi à prédire les types
de minéralisations qui peuvent s’y retrouver en fonction des altérations observées. Sont ainsi
étudiés les gîtes à oxyde de fer apatite, les gîtes d’uranium encaissé dans des albitites, certains
skarns et les gîtes IOCG à magnétite et à hématite.
Les contributions de cette thèse sont basées sur les systèmes IOAA de la zone magmatique du
Grand lac de l’Ours (GBMZ), située aux Territoires du Nord-Ouest (Canada), et des études
comparatives avec des systèmes IOAA retrouvés à travers le monde. La GBMZ comporte des
édifices volcano-plutoniques et des batholites d’affinité calco-alcaline à shoshonitique et est
interprétée comme un arc continental paléoprotérozoïque. Elle s’est formée entre 1,87 et 1,84
Ga sur les roches volcano-plutoniques et méta-sédimentaires du terrane d’Hottah accrétées au
Craton de l’Esclave lors de l’orogenèse caldérienne à 1882 Ma. De nombreux systèmes IOAA,
dont plusieurs contiennent des indices ou des gisements IOCG et affiliés, se sont formés le long
de la GBMZ, principalement entre 1873 et 1866 Ma.
L’altération hydrothermale dans les systèmes IOAA évolue systématiquement d’altération
sodique d’extension plurikilométrique vers des altérations de haute température (HT) calcique–
fer, HT potassique–fer, de faible température (LT) potassique–fer et LT calcique–fer. Ces stades
d’altérations sont typiquement suivis d’altérations épithermales et de veines de quartz
communément minéralisées. Chaque altération IOAA documentée dans la GBMZ est
caractérisée par une signature chimique et des enrichissements en métaux distincts. Les zones
d’altérations sodiques sont principalement distribuées en marge des zones minéralisées, car
elles sont formées plus près des centres thermiques du système et le long de plusieurs failles
majeures de la région. L'altération sodique forme généralement des zones de lessivage pour
plusieurs éléments. L’altération HT calcique–fer est caractérisée par d’importants
enrichissements en Fe et dans certains secteurs en éléments du groupe des terres rares (ÉTR)
et en vanadium, pouvant mener à la formation de gîtes de fer riches en ÉTR et/ou vanadium.
Les métaux tel que le cobalt, le cuivre et le nickel peuvent aussi être faiblement à modérément
enrichis à ce stade, mais en quantité insuffisante pour former des zones minéralisées
d'importance. Les altérations calcique–fer–potassique, HT potassique–fer et LT potassique–fer,
lorsqu’intenses et avec une étendue spatiale hectométrique à kilométrique, sont principalement
associées à la formation de minéralisations IOCG et de gîtes d’uranium encaissés dans des
albitites.
L’intensité de l’altération hydrothermale dans les systèmes IOAA de la GBMZ combinée à la
formation de gîtes IOCG, d’uranium encaissé dans des albitites, d’oxyde de fer–apatite
potentiellement riches en ÉTR et vanadium et de minéralisations polymétalliques épithermales tardives calquent le portrait métallogénique des systèmes IOAA contenant des gîtes IOCG de
classe mondiale. La GBMZ, avec ses nombreux systèmes IOAA potentiellement fertiles en divers styles de minéralisations polymétalliques, devient une cible attrayante pour l’exploration
pour les gîtes IOCG, d’uranium encaissés dans des albitites et de fer±ÉTR–vanadium.

 Iron oxide copper–gold (IOCG) and affiliated deposits are promising targets for geological
exploration in many Canadian geological provinces, but also across the world. However,
because metallogenic models for IOCG exploration were only recently developed, exploration
and discoveries of IOCG and affiliated deposits have been hampered in under-explored
territories and terrains where the geological knowledge is incomplete and/or where the main
exploration and mapping campaigns took place before the recognition of the IOCG deposit clan.
The formation of polymetallic showings with diversified metal associations characterizes many
IOCG districts. However the relations between the showings are generally not integrated in a
unified metallogenic model, minimizing the chances to recognize the IOCG potential of certain
geological provinces. This thesis proposes new geological and geochemical methods for IOCG
exploration in iron oxide alkali altered (IOAA) hydrothermal systems based on recent research in
the Canadian IOAA province of the Great Bear magmatic zone (GBMZ; Northwest Territories).
The methods developed in this thesis facilitates the recognition of the prospective sectors of an
IOAA system at regional to deposit scales and the prediction of the metal assemblages likely to
be found in potential ore zones. This thesis particularly focuses on iron oxide–apatite, albititehosted
uranium deposit, some Zn–Pb–(Cu) skarns and magnetite to hematite group IOCG
deposits.
The results and interpretations presented in this thesis are drawn from the IOAA systems of the
GBMZ and comparative studies with other IOCG deposits around the world. The GBMZ is a
volcano-plutonic belt of calc-alkaline to shoshonitic affinity interpreted as a paleoproterozoic
continental volcanic arc. It was formed between 1.87 and 1.84 Ga on the volcano-plutonic and
metasedimentary rocks of the Hottah terrane, accreted to the Slave Craton at 1882 Ma during
the Calderian orogeny. Many IOAA systems comprising IOCG and affiliated mineralization and
deposits were formed in the GBMZ mostly between 1873 and 1866 Ma.
Hydrothermal alteration in the GBMZ IOAA systems follows a systematic evolution sequence
from regional-scale sodic alteration in the early stages to high temperature (HT) calcic–iron, HT
potassic–iron and then to low temperature (LT) potassic–iron and LT calcic–iron alteration.
Epithermal alteration and quartz veins typically followed the main IOAA alteration stages to form
additional zones of mineralization in which the metal associations typically reflect the metal
associations documented in their host IOAA alteration. Each hydrothermal alteration formed in
an IOAA system has a specific chemical signature and distinct metal assemblages. Sodic
alteration is formed close to the thermal centers and along regional structures of an IOAA district
and is generally a leaching stage. It is characteristically external to the IOCG mineralization
zones, either because of differential exhumation or its far larger spatial distribution. HT calcic–
iron alteration is characterized by important iron enrichment and can be associated with
substantial rare earth elements (REE) and vanadium enrichments that may lead to the formation
of iron oxide–apatite (IOA) deposits enriched in vanadium and/or REE. Cobalt, copper and
nickel can also be incipiently to moderately enriched at the HT calcic–iron alteration stage, but
not to the extent of forming significant mineralized zones. Calcic–iron–potassic, HT potassic–iron
and LT potassic–iron alteration stages are, where intense and hectometer to kilometer in scale,
associated with IOCG and albitite-hosted uranium mineralization.
The intensity of hydrothermal alteration in the GBMZ IOAA systems combined with the formation
of IOCG, albitite-hosted uranium, IOA potentially endowed in vanadium and REE, and
polymetallic epithermal mineral deposits mimic the metallogenic portray of the IOAA districts
elsewhere in the world that comprise world class IOCG or affiliated deposits. This makes the
GBMZ an attractive target for mineral exploration.


identifier: Filion, Rébecca  (2015). Cartographie régionale de l’humidité des sols en milieu semi-aride avec l’utilisation d’images satellitaires.  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 246 p.

subject:
climat semi-aride
ENVISAT ASAR
humidité des sols
qualité de drainage
des sols
LANDSAT 5
pédologie
plaine du Campidano
radar
RADARSAT-2
Sardaigne
sols nus
télédétection
TVX.

abstract:
L'île de la Sardaigne a un climat semi-aride et est sujette à de fréquentes et longues
sécheresses, pouvant même être aggravées par les changements climatiques (Chessa &
Delitala, 2014; Motroni & Canu, 2005). L’échantillonnage régulier de l’humidité de surface
du sol est une des données d’entrée principale pour la modélisation hydrologique
(Camporese et al., 2009; Niu et al., 2014a; Sulis et al., 2011). Obtenir des valeurs d’humidité
fréquentes et régulières à partir de campagnes de terrain relève du défi. L’apport de la
télédétection, afin d’obtenir de l’information précise couvrant une surface plus grande, est
donc primordiale.
Le but de ce projet de doctorat est de mettre à profit le potentiel des images radar et
LANDSAT pour générer des cartes d'humidité du sol fiables afin de soutenir la gestion des
ressources en eau et la pratique de l’agriculture dans les régions méditerranéennes,
particulièrement durant la période sèche. Pour ce faire, une analyse spatiale et temporelle à
l’échelle locale et régionale de l’humidité des sols de la plaine du Campidano a été faite
à l’aide de la télédétection, de données météorologiques et de données pédologiques. Cette
étude est basée sur des campagnes de terrain approfondies qui ont été effectuées de 2005 à
2009 sur une ferme expérimentale, l'Azienda San Michele, qui appartient à l'organisme de
recherche agricole régional AGRIS (AGRIS, 2014). Cette ferme est située entre les villes
d’Ussana et de Donori, dans la partie centre-sud de la plaine agricole du Campidano, la zone
la plus fertile et productive de l'île. Un total de douze champs nus ont été échantillonnés
pour obtenir les valeurs d’humidité et de rugosité de surface. L'imagerie radar regroupe 61
images ENVISAT ASAR (polarisation simple HH et VV, bande C) et 11 images
RADARSAT-2 (polarimétriques, bande C) acquises de 2003 à 2009. En plus, 23 images
LANDSAT 5, couvrant la zone d’étude, ont été acquises de 2003 à 2009.
A l’échelle locale, le signal de rétrodiffusion des images radar ENVISAT ASAR en
polarisation VV et en mode descendant, a permis d’établir un modèle empirique pour
l’estimation de l’humidité des sols nus (ayant des valeurs d’humidité entre 5 et 30%), réalisé à
partir d’une relation linéaire ayant un coefficient de détermination (R²) de 0,85. La robustesse
du modèle a été évaluée avec la méthode de la validation croisée pour la base de données
ENVISAT ASAR, permettant d’obtenir un R² de 0,76 et une pente significative de 0,9 (biais
de 0,3% et RMSE de 2,7%). Le modèle a ensuite été testé avec un ensemble de données
différentes, soit les images RADARSAT-2, et la validation a permis d’obtenir un R² de 0,52
(biais de 0,6% et RMSE de 3%) et une pente significative de 0,7. Les images LANDSAT 5
ont aussi été utilisées pour l’estimation des valeurs d’humidité à l’échelle locale. Dans le cas
de ce type d’image, c’est avec la pente du TVX (indice de température/végétation), réalisée à
partir de la pente entre l’indice normalisé de la végétation (NDVI) et de la température de
surface (LST), que la relation linéaire avec les données d’humidité mesurées a été
développée. Les résultats présentent une équation linéaire avec un R² de 0,81 (biais de +1,3%
et RMSE de 5%).
Les deux modèles empiriques (radar et LANDSAT) développés à l’échelle locale ont ensuite
été appliqués à l’échelle régionale. Les cartes d’humidité estimées ont été analysées en
fonction des zones pédologiques homogènes de la plaine du Campidano. Les variations
d’humidité estimée durant la saison sèche démontrent que le radar est sensible aux faibles
variations d’humidité de la surface du sol en fonction de la perméabilité des sols, même
durant la période très sèche d’une région au climat semi-aride (valeurs-p <0,01, fiabilité à
99%). De plus, à l’intérieur de ces zones homogènes en perméabilité, les inclusions
pédologiques majeures ayant des caractéristiques de drainage différentes de la zone à laquelle
elles appartiennent ont pu être identifiées.
À la fois à l’échelle locale et à l’échelle régionale (analyse multi-temporelle et spatiale), les
images radar ont permis d’obtenir de meilleurs résultats. L’estimation de l’humidité du sol à
partir des valeurs de pente de TVX en région semi-aride semble être une technique
prometteuse, mais une base de données constituée d’images acquises durant des saisons à la
fois sèches et humides (permettant d’obtenir une gamme plus variée de valeurs de NDVI) et
constituée de plus de données in situ correspondantes (afin de développer un modèle
empirique plus robuste), permettrait de valider les résultats obtenus, d’améliorer la technique
et d’obtenir une plus grande gamme de valeurs d’humidité estimées.
L’estimation de l’humidité de surface et la cartographie régionale des propriétés de drainage
des sols de la plaine du Campidano produites à partir d'images radar et LANDSAT dans le
cadre de ce doctorat suggèrent un potentiel d’intégration des résultats dans les modèles
hydrologiques et possiblement une base de données GIS développée récemment pour la
Sardaigne (Vacca et al., 2014). Ces méthodes pourraient encore être validées à l’aide de
données terrain collectées dans différentes zones pédologiques, et une plus grande base de
données radar et optique/thermique. Toutefois, elle peut d’ores et déjà contribuer à la
gestion intégrée des ressources en eau par bassin versant, de même qu’à la prise de décisions
opérationnelles (quantité d’eau pour irrigation, zone d’irrigation, choix des types de culture,
cycle des cultures, etc.), plus particulièrement pour des régions agricoles situées dans des
zones critiques semi-arides pouvant faire face à des sécheresses longues et répétées, comme
celles situées dans la plaine du Campidano de la Sardaigne.


identifier: Gauthier-Dion, Catherine  (2016). Décontamination d’un sol pollué par des métaux lourds par des procédés de traitement physiques et chimiques.  Mémoire.  Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 166 p.

subject:
Méthodes de séparation physique
attrition
séparation gravimétrique
lixiviation
procédé de décontamination
sols contaminés
métaux lourds
contaminants inorganiques

abstract:
Au cours des 20 à 30 dernières années, les nombreux sites contaminés de même que les importants volumes de sols qui s’y rattachent sont devenus une préoccupation croissante dans les pays industrialisés. Au Québec, la mise en place d’une législation entourant la gestion des terrains et des sols contaminés, de même que le développement urbain ont favorisé l’émergence d’une industrie de la décontamination. La contamination par les métaux lourds et la contamination mixte (contaminants organiques et inorganiques) présentent des défis particuliers. Le procédé breveté MÉTOX® permet l’extraction simultanée du plomb et des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) présents dans les sols contaminés. Ce procédé ouvre la voie à d’autres initiatives en décontamination simultanée des contaminants inorganiques et organiques.
Ce projet de maîtrise portait sur la mise en place d’un procédé de décontamination d’un sol à vocation industrielle (situé en zone industrielle dans la ville de Québec, Canada) principalement contaminé par des métaux lourds et dans une moindre mesure par des HAP. Pour atteindre cet objectif, les méthodes de séparation physique (séparation magnétique et densimétrique) allaient être favorisées en raison de leur coût relativement faible et de leur simplicité d’opération. Une caractérisation chimique et minéralogique du sol a été effectuée en début de projet. Puis, la sélection des méthodes de traitement les plus pertinentes a été effectuée sur la base d’essais et d’analyses chimiques menées dans les laboratoires de l’INRS-ETE. Le regroupement de ces méthodes a permis d’élaborer un train de procédés suggéré pour le traitement des deux sols à l’étude.
Le procédé mis au point implique une séparation des volumes selon leur granulométrie. Chaque fraction granulométrique est conditionnée par une étape d’attrition; cette étape est suffisante pour les fractions grossières (> 4 mm). Les fractions intermédiaires (1 < x < 4 mm) et une partie des fractions fines (0,25 < x < 1 mm) sont ensuite traitées par séparation gravimétrique (jig et table à secousses, respectivement). La lixiviation en solution acide s’est avérée nécessaire pour les particules de moins de 0,25 mm de diamètre.
Globalement, le procédé permet l’enlèvement de 23 à 27 % du plomb, de 3 à 49 % du cadmium et de 43 à 51 % de l’antimoine. Jusqu’à 52 % du cuivre et 51 % du zinc ont pu être récupérés. L’application de ces traitements a permis d’atteindre les objectifs de traitement requis pour la poursuite de la vocation industrielle du terrain (plage de contamination B-C atteinte) selon les normes environnementales en vigueur au Québec.

 Over the course of the last 20 to 30 years, industrialized countries have become more aware of the numerous contaminated sites and the problems which arise from them. In Québec, the enaction of specific legislation encircling the management of contaminated land and soil has favored the emergence of a remediation industry. Contamination by heavy metals and mixed contamination (both organic and inorganic compounds) are of a specific concern. The patented METOX® process allows the simultaneous extraction of lead and PAHs from contaminated soils.
This master project was about the implementation of a remediation process for a planned industrial site (in Quebec city, Canada) that was primarily contaminated by heavy metals and to a lesser extent by PAHs. To reach this end, physical separation methods (both magnetic and densimetric) were shown to be more practical because of their lower cost and their operational simplicity. A chemical and mineral characterization of the soil was done at the start of the project. The selection of the most pertinent treatment methods was made based on experimental results and chemical analysis. The assembly of these methods permitted the elaboration of suggested treatment for the two soils studied.
The process developed implies a granular separation of the soils by sieving. Each granular category was dependent upon a step of attrition. This procedure was sufficient to assure the treatment of larger size categories (> 4mm) . Intermediate categories (1 < x < 4 mm) and part of the small categories (0,25 < x < 1 mm) were then treated by densimetric separation (jig and shaking table, respectively). Acid leaching showed itself to be necessary for particles less than 0,25 mm in diameter.
In whole, the procedure allows for the removal of 23 to 27 % of lead, 3 to 49 % of cadmium and 43 to 51 % of antimony. Up to 52 % of copper and 51 % of zinc was able to be recovered. Application of these processes allowed to reach the objectives of treatment required for the subsequent industrial land use, as indicated by provincial regulations applying in Quebec.


identifier: Pham, Hanh T.  (2014). Molecular biology of single-stranded DNA viruses in shrimps and crickets  Thèse.  Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 282 p.

subject:
crevette
grillon
densovirus
biologie moleculaire

abstract:
Les virus à ADN simple brin figurent parmi les plus petits virus connus à ce jour, leur
taille se situant entre 17 et 25 nm. Ils comprennent, entre autres, les membres de la famille
des Parvoviridae dont le génome est un ADN linéaire et ceux de la famille des Circovoridae
dont le génome est circulaire. Plusieurs de ces virus sont des agents de maladies, certaines
graves, aussi bien chez l'homme que chez les animaux. Au cours des 4 dernières décennies,
plusieurs nouveaux virus à ADN simple brin ont été isolés et caractérisés à partir de
différents hôtes, depuis les crustacés et les insectes jusqu'aux mammifères. Récemment,
l'avènement des nouvelles technologies de séquençage a permis l'identification d'un grand
nombre de nouveaux virus et de leurs isolats à partir d'échantillons récoltés dans
l'environnement et a révélé une très grande diversification et dispersion géographique des
virus à ADN simple brin. De nombreuses études de biologie moléculaire et de structure des
virions ainsi que l'analyse de leurs interactions avec leurs hôtes sont en cours pour
caractériser ces virus. Toutefois, la plupart de ces études se heurtent au fait que l'on ne
dispose pas de cultures cellulaires permettant leur multiplication, comme c'est le cas par
exemple pour plusieurs parvovirus.
Le premier objectif de notre recherche a été de décrypter la stratégie de transcription
de deux parvovirus d'invertébrés, le densovirus de la crevette Penaeus stylirostris (PstDNV)
et celui du grillon Acheta domesticus (AdDNV). Ces deux virus sont responsables
d'importantes épizooties dans les élevages intensifs de leurs hôtes. Concernant le PstDNV, il
a été identifié dans les années 1980 et a rapidement causé, au cours des trois dernières
décennies des pertes importantes dans plusieurs régions d'élevage intensif à grande échelle
de crevettes. Plusieurs séquences incomplètes, toutes obtenues par PCR, ont été déposées
dans GenBank. Ces séquences ont montré une organisation des régions codantes de type
monosens, semblable à celle connue de certains densovirus de moustiques appartenant au
genre Brevidensovirus. Toutes ces séquences sont caractérisées par l'absence d'extrémités
palindromiques, ce qui est la règle chez tous les autres parvovirus. Par suite de la faible
teneur en virus des échantillons dont nous disposions et le fait que les particules virales
renferment essentiellement des brins de polarité négative, le clonage d'une séquence
complète infectieuse d'ADN bicaténaire du génome du PstDNV est un véritable défi qui n'a
pas encore été surmonté à ce jour. De même, les nombreux essais dans plusieurs
laboratoires d'établir des cultures primaires ou une lignée cellulaire de crustacé pour
xiii
multiplier ce virus ont tous échoué jusqu'à présent. En dépit de ces difficultés nous avons
réussi à décrypter la stratégie d'expression du PstDNV en transfectant la lignée cellulaire
C6/36 de moustique et en utilisant un système d'expression baculovirus. Nous avons étudié
en parallèle les modalités de transcription du densovirus d'Aedes albopictus, un virus
pathogène des larves de ce diptère et qui infecte chroniquement certaines souches de la
lignée C6/36. Ces deux virus ont été classés dans le même genre Brevidensovirus de la
sous-famille des Densovirinae. Toutefois, nos résultats ont mis en évidence des différences
significatives entre ces deux virus. Le PstDNV utilise un promoteur spécifique et un épissage
pour l'expression de la protéine de réplication NS1 et un deuxième promoteur localisé dans
l'intron de NS1 pour exprimer la protéine NS2. Par contre, l'expression des deux protéines
NS de I'AaiDNV est sous le contrôle de deux promoteurs se chevauchant et NS2 est traduit
par un mécanisme de «leaky scanning». A notre avis, ces différences justifient la
classification du PstDNV dans un nouveau genre.
Le deuxième objectif était l'analyse geographique et la stratégie de l'expression de
l'Acheta domesticus densovirus (AdDNV). L'AdDNV a été découvert il y a plus de 30 ans
mais n'a été caractérisé que récemment, suite à des épidémies foudroyantes dans les
élevages en masse de son hôte en Amérique du Nord. Le génome complet de I'AdDNV a été
cloné et séquencé et sa stratégie d'expression s'est révélée unique, suggérant qu'il
correspond à un nouveau type au sein du groupe des densovirus ambisens. L'épissage
différentiel des messagers NS génère 3 protéines non structurales NS1, NS2 et NS3. Les
séquences codantes des protéines structurales sont portées par deux cadres de lecture
(ORFs), I'ORF-A et I'ORF-B. L'ORF-A code la protéine majeure VP2 et, par un épissage
éliminant la région N-terrninale de VP2 et mettant en phase les deux ORFs, les protéines
VP1, VP3 et VP4 sont produites. La séquence N-terminale de VP1 contient le motif
phospholipase de type A2 requis pour dégrader la membrane endosomiale au moment de
l'entrée du virus. Par la suite, le même type d'organisation génomique et d'expression a été
démontré pour le densovirus BgDNV de blatte.
Nous avons réalisé le clonage et le séquençage complet de huit isolats d'AdDNV à
partir de cadavres d'Acheta domesticus et de Gryllus sigil/atus récoltés au cours de
pandémies en Europe, au Canada, aux États-Unis et au Japon. Les analyses
phylogénétiques ont montré que les virus responsables d'épizooties dévastatrices en 2009-
201 0 en Europe et en Amérique du Nord sont fortement apparentés et ont divergé vers 2006.
Le virus responsable de l'épizootie survenue au Japon à la même époque a divergé
xiv
vraisemblablement il y a beaucoup plus longtemps, ce qui suggère que différents facteurs
ont contribué à l'apparition de ces pandémies.
Comme celui des autres densovirus, le génome du PstDNV doit posséder à chaque
extrémité une séquence palindromique nécessaire pour la réplication de l'ADN sur le modèle
du cercle roulant (RCR). Ce virus est connu depuis plus de 40 ans et la structure des
séquences terminales de son génome restent une énigme. Le clonage et le séquençage des
extrémités des génomes de parvovirus se sont toujours avérés difficiles à cause de leur forte
teneur en GC rendant très stables les structures terminales en épingle à cheveux et,
également, du fait de l'encapsidation majoritaire de brins négatifs. Tel est le cas, par exemple
pour celles du parvovirus humain 819 dont la séquence de ses extrémités n'a été obtenue
que 19 ans après sa découverte. Notre troisième objectif a été de résoudre ces problèmes.
La méthode que nous avons utilisée pour séquencer les extrémités du génome du PstDNV
est la même que celle qui a été utilisée pour les extrémités des densovirus PiDNV et JcDNV
dans notre laboratoire. A notre grande surprise, aucune structure en épingle à cheveux n'a
été trouvée, mais seulement des répétitions directes aux deux extrémités qui permettent de
proposer un nouveau modèle de réplication. Nous proposons donc une nouvelle
classification pour ce virus.
L'absence d'AdDNV dans plusieurs échantillons de grillons provenant d'élevages à
taux de mortalité élevé nous a conduit à rechercher et à découvrir de nouveaux types de
virus à ADN simple brin linéaire ou circulaire. La quatrième partie de cette thèse est
consacrée à la présentation de ces nouveaux types de virus infectant différentes espèces de
grillons. Nous avons découvert deux nouveaux densovirus chez l'Acheta domesticus
nommés; Acheta domesticus mini-ambisens densovirus (AdMADV) et Acheta domesticus
segmented densovirus (AdSDNV). En outre, et pour la première fois, nous avons identifié un
nouveau virus à ADN circulaire que nous avons appelé Acheta domesticus volvovirus
(AdVVV) et il a été identifié à partir de grillons de différentes espèces d'Amérique du Nord et
du Japon. Ces virus ne présentent aucune séquence d'homologie avec aucuns des génomes
viraux déposés dans GenBank. L'AdMADV a un petit génome ambisens de 4945 nt et a des
«lnverted terminal repeats» (ITRs) de 199 nt qui constituent une structure en épingle à
cheveux en forme d'Y dans ses télomères. En général, l'organisation du génome de ce virus
a été trouvée comparable à celle d'autres membres du genre Densovirus. Le deuxième
densovirus; AdSDNV, possède une propriété unique qui n'a pas été retrouvée chez les
autres Densovirus typiques; la région non-structurale complète de 3234 est couverte par les
xv
deux télomères en forme de T. De plus, le gène VP n'y a pas été détecté. Nous supposons
qu'il y a peut-être un fragment codant pour le VP qui est séparé du NS. Une autre possibilité
qui peut être prise en compte est que ce virus pourrait utiliser la capside d'autres virus,
probablement celle d'AdVVV, car, nous avons remarqué que les grillons infectés par
I'AdSDNV étaient positifs à I'AdVVV par PCR. Des génomes viraux à ADN circulaire ont
également été clonés et séquencés à partir de la crevette Penaeus monodon. Ces virus ont
des génomes de tailles diverses allant de 1777 (PmCV-1) et 1788 (PmaCV-2) nts possédant
au moins deux cadres de lecture. L'ORF Rep de PmCV-1 codant la protéine de réplication
représente 90% d'identité et 30% de couverture avec les cyclovirus en général et le
circovirus du copépode Labidocera aestiva en particulier. Ainsi, nos résultats confirment
l'évolution rapide et l'expansion de ces groupes de virus à ADN simple brin chez les
invertébrés.

Single-stranded DNA viruses are among the smallest viruses, ranging from 17 to 25
nm in diameter. They include, among others, members of the Parvoviridae family with linear
DNA genomes and the Circoviridae family with circular single-stranded DNA (ssDNA
viruses). Many of these viruses have been found to be serious animal and human pathogens.
ln the past 40 years, numerous novel ssDNA viruses have been discovered and
characterized from different hosts such as crustaceans, insects, and mammals. Recently,
large numbers of new viruses and their isolates have been identified, especially with the
advent of next-generation (deep) sequencing of environmental samples, revealing a rapid
evolution rate and widespread occurrence of ssDNA viruses.
Many studies on the molecular biology, viral structure, and host interaction of ssDNA
viruses are in progress. However, most of these studies are very challenging since these
viruses generally lack a oeil culture system for their in vitro propagation, particularly for
parvoviruses.
The first objective of our current study focused on the transcription strategy of two
tentative members of Brevidensovirus genus: Penaeus stylirostris densovirus (PstDNV) and
Aedes a/bopictus densovirus (AaiDNV). PstDNV was a monosense densovirus first identified
in the 1980s. lt caused significant, global economie losses during the last decades. Severa!
incomplete PstDNV sequences deposited on Genbank were ali derived from PCR
amplification. However, those sequences still lack both palindromic extremities that are a
hallmark of ali parvovirus genomes. According to our experience, due to the low viral content
of infected shrimps and the negative strandedness of the viral encapsidated DNA, obtaining
infectious clones from native virus is extremely challenging. Therefore, complete PstDNV
genome has not been achieved yet. During the past 30 years, despite efforts from scientists
from ali over the world and large investments, routinely useful primary oeil cultures or oeil
lines of shrimp or other crustaceans (crab, lobster, and crayfish) have not been successfully
developed. ln this thesis, the expression strategy of PstDNV was successfully explored and
confirmed via non-host cell line C6/36 and baculovirus system. As a comparison, we also
studied the transcription map of Aedes a/bopictus densovirus (AaiDNV), a chronic pathogen
for Aedes albopictus larvae. These two viruses were classified into the same genus,
Brevidensovirus, a rarely studied genus in the Densovirinae subfamily, Parvoviridae family.
Our results showed quite different characteristics in their expression: PstDNV employed a
x
splicing mechanism for NS1 and two distant promoters (the NS2 promoter is located in the
intron of NS1) for NS proteins instead of a leaky scanning and two overlapping promoters in
AaiDNV. This indicated that PstDNV should be classified in a separate genus.
The second objective was the geographycal analysis and the expression strategy of
Acheta domesticus densovirus (AdDNV). This virus has been an epidemie pathogen for
cultured house crickets in Europe but only became to a full-blown epidemie in Europe and
North America in 2009-201 O. AdDNV is an ambisense virus and was discovered more than
30 years ago. lt was not further studied until recently, when devastating pandemies
necessitated its characterization. lts complete genome has been cloned, sequenoed and its
unique expression strategy has been studied. AdDNV revealed unusual splicing features,
suggesting a new genus Pefudensovirus within the ambisense densovirus group. 8oth NS
and VP mRNA were spliced. Splicing in NS mRNA resulted in a set of three non-structural
proteins NS1, NS2, and NS3. For the VP gene, there were two ORFs, ORF-A, which coded
for VP2, and ORF-8. Connecting the two ORFs via splicing resulted in the removal of the N
terminus of VP2 and three VP proteins, VP1, VP3, and VP4, were then produoed. The Nterminal
extension of VP1 contained a phospholipase A2 (PLA2) motif required to breach the
endosomal membrane during oeil entry. Subsequently, Blatte/la germanica densovirus
(8gDNV) was shown to share similar characteristies in genome organization and gene
expression.
Eight AdDNV isolates from different epidemies in Europe, Japan, and North America,
from different hosts, Acheta domesticus and Gryl/odes sigillatus, were cloned and
sequenced. Phylogenetic analysis revealed that the virus responsible for the devastating
outbreaks in 2009/2010 in Europe and North America were closely related and diverged
around 2006. However, the virus responsible for the outbreak at the same time in Japan
diverged probably much earlier suggesting other contributing factors in these pandemies.
As for other parvoviruses, the PstDNV genome should contain terminal hairpins
essential for viral DNA replication by a rolling circle mechanism. lt has been 40 years sinoe
the first report of this virus appeared, and its extremities are stiJl a mystery. Cloning and
sequencing of parvovirus ends are challenging tasks due to their highly stable hairpin
structures, high GC content or genome packaging of minus rather than both strands. For the
human 819 parvovirus, for example, the terminal sequences were solved only 19 years after
it had been discovered and the main part of the genome had been sequenoed. Our third
objective was directed towards these problems. We developed a promising method, using
xi
Pseudop/usia includens densovirus (PiDNV) and Junonia coenia densovirus (JcDNV)
models, that could resolve the difficulties in the amplification and sequencing of the
extremities. No hairpins were found by analyzing the extremities of PstDNV, but direct
terminal repeats (DTRs) were found at both ends th at cou Id be essential in a novel replication
moder. Therefore, we propose a new classification for these two viruses.
ln attempts to identify infectious agents, which caused high mortality rates in AdDNVnegative
Acheta domesticus crickets, we discovered novel linear and circular ssDNA viruses.
The fourth part of this thesis is focused on these new ssDNA viruses that infect different
cricket species. We discovered two new densoviruses in A. domesticus, named Acheta
domesticus mini ambisense densovirus (AdMADV) and Acheta domesticus segmented
densovirus (AdSDNV). ln addition, for the first time, a new circular DNA virus, named Acheta
domesticus volvovirus (AdVVV), was discovered in different cricket species in North America
and Japan. These viral genomes displayed no nucleotide sequence identity to any virus
deposited in GenBank. AdMADV has a small ambisense genome size of 4945 nts and the
related 199 nt-ITRs that fold into Y -shaped hairpin structure at both telomeres. Overall
genome organization of this virus was found similar to that of other members of Densovirus
genus. The second densovirus AdSDNV has an unusual property that made it differs from
other typical densoviruses; the complete non-structural coding region of 3234 is flanked by
two T-shaped telomeres. Because no VP gene was detected, we assume that there may be
a VP- coding fragment separated from NSs.
First circular Rep-encoding ssDNA (CRESS-DNA) viruses (CVs) were also detected
and cloned from PstDNV-infected Penaeus monodon. These viruses have small but diverse
genome sizes, 1788 (Pm-associated CV or PmaCV-2) and 1777 (PmCV-1) nts containing
two main ORFs. The Rep-coding ORF of PmCV-1 shared 30% identity at 90% coverage with
that of cycloviruses and copepod Labidocera aestiva circovirus.
Our results confirmed the rapid and widespread evolution of this ssDNA virus group.